Wat is Decred's hybride PoW/PoS-consensus?

Het handhaven van overeenstemming tussen deelnemers over de huidige staat van een blockchain is de belangrijkste taak van het consensusmechanisme. Dit mechanisme bepaalt welke individuen bevoegd zijn om nieuwe blokken met transacties toe te voegen. Het primaire doel van het consensusmechanisme is te voorkomen dat de keten herschreven wordt.

Proof of Work-consensus

Het voornaamste consensusmechanisme dat in blockchains zoals Bitcoin wordt gebruikt, is puur Proof of Work. Dit mechanisme stelt mijnwerkers in staat nieuwe blokken aan de blockchain toe te voegen door met behulp van gespecialiseerde hardware de oplossing van een wiskundig probleem te raden. Zodra een mijnwerker een geldige gok doet, kan hij een blok construeren dat door het netwerk geaccepteerd wordt. Hoewel mijnwerkers op elke keten kunnen minen, wordt de legitieme keten door het netwerk bepaald op basis van de meeste opgehoopte Proof of Work, wat neerkomt op de langste keten met de meeste hashes of pogingen.

De langste keten accepteren

Mijnwerkers worden aangemoedigd om op de langste keten te minen vanwege de neiging van het netwerk om zo'n keten als de legitieme keten te accepteren. Wanneer mijnwerkers een geldig nieuw blok identificeren, proberen ze een oplossing voor het volgende blok te vinden waarmee ze kunnen voortbouwen op het vorige.

Moeilijkheid van herschrijven

De moeilijkheid om de blockchain te herschrijven vormt de basis voor het gebruik ervan als grootboek voor financiële transacties. Zodra een transactie die munten naar een wallet stuurt in een blok verschijnt en er meerdere blokken bovenop worden gebouwd (bevestigingen), is de kans dat dat blok (en die transactie) wordt herschreven klein.

51%-aanval

In pure Proof of Work-cryptocurrencies kan een entiteit met genoeg hashkracht om de eerlijke keten te overtreffen de blockchain herschrijven of reorganiseren door op een oud blok te minen in plaats van op het meest recente. Dit type aanval staat ook bekend als een 51%-aanval.

De aanvaller besteedt munten in blok X door ze naar een exchange te sturen en begint vervolgens privé een parallelle keten te minen. De blokken worden niet uitgezonden naar het netwerk. Nadat het vereiste aantal bevestigingen is bereikt, ruilt de aanvaller de munten voor iets anders en maakt een opname van de exchange. Zodra de opname is voltooid, maakt de aanvaller de parallelle keten openbaar. Als de parallelle keten meer Proof of Work heeft dan de originele keten, wordt deze door het netwerk als de legitieme keten geaccepteerd en verdwijnt de versie van de geschiedenis die door de originele keten werd weergegeven, inclusief de storting van de aanvaller. De aanvaller is dan vrij om de munten opnieuw uit te geven.

Bestuur door mijnwerkers

Mijnwerkers spelen een cruciale rol in het bestuur van pure PoW-cryptocurrencies omdat zij de enigen zijn die rechtstreeks blokken aan de keten kunnen toevoegen. Voor wijzigingen in de consensusregels van het netwerk is de steun van een meerderheid van de hashkracht nodig. Soft forks vereisen dat voldoende mijnwerkers een nieuwe set regels erkennen, waardoor gebruikers transacties kunnen uitvoeren en mogen verwachten dat die transacties correct worden verwerkt en in blokken worden opgenomen. Hard forks daarentegen zouden het netwerk in twee delen splijten, en mijnwerkers zouden bepalen welke van die delen als legitiem wordt geaccepteerd, gebaseerd op de algemeen aanvaarde regel dat "de keten met de meeste Proof of Work de juiste keten is om te volgen."

Proof of Stake-consensus

Proof of Stake-consensus is een alternatief voor Proof of Work om te beslissen wie nieuwe blokken kan toevoegen en de huidige staat van de blockchain kan valideren. In plaats van dat mijnwerkers concurreren om een probleem op te lossen, wordt de volgende blokproducent bepaald door het aantal munten dat in wallets wordt gehouden (of "gestaked"). Dit op vertrouwen gebaseerde systeem gaat ervan uit dat degenen met het meeste stake verantwoorde beslissingen voor het hele netwerk nemen.

