Verschillende type consensusmechanismen uitgelegd

Verschillende type consensusmechanismen

Er zijn verschillende systemen die vergelijkbaar zijn met Proof of Stake (PoS) en Proof of Work (PoW). Dit zijn allemaal wiskundige algoritmes die ook wel bekend staan als consensusmechanisme. Deze consensusmechanisme worden allemaal gebruikt om de betrouwbaarheid, efficiëntie en beveiliging van een blockchain te waarborgen. De algoritmes zijn zo ontworpen dat ze binnen het netwerk er voor zorgen dat er controle is op de transacties. De algoritmes controleren welke transacties geldig zijn en in welke volgorde ze in de blockchain moeten worden opgenomen.

Enkele andere voorbeelden van deze vergelijkbare systemen zijn Delegated Proof of Stake (DPoS), Proof of Capacity (PoC), Proof of Authority (PoA), Proof en Elapsed Time (PoET). Ieder van de bovengenoemde wiskundige algoritmes werkt op zijn eigen manier. Zo heeft ieder consensusalgoritme zijn eigen regels en instellingen waarmee bepaald wordt hoe het netwerk validators selecteert en beloont voor hun werk. Los van de onderling verschillende eigenschappen hebben ze allemaal het gezamenlijke doel de efficiëntie en veiligheid van het blockchain netwerk te verbeteren en te waarborgen.

Hieronder worden enkele van de belangrijkste en meest voorkomende consensusmechanismen uitgelicht: 

  • Proof of Work (PoW): Dit is het consensusmechanisme dat bij bitcoin wordt gebruikt en het behoort daardoor tot één van de eerste mechanismen. Naast bitcoin zijn er ook andere cryptocurrency’s die hier gebruik van maken. Bij het Proof of Work concept worden er door “Miners” complexe berekeningen uitgevoerd voor het toevoegen van een nieuwe blokken aan de blockchain. De Miner die als eerste de wiskundige puzzel oplost krijgt het recht om het volgende blok toe te voegen en wordt beloont in de vorm van cryptomunten. Het gevolg hiervan is dat miners met de meeste rekenkracht ook de grootste kans maakt op het oplossen van de puzzel. Door de rekenkracht die nodig is bij PoW staat dit mechanisme bekend om zijn zeer hoge energie behoeften, hierbij wordt er gebruik gemaakt van gespecialiseerde hardware voor het uitvoeren van taken. Daarnaast kost het principe van competitie tussen miners om als eerste de wiskundige puzzel op te lossen veel energie. Het positieve aan PoW is dat het beschouwd wordt als zeer veilig.

  • Proof of Stake (PoS): Proof of Stake is een consensusalgoritme dat wordt gebruikt om overeenstemming te bereiken binnen gedistribueerde systemen, zoals blockchains. Een van de belangrijkste kenmerken van PoS is de energiezuinigheid in vergelijking met andere consensusmechanismen, zoals Proof of Work (PoW). In tegenstelling tot PoW, waarbij miners complexe berekeningen uitvoeren, maakt PoS gebruik van validators (soms ook stakers genoemd).

    Validators in een PoS-netwerk maken gebruik van een proces dat "staking" wordt genoemd. Bij staking zetten validators een deel van hun eigen cryptomunten als onderpand in, om de mogelijkheid te krijgen om een nieuw blok aan de blockchain toe te voegen. Binnen het netwerk worden validators willekeurig geselecteerd om nieuwe transactieblokken te valideren en aan de blockchain toe te voegen. In dit type consensusmechanisme is de kans om geselecteerd te worden afhankelijk van de hoeveelheid cryptomunten die de validator al bezit. Met andere woorden, hoe meer munten een validator heeft, hoe groter de kans dat ze wordt geselecteerd.

    Voor het uitvoeren van deze validatietaken worden validators beloond met cryptomunten, wat vaak wordt aangeduid als "staking rewards". Een extra kenmerk van PoS is dat het inzetten van cryptocurrency door validators kan leiden tot een verhoogde liquiditeit op de cryptomarkt, omdat munten worden vergrendeld in het staking proces. Enkele bekende cryptocurrency’s die PoS gebruiken, zijn Ethereum, Polkadot en Cardano.

