Wat is Nakamoto-consensus? Volledige beginnershandleiding

Wat is Nakamoto Consensus

Consensusalgoritmen zijn van cruciaal belang om de authenticiteit van gedistribueerde blockchain-platforms te verifiëren en vormen het proces van het opbouwen van overeenstemming tussen een netwerk van wederzijds wantrouwende deelnemers.

Nakamoto Consensus, gemaakt door Satoshi Nakamoto voor Bitcoin, verwijst naar de set regels, in combinatie met het Proof of Work-consensusmodel in het netwerk, die het consensusmechanisme regelen en het onbetrouwbare karakter ervan waarborgen. Door dit te doen, werd Bitcoin het eerste Byzantine Fault Tolerant (BFT) open en gedistribueerde peer-to-peer (P2P) -netwerk dat gebruikmaakt van een gedistribueerd netwerk van anonieme knooppunten die vrij zijn om toe te treden en het netwerk naar believen te verlaten..

Byzantijnse fouttolerantie (BFT)

Byzantijnse fouttolerantie is het vermogen van een gedistribueerd computernetwerk om fouttolerant te blijven met geldige consensus ondanks onvolmaakte informatie of defecte componenten van het netwerk. Vóór Bitcoin was de enige manier om een ​​BFT-, P2P-netwerk te onderhouden, het gebruik van een gesloten of semi-gesloten groep knooppunten. Bovendien gebruiken traditionele BFT-algoritmen zoals Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) een andere knooppuntselectiemethode dan wat momenteel wordt gebruikt in Nakamoto Consensus.

Het onderhouden van BFT in een open en gedistribueerd netwerk zoals een zo groot als Bitcoin vereist het gebruik van een specifieke set regels die afhankelijk zijn van zowel cryptografie als speltheorie-mechanica om de vertrouwde omgeving te creëren die nodig is om gedecentraliseerde consensus over een netwerk van waardeoverdracht te vergemakkelijken.

In pBFT-systemen werkt het consensusmodel alleen in kleine groepen gesloten knooppunten (~ 50) waar er een aanzienlijke hoeveelheid communicatieoverhead is die verhindert dat deze consensusmodellen op schaal kunnen werken. Om consensus te bereiken in systemen met willekeurige fouten, is meestal een specifiek stemsysteem nodig om consensus te helpen bereiken. Met betrekking tot cryptocurrency-platforms die pBFT-consensusmodellen gebruiken, is dit stemmechanisme gebaseerd op een systeem van roterende “leader” -knooppunten in een round-robin-stijlformaat. Aangezien het systeem bestaat uit een netwerk van beperkte, gesloten knooppunten, is het voor deze knooppunten triviaal om efficiënt met elkaar te communiceren en te bepalen wie de ‘leider’ is die elk nieuw blok voorstelt..

Praktische Byzantijnse fouttolerantie

Lees meer over praktische Byzantijnse fouttolerantie

Als de leider kwaadwillig handelt, kunnen ze met een meerderheid van stemmen uit de knooppunten worden verwijderd. Dit is echter duidelijk niet goed schaalbaar in een systeem als Bitcoin, waar consensus over de volledige staat van de blockchain en de geldigheid van al zijn transacties wordt gedistribueerd naar duizenden knooppunten over de hele wereld die voortdurend verbinding maken en loskoppelen van het netwerk. Verder moeten er inherente kosten zijn verbonden aan deelname aan dit systeem van consensus om deelnemers te ontmoedigen om kwaadwillig te handelen.

Om ervoor te zorgen dat Bitcoin zou kunnen functioneren als een Byzantijns fouttolerant P2P-netwerk, introduceerde het een PoW-mijnconsensusalgoritme in combinatie met een specifieke set regels die het mechanisme beheersen om een ​​betrouwbare consensus over het netwerk te bereiken. Dit wordt de klassieke Nakamoto-consensus genoemd.

Hoe werkt Nakamoto-consensus??

Nakamoto Consensus kan worden onderverdeeld in ongeveer 4 delen.

