Alternative Konsensalgorithmen. Sollten wir PoW und PoS aufgeben?

Vor einigen Wochen haben wir die Funktionen der primären Konsensalgorithmen und Beispiele für Blockchain-Projekte behandelt, die diese Mechanismen verwenden. Die Kryptoindustrie ist jedoch nicht auf die Verwendung populärer Konsensmechanismen wie PoW (Proof of Work) und PoS (Proof of Stake) beschränkt. Blockchain-Projekte suchen ständig nach alternativen Lösungen, um ihre Tokenomics zu verbessern. Startups erhalten Anreize, ihre Geschäftsmodelle zu verbessern. Dabei entwickeln und implementieren sie neue Algorithmen und aktualisieren bestehende, um sie wiederzubeleben. Der heutige Artikel widmet sich solchen alternativen Konsensmechanismen.

Byzantinische Fehlertoleranzalgorithmen (BFT) 

Byzantinische Fehlertoleranz (BFT) ist eine verteilte Netzwerkfunktion, mit der ein Konsens erzielt werden kann, selbst wenn einige Knoten im Netzwerk falsche Informationen liefern oder nicht antworten. Der Zweck des BFT-Mechanismus besteht darin, das System zu sichern und Fehler zu vermeiden, indem kollektive Entscheidungen (sowohl von betriebsbereiten als auch von defekten Knoten) getroffen werden und die Auswirkungen fehlerhafter Knoten verringert werden. Die BFT leitet sich aus dem „Problem der byzantinischen Generäle“ ab (Kommunikation zwischen mehreren entfernten Parteien, die Befehle von einem einzigen Zentrum erhalten)..

Hier sind die wichtigsten Mechanismen, die auf BFT basieren:

– Praktische byzantinische Fehlertoleranz (PBFT) ist ein ursprüngliches klassisches Konsensprotokoll mit zwei Abstimmungsrunden. Es wurde Ende der 1990er Jahre von Barbara Liskov und Miguel Castro eingeführt. Das Protokoll ist so konzipiert, dass es in asynchronen Netzwerken effizient arbeitet und zur Reduzierung der Overhead-Kosten optimiert ist. Ein umfassendes Verständnis darüber, wie zwei Abstimmungsrunden Netzwerksicherheit bieten, ist die Grundlage aller klassischen Konsensprotokolle. Der Umfang umfasst verteiltes Computing und Blockchain. Zum Beispiel verwendet Zilliqa PBFT in Kombination mit PoW, während Tendermint DPoS und PBFT kombiniert. 

Vorteile: Energieeffizienz, geringe Streuung der Belohnungen und das Fehlen von Anforderungen für die mehrfache Bestätigung von Transaktionen. 

Nachteile: Anfälligkeit für Sybil-Angriffe und schlechte Skalierbarkeit.

– Die delegierte byzantinische Fehlertoleranz (DBFT) wurde auf der Grundlage des PBFT-Mechanismus vom NEO-Team entwickelt. Es kombiniert die Eigenschaften der PBFT- und DPoS-Protokolle. Jeder Benutzer in der NEO-Blockchain kann Delegierte auswählen. Dieser Algorithmus zeichnet sich auch durch die Entwicklung der Irreversibilität aus, die definiert, dass alle Transaktionen nach der ersten Bestätigung zu 100% endgültig sind. On-Chain-Transaktionen sind trivial und werden viel schneller ausgeführt, da sie gemäß den gesetzlichen und geschäftlichen Anforderungen erstellt werden. 

Vorteile: hoher Durchsatz, Energieeffizienz, Irreversibilität. 

Nachteile: hohes Maß an Zentralisierung und mangelnde Anonymität.

– Verifizierbare byzantinische Fehlertoleranz (VBFT) ist ein neuer Konsensalgorithmus, der klassisches PoS, überprüfbare Zufallsfunktion (VRF) und byzantinische Fehlertoleranz (BFT) kombiniert. Dieser Mechanismus wurde speziell für die Anforderungen der ONTology-Plattform entwickelt. VBFT kann die Skalierbarkeit von Konsensgruppen unterstützen, VRF verwenden, um Zufälligkeit und Fairness bei der Generierung von Konsenssätzen sicherzustellen, und schließlich das schnelle Erreichen des Endzustands sicherstellen. Anders als bei DBFT eliminiert dieser Algorithmus das Risiko einer Zentralisierung. In Zukunft plant Ontology, dass der VBFT-Konsensalgorithmus bis zu 2401 Knoten unterstützen und in weniger als 10 Sekunden einen Konsens erzielen kann. 

Vorteile: Kein Risiko der Zentralisierung, hohe Skalierbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe. 

Nachteile: Die Verwendung des Algorithmus ist auf ONchain und das ONTology-Projekt beschränkt.

Alternative Konsensmechanismen

– Proof of Activity ist ein Konsensalgorithmus, der die Authentizität von Transaktionen garantiert und sicherstellt, dass Bergleute einen Konsens erzielen. Dies ist eine Kombination aus PoW und PoS. Die Grundlagen des Bergbaus bleiben dieselben, und Bergleute kämpfen um die Lösung des Rätsels und erhalten Belohnungen. Gleichzeitig enthalten die gefundenen Blöcke keine Transaktionen. Tatsächlich handelt es sich um Informationsvorlagen mit dem Titel und der Blockbelohnungsadresse. Nachdem ein solcher praktisch leerer Block gefunden wurde, verweist das System auf den PoS-Algorithmus. Die Informationen in der Kopfzeile werden verwendet, um die Validatoren zum Signieren des Blocks zufällig auszuwählen. Nur Token-Inhaber können als Validatoren fungieren. Je mehr Münzen sie haben, desto größer sind die Chancen, einen Block zu unterschreiben und die Belohnung zu erhalten. Nachdem der Block von Validatoren signiert wurde, wird er zu einem bestätigten Element der Kette. Die Netzwerksicherheitsgebühr wird zwischen dem Gewinner und den Prüfern, die den Block unterzeichnet haben, verteilt. Dieser Mechanismus wird von den Projekten Decred und Espers verwendet. 