  • Delegated Proof of Stake (DPoS): Dit consensusmechanisme is in grote lijnen te vergelijken met PoS. Bij PoS hebben alle validators het recht om een blok te valideren, bij DPos is dit een beperkte groep die is aangesteld en gekozen door de gedecentraliseerde gemeenschap. Alleen de gekozen groep validators hebben het recht om validaties uit te voeren binnen de blockchain. Deze groep worden ook wel “delegates” of “witnesses” genoemd. Het proces waarbij delegates worden gekozen en aangesteld kan variëren per cryptocurrency’s die DPoS gebruiken. In de basis staat altijd dat de gemeenschap (community) de validators kiezen en het vertrouwen toekent om te mogen valideren. Net als bij PoS ontvangt men staking rewards voor het valideren van het betreffende netwerk.

    Het grootste voordeel van DPoS ten opzichte van PoS zijn de snellere transactiebevestigingen en benodigde energie, doordat er minder validators zijn is er minder energie en intensieve rekenkracht nodig. De nadelen en uitdagingen die bij DPoS komen kijken zijn het waarborgen van eerlijke verkiezingen en het voorkomen van centralisatie door de selectie van delegates.

  • Proof of Authority (PoA): Bij dit type consensusmechanisme worden de transacties binnen het blockchain netwerk goedgekeurd door vooraf aangestelde autoriteiten. Dit is een groep die aangesteld en geselecteerd is op basis van hun goede reputatie en daarmee staan ze vaak bekend als vertrouwde entiteiten. Het voordeel van PoA ten opzichte van andere mechanismen is de efficiëntie en werking van het systeem, echter is het gevolg een minder gedecentraliseerd netwerk. De efficiëntie en snelheid van het netwerk worden veroorzaakt doordat er minder rekenkracht, energie en crypto als onderpand nodig zijn.

    POA samengevat: PoA is een consensusmechanisme gebaseerd op de autoriteit van validators en niet op de rekenkracht of hoeveelheid cryptomunten in bezit. PoA wordt vaak gebruikt binnen privé en zakelijke blockchain netwerken, waar vertrouwde autoriteiten, efficiëntie en snelheid centraal staan. Dit type consensusmechanisme kan bij behoefte de centralisatie bevorderen door de afhankelijkheid en aanstelling van vertrouwde autoriteiten. De behoefte naar dit type mechanisme komt vaak voor in situaties waar privé of zakelijke centrale controle gewenst is.

  • Proof of History (PoH): Dit type consensusmechanisme is relatief nieuw en is ontwikkeld door de cryptocurrencie Solana (SOL). De focus bij dit type consensus is het behalen van hoge transactiesnelheden, de werking is gebaseerd op een combinatie tussen PoS en PoH. Het concept achter PoH werkt als volgt: aan de gebeurtenissen binnen het gedistribueerde systeem zoals een blockchain netwerk wordt een tijdsreferentie en tijdstempel toegevoegd. Door deze elementen toe te voegen kunnen gebeurtenissen worden bewezen aan de hand van controleerbare tijden, dit zonder intensieve berekeningen te maken zoals bij PoW wel nodig is.

    Deelnemer binnen het netwerk hebben dus inzicht in de tijdsbron en chronologische volgorde van de gebeurtenissen. Het zijn dus niet intensieve rekenprocessen, maar cryptografie die gebruikt wordt voor het creëren en verifiëren van tijdsstempels. Er worden cryptografische handtekeningen op basis van een bepaald tijdstip toegevoegd aan een gebeurtenis binnen het netwerk. PoH is een concept dat gebruikt kan worden in combinatie met andere consensusmechanismen, zoals PoS of PoW, en heeft de eigenschap relatief weinig energie te verbruiken.

  • Proof of Space (PoSpace): Dit type consensusmechanisme gebruikt in plaats van rekenkracht schijfruimte voor het bewijzen dat een entiteit in aanmerking komt voor het creëren van nieuwe blokken.

De bovengenoemde consensusmechanismen zijn slecht een greep uit de vele varianten. Er zijn nog vele andere technieken die nog in ontwikkeling zijn of gewoonweg minder bekend zijn, zoals Proof of Burn (PoB), Proof of Identity (PoI), Proof of Activity (PoAcy) en Proof of Elapsed Time (PoET). Voor sommige mechanismen is het mogelijk dat zij in combinatie met andere samenwerken. Ieder consensusmechanisme heeft zijn voor- en nadelen, het is dan ook erg afhankelijk wat de ontwikkelaars voor ogen hebben en willen bereiken met hun projecten.