De blockchain-rage verandert langzaam in een kans om verouderde systemen te herzien en productiever te maken. Er is echter veel meer dat mensen over blockchain moeten weten om de vindingrijkheid die de kern vormt, te waarderen. Een van de kernaspecten van de technologie is het blockchain-proof of work-algoritme.

Blockchain-technologie staat nog in de kinderschoenen, om zo te zeggen, maar er is al een enorm potentieel in termen van wat het kan helpen bereiken. Met name de technologie verandert van het basisraamwerk waarop cryptocurrencies draaien naar iets van een technologie die een revolutie teweegbrengt in industrieën.

Wat is een consensusalgoritme?

Kortom, de technologie stelt gebruikers in staat om op een peer-to-peer-basis en zonder een centrale autoriteit te communiceren. Transacties worden met name voltooid wanneer er consensus is in het hele netwerk. In het bijzonder is het consensusalgoritme wat verschillende blockchain-netwerken onderscheidt. Het Bitcoin-netwerk verschilt bijvoorbeeld van het Ethereum-netwerk op basis van het consensusalgoritme.

Technisch gezien is een consensusalgoritme het besluitvormingsproces binnen een groep. De leden van de groep bedenken met name een systeem dat het proces stroomlijnt waarmee ze een gemeenschappelijke basis kunnen vinden met betrekking tot een bepaald onderwerp. Om consensus te bereiken, moet ten minste de meerderheid van de deelnemers binnen een groep het eens zijn en moet de beslissing die voorhanden is, die meerderheid ten goede kunnen komen.

Interessant is dat blockchain-consensusalgoritmen een vergelijkbare logica gebruiken. Daarnaast hebben de blockchain-consensusalgoritmen specifieke doelstellingen die het gebruik van de blockchain-netwerken willen stimuleren. Ten eerste verbindt het algoritme zich ertoe om zoveel mogelijk overeenstemming tussen de deelnemende knooppunten te verzamelen, zodat er brede overeenstemming is.

Ten tweede moet de brede overeenkomst binnen het netwerk de samenwerking tussen de deelnemers vergemakkelijken. In het bijzonder zorgt het algoritme ervoor dat elke overeenkomst die de deelnemers overeenkomen, de belangen van alle leden dient. Ten derde bevordert de overeenkomst samenwerking zodat elk individu werkt aan het collectieve belang van het netwerk.

Verder streeft het algoritme ernaar ervoor te zorgen dat alle deelnemers gelijke rechten hebben zoals een peer-to-peer-relatie zou moeten zijn. Uiteindelijk bevordert het bevorderen van een omgeving waarin iedereen gelijke rechten heeft de deelname en individuele activiteit van de deelnemers.

Soorten consensusalgoritmen

Zoals eerder uitgelegd, zijn er verschillende soorten consensusalgoritmen en op basis waarvan verschillende blockchain-netwerken bestaan. Met name heeft elk algoritme zijn eigen unieke kenmerken die het onderscheiden en die via verschillende mechanismen consensus bereiken binnen het netwerk. Momenteel zijn er nogal wat blockchain-consensusalgoritmen. De twee belangrijkste zijn echter Proof-of-Work (PoW) en Proof-of-Stake (PoS).

Consensus-algoritmen Infographic

Wat is het Blockchain Proof-of-Work-algoritme?

Dit is het oudste consensusmechanisme en een dat momenteel het populairst is. Met name de eerste vermelding van de algoritmen dateert van vóór de uitvinding van het Bitcoin-netwerk. Interessant is dat het onderzoek naar het algoritme teruggaat tot de vroege jaren 90, waar Moni Naor en Cynthia Dwork in 1993 een artikel publiceerden. In het artikel onderzochten de auteurs het potentieel van het algoritme om fraude te voorkomen..


In 1999 bedacht een andere onderzoeker in cryptografie, Markus Jakobsson, de term “Proof-of-Work” en het bleef hangen totdat Satoshi Nakamoto de wereld verraste met de uitvinding van bitcoin. In het bijzonder is het Bitcoin blockchain-netwerk gewoon een implementatie van het onderzoek waarvan de eerste stappen dateren uit 1993.

Het PoW-algoritme blijft het populairst omdat het een van de weinige is die niet kan worden gecompromitteerd. In technische termen is het een van die algoritmen die de Byzantijnse fouttolerantie kunnen bereiken. Met name de Byzantijnse fouttolerantie (BFT) is simpelweg het vermogen van een systeem om fouten te weerstaan ​​die verband houden met het probleem van de Byzantijnse generaals..

