Nakamoto Consensus คืออะไร? คู่มือสำหรับผู้เริ่มต้นฉบับสมบูรณ์

อัลกอริธึม Consensus เป็นสิ่งสำคัญยิ่งในการตรวจสอบความถูกต้องของแพลตฟอร์มบล็อกเชนแบบกระจายและเป็นกระบวนการสร้างข้อตกลงระหว่างเครือข่ายของผู้เข้าร่วมที่ไม่ไว้วางใจซึ่งกันและกัน.

Nakamoto Consensus สร้างขึ้นโดย Satoshi สำหรับ Bitcoin หมายถึงชุดของกฎร่วมกับแบบจำลองฉันทามติ Proof of Work ในเครือข่ายที่ควบคุมกลไกฉันทามติและทำให้มั่นใจได้ว่ามีลักษณะที่เชื่อถือได้ ในการทำเช่นนี้ Bitcoin กลายเป็น Byzantine Fault Tolerant (BFT) ตัวแรกที่เปิดและแจกจ่ายเครือข่าย Peer to Peer (P2P) ที่ใช้เครือข่ายแบบกระจายของโหนดที่ไม่ระบุชื่อซึ่งสามารถเข้าร่วมและออกจากเครือข่ายได้ตามต้องการ.

Byzantine Fault Tolerance (BFT)

Byzantine Fault Tolerance คือความสามารถของเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบกระจายในการทนต่อความผิดพลาดด้วยความเห็นพ้องที่ถูกต้องแม้ว่าข้อมูลจะไม่สมบูรณ์หรือส่วนประกอบของเครือข่ายล้มเหลวก็ตาม ก่อนหน้า Bitcoin วิธีเดียวที่จะรักษาเครือข่าย BFT, P2P คือการใช้โหนดกลุ่มปิดหรือกึ่งปิด นอกจากนี้อัลกอริทึม BFT แบบดั้งเดิมเช่น Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) ใช้วิธีการเลือกโหนดที่แตกต่างจากที่ใช้ในปัจจุบันใน Nakamoto Consensus.

การดูแล BFT ในเครือข่ายแบบเปิดและแบบกระจายเช่นเดียวกับ Bitcoin นั้นจำเป็นต้องใช้ชุดกฎเฉพาะที่อาศัยทั้งการเข้ารหัสและกลไกทฤษฎีเกมเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่น่าไว้วางใจซึ่งจำเป็นต่อการเอื้อฉันทามติแบบกระจายอำนาจผ่านเครือข่ายการถ่ายโอนคุณค่า.

ในระบบ pBFT โมเดลฉันทามติจะทำงานเฉพาะในกลุ่มเล็ก ๆ ของโหนดปิด (~ 50) ซึ่งมีค่าใช้จ่ายในการสื่อสารจำนวนมากที่ป้องกันไม่ให้โมเดลฉันทามติเหล่านี้ทำงานในระดับขนาดได้ การบรรลุฉันทามติในระบบที่มีข้อผิดพลาดโดยพลการมักจะต้องใช้ระบบการลงคะแนนเฉพาะเพื่อช่วยให้บรรลุฉันทามติ สำหรับแพลตฟอร์มสกุลเงินดิจิทัลที่ใช้โมเดลฉันทามติของ pBFT กลไกการลงคะแนนนี้ได้รับการกำหนดไว้ล่วงหน้าในระบบของโหนด “ผู้นำ” ที่หมุนเวียนในรูปแบบสไตล์แบบ Round-robin เนื่องจากระบบประกอบด้วยเครือข่ายของโหนดแบบปิดที่ จำกัด จึงเป็นเรื่องเล็กน้อยที่โหนดเหล่านี้จะสื่อสารกันได้อย่างมีประสิทธิภาพและกำหนดว่าใครคือ “ผู้นำ” ที่เสนอแต่ละบล็อกใหม่.

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับความทนทานต่อความผิดพลาดของไบแซนไทน์ในทางปฏิบัติ

หากผู้นำกระทำการมุ่งร้ายพวกเขาจะถูกลบออกโดยคะแนนเสียงข้างมากจากโหนด อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้ปรับขนาดได้ดีในระบบเช่น Bitcoin ที่ฉันทามติเกี่ยวกับสถานะทั้งหมดของ blockchain และความถูกต้องของธุรกรรมทั้งหมดนั้นกระจายไปยังโหนดหลายพันแห่งทั่วโลกที่เชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้จำเป็นต้องมีค่าใช้จ่ายโดยเนื้อแท้ในการเข้าร่วมในระบบฉันทามตินี้เพื่อกีดกันผู้เข้าร่วมจากการกระทำในลักษณะที่มุ่งร้าย.

