36. Czym jest mechanizm konsensusu Proof of Authority (PoA)?

Łańcuchy bloków, jak i kryptowaluty, muszą zatwierdzać swoje nowe bloki, używając mechanizmu konsensusu. Można to zrobić na wiele sposobów – używając mechanizmu Proof of Work, czy Proof of Stake, o których pisaliśmy tutaj. Na dzisiejszej lekcji opowiemy Wam o kolejnym – mechanizm konsensusu Proof of Authority (PoA).

Czym jest mechanizm konsensusu Proof of Authority (PoA)?

Większość ekosystemów opartych na technologii blockchain funkcjonuje przy użyciu mechanizmów konsensusu, takich jak Proof of Work lub Proof of Stake.

W mechanizmie Proof of Work, komputery sieciowe oraz koparki rozwiązują skomplikowane zagadki matematyczne, co umożliwia im wydobywanie nowych jednostek kryptowaluty oraz zatwierdzanie transakcji.

W przypadku systemu Proof of Stake, walidatorzy stawiają swoje tokeny jako zabezpieczenie, w zamian za zatwierdzanie nowych bloków i wydobywanie nowych monet w sieci blockchain.

Oba te przykłady reprezentują zdecentralizowane sieci, w których każdy użytkownik ma możliwość stania się walidatorem i zarabiania nowych kryptowalut. Równocześnie zapewniają one bezpieczeństwo dla danych, transakcji i płynnego funkcjonowania sieci blockchain na skalę globalną.

Natomiast mechanizm konsensusu Proof of Authority wprowadza zupełnie nowy sposób walidacji danych. Zamiast polegać na zdecentralizowanych węzłach walidacyjnych, ten system opiera się na węzłach posiadających specjalne poświadczenia bezpieczeństwa od walidatorów. W rezultacie, osoby odpowiedzialne za zatwierdzanie nowych bloków danych nie muszą angażować swoich tokenów ani inwestować w kosztowne koparki, które często są bardzo kosztowne. Zamiast tego ryzykują coś jeszcze cenniejszego – swoją reputację.

Proof of Authority (PoA)

Jak wiadomo, proces dodawania nowych węzłów i bloków do sieci opiera się na osiągnięciu konsensusu wśród walidatorów. Jest to podobne do konsensusów PoS (Proof of Stake) czy PoW (Proof of Work) w technologii blockchain. Niemniej istnieje zasadnicza różnica w przypadku mechanizmu Proof of Authority (PoA), gdzie walidatorzy są wybierani przez centralny organ, który musiał potwierdzić godność danego węzła.

Podczas gdy w mechanizmach konsensusu Proof of Work i Proof of Stake węzły są całkowicie anonimowe i nieposiadające żadnych specjalnych uprawnień, mechanizm Proof of Authority wprowadza nową dynamikę, wymagając od każdego węzła uwierzytelnienia i identyfikacji.

Jasno widać, że to zupełnie inne podejście do kwestii bezpieczeństwa w sieci blockchain. W przypadku Proof of Authority to centralny organ przyznaje uprawnienia do zatwierdzania nowych bloków z danymi. Nie ma miejsca dla anonimowych walidatorów, którzy dokonują weryfikacji konsensusu. Nie istnieją również zachęty w postaci stakowania kryptowalut w zamian za nagrodę. W mechanizmie Proof of Authority priorytetem jest ciężka praca, mocno skoncentrowana na wyborze zaufanych i tożsamościowo zweryfikowanych walidatorów.

Jak działa Proof of Authority (PoA)?

Aby w pełni zrozumieć proces w sieci działającej na mechanizmie Proof of Authority (PoA), należy pamiętać, że określony węzeł podpisuje transakcję swoim kluczem prywatnym, aby zweryfikować jej autentyczność. Ten kryptograficzny podpis stanowi dowód, że odpowiedzialny węzeł potwierdził daną transakcję. Wszystkie pozostałe węzły w sieci następnie sprawdzają podpis za pomocą klucza publicznego tego węzła, który jako pierwszy podpisał transakcję. Jeśli podpis jest prawidłowy, to oznacza, że transakcja jest zgodna z protokołem.

Kluczową kwestią jest fakt, że prawidłowe działanie mechanizmu Proof of Authority opiera się na spełnieniu trzech kluczowych warunków:

1. Identyfikacja w łańcuchu walidatorów.
2. Kwalifikacje podpisu na podstawie reputacji, w związku z danym węzłem oraz zaufania.
3. Ścisłe przestrzeganie określonych procedur i regulacji.

Do omówienia tego zagadnienia posłużymy się platformą VeChain.

W ramach tego ekosystemu Proof of Authority jest wdrożony poprzez listę 101 operatorów węzłów masternode authority. Ci operatorzy są wybierani i nadzorowani przez komitet, który odpowiada za funkcjonowanie VeChain. Sam komitet jest wyłaniany przez społeczność ekosystemu.

Każdy z operatorów masternode authority przechodzi skomplikowany proces weryfikacji, który angażuje znane firmy audytorskie takie jak PricewaterhouseCoopers i DNV. Oprócz tego operator masternode musi być aktywnym uczestnikiem rozwoju VeChain oraz znaną postacią w świecie kryptowalut. To nie jest rola dla zwykłego użytkownika, ale dla osoby mającej uznanie w branży. Dodatkowo każdy operator może prowadzić wiele węzłów w celu zwiększenia pojemności sieci walidacyjnej.

Wprowadzone w ten sposób bloki są następnie dodawane do księgi bloków VeChain, poprzez przekazywanie nowych danych do węzłów operatorów. Sieć oczekuje także na węzły próbne, które weryfikują nowe bloki.

