원저자: Glaze, Fundamental Labs

원본 편집: Aididiao

Ethereum 합병이 진행 중이지만 지분 증명(PoS) 메커니즘의 출시는 계속해서 지연되었습니다.

이더리움의 합병은 기존 작업증명(PoW) 합의 메커니즘을 지분증명(PoS) 합의 메커니즘으로 전환하는 것을 말하며, 채굴에 대한 보상은 참여자의 서약 수와 디지털에 따라 결정된다. 전기와 자원이 아닌 자산 집약적인 컴퓨팅 파워 결정. 이더리움의 원활한 합병을 보장하기 위해 채굴자들은 지분 증명으로 전환했고, 이더리움은 이더리움의 원활한 합병을 보장하기 위해 폭탄 난이도 메커니즘을 증가시키기로 결정했습니다.

난이도 폭탄 메커니즘이 설정된 후 PoW 네트워크의 채굴 난이도는 시간이 지남에 따라 기하급수적으로 증가하여 채굴자의 ETH 보상이 감소합니다.마지막으로 PoW 네트워크는 블록 생성을 중단하고 모든 채굴자는 PoS 네트워크로만 전환할 수 있습니다.

원천:

원천:Etherscan

오랫동안 이더리움의 높은 가스 요금과 느린 네트워크 거래 속도는 사용자들로부터 비판을 받아 왔으며 PoW 합의 메커니즘은 이더리움이 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 기사에서는 PoS 합의 메커니즘의 역사와 이더리움의 합병에서 직면한 어려움에 대해 설명합니다.

새로운 합의 메커니즘을 빠르게 이해

각 블록체인 네트워크에는 많은 노드가 있으며 합의 메커니즘은 이러한 노드를 조정하여 다른 노드가 생성된 새 블록에 대한 합의에 도달할 수 있도록 합니다. 합의 메커니즘은 분산 네트워크의 원활한 자체 운영의 핵심입니다.

합의 메커니즘은 종종 복잡하며 새로운 합의 메커니즘을 빠르게 이해하려면 다음과 같이 대답하면 됩니다.

1. 누가 새로운 블록을 제안합니까?

2. 블록체인에 포크가 있다면 누가 메인체인인지를 결정하는 요소는 무엇일까요?

PoW 합의 메커니즘 개요

PoW 합의 메커니즘에서 채굴자는 해싱 알고리즘을 기반으로 수학적 문제를 해결하려고 반복적으로 시도합니다. 이를 먼저 해결한 채굴자는 장부에 대한 권리를 얻고 새로운 블록을 제안할 것입니다. 블록체인이 포크되면 가장 긴 포크 체인이 메인 체인이 됩니다. 누군가 블록체인을 조작하려는 경우 공격자는 컴퓨팅 성능의 최소 51%에 도달해야 합니다. PoW 네트워크 마이닝에는 전원 리소스가 필요하고 동시에 하드웨어에 대한 요구 사항이 높으며 특정 비용 임계값이 있습니다. 채굴로 얻은 보상은 컴퓨팅 파워에 비례합니다.

PoS에 비해 PoW는 비교적 간단합니다. PoW는 난수와 같은 문제를 포함할 필요가 없고 PoS는 임의로 블록 제안자를 선택하기 위해 난수를 사용해야 하기 때문입니다.

PoS 합의 메커니즘에 대한 자세한 설명

이더리움의 합병 과정에서 더 많은 노드가 분산된 방식으로 네트워크에 참여하도록 권장되므로 수천 개의 노드의 P2P 통신을 지원하고 네트워크의 정상적인 작동을 보장하기 위해 더 복잡한 프로토콜이 필요합니다.

PoS 합의 메커니즘은 지분 증명 메커니즘이며 노드는 네트워크에서 기본 토큰을 약속해야 합니다. 토큰이 많을수록 노드가 블록을 생성할 가능성이 높아집니다. PoS 합의 메커니즘에는 높은 하드웨어 요구 사항이 필요하지 않지만 서약을 완료하려면 자금이 필요합니다. 노드가 부정행위를 하면 네트워크는 노드가 약속한 토큰을 즉시 삭감합니다. 노드는 전력 자원을 소비하고 고급 하드웨어 장비를 사용할 필요가 없기 때문에 PoS 네트워크는 지속 가능성, 보다 효율적인 응답 메커니즘, 더 높은 TPS 및 보안을 갖추고 있으므로 대부분의 네트워크는 PoS 합의 메커니즘을 채택합니다.

PoS의 두 단계

PoS는 두 단계의 개발을 거쳤습니다. PoS 1.0은 블록체인 기반 합의 메커니즘이고 PoS 2.0은 BFT(Byzantine Fault Tolerance) 기반 합의 메커니즘입니다.