Vorteile: Verhinderung der Chance eines 51% igen Angriffs

Nachteile: hoher Energieverbrauch, ähnlich wie bei PoW.

– Proof of Burn (PoB) ist ein alternatives Konsensprotokoll zur Lösung des Problems des Energieverbrauchs in PoW. Manchmal wird es sogar als PoW bezeichnet, das keine Energie verbraucht. Es entspricht der Unterstützungsrichtlinie der Bergleute für das „Verbrennen“ oder „Zerstören“ von Münzen, wodurch sie Blöcke entsprechend der Anzahl der verbrannten Münzen aufzeichnen können. Mit anderen Worten, durch das Verbrennen von Münzen können Benutzer ihre Loyalität gegenüber dem Netzwerk unter Beweis stellen und die Möglichkeit erhalten, Transaktionen abzubauen und zu überprüfen. Die Methode zum Verbrennen von Münzen repräsentiert die Kraft des virtuellen Bergbaus. Je mehr Münzen ein Benutzer zur Unterstützung des Systems verwendet, desto mehr Mining-Power hat er und desto mehr Chancen hat er, als nächster Blockvalidator ausgewählt zu werden. Dieses Protokoll wird von Counterparty, Slimcoin und Factom verwendet. 

Vorteile: Der langfristige Fokus der Bergarbeiter wird gefördert

Nachteile: Wir stehen erneut vor dem Problem der Zentralisierung.

– Der Proof of Importance (PoI) ist ein von NEM eingeführter Konsensmechanismus. PoI basiert auf PoS, seine Besonderheit liegt jedoch in der Tatsache, dass Benutzer belohnt werden, die aktiv Transaktionen im Netzwerk durchführen. Um das Recht zu haben, Blöcke mithilfe des PoI-Konsensmechanismus zu erstellen, müssen Knoten eine bestimmte Anzahl von Münzen übertragen und werden entsprechend der Anzahl der Punkte ausgewählt, die ihren Beitrag zum Netzwerk bestimmen. In PoS hängt dies von der Gesamtmenge der gehaltenen Münzen ab, in PoI enthält die Schätzung jedoch eine Vielzahl von Variablen. Die Berechnungen basieren auf der Mathematik des Netzwerkclusters und des Seitenrangs. 

Vorteile: Die Netzwerkaktivität wird durch Anreize anstelle der Anhäufung von Ressourcen in PoS gefördert

Nachteile: Das Erstellen von Blöcken erfordert keine Ressourcen und kann ungerecht verwendet werden.

– Proof of History (PoH) ist ein wirklich innovativer Algorithmus. Die Lösung wurde vom Solana-Projekt vorgestellt, um ein Problem der Gültigkeit von Zeitstempeln in verteilten Netzwerken endgültig zu beseitigen. Im Gegensatz zur Verwendung der etablierten Methode mit Zeitstempeln kann sichergestellt werden, dass die Aktion zu einem bestimmten Zeitpunkt nach einer Aktion, jedoch vor einer anderen ausgeführt wird. Durch Proof of History können wir sicherstellen, dass eine bestimmte Aktion zu einem bestimmten Zeitpunkt vor oder nach einer anderen Aktion stattgefunden hat. Dies wird ohne die Verwendung von Zeitstempeln oder externen Synchronisationsstrukturen ermöglicht. Die Bestätigung der Historie ist eine hochfrequente überprüfbare Verzögerungsfunktion. Dies bedeutet, dass die Funktion eine Abfolge von Schritten erfordert, um die Eindeutigkeit und Zuverlässigkeit des veröffentlichten Werts zu erhalten und zu bewerten. Die Implementierung von Solana führt die Funktion aus, die ein sequentielles Hash-System verwendet, das gegen Vorbilder (Bilder zuvor vorbereiteter Hashes) resistent ist. Somit erscheint die Ausgabe der Transaktion als Eingabe der nachfolgenden Transaktion. Anschließend werden der aktuelle Zähler, der Status und die Ausgabe regelmäßig aufgezeichnet. Die klaren Vorteile sind die Skalierbarkeit und die Beseitigung des Gültigkeitsproblems der Zeitstempel. Im Moment ist es aufgrund der Neuheit dieser Lösung ziemlich schwierig, die offensichtlichen Mängel des Protokolls herauszufinden.

Zusammenfassung

Die Blockchain-Technologie befindet sich noch in der Entwicklung. Das natürliche Ergebnis ist daher, dass sich die Frage des „richtigen“ Konsensprotokolls noch im Stadium der Diskussion und Kontroverse befindet. Viele kritische Überlegungen, wie der Grad der Dezentralisierung, unterstreichen den Geist der Blockchain als Technologie. Zumindest im Moment gibt es keine Kohärenz im „richtigen“ Konsensalgorithmus, was bedeutet, dass wir in naher Zukunft nur intensiven Wettbewerb sehen werden.

Mike Owergreen Administrator
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