Het "Nothing at Stake"-probleem

PoS elimineert de noodzaak voor energie-intensief minen. Het ontbreken van aanzienlijke energie-uitgaven creëert echter een ander probleem, bekend als het "Nothing at Stake"-probleem. In het geval van een geforkte keten worden PoS-forgers aangemoedigd om blokken op beide ketens te valideren omdat het hen weinig kost om aan een extra keten te werken, en ze zo op beide ketens beloningen kunnen incasseren. Dit is problematisch voor het netwerk omdat er maar één keten zou moeten zijn, en overeenstemming over de staat van die enkele keten het hele doel van het consensusmechanisme is.

Token-distributieprobleem

Proof of Stake kent een extra probleem met betrekking tot de distributie van tokens. PoW-mijnwerkers hebben aanzienlijke kosten zoals hardware en elektriciteit en moeten een groot deel van hun geminede munten verkopen om aan die kosten te voldoen. Daardoor zijn veel geminede munten beschikbaar op de markt in plaats van gehort door mijnwerkers. PoS-forgers hebben echter zeer lage operationele kosten, dus zij voelen niet dezelfde druk om de munten die ze voor het onderhouden van het netwerk ontvangen te verkopen. Grote houders die deelnemen aan Proof of Stake vergroten vaak hun aandeel van de circulerende munten terwijl ze block rewards en transactiekosten innen van netwerkgebruikers. Dit is vergeleken met feodalisme, waarbij het netwerk effectief eigendom is van en wordt beheerd door munthouders, en gebruikers hen als het ware huur betalen voor het gebruik. Gewoonlijk is er een drempel waaronder directe deelname aan Proof of Stake niet mogelijk is.

Decred’s hybride PoW/PoS

Decred is een unieke cryptocurrency die zowel PoW als PoS inzet om een hybride consensusmechanisme te creëren. Het doel van hybride systemen is elkaars zwaktes in balans te brengen en de voordelen van elke benadering te benutten. Hoewel "masternode coins" ook hybride zijn, richt dit artikel zich op PoS-gebaseerde hybride munten en niet op munten die masternodes of Proof of Service nabootsen.

De PoW-component van Decred gebruikt de Blake-256 hashfunctie, wat vergelijkbaar is met andere PoW-projecten. De PoS-component is echter uniek. Om deel te nemen aan PoS moeten houders hun DCR tijdsloten (time-lock) zetten om "tickets" te kopen en die te verwerven in een marktachtige mechaniek waarbij het systeem mikt op een vastgesteld aantal live tickets (40.960). Wanneer iemand een ticket koopt, wordt de gebruikte DCR vergrendeld totdat het ticket pseudowillekeurig wordt opgeroepen om te stemmen of totdat het verloopt. Dit introduceert een opportunity cost voor PoS en zorgt ervoor dat PoS-stemmers 'skin in the game' hebben en in het belang van het netwerk handelen.

PoS-deelnemers, ook stakeholders genoemd, hebben drie verschillende rollen: blokstemmen, stemmen over wijzigingen in de consensusregels en stemmen over projectniveau-beheer via het Politeia Proposal System. De eerste hiervan, blokstemmen, is de manier waarop PoS-stemmers het meest direct betrokken zijn bij het handhaven van consensus.

Blokstemmen

Het hybride ontwerp van Decred geeft stakeholders macht over PoW-mijnwerkers, waardoor zij wijzigingen in de consensusregels van het netwerk kunnen vetoën. De verificatielaag voor PoS omvat het willekeurig selecteren van tickets om te stemmen over de geldigheid van nieuwe blokken. Om een blok als geldig te beschouwen, moet het stemmen ontvangen van ten minste 3 van de 5 geselecteerde tickets. PoS-stemmers houden hun wallets open en klaar om te reageren op oproepen tot stemmen en ontvangen een beloning voor het reageren.

