Как консенсус Накамото способствует функционированию Биткоина

Консенсус Накамото послужил основой сети Биткойн и вдохновил на создание ряда дополнительных методов консенсуса, направленных на решение проблем потребления энергии.

Сатоши Накамото предложил важнейшую концепцию консенсуса Накамото, также известную как доказательство работы (PoW), в официальном документе Биткоина в 2008 году. Слово «Накамото» используется в консенсусе Накамото как дань уважения человеку, создавшему блокчейн и сеть Биткойн.

В децентрализованных сетях этот метод консенсуса является основным элементом безопасности и доверия. Первый майнер, успешно решивший сложную математическую головоломку в консенсусе Накамото, добавляет новый блок в блокчейн и получает вознаграждение. Этот метод поддерживает децентрализацию, противостоит централизованному управлению и обеспечивает безопасность, стократно увеличивая расходы злоумышленников на  попытки воздействовать на сеть биткоин.

Несмотря на продолжающиеся дебаты по поводу потребления энергии и воздействия на окружающую среду, актуальность консенсуса Накамото заключается в его способности решить проблему двойных расходов, обеспечить надежные транзакции и способствовать расширению использования технологии блокчейна в различных сферах.

Консенсус Накамото решает проблему двойных расходов в цифровых валютах за счет использования PoW- майнинга, обеспечивающего подлинность и конкурентную проверку, а правило самой длинной цепочки укрепляет консенсус и безопасность в децентрализованных сетях блокчейнов.

Происхождение и концептуализация

Консенсус Накамото был создан как решение проблемы двойных расходов на цифровые валюты. Двойное расходование означает возможность использования одной и той же цифровой валюты более одного раза. Революционная идея Накамото заключалась в децентрализованной сети с участниками, которые могли совместно принимать решения о порядке транзакций и поддерживать безопасность системы посредством консенсуса.

Официальный документ Сатоши Накамото о Биткоине

В октябре 2008 года Сатоши Накамото опубликовал официальный документ, в котором изложены фундаментальные идеи системы Биткоин. Без необходимости централизованного управления в документе предлагается дизайн одноранговой системы электронных денежных средств, в которой пользователи или узлы ведут открытый реестр каждой транзакции. Чтобы достичь консенсуса внутри сети, была представлена идея консенсуса Накамото.

Участники, или компьютеры, которые поддерживают блокчейн, известны как ноды  в сети Биткоин. Ноды в сети можно разделить на две категории:

Полные ноды

Этиноды  получают и хранят на себе всю копию блокчейна. Они следят за тем, чтобы блоки и транзакции соответствовали правилам сети, проверяя их. Полные ноды необходимы для целостности и безопасности сети Биткойн.

Майнерские ноды

Решая сложные математические загадки, эти узлы отвечают за добавление новых транзакций в блокчейн (доказательство работы). В обмен на свои усилия майнеры получают комиссию за транзакции и вновь сгенерированные BTC.

Фундаментальной концепцией достижения консенсуса в сети Биткоин является PoW , метод, используемый майнерами для одобрения транзакций и добавления новых блоков в сеть. Они достигают этого, решая сложные криптографические загадки, предполагающие поиск одноразового номера, который при хешировании с содержимым блока дает хэш с определенными свойствами.

Эта конкуренция среди майнеров не позволяет какой-либо одной стороне получить непропорциональное влияние на систему, поскольку для проведения такой атаки потребуется больше вычислительной мощности, чем сети в целом. Таким образом, PoW усиливает неизменность и безопасность блокчейна, делая его гораздо более устойчивым к манипуляциям и атакам.

Ключевым компонентом консенсуса Накамото и базовой технологии Биткойна и других сетей блокчейнов является правило самого длинного блокчейна . В этих сетях майнеры соревнуются за решение вычислительных задач и проверку транзакций, что приводит к созданию новых блоков.

Конкурирующие блокчейны могут возникать в сети, когда несколько майнеров одновременно работают над проблемами. Эта проблема решается с помощью правила самой длинного блокчейна, которое объявляет блокчейн с наибольшими общими вычислительными усилиями законным блокчейном. Заставляя любого злоумышленника использовать больше вычислительной мощности, чем сеть в целом, этот метод обеспечивает консенсус. Он поддерживает безопасность и децентрализацию, одновременно способствуя доверию и консенсусу в децентрализованной системе.