ดังนั้นเพื่อให้ Bitcoin ทำงานเป็นเครือข่าย Byzantine Fault Tolerant P2P จึงได้เปิดตัวอัลกอริธึมฉันทามติการขุด PoW ร่วมกับชุดกฎเฉพาะที่ควบคุมกลไกเพื่อให้บรรลุฉันทามติที่เชื่อถือได้ทั่วทั้งเครือข่าย สิ่งนี้ถูกเรียกว่า Nakamoto Consensus แบบคลาสสิก.

ฉันทามติของ Nakamoto ทำงานอย่างไร?

Nakamoto Consensus สามารถแบ่งออกเป็น 4 ส่วนโดยประมาณ.

• หลักฐานการทำงาน (PoW)
• บล็อกการเลือก
• ความขาดแคลน
• โครงสร้างสิ่งจูงใจ

การผสมผสานและการประสานกันขององค์ประกอบทั้ง 4 ของ Bitcoin ทำให้มันกลายเป็นเครือข่ายแบบกระจายสำหรับการถ่ายโอนมูลค่าที่เป็นอยู่ มันดำเนินการด้วยความเห็นพ้องที่เชื่อถือได้และจะยังคงปลอดภัยตราบเท่าที่อำนาจส่วนใหญ่ที่มีส่วนในกระบวนการขุดอยู่ในมือของคนงานเหมืองที่ซื่อสัตย์ดังที่คุณจะเห็นต่อไป.

หลักฐานการทำงาน

โดยรวมแล้วเครื่องมือที่สำคัญที่สุดที่ขับเคลื่อนความเห็นพ้องใน Bitcoin คือโปรโตคอลฉันทามติของ Proof of Work โดยทั่วไปนักขุดจะใช้โหนดเต็มเฉพาะเพื่อแข่งขันในบล็อกการขุดเพื่อรับรางวัลบล็อกที่ออกให้สำหรับแต่ละบล็อกที่ขุดได้สำเร็จและตรวจสอบความถูกต้อง ต้นทุนของกระบวนการขุดนี้คือค่าไฟฟ้าซึ่งมีมูลค่าทางการเงินในโลกแห่งความเป็นจริงดังนั้นจึงทำให้ BTC ที่ออกให้สำหรับแต่ละบล็อกที่ขุดได้นั้นมีมูลค่าโดยธรรมชาติ.

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขุด Bitcoin

PoW ใน Bitcoin ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันการใช้จ่ายซ้ำซ้อน แม้ว่ารูปแบบลายเซ็นดิจิทัลภายในแบบจำลอง UTXO ให้การเป็นเจ้าของผลลัพธ์ธุรกรรมที่จะใช้จ่ายที่ตรวจสอบได้ แต่ก็ไม่ได้เปิดใช้งานการป้องกันการใช้จ่ายซ้ำซ้อน blockchain เป็นห่วงโซ่ของบล็อกข้อมูลที่ประทับเวลาที่มีธุรกรรมที่แต่ละบล็อกแฮชไปก่อนหน้านี้ สิ่งนี้ทำให้บล็อกเชนไม่เปลี่ยนรูป แต่คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าโซ่ที่คุณอยู่นั้นเป็นโซ่ที่ถูกต้องหรือไม่? นี่คือจุดที่ PoW เข้ามา.

การมีส่วนร่วมในการขุดนั้นขึ้นอยู่กับพลังในการคำนวณยิ่งคุณมีพลังภายในเครือข่ายมากเท่าไหร่คุณก็มีโอกาสที่จะขุดบล็อกได้มากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้เป็นแบบสุ่มดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจะเป็นการจับสลากที่มีโอกาสสุ่มว่าใครจะชนะดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะรู้ว่าใครจะชนะในรอบต่อไปและค่าใช้จ่ายในการเข้าร่วมจะยังคงเพิ่มขึ้น เนื่องจากแบบจำลองนี้โซ่ที่ยาวที่สุดจึงถือเป็นโซ่ที่ถูกต้องเนื่องจากมาจากพลังการคำนวณที่ใหญ่ที่สุด กฎการตรวจสอบความถูกต้องทำให้แน่ใจว่าบล็อกที่เสนอมีการคำนวณที่จำเป็นเพื่อให้ได้รับการยอมรับ ยิ่งไปกว่านั้นตราบใดที่ห่วงโซ่ที่ยาวที่สุดและอำนาจการแฮชของเครือข่ายส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยโหนดที่ซื่อสัตย์โซ่ที่ซื่อสัตย์จะเติบโตเร็วที่สุดและแซงหน้าเครือข่ายคู่แข่ง.

