Proof of Authority (PoA) - это механизм согласования с разрешениями, который использует личность как стейк, чтобы обеспечить быстрые транзакции и добавлять блоки через сеть авторизованных, репутабельных валидаторов.

Proof of Authority (PoA) — это алгоритм консенсуса, который представляет собой прагматичную и эффективную работоспособную альтернативу для блокчейн-сетей, особенно частных блокчейнов. PoA использует реальные удостоверения личности для обеспечения валидации в блокчейне. Механизм PoA основан на небольшом количестве валидаторов блоков, что позволяет ему быть масштабируемой системой.

В механизме консенсуса PoA ценится личность и репутация, а не обеспеченные криптографические активы в PoS, или энергопотребление и огромная вычислительная мощность в PoW. Механизмы консенсуса PoS и PoW используют стейкинг и майнинг соответственно, чтобы проверять транзакции и добавлять блоки в блокчейн. PoA эффективен в сетях, где участники доверяют друг другу и знают друг друга.

Далее, Гэвин Вуд, сооснователь второго по величине блокчейна в мире, Ethereum, предложил Proof of Authority в 2015 году, и с тех пор он стал важным механизмом консенсуса. Предложение было обусловлено двумя факторами: растущей потребностью отойти от энергоемких Proof of Work (PoW) и необходимостью решить конкретные проблемы с Proof of Stake (PoS). Поэтому в данной статье рассматривается PoA, его принципы работы, как он улучшает Proof of Work и Proof of Stake, а также его преимущества и ограничения.

Блокчейны, использующие доказательство авторитета

PoA хорошо подходит для сетей с высоким уровнем доверия между участниками, таких как консорциумы блокчейнов и частные сети. Примеры включают в себя:

• Hyperledger Besu, реализация Ethereum, предоставляет два варианта PoA, Clique и IBFT 2.0.
• PoA также используется тремя тестовыми сетями Ethereum: Kovan, Goerli и Rinkeby.
• PoA - отличный выбор для сайдчейна, который является типом блокчейна, работающего параллельно и связанного с родительским блокчейном через двусторонний мост. Хорошим примером является сеть PoA, общедоступный сайдчейн Ethereum, основанный на предварительно выбранных валидаторах, чьи личности можно проверить и которые общедоступны. Затем идет VeChainThor, который, возможно, самый известный пример общедоступной сети, использующей консенсус PoA.

Разница между разрешенными и неразрешенными блокчейнами

Блокчейны без разрешения - это децентрализованные сети, открытые для общественности, и любой, у кого есть необходимое оборудование, может участвовать. Этот тип блокчейна часто используется для криптовалют, таких как Биткойн, Эфириум, Лайткойн, Аваланч и т. д., потому что они используют стимулирующий механизм, который поощряет пользователей к работе сети.

Разрешенные блокчейны, с другой стороны, являются централизованными и частными — все узлы должны быть предварительно аутентифицированы, и доступ к сети предоставляется только с разрешения. Примеры такого типа блокчейна: Hyperledger, Corda и Ripple.

В то время как публичные, разрешенные блокчейны полагаются на механизмы консенсуса, такие как Proof of Work и Proof of Stake, разрешенные блокчейны требуют использования альтернативных алгоритмов консенсуса, таких как PoA.

Как работает механизм консенсуса Proof of Authority

Proof of Authority использует заранее утвержденных валидаторов, которые рискуют своей реальной идентичностью и репутацией, чтобы обеспечить прозрачность, процедура, которая включает выбор таких доверенных валидаторов случайным образом. Валидаторы - это члены узлов с правом на проверку транзакций и добавление блоков в блокчейн, следуя процессу на рисунке ниже:

Источник: VeriDoc Global

Валидаторы организуют транзакции в блоки, используя программное обеспечение. Поскольку процесс автоматизирован, валидаторам не нужно постоянно следить за своими устройствами. Это означает, что валидаторы всегда должны поддерживать свои устройства (административные сайты) в хорошем рабочем состоянии.