Wanneer een ticket wordt opgeroepen om te stemmen, kan de eigenaar de reguliere transacties van het vorige blok accepteren of verwerpen. Als er niet ten minste 3 stemmen worden ontvangen, wordt het nieuwe blok door het netwerk niet als geldig erkend. PoS-stemmers kunnen kwaadaardig of inefficiënt gedrag verwerpen door "nee" te stemmen, wat kan voorkomen dat slechte PoW-mijnwerkers beloningen ontvangen. Deze macht staat los van hun eigen beloningen, die niet door PoW-mijnwerkers kunnen worden ontnomen.

Deze PoS-laag versterkt de weerstand van het netwerk tegen meerderheidsaanvallen. Double spending-aanvallen vereisen het minen van een alternatieve keten in het geheim, wat in Decred niet mogelijk is omdat input van pseudowillekeurig geselecteerde tickets vereist is om nieuwe blokken als geldig te beschouwen. Bovendien verhoogt het hybride systeem de kosten van het aanvallen van het netwerk doordat een aanvaller zowel het PoW- als het PoS-systeem moet omzeilen. De langzame aanschaf van tickets maakt het daarnaast moeilijk voor aanvallers om snel genoeg macht te vergaren om een aanval uit te voeren.

De eis dat elk blok door willekeurig geselecteerde stakeholders moet worden bekrachtigd, verhoogt de veiligheid van het netwerk. Daarnaast wordt de blockchain gedeeld met alle deelnemers naarmate deze wordt gemined. Over het geheel genomen is het hybride PoW/PoS-ontwerp van Decred zorgvuldig ontworpen om stakeholders aanzienlijke controle over het netwerk te geven, terwijl het ook bescherming biedt tegen aanvallen.

Stemmen over consensuswijzigingen

Om PoS-stakeholders meer controle te geven over het bestuur van de blockchain, heeft Decred een proces voor het ratificeren van upgrades in de consensusregels ingebouwd. Wijzigingen in de consensusregels van het netwerk worden alleen geïmplementeerd nadat ze een stemproces hebben doorlopen en zijn goedgekeurd door ten minste 75% van de stemmende tickets. Om dit proces te starten, moet een bepaald aandeel van mijnwerkers (95%) en kiezers (75%) bijgewerkte software draaien met latent veranderde regels. Een voorstel ondergaat een stemperiode van 4 weken en als het 75% steun krijgt, wordt het geaccepteerd; zo niet, dan wordt het afgewezen. Als een voorstel geen supermeerderheid of zelfs geen gewone meerderheid behaalt, volgt een nieuwe stemming. Nadat een voorstel is goedgekeurd, treedt de regelwijziging een maand later in werking.

Projectbeheer

De verdeling van Decred's block rewards is zodanig dat 60% naar PoW-mijnwerkers gaat, 30% naar PoS-stemmers en 10% naar een Treasury die de ontwikkeling van open-sourcesoftware ondersteunt die de doelen van het project bevordert. Tickethouders oefenen hun soevereiniteit uit door te stemmen over hoe het Treasury-fonds moet worden gebruikt, welke functies moeten worden opgenomen en door het vaststellen van beleid via het Politeia-platform.

Conclusie

De blockchain van Decred gebruikt een hybride PoW/PoS-systeem, wat het onderscheidt van andere projecten in de PoS-consensusgroep. PoS-stemmers ontvangen slechts 30% van de block reward, waardoor zij hun relatieve aandeel van circulerende DCR niet uitsluitend door staking kunnen behouden. Het merendeel van nieuw gemaakte DCR gaat naar PoW-mijnwerkers die helpen het netwerk te beveiligen en het "nothing at stake"-probleem te adresseren waar puur PoS-systemen mee te maken hebben. Om hun operationele kosten te dekken, moeten mijnwerkers doorgaans een aanzienlijk deel van de beloningen die ze ontvangen verkopen, wat zorgt voor een evenredige voorraad DCR op de markt.

Hoewel Decred's blockchain architectonisch uniek is, zullen toekomstige projecten die hybride PoW/PoS-benaderingen gebruiken niet noodzakelijkerwijs het Decred-model volgen. Het is een algemene categorie met aanzienlijke variaties binnenin, vergelijkbaar met projecten die PoS-consensus gebruiken.