ผลลัพธ์ของระบบนี้คือเมื่อไขปริศนาการเข้ารหัสสำหรับรอบการขุดได้แล้วผู้ขุดจะเสนอบล็อกไปยังเครือข่ายเครือข่ายจะตรวจสอบความถูกต้องของบล็อกหากธุรกรรมทั้งหมดภายในบล็อกไม่ได้ใช้จ่ายเป็นสองเท่าและบล็อกจะถูกเพิ่มเข้าไปใน โซ่ที่ยาวที่สุด ด้วยเครือข่ายการกระจายขนาดใหญ่เช่น Bitcoin ค่าใช้จ่ายในการโจมตีเครือข่ายผ่านการโจมตี 51% นั้นมหาศาลและจะขยายใหญ่ขึ้นเมื่อเครือข่ายเติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่อง.

เครื่องคำนวณการโจมตี 51%

บล็อกการเลือก

กระบวนการเลือกบล็อกที่ใช้โดย Nakamoto Consensus เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักที่สร้างความแตกต่างจากโมเดลฉันทามติอื่น ๆ เนื่องจากโมเดลถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าในการออกแบบ PoW กระบวนการคัดเลือกบล็อกจึงกล่าวถึงกระบวนการ “ลอตเตอรี” โดยเฉพาะสำหรับนักขุดที่แข่งขันกันเพื่อชนะรางวัลบล็อกสำหรับการขุดบล็อกถัดไป.

โปรดจำไว้ว่าใน pBFT ผู้นำบล็อกจะถูกเลือกผ่านขั้นตอนการลงคะแนนและแทนที่ในรูปแบบรูปแบบ Round-Robin ในแต่ละรอบ ไม่มีการขุดในระบบนี้บล็อกจะถูกเลือกให้เพิ่มเข้าไปในห่วงโซ่โดยผู้นำและจำเป็นต้องได้รับการอนุมัติจากโหนดอื่น ๆ อย่างน้อย⅔ ใน Bitcoin ไม่มีกระบวนการลงคะแนนเพื่อกำหนดหัวหน้าบล็อก แต่จะใช้ปริศนาการเข้ารหัสที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในการเพิ่ม nonce ในบล็อกจนกว่าจะถึงค่าที่ถูกต้องซึ่งแสดงถึงแฮชของบล็อกและต้องการศูนย์บิตสำหรับจุดเริ่มต้นของ nonce.

คนงานเหมืองในเครือข่ายต่างแข่งขันกันเพื่อไขปริศนานี้และคนแรกที่หาคำตอบจะชนะในรอบการจับสลาก จากนั้นบล็อกจะแพร่กระจายโดยคนงานเหมืองข้ามเครือข่ายไปยังโหนดการขุดอื่น ๆ ที่ลงคะแนนโดยปริยายเพื่อยอมรับบล็อกว่าถูกต้องโดยการเพิ่มบล็อกในห่วงโซ่ที่ยาวที่สุด ผลที่ตามมาของกระบวนการนี้คือการกำจัดอิทธิพลของบุคคลที่สามที่อาจเกิดขึ้นต่อผู้นำบล็อกเนื่องจากกระบวนการเป็นแบบสุ่มและไม่สามารถคาดเดาผู้นำได้ วิธีเดียวที่จะชนะลอตเตอรีคือการมีส่วนร่วมในการแฮชพลังให้กับเครือข่ายโดยหวังว่าจะชนะและเมื่อคุณไม่ชนะพลังงานที่ใช้จ่ายจะกลายเป็นต้นทุนที่จมลงไปซึ่งจะเพิ่มโครงสร้างแรงจูงใจของการขุด จะกลายเป็นค่าใช้จ่ายโดยธรรมชาติในการเข้าร่วมไม่ว่าคุณจะขุดบล็อกสำเร็จหรือไม่ก็ตาม.