В механизме PoA каждый валидатор обладает собственным уникальным идентификатором и может также запускать избыточные узлы для каждого идентификатора, чтобы гарантировать, что сотрудничество в консенсусе поддерживается даже в случае отказа одного узла.

Механизм согласования PoA работает, следуя нижеприведенным шагам:

• Транзакции инициируются пользователями и смарт-контрактами и непрерывно отправляются в сеть.
• Запросы на транзакции постоянно получаются пиринговой сетью одобренных валидаторов для принятия в следующем блоке.
• Алгоритм назначает один узел валидатора основным.
• Основной узел проверки собирает транзакции в блок, подтверждает их корректность и подписывает его.
• Другие утвержденные валидаторы в сети подтверждают правильность блока основного узла.
• После достижения консенсуса новый блок добавляется в блокчейн.

Примечание: Если первичный узел не сможет сгенерировать новый блок во время раунда, другие честные узлы пометят его как "неактивный". Неактивный узел будет считаться "активным", как только он сгенерирует новый блок. Кроме того, если узел проверки обрабатывает злонамеренную или мошенническую транзакцию, его можно заблокировать или удалить из списка узлов проверки, что причинит ущерб репутации валидатора, который его запускает. Кроме того, валидаторы должны соответствовать ряду стандартов, чтобы быть доверенными.

Условия и положения PoA

Для работы алгоритма PoA необходимо выполнение следующих фундаментальных требований, хотя настройки могут меняться в зависимости от окружающей среды:

• Подтверждение личности: Реальные идентификаторы валидаторов должны быть подтверждены.
• Строгие критерии отбора: Чтобы стать валидатором, кандидат должен соответствовать строгим критериям, таким как хорошие моральные стандарты, отсутствие судимостей, надежность и приверженность сети.
• Универсальный процесс выбора: Процесс выбора валидаторов должен быть одинаковым для всех участников, которые являются потенциальными валидаторами.

PoA против PoW

Proof of Work (PoW) - это вид криптографического доказательства, в котором один узел (называемый доказателем) должен продемонстрировать другим узлам (проверяющим), что он затратил определенное количество вычислительной мощности на решение хэша блока. PoW основан на больших сетях компьютеров, управляемых крипто-майнерами, которые отвечают за проверку и отслеживание транзакций, а также за выпуск новой валюты.

Основные недостатки PoW - огромное потребление энергии и ограниченная масштабируемость. Он также зависит от специализированного оборудования и аппаратуры, что ограничивает участие. Эти недостатки - это преимущества, которыми PoA обладает по отношению к PoW.

PoA против PoS

Алгоритм согласования Proof of Stake (PoS) работает за счет того, что валидаторы ставят свои монеты, чтобы иметь шанс добавить блок в цепочку и подтвердить транзакцию. Валидаторы выбираются случайным образом и основаны на количестве заложенных активов, а не на конкуренции за добавление блока транзакций в блокчейн, как это делают майнеры в PoW. PoS был признан предпочтительной альтернативой PoW. Он предлагает финансовые стимулы участникам без энергоемких вычислительных действий мощных компьютеров. Также он позволяет фрагментацию, что делает сеть блокчейна достаточно масштабируемой.

Несмотря на все эти преимущества, существует значительный недостаток, который часто игнорируется. Предполагается, что чем больше у человека доля, тем более он мотивирован обеспечить успех сети. Однако это предположение не учитывает того факта, что, хотя одинаковые доли могут быть равноценны в денежном выражении, они могут не быть одинаково ценными для их владельцев. Например, независимо от реальной суммы доли, пользователь, у которого 10% всего своего имущества размещены в сети, скорее всего будет гораздо более преданным успеху этой сети, чем пользователь, у которого 1% его активов заморожено.

Здесь PoA внес улучшения. Алгоритм PoA основан на концепции того, что участники ставят под угрозу свою идентичность, а не токены. Это означает, что валидаторы - хорошо известные сущности, которые рискуют своей репутацией, чтобы подтвердить блоки. Эта модификация модели PoS исключает необходимость учитывать возможные денежные расхождения среди валидаторов и гарантирует, что все валидаторы одинаково мотивированы работать на успех своей сети.