Dit wil zeggen dat het netwerk met succes situaties kan vermijden waarin sommige knooppunten kunnen proberen tegen de consensus in te handelen. In de context van blockchain-technologie is het duidelijk dat blockchain-netwerken geen centrale autoriteit hebben om transacties te modereren. In plaats daarvan wordt het grootboek verdeeld onder alle deelnemers, vandaar de blockchain-technologie, ook wel bekend als een gedistribueerde grootboektechnologie (DLT).

Gezien de waardevolle informatie die is opgeslagen in de openbare grootboeken, is de kans groot dat sommige slechte actoren fouten willen veroorzaken voor zelfzuchtige winst. Als zodanig vormen deze slechte acteurs het probleem van de Byzantijnse generaals. Op deze manier is het nodig dat het blockchain-netwerk de Byzantijnse fouttolerantie heeft om dergelijke problemen te voorkomen.

Hoe werkt het PoW?

Het is duidelijk dat het PoW-algoritme erg veilig is omdat het bestand is tegen de BFT. Interessant is dat het de manier waarop het werkt, het nog veiliger maakt, en dus behoorlijk populair. Zonder het BFT-kenmerk kan een lid van een netwerk transacties vervalsen en daarmee de betrouwbaarheid van het door de transactie gegenereerde blok in gevaar brengen.

Een PoW-algoritme werkt zo dat knooppunten binnen een netwerk een wiskundig probleem moeten oplossen, zodat ze het volgende blok kunnen maken. Degene die als eerste de oplossing voor het wiskundige probleem krijgt, krijgt de consensus-toestemming om het blok te kiezen dat naast het platform moet worden toegevoegd.

Als gevolg hiervan krijgt dit succesvolle knooppunt valuta als beloning. In een bitcoin-netwerk beloont de beloning een bitcoin-token. Daarom is er de prikkel om door te gaan met het oplossen van de wiskundige problemen, zodat men de toestemming kan krijgen om het volgende blok te kiezen. Het is nu ook duidelijk waarom sommige knooppunten transacties willen vervalsen en daarom de behoefte aan Byzantijnse fouttolerantie.

Toch is het niet eenvoudig om het antwoord op het wiskundige probleem te krijgen. In dat geval moeten knooppunten met brute kracht de oplossing voor het probleem vinden. Dit wil zeggen dat de knooppunten met de hoogste rekenkracht het meest waarschijnlijk de oplossing voor het wiskundige probleem zullen vinden. Met name deze knooppunten die deelnemen aan de berekening worden mijnwerkers genoemd en het proces om het probleem op te lossen wordt mijnbouw genoemd.

blockchain proof of work-algoritme

Waarom Blockchain Proof of Work succesvol is

Het mijnbouwproces is energie-intensief omdat het een grotere rekencapaciteit vereist om elk opeenvolgend probleem op te lossen. Als zodanig verbruikt het proces veel elektrisch vermogen. We zullen later naar dit aspect kijken en waarom het een van de redenen is waarom mensen van het algoritme naar andere alternatieven gaan. Desalniettemin is PoW momenteel behoorlijk succesvol om twee redenen.

Ten eerste is het vrij moeilijk om de oplossing voor het wiskundige probleem te vinden. Daarom moeten knooppunten tijd besteden aan berekeningen die omslachtig zijn. Interessant is dat het aanbod van rekenkracht vrij krap is en dat wil zeggen dat er maar weinig actoren toegang toe hebben. Interessant genoeg is dit kenmerk ook de reden achter de onmogelijkheid van knooppunten om vals te spelen tijdens transacties.

Laten we bijvoorbeeld aannemen dat een slechte actor het netwerk wil aanvallen en foutgegevens wil registreren die op een bepaald blok zijn geregistreerd. Als het hele netwerk tien blokken heeft en het doelblok voor de slechte actor nummer zeven is, moet de slechte actor die gegevens wijzigen voor blok tien, negen, acht en dan zeven, wat het doelwit is. Gezien de rekenkracht die nodig is om een ​​enkel blok te minen, is het bijna onmogelijk om gegevens op vier blokken te wijzigen. In feite is er geen computer met de mogelijkheid om een ​​dergelijk probleem op te lossen.