ความขาดแคลน

ก่อนที่สกุลเงินที่เฟ้อซึ่งเป็นผลมาจากระบบธนาคารสำรองที่เป็นเศษส่วนจะเข้าครอบงำฉากสกุลเงินทั่วโลก, โลหะมีค่าเป็นรูปแบบหลักของการจัดเก็บมูลค่าและการค้า. สาเหตุหลักประการหนึ่งที่ทำให้พวกมันถูกนำมาใช้และยังคงรักษาคุณค่าทางประวัติศาสตร์ไว้ (คิดว่าทองคำและเงิน) เป็นเพราะพวกมันหายาก ไม่เพียง แต่หายากเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ความพยายาม (PoW ด้านบน) ในการขุดและใช้.

ความขาดแคลนใน Bitcoin นั้นขึ้นอยู่กับหลักฐานนี้โดย จำกัด จำนวน Bitcoin ทั้งหมดที่จะถูกขุดไว้ที่ 21 ล้าน นอกจากนี้ Bitcoin สามารถถูกฉีดเข้าไปในระบบผ่านกระบวนการขุดเท่านั้นและเป็นไปตามโครงการเงินฝืดซึ่งรางวัลบล็อกจะลดลงครึ่งหนึ่งทุกๆ 210,000 บล็อก (ประมาณ 4 ปี).

โครงสร้างสิ่งจูงใจ

การออกแบบเงินฝืดของ Bitcoin ทำให้เกิดกลไกจูงใจสำหรับผลประโยชน์ระยะยาวโดยเจ้าของ Bitcoin และผู้เข้าร่วมในเครือข่าย Bitcoin เพื่อรักษาความปลอดภัยและตรวจสอบความถูกต้องของเครือข่ายในขณะเดียวกันก็สนับสนุนการเติบโตของมูลค่า Bitcoin ด้วย ลักษณะภาวะเงินฝืดของ Bitcoin ยังสร้างแบบจำลองทฤษฎีเกมซ้ำซึ่งความร่วมมือระหว่างบุคคลในเครือข่ายนั้นเหมาะสมที่สุดผ่านผลประโยชน์ที่สอดคล้องกันซึ่งขับเคลื่อนโดยภาวะเงินฝืดในระยะยาว.

คนงานเหมืองได้รับแรงจูงใจในการตรวจสอบและรักษาความปลอดภัยเครือข่ายอย่างซื่อสัตย์เนื่องจากรางวัลที่ได้รับจากการขุดบล็อกคือ Bitcoin หากมูลค่าของ Bitcoin ลดลงหรือเครือข่ายถูกบุกรุกจะส่งผลต่อกำไรของพวกเขา.

ที่สำคัญ Bitcoin ที่ใช้ Nakamoto Consensus คือ a ปรับขนาดได้ตามสังคม เครือข่าย ด้วยการออกแบบแรงจูงใจ PoW และชุดของกฎที่ควบคุมกลไกในการบรรลุฉันทามติที่เชื่อถือได้ Bitcoin เอาชนะปัญหาโดยธรรมชาติของมนุษย์เพื่อให้กลายเป็นแหล่งที่มาของคุณค่าที่แท้จริงที่เชื่อถือได้และถูกต้องตามกฎหมาย.

สรุป

Nakamoto Consensus เป็นกลไกฉันทามติชุดแรกที่ใช้กับระบบบัญชีแยกประเภทแบบกระจายซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับการประดิษฐ์บล็อคเชนและเรียกตามสถาปนิกผู้ลึกลับ คำว่า“ blockchain” ถูกโยนทิ้งไปอย่างไม่ไยดีในทุกวันนี้เพื่อเป็นทางออกของทุกปัญหาภายใต้ดวงอาทิตย์.

Blockchains เป็นองค์ประกอบที่สำคัญของ cryptocurrencies อย่างไรก็ตามศักยภาพมากมายของพวกเขาจะเป็นไปไม่ได้หากไม่เชื่อมโยงกับส่วนประกอบอื่น ๆ ของแพลตฟอร์ม ใน Bitcoin และหลักฐานการทำงานของ cryptocurrencies อื่น ๆ นี่คือ Nakamoto Consensus และมีความสำคัญต่อการสร้างเครือข่ายที่ปรับขนาดได้ทางสังคมเช่น Bitcoin.