  • Bewijs van werk (PoW)
  • Selectie blokkeren
  • Schaarste
  • Stimuleringsstructuur

Door de combinatie en harmonisatie van deze 4 componenten van Bitcoin wordt het het gedistribueerde netwerk voor waardeoverdracht dat het is. Het werkt met een betrouwbare consensus en zal veilig blijven zolang de meerderheid van de macht die aan het mijnbouwproces wordt bijgedragen in handen is van eerlijke mijnwerkers, zoals je hierna zult zien..

Bewijs van werk

Over het algemeen is de belangrijkste motor die de consensus in Bitcoin stimuleert, het Proof of Work-consensusprotocol. In principe gebruiken mijnwerkers een specifiek volledig knooppunt om te concurreren in mijnbouwblokken om de blokbeloning te verdienen die wordt uitgegeven voor elk succesvol gedolven en gevalideerd blok. De kosten van dit mijnbouwproces zijn elektriciteit, die een reële financiële waarde heeft, waardoor de uitgegeven BTC voor elk gedolven blok een inherente waarde heeft.

Bitcoin-mijnbouw

Lees meer over Bitcoin Mining

PoW in Bitcoin is ontworpen om dubbele uitgaven te voorkomen. Hoewel het schema voor digitale handtekeningen binnen het UTXO-model het verifieerbare eigendom van te besteden transactie-output biedt, kan het dubbele uitgaven niet voorkomen. De blockchain is een reeks van gegevensblokken met tijdstempel die transacties bevatten waarbij elk blok is gehasht naar het vorige. Dit zorgt voor onveranderlijkheid van de blockchain, maar hoe weet je of de ketting waar je op zit de juiste ketting is? Dit is waar PoW binnenkomt.

Bijdragen aan mijnbouw is gebaseerd op rekenkracht, hoe meer kracht binnen het netwerk je hebt, hoe groter de kans dat je een blok gaat minen. Het proces is echter stochastisch, dus het is in feite een loterij met een willekeurige kans op wie zal winnen, dus het is onmogelijk om te weten wie de volgende ronde zal winnen en de kosten om deel te nemen zullen blijven stijgen. Vanwege dit model wordt de langste ketting beschouwd als de geldige ketting omdat deze afkomstig was van de grootste pool van rekenkracht. De validatieregels zorgen ervoor dat de voorgestelde blokken het vereiste rekenwerk hebben om geaccepteerd te worden. Verder, zolang de langste keten en het grootste deel van de hash-kracht van het netwerk wordt beheerd door eerlijke knooppunten, zal de eerlijke keten het snelst groeien en de concurrerende ketens overtreffen..

Het resultaat van dit systeem is dat zodra de cryptografische puzzel voor de mijnronde is opgelost, een mijnwerker het blok voorstelt aan het netwerk, het netwerk het blok valideert als alle transacties binnen het blok niet dubbel zijn uitgegeven, en het blok wordt toegevoegd aan de langste ketting. Met een enorm gedistribueerd netwerk zoals dat van Bitcoin, zijn de kosten voor het aanvallen van het netwerk via een aanval van 51% enorm en worden alleen maar groter naarmate het netwerk blijft groeien.

51% aanvalscalculator

51% aanvalscalculator

Selectie blokkeren

Het blokselectieproces dat door Nakamoto Consensus wordt gebruikt, is een van de belangrijkste componenten die het onderscheidt van andere consensusmodellen. Omdat het model is gebaseerd op een PoW-ontwerp, verwijst het blokselectieproces specifiek naar het ‘loterij’-proces voor mijnwerkers die strijden om de blokbeloning voor het minen van het volgende blok.

Onthoud dat in pBFT de blokleider wordt geselecteerd via een stemproces en elke ronde wordt vervangen in een round-robin-stijl. Er is geen mining in dit systeem, blokken worden geselecteerd om aan de ketting te worden toegevoegd door de leider en moeten worden goedgekeurd door ten minste ⅔ van de andere knooppunten. In Bitcoin is er geen stemproces om de blokleider te bepalen. In plaats daarvan gebruikt het een cryptografische puzzel die is gebaseerd op het verhogen van een nonce in het blok totdat de juiste waarde die de hash van het blok vertegenwoordigt en de vereiste nul bits voor het begin van de nonce is bereikt.