Ten tweede is PoW succesvol omdat, zodra een knooppunt een blok maakt, andere knooppunten gemakkelijk het proces kunnen verifiëren dat tot de oplossing heeft geleid. Dit is met name gedeeltelijk te wijten aan de aard van het probleem waarvoor een oplossing nodig is. Om het probleem op te lossen, moet de miner tot een antwoord komen dat lager is dan een vooraf ingestelde waarde.

Het netwerk kan bijvoorbeeld een waarde als 10 invoeren. Om de oplossing correct te laten zijn, moet men ervoor zorgen dat de oplossing kleiner is dan 10, d.w.z. negen. Als een miner met succes om negen uur arriveert, zullen de andere knooppunten gemakkelijk de procedure volgen waarmee de mijnwerker tot de oplossing kwam. Het wordt echter ingewikkeld als de transactie wordt vervalst.

Wat de toekomst in petto heeft voor proof-of-work

Zoals eerder vermeld, slokt proof-of-work tonnen energie op om de berekeningen te voltooien. Interessant is dat dit een van de belangrijkste tekortkomingen is die tegenstanders van het algoritme naar voren brengen. In november vorig jaar, rapporten gaf aan dat het twee keer zo duur was om een ​​dollar aan bitcoin te minen als goud, koper of platina in termen van de verbruikte energie.

Volgens voor onderzoekers vereist het delven van bitcoin ter waarde van één dollar meer dan 17 megajoule aan energie. Interessant is dat er slechts ongeveer vijf megajoule nodig is om goud te delven, vier om koper te delven en zeven om platina te delven. Daarom blijkt de onderneming veel duurder te zijn en gezien het feit dat de prijs van de cryptocurrency behoorlijk volatiel is.

Naarmate er meer blokken worden toegevoegd aan de bestaande blockchain, wordt het proces van het oplossen van problemen voor de volgende blokken moeilijker. Met name het rekenproces is veel moeilijker en als zodanig is er behoefte aan meer complexe hardware die de berekeningen aankan. Als gevolg hiervan stijgt de prijs van mijnbouwhardware exponentieel.

Wat al deze problemen opleveren, is een toekomst die ietwat somber is voor dit algoritme. Interessant is dat er regeringen zijn die al moratoria hebben ingesteld op mijnbouwactiviteiten, zodat ze met de juiste wetgeving kunnen komen om te voorzien in het hoge energieverbruik van de mijnbouw. Nu al migreren sommige blockchain-netwerken zoals Ethereum, die aanvankelijk op PoW-algoritme vertrouwden, naar andere alternatieven zoals proof-of-stake. Kortom, er is een reële kans dat het protocol fundamentele veranderingen zal ondergaan in een poging om het gebruik ervan te rationaliseren, of dat mensen het volledig zullen verlaten.

Uitdagingen voor PoW

Zoals eerder besproken, wordt PoW geconfronteerd met existentiële bedreigingen door de grote uitdagingen. Qua energieverbruik is het al duidelijk dat het algoritme erg meedogenloos is als het gaat om het gebruik van elektriciteit. Voeg hier nog de stijgende kosten van mijnbouwhardware aan toe en het blijft allemaal een bijtende hoofdpijn over het omgaan met het algoritme.

Daarom is het duidelijk dat de grootste uitdaging waarmee het PoW-algoritme wordt geconfronteerd, de stijgende kosten zijn voor het oplossen van de rekenproblemen. Met name moet men gemiddeld $ 4.758 in de Verenigde Staten uitgeven om slechts één bitcoin te delven. In Duitsland springen de kosten naar $ 14.275, terwijl Zuid-Korea met $ 26.170 als de duurste uitkomt. Interessant is dat CoinMarketCap dat aangeeft de prijs van een bitcoin is momenteel $ 4.089. Daarom is het duidelijk dat een mijnwerker in de VS, Duitsland en Zuid-Korea daadwerkelijk enorme verliezen zal lijden als hij mijnbouwactiviteiten uitvoert.

Een andere uitdaging waarmee het PoW-algoritme wordt geconfronteerd, is dat het niet echt gedecentraliseerd is. Deskundige waarnemers wijzen erop dat op een bepaald moment slechts één knooppunt verantwoordelijk is voor het bijhouden van het grootboek. Dit is dezelfde persoon die toestemming heeft om te kiezen wat het volgende blok zal zijn en is dezelfde persoon die de beloning zal ontvangen na toevoeging van het blok.