• PoS 1.0 합의 메커니즘: PeerCoin, NextCoin, BlackCoin 및 Ethereum Serenity.

• PoS 2.0 합의 메커니즘: Ethereum 2.0, Tendermint 및 Cosmos와 같은 프로젝트.

PoS 1.0 

PoS 1.0 단계에서 대부분의 PoS 메커니즘은 다음과 같습니다.

1. 노드 서약 토큰

2. 임의로 노드를 선택하여 새 블록을 생성하고, 노드가 새 블록을 생성할 확률은 담보 토큰 수에 비례합니다.

이 과정에서 가장 중요한 것은 난수 생성인데, 난수 생성이 타임스탬프와 해시 알고리즘을 기반으로 한다면 노드는 난수 생성에 영향을 미쳐 블록 제안자로 재선출 확률을 높일 수 있다. .확률, 새로운 블록 생성.

공격 벡터

공격 벡터를 통해 해커는 컴퓨터나 웹 서버에 액세스하여 페이로드 또는 악의적인 결과를 전달할 수 있습니다. 공격 벡터는 해커가 시스템 취약성을 악용하여 잠재적으로 자산을 도용할 수 있도록 합니다. 일반적인 공격 벡터는 다음과 같습니다.

• 스테이킹 연삭: 블록 제안자는 블록을 생성할 더 많은 기회를 얻기 위해 무작위성을 편향시키기 위해 일부 계산을 수행하거나 다른 조치를 취합니다.

• 문제 없음: PoS 네트워크에서 노드는 채굴을 위한 추가 기회 비용이 필요하지 않으므로 보상을 극대화하기 위해 각 경쟁 지점에서 채굴합니다. 그러나 이것은 네트워크의 안정성에 해 롭습니다.

• 장거리 공격: 초기 채굴자들은 포크를 일으키기 쉬운 초기 버전의 블록체인으로 거슬러 올라갈 수 있습니다.

PoS 2.0

PoS 2.0은 BFT를 사용하며 그 목표는 서로 다른 노드 간의 합의에 도달하는 것입니다.

모든 노드 중에서 마스터 노드는 임의의 알고리즘으로 선택되며 제안 및 통신이 가능합니다. 다른 노드 중 악성 노드, 즉 비잔틴 노드가 있습니다. 실제 정보의 전송과 합의 달성을 방지하기 위해 비잔틴 노드는 일반적으로 다음과 같은 방식으로 부정 행위를 통해 각 노드에 일관성 없는 정보를 보냅니다.

• 반환된 결과가 없습니다

• 잘못된 결과로 응답

• 의도적으로 잘못된 결과로 응답

• 일관되지 않은 정보로 응답

Byzantine 노드를 제외하고 다른 모든 노드는 정직한 노드이며 가장 어려운 시나리오 마스터 노드는 Byzantine 노드입니다.

BFT에는 다른 제한 사항이 있습니다.

• 노드는 피어 투 피어로만 통신할 수 있습니다.

• 노드는 보낸 메시지의 로그를 유지합니다.

점대점 통신은 서로 다른 노드가 서로 다른 보기를 갖게 하고 노드는 글로벌 동기화 상태에 있지 않습니다.예를 들어 노드 A가 3개의 새 블록을 찾으면 노드 B는 1개의 새 블록만 볼 수 있습니다.

BFT의 주요 목적은 메인 노드가 제안한 후 Byzantine 노드를 제외한 모든 노드가 합의에 도달할 수 있고 두 번째 목표는 Byzantine 노드를 발견하는 것입니다.

BFT 알고리즘 소개

이제 BFT 알고리즘은 일반적으로 각 노드가 제안이 노드의 2/3 이상에 의해 승인되었는지 여부를 알 수 있도록 여러 라운드의 투표를 채택합니다.

각 투표 라운드에는 4단계가 있습니다.

1. 클라이언트는 마스터 노드에 요청을 보냅니다.

2. 마스터 노드는 모든 노드에 요청을 전달합니다.

3. 노드는 실행 결과를 마스터 노드로 반환

4. 동일한 결과를 가진 노드의 2/3 이상을 얻은 후 마스터 노드는 결과를 클라이언트에 피드백합니다.

아래 그림은 실행 프로세스의 5개 노드를 보여줍니다. 여기서 C는 클라이언트, 0은 마스터 노드, 3은 비잔틴 노드입니다.

준비 및 커밋 단계 동안 서로 다른 노드 간의 동기화를 보장해야 합니다.

Tendermint에는 다음과 같은 제한 사항이 있습니다.