De mijnwerkers in het netwerk strijden allemaal om deze puzzel op te lossen en de eerste die de oplossing vindt, wint de ronde van de loterij. Het blok wordt vervolgens door de mijnwerker over het netwerk verspreid naar de andere mijnknooppunten die impliciet stemmen om het blok als geldig te accepteren door het blok toe te voegen aan de langste keten. Een resulterend effect van dit proces is het wegnemen van mogelijke invloed van derden op een blokleider, omdat het proces willekeurig is en de leider niet kan worden voorspeld. De enige manier om de loterij te winnen, is door hashingkracht aan het netwerk bij te dragen in de hoop te winnen, en als je niet wint, wordt de verbruikte energie een verzonken kostenpost, wat bijdraagt ​​aan de stimulerende structuur van mijnbouw. Er zijn inherente kosten verbonden aan deelname, of je nu blokken met succes ontgint of niet.

Schaarste

Voordat inflatoire valuta’s als gevolg van het fractionele reserve-banksysteem de wereldwijde valutascène domineerden, edelmetalen waren de belangrijkste vorm van waardeopslag en handel. Een van de belangrijkste redenen waarom ze werden gebruikt en nog steeds hun historische waarde behouden (denk aan goud en zilver), is omdat ze schaars zijn. Ze zijn niet alleen schaars, maar het kost moeite (PoW hierboven) om ze te ontginnen en te gebruiken.

Schaarste in Bitcoin is gebaseerd op dit uitgangspunt door het totale aantal Bitcoin dat zal worden gedolven te beperken tot 21 miljoen. Bovendien kan Bitcoin alleen via het mijnbouwproces in het systeem worden geïnjecteerd en volgt het een deflatoir schema waarbij de blokbeloning elke 210.000 blokken wordt gehalveerd (~ 4 jaar).

Stimuleringsstructuur

Het deflatoire ontwerp van Bitcoin creëert een stimuleringsmechanisme voor gevestigde belangen op lange termijn door eigenaren van Bitcoin en deelnemers aan het Bitcoin-netwerk om het netwerk verder te beveiligen en te valideren en tegelijkertijd de waardegroei van Bitcoin zelf te ondersteunen. Het deflatoire karakter van Bitcoin creëert ook een herhaald speltheoriemodel waarin de samenwerking tussen individuen binnen het netwerk optimaal is door op elkaar afgestemde belangen die worden aangedreven door deflatie op de lange termijn..

Mijnwerkers worden gestimuleerd om het netwerk eerlijk te valideren en te beveiligen, aangezien de beloning die ze ontvangen voor het minen van een blok Bitcoin is. Als de waarde van Bitcoin daalt of het netwerk wordt aangetast, heeft dit invloed op hun bedrijfsresultaten.

Belangrijk is dat Bitcoin, die Nakamoto Consensus gebruikt, een sociaal schaalbaar netwerk. Door middel van incentive-ontwerpen, PoW en sets van regels die de mechanica bepalen om een ​​betrouwbare consensus te bereiken, overwint Bitcoin inherente problemen in de menselijke natuur om een ​​betrouwbare en legitieme bron van intrinsieke waarde te worden.

Gevolgtrekking

Nakamoto Consensus is het eerste consensusmechanisme dat wordt toegepast op gedistribueerde grootboeksystemen, aangezien het samenviel met de uitvinding van blockchains en wordt genoemd naar de mysterieuze architect. De term ‘blockchain’ wordt tegenwoordig lukraak rondgegooid als een oplossing voor elk probleem onder de zon.

Blockchains zijn een belangrijk onderdeel van cryptocurrencies, maar hun enorme potentieel zou niet mogelijk zijn zonder verweven te zijn met andere componenten van de platforms. In Bitcoin en een ander bewijs van werkende cryptocurrencies is dit Nakamoto Consensus, en het is essentieel voor het smeden van een sociaal schaalbaar netwerk zoals Bitcoin.

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