На данной таблице отображены основные технические отличия трех популярных блокчейн технологий на 2023 год.

Далее предлагаю конкретно разобрать каждую характеристику, на примере этих технологий, и понять в чем заключаются основные pros and cons умных* блокчейнов.

Часть1. Consensus

Итак, предлагаю начать с того с чего начинается каждый блокчейн, с консенсуса.

???? Так как блокчейн сеть является децентрализованной и у участников сети нет доверия к друг другу, необходим механизм, который может гарантировать добросовестное взаимодействие участников внутри сети. Если ещё проще: нет какого то администратора или судьи, который мог бы контролировать честность проведения операций, поэтому участники сети регулируют ее сами с помощью Консенсуса.

Консенсус - это некая договоренность, между участниками сети, заранее сформированные правила по которым участники сети проверяют и подтверждают транзакции. Есть разные консенсусы, и у каждого есть свои плюсы и минусы. Давайте рассмотрим их чуть подробнее:

Proof of Stake (Ethereum)

Начнём с самой популярной на сегодняшний день сети использующей смарт контракты.

Блокчейн сеть Ethereum использует консенсус Proof of Stake.

Proof of Stake я бы перевел на русский как доказательства вклада, тоесть доказательство того, что ты не просто случайно мимо проходящий чувачок, а имеешь причастность к сети, зависишь от её благосостояния и готов отвечать за свои действия (даешь сети возможность наказать себя, при попытке сжульничать или невыполнении условий договора) Давайте рассмотрим основные идеи PoS:

1. Стейкинг - участник сети, замораживает своим монеты, тем самым оставляя гарантию участия их в процессе консенсуса. Замороженные монеты называются “стейком”, а их количество определяет шансы этого участника на выбор для создания блока. (это выгодно участнику)

2. Выбор блока - в каждом новом слоте(время создания блока в сети эфириум ~15 секунд) случайным образом выбирается один из участников стейкинга выбирается на роль “создающего блок”. Шансы на выбор участника пропорциональны количеству монет в его стейке.

3. Создание блока- выбранный участник создает блок, в соответствии с протоколами блокчейна.

4. Подтверждение блока - созданный блок проходит к другим узлам(участникам сети) для проверки и валидации. После определенного количества подтверждений (зависит от конкретной сети), блок считается провалидированным и не может быть отозван (может но это крайне сложно и нецелесобразно).

5. Награда/Наказание - в случае корректного прохождения проверок блоком, стейкер получает награду в виде транзакционных сборов. В случае выявления недобросовестного поведения, стейкер теряет часть своих замороженных средств.

На данный момент, время создания блока в сети эфириум занимает около 15 секунд, а время на его подтверждение(finalize), достаточным количеством участников около 10-15 минут.

Одним из преимуществ proof of stake над proof of work (bitcoin) является более эффективное использование ресурсов (энергии), так как PoS не требует сложных вычислений. Однако стоит отметить, что каждый консенсус помимо плюсов, имеет также свои минусы. Один из недостатков PoS например “проблема накопления богатсва”, ведь чем больше монет ты застейкаешь, тем больше шанс того, что система выберет тебя создателем блока, соответвенно шанс заработать повышается.

Proof of Stake (The Open Network)

На самом деле, сеть TON тоже использует консенсус PoS, описанный выше, в реализации есть свои особенности связанные с более сложной и продвинутой архитектурой , например время на финализацию блока в сети TON составляет около 5 секунд. Об этом мы поговорим позднее, когда будем рассматривать Block Finalize time сетей, сейчас давайте вернемся к консенсусу.

На ранних этапах развития, блокчейн сеть TON, столкнулась с проблемой сосредоточения большого количество монет в небольшом количестве рук. Около 5 миллиардов монет были сосредоточены в руках создателей сети. Для развития сети было принято решение поместить монеты в специальные смарт-контракты (программы исполняемые на виртуальной машине блокчейна), Proof of Work Givers, для повышения децентрализации и тем самым укрепления и развития своего детища (сети TON), а может чтобы избежать проблем с SEC(Security and Exchange Commission). На тот момент, монеты не имели ценности, и могли использоваться только в тестовых целях.

По сути TON имитировала работу PoW, для децентрализации сети, при этом работа сети, а также самих контрактов PoW Givers, поддерживалась консенсусом Proof of Stake описанным выше. На данный момент “майнинг” TON coin завершен. Таким образом, можно утверждать, что сеть TON использует консенсус Proof of Stake.

???? Proof of Work первый вышедшей в свет консенсус, используемый в блокчейне Bitcoin. Механизм PoW заключается в нахождении верного решения задачи, генерируемой сетью(сложность зависит от числа участников). Единственным путем нахождения решения является подбор чисел, путем перебора всех возможных вариантов. Подробнее: Proof of Work

Proof of History (Solana)

Теперь поговорим о более новом блокчейне Solana, вышедшим в свет последним из трех рассматриваемых нами (2020). Solana отличается своим супербыстрым временем формирования блоков (на самом деле время финализации всё равно плюс минус как у TON), но об этом мы поговорим позднее. Давайте вернемся к консенсусу.

На самом деле PoH является модификацией к консесусу PoS. Давайте вспомним то, что мы обсуждали чуть ранее в контексте ethereum и коснемся одной из зависимостей “трилеммы блокчейна”. Для того чтобы считать блок подтвержденным(финализированным) в PoS требуется n подтверждений от участников сети, где n напрямую зависит от количества участников. То есть чем больше в сети участников, тем больше нужно подтверждений, и больше времени. Здесь прослеживается одна из обратных зависимостей трилеммы,

масштабируемость = 1/децентрализация

чем больше людей будут участвовать в процессе стейкинга, тем больше времени будет занимать финализация блока.

Solana предложила решение проблемы, мастабируемости с помощью данного консенсуса Proof of History. Давайте рассмотрим консесус подробнее:

1. Создание функции доказательства обработки времени - Консенсус основан на некой криптографической функции "Verifiable Delay Function" (VDF), которая является частью алгоритма PoH. VDF обеспечивает доказательство проделанных вычислительных циклов. VDF является верифицируемой и может проверяться другими пользователями.

2. Создание временной метки - когда событие происходит в блокчейне, используется VDF для создания временной метки для этого события. Временная метка представляет собой доказательство, что событие произошло в определенное время и было обработано VDF.

3. Включение временной метки в блокчейн - временная метка включается в блокчейн вместе с другими событиями и транзакциями. Поскольку время метки обрабатывается VDF и предоставляет доказательство о времени выполнения, она обеспечивает хронологический порядок событий в блокчейне.

4. Проверка временной метки - когда участник сети видит новую временную метку в блокчейне, он может легко проверить ее с помощью VDF. Проверка доказывает, что временная метка корректна и соответствует правилам протокола, что позволяет участникам быть уверенными в хронологической последовательности событий в блокчейне.

Отличительными особенностями PoH является независимость от величины стейка, что позволяет участникам быстрее подтверждать блоки в сети. В случае с PoS подтверждение блоков происходит поочередно участниками сети, в то время когда консесус PoH позволяет подтверждать блоки как бы асинхронно (главное в правильном порядке).

Однако давайте вернемся к нашей трилемме. Механизм PoH подразумевает наличие устройства «учителя» создающего временные метки, и являющего источником доверенного времени. Пользователи блокчейна должны доверять этому устройству, что может создать проблему с централизацией и открыть лазейку для атаки или манипуляции со стороны «недобросовестного учителя». Таким образом в очередной раз подтверждается трилемма блокчейна, где за повышение масштабируемости приходится платить снижением уровня децентрализации.