Консенсус в традиционных системах против консенсуса Накамото

Процедуры консенсуса необходимы для обеспечения того, чтобы распределенные системы могли последовательно согласовывать состояние своих данных.

Хотя достижение консенсуса является целью консенсуса Накамото в сетях блокчейнов, таких, как Биткоин, и в традиционных централизованных системах, они подходят к нему совершенно по-разному. Ниже приведено сравнение этих двух методов:

Эти различия подчеркивают контраст философий и механизмов, действующих в традиционных системах и Консенсусе Накамото.

Основой успеха Биткоина как безопасной и прозрачной цифровой валюты является Консенсус Накамото, который сочетает в себе децентрализацию, отсутствие доверия и механизм конкурентного консенсуса, основанный на PoW .

Его можно рассматривать как конкретную реализацию византийской отказоустойчивости (BFT) . Тем не менее, он основан на предположении, что большая часть вычислительной мощности сети является честной, часто сравнимой с вероятностным BFT.

В консенсусе Накамото консенсус достигается посредством конкурентного процесса, в котором майнеры решают вычислительные головоломки для проверки транзакций и создания блоков. Хотя этот метод не обеспечивает мгновенной окончательности , он был разработан, чтобы противостоять византийским сбоям.

Консенсус Накамото важен для определения последовательности и проверки транзакций. Биткоин транзакция транслируется в сеть и проходит децентрализованный процесс проверки. Несколько нод или майнеров независимо друг от друга подтверждают подлинность транзакции.

Транзакция добавляется в блокчейн и включается в блок после проверки. В процессе PoW майнеры соревнуются за создание этих блоков, решая сложные математические головоломки. Не позволяя одной стороне контролировать сеть, этот конкурентный процесс повышает безопасность и надежность системы.

С другой стороны, традиционные системы BFT нуждаются в заранее определенном наборе валидаторов и созданы для разрешенных сетей. Их цель — достичь согласия более детерминистским способом, Подобное делает их идеальными для важнейших приложений, требующих мгновенной окончательности. Однако они могут быть менее децентрализованными, чем консенсус Накамото.

Консенсус Накамото предлагает множество преимуществ, но у него также есть определенные недостатки, которые могут ограничить его полезность и применимость. Наиболее важной проблемой является масштабируемость. Как объем транзакций, так и вычислительная мощность, необходимая для майнинга, увеличиваются по мере увеличения числа участников сети.

Это может вызвать проблемы с масштабируемостью, что приведет к увеличению транзакционных издержек и увеличению времени подтверждения. Эти проблемы могут ограничить применимость консенсуса Накамото для приложений, требующих высокой пропускной способности.

Важным ограничением, которое следует учитывать, является значительное потребление энергии, связанное с процессом достижения консенсуса Накамото. Метод доказательства работы потребляет много энергии, поскольку требует большой вычислительной мощности. Обеспокоенность по поводу долгосрочной жизнеспособности систем блокчейна, использующих этот процесс консенсуса, вызвана его потенциальным воздействием на окружающую среду.

Атака 51% , при которой один человек или организация захватывает контроль над более чем 50% вычислительной мощности сети, может подорвать консенсус Накамото. Такое нападение может поставить под угрозу безопасность сети; однако децентрализация и высокие вычислительные затраты обычно служат сдерживающими факторами.

Консенсус Накамото страдает от практических ограничений в виде длительного времени подтверждения. Транзакция может нуждаться в подтверждении более одного раза, прежде чем она будет считаться окончательной. Эта задержка может затруднить работу приложений, которым требуется быстрая обработка транзакций.

Наконец, всегда есть вероятность раздвоения сети. Разногласия в сообществе потенциально могут привести к хард-форкам, которые разделят блокчейн на две отдельные цепочки. Эти расколы могут сбить с толку людей и нарушить баланс экосистемы.

Будущее консенсуса Накамото отмечено продолжающейся эволюцией и адаптацией. Со временем она продемонстрировала свою децентрализацию и безопасность, но все еще сталкивается с препятствиями, определяющими ее будущее.

Использование энергии побудило к поиску путей повышения эффективности, при этом проекты были сосредоточены на разработке энергоэффективного оборудования и использовании возобновляемых источников энергии . Исследования и инновации остаются жизненно важными, гарантируя, что консенсус Накамото останется надежным и актуальным компонентом технологии блокчейна, одновременно решая насущные проблемы для удовлетворения потребностей развивающейся среды.