• 점대점 통신에서 네트워크 노드의 수는 100을 초과할 수 없습니다.

• 점대점 통신에는 복잡한 설계가 필요합니다.

• 실행 지연. 노드는 먼저 새 블록을 결정한 다음 새 블록의 모든 정보를 실행합니다. 개별 트랜잭션 실행은 잘 작동하지만 모든 트랜잭션을 한 번에 실행하면 이중 지출 문제가 발생할 수 있습니다.

편집자 주: Tendermint는 여러 노드에서 애플리케이션을 안전하고 일관되게 복제하기 위한 소프트웨어입니다. Tendermint는 최대 1/3의 노드가 어떤 식으로든 실패하더라도 작동합니다. Tendermint는 사용하기 쉽고 이해하기 쉬우며 성능이 우수하고 다양한 분산 응용 프로그램에 적합하도록 설계되었습니다.

현재 BFT 알고리즘은 다음 조건에서 합의에 도달할 수 있습니다.

• 4개 노드 중 최대 1개는 비잔틴 노드입니다.

• 25개 노드 중 최대 8개가 비잔틴 노드입니다.

• 100개 노드 중 최대 33개 비잔틴 노드

네트워크 운영 상태는 다음과 같은 중앙 집중식 상황으로 나눌 수 있습니다. f를 비잔틴 노드의 수라고 가정하면 네트워크는 총 3k+1개의 노드를 가지며 k는 임의의 정수입니다.

• f ≤ k, 네트워크가 안정적입니다.

• k < f < 2k+1, 일부 노드는 합의에 도달하지 못할 수 있습니다. 블록체인 일시 중지

• f ≥ 2k+1, 잠재적인 안전 위험이 있음

Ouroboros 알고리즘 메커니즘

BFT 알고리즘과 비교할 때 Ouroboros는 더 많은 노드를 지원할 수 있으며 노드가 언제든지 들어오고 나갈 수 있도록 지원합니다. Ouroboros는 BFT보다 더 분산되고 유연하지만 반응 시간이 더 깁니다. Cardano와 Mina는 Ouroboros 알고리즘 메커니즘을 사용합니다.

Ouroboros 알고리즘 메커니즘은 시간을 서로 다른 기간으로 나누고 VRF(Verifiable Random Function)를 사용하여 각 시간 슬롯에서 난수를 생성하고 생성된 난수를 사용하여 새로운 블록 제안자를 결정합니다. 지분이 더 많은 노드는 블록 제안자가 될 가능성이 더 큽니다.

미래를 바라보다

미래를 바라보다

블록체인 네트워크는 분산화와 성능의 균형을 유지합니다.PoW에서 PoS로 전환하면 블록체인이 TPS, 분산화, 토큰 경제 및 트랜잭션 속도를 더 많이 추구한다는 것을 알 수 있습니다. 이 네 가지 특성을 중심으로 앞으로 더 많은 혁신이 나타날 것입니다.

GameFi 및 DeFi 애플리케이션의 토큰 경제 혁신은 합의 메커니즘에 적용될 수 있습니다. 현재 스테이킹 메커니즘은 단순하고 구식입니다.예를 들어, 많은 DeFi 프로젝트는 일반적으로 Ve 토큰을 사용하여 스테이킹 비율을 높이고 순환을 줄입니다. 사용자는 VE 토큰을 얻기 위해 일정 기간 동안 프로젝트 토큰을 약정해야 하며, 약정 시간이 길수록 더 많은 Ve 토큰을 얻을 수 있으므로 약정 비율을 높일 수 있습니다. 이중 토큰 모델은 또한 혁신을 위한 좋은 방향입니다.보상 토큰과 거버넌스 토큰을 분리하여 더 많은 가치를 얻을 수 있습니다.많은 성공적인 프로젝트는 이중 토큰 모델을 통해 시장 판매 압력을 줄입니다.

원본 링크

참조

https://www.geeksforgeeks.org/practical-byzantine-fault-tolerancepbft/

http://muratbuffalo.blogspot.com/2020/01/practical-byzantine-fault-tolerance.html

https://medium.com/@carloslopezdelara/whats-ouroboros-the-cardano-proof-of-stake-protocol-ad4b958e152e

https://minaprotocol.com/blog/how-ouroboros-samasika-upholds-minas-goals-of-decentralization

https://iohk.io/en/research/library/papers/ouroboros-a-provably-secure-proof-of-stake-blockchain-protocol/

https://arxiv.org/pdf/1807.04938.pdfhttp://www.cs.cmu.edu/~dga/15-712/F13/papers//castro99.pdf

http://muratbuffalo.blogspot.com/2020/01/practical-byzantine-fault-tolerance.html

원본 링크