Als remedie zijn gebruikers van de blockchain-technologie veeleisend voor een fundamentele verschuiving in de afhandeling van de grootboeken binnen een blockchain-netwerk. In het bijzonder willen de gebruikers dat de grootboeken zich in veel gelijken tegelijk bevinden, zodat ze de “dictator” -neiging kunnen vermijden van het ene knooppunt dat het grootboek op een bepaald punt host. Dit houdt in wezen in dat het grootboek in veel stukken wordt opgedeeld, zodat geen enkel knooppunt een duidelijk beeld heeft van de inhoud van het grootboek..

Blockchain proof of work algoritme alternatief

In een poging om de blockchain-ruimte te verbeteren, kwamen sommige ontwikkelaars met alternatieven voor het blockchain-proof of work-algoritme, wat gewoon andere soorten consensusalgoritmen zijn. Tot dusver zijn er tal van alternatieven, waarvan er enkele eerder zijn genoemd. Hier zullen we slechts één van de alternatieven bekijken, namelijk het bewijs van inzet.

Blockchain-bewijs van inzet

Als consensusalgoritme kwam het bewijs van inzet voor het eerst op de blockchain-scène in 2011, twee jaar na het bewijs van werk. Het grote verschil tussen proof of work en proof of stake is dat gebruikers van laatstgenoemde geen complexe problemen hoeven op te lossen om consensus te bereiken. Integendeel, gebruikers hoeven alleen cryptocurrency te gebruiken als inzet om consensus te bereiken.

Hier is hoe het werkt. Alle deelnemers binnen een blockchain-netwerk dat het PoS-protocol gebruikt, moeten de basis cryptocurrency om deel te nemen aan consensusvorming. Als het Ethereum blockchain-netwerk bijvoorbeeld met succes overgaat naar PoS, moeten gebruikers Ether in hun accounts hebben om deel te nemen.

Voor de deelnemers die het volgende blok willen minen, moet men de valuta die ze hebben, inzetten. Interessant is dat de kans dat iemand het volgende blok kiest, afhangt van de hoeveelheid ingezette cryptovaluta. Als iemands totale inzet bijvoorbeeld 2% bedraagt ​​van alle cryptovaluta die in het netwerk zijn ingezet, heeft het knooppunt een kans van 2% om het volgende blok na te bootsen.

Daarom, hoewel mijnbouw nog steeds aanwezig is in dit protocol, is het duidelijk dat het niet afhankelijk is van berekeningen zoals bewijs van werk. Verder kiest het proof of stake-protocol de miner willekeurig en hij / zij ontvangt de beloning in termen van transactiekosten. Daarom is de kans groot dat iedereen onder de validators met inzet de mijnverantwoordelijkheid kan claimen. Verder is er veel meer decentralisatie aangezien elke actie willekeurig is.

Verdiensten van de bewijslast

In dit geval is het duidelijk dat het stroomverbruik bijna niet substantieel is in vergelijking met het blockchain-proof of work-algoritme. In de toekomst zullen protocollen waarvan de energievraag laag is, een prominente plaats innemen, aangezien de elektriciteitskosten stijgen. Verder impliceert het feit dat het algoritme minder energie verbruikt, dat het geen geavanceerde hardware nodig heeft om het mijnbouwproces te vergemakkelijken. Uiteindelijk bewijst dit dat het protocol zowel op korte als op lange termijn kosteneffectief is.

Een andere verdienste van het bewijs van inzet is de randomisatie van het proces van het selecteren van het knooppunt dat verantwoordelijk is voor het mijnbouwproces. Het zou een grote tegenvaller zijn geweest als de selectie alleen afhing van de hoeveelheid inzet die men heeft. Op deze manier zouden alleen de rijkste knooppunten op het platform de ruimte hebben om de transacties uit te voeren en dat ze steeds rijker zouden worden.

Integendeel, het gerandomiseerde proces zorgt ervoor dat iedereen met een inzet een reële kans heeft om deel te nemen aan het mijnbouwproces. Dit is ook een bewijs dat er sprake is van echte decentralisatie waarbij, in tegenstelling tot PoW, er op geen enkel moment één knooppunt is dat de leiding heeft over het hele grootboek..

