Autor: Archie Chaudhury | Pierwotna data: 07/11/21 | Tłumaczone przez: Sovereign Monk | Bitcoin Magazine
Jedną z najbardziej unikalnych funkcji Bitcoina jest jego algorytm konsensusu, który ustanowił precedens dla bizantyjskiego systemu walutowego peer-to-peer z tolerancją błędów (BFT). Najpopularniejszą definicją algorytmu konsensusu Bitcoina, a dokładniej definicją, na którą wskazuje większość źródeł internetowych, jest dowód pracy (PoW), mechanizm konsensusu, który opiera się na uczestnikach rozwiązujących zagadki kryptograficzne w celu weryfikacji nowych informacji. Chociaż PoW jest istotną częścią ogólnego modelu konsensusu Bitcoina, nie obejmuje całości sposobu dodawania nowych bloków do łańcucha bloków. PoW jest raczej częścią większego algorytmu konsensusu, który jest powszechnie znany jako „Konsensus Nakamoto”, nazwany na cześć pseudonimowego twórcy samego Bitcoina. Konsensus Nakamoto jest tym, co odróżnia Bitcoina od niezliczonych implementacji walut cyfrowych, które pojawiły się przed nim, takich jak DigiCash czy b-money. Unikalny model konsensusu Bitcoina pozwolił mu być pierwszym systemem BFT (bizantyjskim odpornym na błędy), który mógł skalować się w sposób organiczny, a tym samym stał się precedensem dla kolejnych kryptowalut, które nadal wykorzystują odmianę Konsensusu Nakamoto do zasilania swoich protokołów.
Znacząca część konsensusu Nakamoto, przynajmniej w Bitcoin, to PoW. PoW odnosi się do mechanizmu kryptograficznego, który polega na tym, że uczestnicy są w stanie rozwiązywać trudne problemy obliczeniowe, aby mieć większy udział w sieci. W przypadku Bitcoina PoW jest zasadniczo rozproszonym sposobem określania przez uczestników łańcucha najbardziej prawidłowego bloku. Każdy uczestnik (lub górnik) P próbuje znaleźć prawidłowe rozwiązanie dla nadchodzącego bloku transakcji. Wiąże się to ze znalezieniem wartości h takiej, jak w przypadku haszowania h za pomocą algorytmu haszującego SHA-256, wymagana wartość zostanie znaleziona. Jest to często proces iteracyjny; nonces (liczby użyte raz) są dodawane na końcu haszowanego ciągu w każdej kolejnej rundzie, aż do uzyskania wymaganej wartości. Gdy P udaje się znaleźć rozwiązanie dla PoW, transmitują swój blok do reszty sieci, gdzie jest on następnie zatwierdzany, jeśli żadna z transakcji w ramach nie została już wydana na podstawie znacznika czasu. Następnie P otrzymuje nagrodę w bitcoinach jako rekompensatę za ilość mocy obliczeniowej, którą wydali w celu walidacji następnego bloku transakcji.
Wydobywanie bitcoinów to tak naprawdę zaangażowanie pewnej ilości zasobów obliczeniowych wyłącznie w celu rozwiązywania trudnych obliczeniowo problemów i sprawdzania poprawności nowych bloków. Im większą moc obliczeniową ma pojedynczy węzeł, tym większe prawdopodobieństwo znalezienia prawidłowej wartości skrótu SHA-256, a tym samym rozwiązania skrótu kryptograficznego związanego z PoW tego konkretnego bloku. Dzięki PoW Bitcoin jest zarówno w pełni zdecentralizowany, jak i w pełni bezpieczny. Każdy może uczestniczyć w procesie wydobycia, bez konieczności posiadania określonej liczby bitcoinów, aby to zrobić. W rzeczywistości zupełnie nie wiadomo, kto w danym momencie będzie zwycięzcą kolejnej nagrody za wydobycie, a dodatkowa moc obliczeniowa służy jedynie zwiększeniu prawdopodobieństwa sukcesu pojedynczego węzła. Co więcej, proces wydobywania zachęca również węzły do uczciwego działania ze względu na nagrody związane z nadawaniem prawidłowego bloku. Oznacza to, że aby przejąć sieć, złośliwy atakujący musi kontrolować ponad 51% mocy obliczeniowej/haszującej w sieci i zapobiegać weryfikowaniu prawidłowych bloków. Jest to powszechnie znane jako „atak 51%”. Ze względu na obecną wielkość sieci Bitcoin, ekonomiczny koszt pozyskania ponad 51% obecnej mocy haszującej w sieci jest duży, a przez to niezwykle trudny.
Druga część konsensusu Nakamoto pozwoliła Bitcoinowi stać się pierwszą skalowalną platformą walutową BFT. Konsensus Nakamoto kładzie duży nacisk na najdłuższy łańcuch, argumentując, że najdłuższy łańcuch, który jest również ważny według znaczników czasu (żaden z bloków nie jest nieważny na przykład z powodu podwójnie wydanych transakcji) jest najbardziej uzasadniony, ponieważ miał największy ilość dedykowanych mu zasobów obliczeniowych. Wprowadza to zaufanie do systemu bez zaufania, co pozwala na funkcjonowanie sieci Bitcoin bez scentralizowanego organu. Na przykład, jeśli uczestnik był nieaktywny lub niedawno dołączył, może po prostu zaakceptować bieżący najdłuższy łańcuch jako dowód tego, co wydarzyło się wcześniej w sieci. Nie muszą polegać na stronie trzeciej lub jakiejś instytucji; zamiast tego po prostu zaczynają budować na najdłuższym ważnym łańcuchu, zyskując w ten sposób możliwość otrzymywania nagród poprzez proponowanie poprawnego obliczeniowo bloku. W rzeczywistości „zasada najdłuższego łańcucha”, jak została nazwana przez społeczność kryptowalut, umożliwiła Bitcoinowi odniesienie sukcesu tam, gdzie poprzednie waluty cyfrowe PoW zawiodły. Pozwoliło to uczestnikom na zaufanie do sieci, a także ustanowiło standard, dzięki któremu górnicy mogli zacząć dołączać i odchodzić do woli bez konieczności podporządkowywania się władzom. Zasada najdłuższego łańcucha została przyjęta przez wiele systemów aktywów cyfrowych i łańcuchów bloków, które pojawiły się po Bitcoin.
Konsensus Nakamoto ostatecznie zrewolucjonizował zarówno walutę cyfrową, jak i nowoczesną kryptografię, wprowadzając rozwiązanie BFT, które było skalowalne, dzięki czemu Bitcoin odniósł sukces jako niezaufany system transakcji peer-to-peer. W szczególności Konsensus Nakamoto zdołał stworzyć standard pomiaru ważności łańcucha bloków: ilość zasobów obliczeniowych wydanych na niego. Chociaż model konsensusu Nakamoto spotkał się z uczciwą krytyką, głównie ze względu na tendencję do umożliwiania rozwidlania się łańcucha, pozostaje jednym z najbardziej wydajnych i skutecznych mechanizmów konsensusu wśród zdecentralizowanych sieci. Dołączając ograniczony zasób (moc obliczeniowa) do łańcucha bloków, Konsensus Nakamoto zapewnia Bitcoinowi niejawną wartość, bezpieczeństwo i zaufanie w stosunku do innych systemów walutowych.