Wat is een consensus algoritme en hoe werkt het?
Wat is een consensus algoritme?
Een consensus algoritme is een mechanisme dat er voor zorgt dat alle deelnemers in een netwerk het eens zijn (consensus) over de staat van de blockchain, zonder dat er een centrale autoriteit voor nodig is. Consensus algoritmen zorgen ervoor dat een blockchain werkt.
Een blockchain is een ketting van informatie, waarin transacties worden opgeslagen. Als er nieuwe transacties plaatsvinden, wordt er een nieuw blok toegevoegd aan de blockchain. Hierdoor wordt alle informatie wordt vastgelegd en het kan daarna niet meer worden aangepast. Het consensus algoritme van een blockchain bepaalt op welke manier de nodes tot overeenstemming komen, zodat dit nieuwe blok op een betrouwbare manier toegevoegd kan worden.
Door consensus algoritmen werken blockchains en blijven ze veilig. Consensus algoritmen zorgen ervoor dat alle knooppunten (nodes) in een netwerk het eens zijn over de volgorde van de transacties, waarmee dubbele uitgaven of frauduleuze acties voorkomen worden.
Korte samenvatting
- Consensus algoritmen zorgen voor overeenstemming tussen de deelnemers op de blockchain.
- Consensus algoritmen voorkomen dubbele uitgaven en fraude door overeenstemming over de volgorde van transacties.
- Er zijn verschillende soorten consensus algoritmen die allemaal hun eigen voordelen en nadelen hebben.
Hoe werkt een consensus algoritme?
Consensus algoritmen werken door middel van een cryptografisch proces, waarbij knooppunten de geldigheid van een transactie of een blok van transacties valideren en het eens moeten worden over de volgorde waarin deze nieuwe blokken worden toegevoegd aan de blockchain. De node die uiteindelijk het blok met nieuwe informatie mag toevoegen aan de blockchain heet de validator en ontvangt hiervoor een beloning in de vorm van cryptomunten. Dit proces gaat vaak van zelf en er is geen centrale partij voor nodig om alles te controleren.
Consensusalgoritmen zorgen ervoor dat alle knooppunten (nodes) in een blockchainnetwerk het eens worden over de geldigheid van transacties. Via cryptografische methoden valideren nodes nieuwe transacties of blokken, en stemmen ze af welk blok wordt toegevoegd aan de blockchain. De node die uiteindelijk een blok mag toevoegen (dit kun je zien als de winnaar), noemen we de validator (bij Proof of Stake) of miner (bij Proof of Work). Deze ontvangt een beloning in de vorm van cryptomunten (bij Bitcoin zou dit dus een beloning in Bitcoin zijn). Dit hele proces verloopt zonder centrale partij, het netwerk regelt zelf de controle en goedkeuring.
We leggen het proces van consensus algoritmen uit aan de hand van een voorbeeld van een Formule 1-race:
Stel je een Formule 1-race voor: meerdere coureurs racen over een circuit met het doel om als eerste over de finish te komen. Van de start tot de finish kunnen zij niet zomaar alles doen, want er zijn duidelijke regels door de FIA (de internationale autosportbond) opgesteld, die ervoor zorgen dat alles eerlijk en veilig verloopt. Denk bijvoorbeeld aan regels voor de specifieke banden die teams mogen gebruiken of dat coureurs niet zomaar bochten mogen afsnijden.
Tijdens de race wordt alles in de gaten gehouden door race officials (een soort scheidsrechters) en sensoren op de auto's. Er wordt dus constant gekeken of de coureurs zich aan de regels houden. Bij een overtreding krijgt een coureur een waarschuwing, tijdstraf of zelfs een diskwalificatie.
Een blockchain werkt met een soort gelijk mechanisme, namelijk het consensus algoritme. In plaats van coureurs heb je nodes die allemaal transacties proberen te verwerken (de race) en te controleren (gaat alles via vooraf opgestelde regels). Echter is er één groot verschil, namelijk dat in plaats van één centrale scheidsrechter, zoals de FIA, controleren de nodes elkaar onderling. Ze zorgen ervoor dat de blockchain op de juiste manier wordt bijgehouden. Als een node zich niet aan de regels houdt, bijvoorbeeld door dubbele uitgave goed te keuren, kunnen andere nodes die negeren of zelfs straffen.