Verder is het proces dat naar bewijs of werk gaat niet alleen energie-intensief maar ook tijdrovend. Het duurt met name tussen de 40 en 60 minuten voordat validators transacties in een blockchain-netwerk goedkeuren onder het proof of work-protocol. Integendeel, het validatieproces in het PoS-platform is snel, aangezien mijnbouw snel en efficiënt is. Om deze reden verwacht het Ethereum-netwerk het aantal transacties per seconde aanzienlijk te verhogen zodra ze naar PoS migreren.

Gebreken van PoS

Niet verwonderlijk voor een nieuwe technologie die nog in ontwikkeling is, heeft PoS verschillende valkuilen die problemen kunnen opleveren als ze worden aangetroffen. Ten eerste is het feit dat validators alleen hun cryptocurrency hoeven in te zetten om te kunnen minen, een enorm probleem. Dit houdt in het bijzonder in dat elke slechte actor die een zeer grote hoeveelheid tokens kan aanschaffen, plotseling alle andere validators kan overmeesteren en de controle over het netwerk kan overnemen..

De economische wetten beschermen het netwerk echter tegen een dergelijke aanval. In het bijzonder zal elke plotselinge piek in de snelheid van het kopen van tokens een sterke stijging van de prijs van de tokens veroorzaken tot het punt dat het onhoudbaar wordt voor de aanvaller..

Ten tweede is er de mogelijkheid dat een validatieknooppunt bedrieglijk gaat en kwaadaardige transacties valideert. Een andere dreiging van dezelfde aard kan optreden wanneer er een splitsing van het netwerk is. Volgens goed geïnformeerde waarnemers is het voor knooppunten mogelijk om tokens aan beide zijden van de vorken uit te zetten, zodat ze dubbele transacties kunnen uitvoeren.

Om dit te beperken, creëren sommige ontwikkelaars een hybride van PoW en PoS waarbij gebruikers niet twee keer kunnen uitgeven. Hier worden hun tokens onmiddellijk waardeloos zodra er een netwerkvork is. Ethereum werkt bijvoorbeeld aan een verbeterde versie van PoS genaamd “Casper” die zal helpen om dergelijke malafide validators in toom te houden.

Samenvatting / afsluitende opmerkingen

Blockchain-technologie ondergaat een fundamentele transformatie naarmate de behoefte aan strengere beveiliging en meer decentralisatie toeneemt. Verder zijn de kosten van mijnbouw aanzienlijk hoog en laten veel enthousiastelingen langs de weg vallen. Daarom is er ook behoefte aan het consensusalgoritme om goedkopere en snellere methoden te ondersteunen om de toepassing van de technologie op lange termijn te garanderen.

Het belangrijkste consensusprotocol dat tegenwoordig populair is, is een bewijs van werk. Het algoritme drijft met name bitcoin en Ethereum aan (vóór volledige migratie naar proof of stake). Vooral het algoritme is nog steeds favoriet vanwege de Byzantine Fault Tolerance (BFT) -karakteristiek. De energie-intensieve aard vormt echter een existentiële bedreiging.

Het alternatieve consensusprotocol is een bewijs van inzet waarbij validators hun cryptocurrency gebruiken als inzet om deel te nemen aan mijnbouw. Het algoritme is met name energie- en kostenefficiënt en het validatieproces is snel. Hieronder vindt u een gedetailleerde vergelijking van de twee algoritmen.

Een vergelijking van de proof of work en de proof of stake algoritmen
Kenmerkend Blockchain Bewijs van werk Blockchain Bewijs van inzet
Mijnbouw De mijnwerker wordt gekozen door het vermogen om een ​​complex rekenprobleem op te lossen Iedereen met een inzet heeft de kans om de mijnwerker te zijn en er zijn geen berekeningen voor nodig
Validatie Het duurt langer omdat validators de berekeningen van de mijnwerker moeten herhalen Duurt korter omdat er geen berekeningen bij betrokken zijn
Schaalbaarheid Aangezien alle knooppunten moeten deelnemen aan validatie, is het algoritme moeilijk schaalbaar Niet alle knooppunten nemen deel aan validatie en daarom is het snel en zeer schaalbaar
Energieverbruik Vrij energie-intensief vanwege de computationele aard van validatie. Het is zeer energiezuinig omdat er geen berekeningen voor nodig zijn
Cryptojacking Slechte acteurs zullen waarschijnlijk andere computers “cryptojacken” om meer rekenkracht voor mijnbouw te bieden Niemand loopt het risico op cryptojacking, aangezien mijnbouw geen enorme hoeveelheden rekenkracht nodig heeft

Mike Owergreen Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me