Warto zaznaczyć, że grupa masternodów jest bardzo mała. W efekcie osiągnięcie konsensusu następuje bardzo szybko. Nowe bloki w sieci VeChain są generowane około co 10 sekund.

Gdzie jeszcze używamy Proof of Authority?

Proof of Authority (PoA) znajduje zastosowanie także w innych obszarach. Ciekawostką jest, że PoA został zaproponowany przez Gavina Wooda, współzałożyciela Ethereum, już w 2015 roku. Jego celem było stworzenie mechanizmu konsensusu opartego na walidatorach, który nie polegałby na olbrzymiej mocy obliczeniowej ani innych dużych zasobach.

Jak już wspomnieliśmy, zarówno PoW, jak i PoS pozwalają na zachowanie anonimowości użytkowników. W przypadku PoA osoby zatwierdzające węzły muszą ujawnić swoją tożsamość, ponieważ są wybierane na podstawie ich wiarygodności.

Mechanizm Proof of Authority znajduje szczególne zastosowanie w prywatnych, mniejszych blockchainach. W przypadku publicznych sieci ma jeszcze pole do rozwoju. Poza VeChain również platforma Microsoft Azure korzysta z Proof of Authority przy implementacji Ethereum.

To potwierdza, że PoA to fascynujący model konsensusu, który ma zastosowanie w różnych kontekstach, dając priorytet wiarygodności i identyfikowalności walidatorów.

Zalety i wady Proof of Authority

Proof of Authority (PoA) posiada wiele korzyści, ale również pewne ograniczenia, które warto przeanalizować.

Zalety:

1. Rentowność: Proces PoA jest wyjątkowo opłacalny, ponieważ nie wymaga stawiania stawek (stakingu) ani zakupu kosztownych koparek do wydobycia. Dzięki zaufanym operatorom koszty operacyjne są znacznie mniejsze.
2. Minimalna moc obliczeniowa: Sieć PoA działa na niskim poziomie mocy obliczeniowej, co sprawia, że cały ekosystem eksploatujący ten mechanizm jest wydajny i oszczędny energetycznie.
3. Bezpieczeństwo: Mechanizm PoA jest niezwykle bezpieczny dzięki stałym audytom i kontrolom. Choć wymaga to dodatkowej pracy, zapewnia wysoki poziom ochrony danych i transakcji.

Wady:

1. Centralizacja zarządzania: Ze względu na centralny organ zarządzania, blockchain wykorzystujący PoA może być mniej zautomatyzowany niż te korzystające z mechanizmów PoS czy PoW. To może być utrudnieniem dla niektórych użytkowników.
2. Brak pełnej decentralizacji: PoA nie jest w pełni zdecentralizowany, co może budzić zastrzeżenia wśród pewnych użytkowników i walidatorów, którzy preferują bardziej demokratyczny model zarządzania.
3. Skalowalność: W porównaniu do Proof of Stake, PoA jest mniej skalowalny. Ma ograniczoną zdolność obsługi dużej liczby transakcji na sekundę (TPS), ponieważ wymaga weryfikacji ze strony zaufanych węzłów.

Proof of Authority kontra Proof of Work

Główną różnicą między Proof of Authority (PoA) a Proof of Work (PoW) jest wykorzystywana moc obliczeniowa. W PoA potrzebna jest znacznie mniejsza ilość mocy obliczeniowej w porównaniu do PoW. Proof of Authority nie wymaga ogromnej sieci komputerów ani znacznego zużycia energii elektrycznej. Co więcej, ma minimalny wpływ na środowisko, w przeciwieństwie do innych mechanizmów konsensusu.

Proof of Authority jest doskonałym rozwiązaniem dla przedsiębiorstw i zastosowań, gdzie pełna decentralizacja nie jest wymagana. Jednakże, jak wcześniej wspomniano, PoA może spotkać się z opozycją ze strony użytkowników i deweloperów ze względu na centralny organ zarządzania.

Warto zaznaczyć, że Proof of Authority nie cieszy się taką popularnością jak Proof of Work. Jest to stosunkowo nowy mechanizm, który stopniowo zyskuje na rozpoznawalności i akceptacji wśród społeczności blockchainowej.

Proof of Authority kontra Proof of Stake

Mechanizm Proof of Authority (PoA) został stworzony przez Gavina Wooda jako odpowiedź na pewne wyzwania związane z mechanizmem Proof of Stake (PoS).

W odróżnieniu od Proof of Stake tożsamość walidatora w mechanizmie konsensusu Proof of Authority jest jawna. Każdy może zobaczyć węzeł operatora i to, czy przypadkiem nie przekazuje on fałszywych wyników. W konsekwencji użytkownicy Proof of Stake, którzy wiedzą, jak negatywnie wpłynąć na węzły, na pewno nie chcieliby przejść na ten konsensus. Mechanizm Proof of Authority wykorzystuje również zdecydowanie mniej walidatorów niż Proof of Stake. Skutkuje to szybszym rozliczeniem transakcji i wykonywaniem inteligentnych kontraktów. Z drugiej strony, tak jak w przypadku Proof of Work, PoA nie jest w pełni zdecentralizowany, więc jest lepiej dostosowany do prywatnych sieci. Proof of Stake jest zalecany do globalnych sieci blockchain.

Podsumowanie

Wiesz już, czym jest i jak działa mechanizm konsensusu Proof of Authority. Jest to pomysł, który na pewno będzie w przyszłości się rozwijał. Ma ku temu dobre predyspozycje. Aktualnie jest świetnym rozwiązaniem dla mniejszych, prywatnych blockchainów. Warto jednak śledzić jego poczynania.