Uiteindelijk ontstaat er consensus over alle deelnemers via het algoritme over welke transacties geldig zijn. Het proces lijkt op een Formule 1-race, maar dan volledig gedecentraliseerd.
Welke verschillende soorten consensus algoritme zijn er?
Er zijn verschillende soorten consensus algoritmen waarmee het netwerk van nodes tot overeenstemming komen op een blockchain. Elk mechanisme heeft zijn eigen regels en voordelen en beperkingen.
Proof of Work (PoW)
Dit is het oudste en bekendste consensus algoritme en is geïntroduceerd door Bitcoin. Het staat bekend om zijn hoge energieverbruik, omdat nodes wiskundige puzzels moeten oplossen, iets wat veel rekenkracht kost. Proof of Work is een zeer veilig consensus algoritme, maar de schaalbaarheid is een probleem.
Bekende Proof of Work blockchains: Bitcoin en Litecoin
Proof of Stake (PoS)
Proof of Stake is een consensus algoritme waarbij deelnemers geselecteerd worden op basis van het aantal tokens dat zij inleggen, dit wordt ook wel staking genoemd. Proof of Stake is energie-efficiënter dan Proof of Work, doordat het geen intensieve rekenkracht vereist. Ethereum maakte in 2022 de overstap van Proof of Work naar Proof of Stake, om de energie-efficiëntie te verbeteren.
Bekende Proof of Stake blockchains: Ethereum, Cardano en Tezos
Delegated Proof of Stake (DPoS)
Delegated Proof of Stake is een variant op Proof of Stake en is ontworpen om sneller en efficiënter te zijn dan Proof of Stake. Het maakt gebruik van een klein aantal geselecteerde vertegenwoordigers die nieuwe blokken toevoegen aan de blockchain. De snelheid van het netwerk gaat hierdoor omhoog, maar het vermindert de mate van decentralisatie.
Bekende Delegated Proof of Stake blockchains: Tron
Proof of Authority (PoA)
Bij Proof of Authority heeft het netwerk zogenaamde "validators", een beperkte vertrouwde groep deelnemers, die blokken mogen toevoegen aan de blockchain. Het netwerk is hierdoor snel en efficiënt, maar het is minder gedecentraliseerd dan Proof of Work of Proof of Stake. Proof of Authority wordt vaak gebruikt door private blockchains.
Bekende Proof of Authority blockchains: VeChain
Proof of History (PoH)
Proof of History is een relatief nieuw en innovatief consensus algoritme. Het is bekend geworden door de Solana-blockchain. In plaats van overeenstemming te bereiken over de volgorde van transacties op het netwerk, worden transacties bij Proof of History cryptografisch vastgelegd. Elke gebeurtenis op het netwerk krijgt een unieke tijdstempel voordat het naar het netwerk wordt gestuurd, waardoor nodes kunnen zien in welke volgorde deze hebben plaatsgevonden. Hierdoor hoeven de nodes niet te overleggen. Op deze manier kunnen deze blockchains extreem snel en efficiënt werken, met lage kosten.
Bekende Proof of History blockchains: Solana
Andere consensus algoritmen
- Proof of Burn
- Proof of Capacity
- Proof of Participation
- Proof of Elapsed time
- Delayed Proof of Work
- Effective Proof of Stake
- Pure Proof of Stake
- Bonded Proof of Stake
- Nominated Proof of Stake
- Proof of Stake time
- Leased Proof of Stake
- Anonymous Proof of Stake
- Hybrid Proof of Stake
- Delegated Proof of Contribution
- Secure Proof of Stake
- Tresholded Proof of Stake
- Roll Delegated Proof of Stake
- Proof of Coverage
- Proof of Importance
- Delegated Proof of Broker
- Proof of Transfer
- Proof of Storage
- Proof of Activity
Conclusie
Consensus algoritmen zorgen ervoor dat blockchains betrouwbaar, veilig en decentraal functioneren door consensus te bereiken tussen alle nodes op het netwerk over de geldigheid en volgorde van transacties. Zonder centrale autoriteit kunnen blockchains blijven werken als transparante netwerken waarin fraude wordt voorkomen en dubbele uitgaven onmogelijk zijn. Elk type consensus algoritme heeft zijn eigen eigenschappen, voordelen en beperkingen, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende toepassingen in de cryptowereld.