Как PoA укрепляет защиту от общих атак в криптопространстве

• Атака 51%:Атака 51% в консенсусе PoA требует, чтобы злоумышленник получил контроль над 51% узлов сети. Это в отличие от атаки 51% для механизма консенсуса PoW, в котором злоумышленник должен получить 51% вычислительной мощности сети. Управление узлами в разрешенной блокчейн-сети, такой как PoA, намного сложнее, чем приобретение вычислительной мощности. Злоумышленнику пришлось бы захватить 51% авторизованных субъектов, что намного сложнее достичь, особенно если они не прямо связаны.
• Распределенная атака отказа в обслуживании (DDoS):Распределенная атака отказа в обслуживании (DDoS) пытается вывести онлайн-сервис из строя, затопив его трафиком из разных источников. Атакующий атакует целевой сетевой узел огромным количеством транзакций в попытке помешать ему и сделать его недоступным. В консенсусе PoA сетевые узлы предварительно аутентифицированы, и только узлам с установленной безопасностью для выдерживания атаки DDoS может быть предоставлена возможность генерации блоков.

Преимущества механизма доказательства авторитетности (PoA)

Преимущества PoA включают в себя:

• Высокая скорость транзакций
• Эффективность времени и энергии
• Высокомасштабируемый
• Отличный выбор частных или разрешенных блокчейнов
• Нет необходимости в высоких вычислительных ресурсах
• Защита от атак на 51%
• Для достижения консенсуса между узлами не требуется коммуникация
• Большая пропускная способность

Ограничения доказательства принадлежности (PoA)

PoA не является идеальным алгоритмом, и у него также есть свои ограничения, как и у PoS и PoW.

• Поскольку валидаторы предварительно утверждены, механизм PoA считается централизованным. Эта модель алгоритма консенсуса была разработана в первую очередь для улучшения эффективности централизованных систем.
• Валидаторы видны всем, что может позволить третьей стороне их манипулировать.
• Это более подходит для частного блокчейна, чем для публичного блокчейна.
• Участники становятся менее заинтересованными в процессе из-за автоматического исключения неактивных или неприверженных валидаторов механизмом.
• Стать валидатором на сети с разрешениями сложно.

Применение механизма консенсуса PoA

Все больше и больше компаний осознают преимущества, которые предлагает технология блокчейн по мере ее расширения. Следовательно, разрешенные блокчейны, такие как PoA, становятся все более популярными, особенно в отраслях, где определение личности, конфиденциальность, безопасность и быстрая обработка транзакций являются ключевыми требованиями.

Алгоритм согласования PoA может быть использован для достижения высокой пропускной способности в широком спектре отраслей и областей, включая следующее:

• Управление:PoA может быть реализован в децентрализованных организациях для облегчения принятия решений и операций голосования, обеспечивая безопасное и прозрачное управление.
• Управление цепочкой поставок:PoA можно использовать для отслеживания или мониторинга движения товаров и поставок по цепочке поставок, что приводит к надежной записи происхождения, качества и местоположения продуктов.
• Страхование:PoA можно использовать в страховой отрасли для автоматизации и оптимизации процесса рассмотрения заявок, что позволяет осуществлять выплаты быстрее и более точно.
• Проверка личности:PoA можно использовать для аутентификации и верификации личности, например, в случае цифровых сертификатов или идентификационных документов, выдаваемых правительством.

Вывод

Не существует идеального механизма консенсуса, у каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Однако в случае PoA его основным недостатком является отсутствие децентрализации, что делает его лучшим вариантом для централизованного решения. Эффективность и энергопотребление PoA также делают его хорошим выбором, но вероятно, что более надежные и децентрализованные механизмы консенсуса, такие как PoW и PoS, останутся трудными для замены в долгосрочной перспективе.