Cardano 블록 체인 프로토콜 : 왜 지분 증명인가?

Cardano 블록 체인 Ouroboros 지분 증명 스테이크 풀이 PoA 아프리카 증명의 작동 방식

이 기사에서는 PoS (Proof-of-Stake) 프로토콜이 기본 기능을 잘 알려진 작업 증명 (PoW) 프로토콜과 비교하는 것을 설명합니다.

(Jun 17, 2020)

현재 비트 코인, 이더 리움, 라이트 코인, 대시 등 대부분의 암호화 프로젝트에 연료를 공급 한 작업 증명 (PoW) 프로토콜
이는 PoS 합의 알고리즘이 왜 필요한지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 암호 생태계에서 PoW보다 더 밝은 미래를 갖고있는 것 같고 Cardano가 자체 맞춤형 프로토콜을 개발하기로 결정한 이유; Ouroboros .

기본

Bitcoin은 네트워크를 보호하기 위해 엄청난 양의 에너지를 사용합니다.
하지만 왜이 모든 에너지를 소비하고 있으며 대안이 될 수 있습니까?

새로운 비트 코인 채굴과 네트워크 보안에는 많은 비용이 필요합니다. “작업 증명”(PoW)이라는 알고리즘 덕분에 컴퓨팅 성능이 향상됩니다.
비트 코인 작업 증명 알고리즘은 네트워크의 모든 노드가 동일한 암호화 퍼즐을 풀도록하여 작동합니다.
퍼즐을 해결하는 노드를 채굴 자라고하며 솔루션을 찾은 첫 번째 노드가 보상을받습니다. 일정량의 Bitcoin (s) ( “반감”후 4 년마다 감소하는 숫자).

2011 년에는 Bitcointalk 포럼 사용자 인 QuantumMechanic은 “지분 증명”이라는 기술을 제안했습니다.
모든 사람이 컴퓨팅을 사용할 수 있도록하는 것이 아이디어입니다. 네트워크를 보호하기 위해 채굴로 서로 경쟁 할 수있는 힘은 낭비입니다 .
대신 Proof-of-stake는 하나의 노드를 무작위로 선택하여 다음 블록.
PoS (Proof-of-stake)에는 채굴자가 없지만 대신 “검증 자”가 있으며 사람들이 블록을 “채굴”하지 않고 블록을 “민트”또는 “생성”할 수 있습니다.

블록 검증자는 완전히 무작위로 선택되지 않습니다.
검증자가되기 위해 노드는 특정 양의 블록 체인 네이티브 토큰을 위태로운 네트워크에 예치해야합니다. (보증금으로 볼 수 있음).
다음 블록의 유효성을 검사하기 위해 노드를 선택하면 블록 내의 모든 트랜잭션의 유효성을 확인합니다 .
모든 것이 확인되면 아웃되면 노드는 블록에서 사인 오프하고 블록 체인에 추가합니다. 새로운 블록을 생성했습니다.

보상으로 노드는 PoS에 따라 각 거래와 관련된 수수료의 전부 또는 일부를받습니다. 프로토콜 .

스테이 킹 규모에 따라 다음 블록을 발행 할 검증 인이 선택 될 가능성이 결정됩니다. 네트워크에 더 많은 토큰을 스테이 킹할수록 새로운 블록을 생성 할 수있는 기회가 더 많아집니다.
많은 토큰을 소유 한 부유 한 엔터티를 선호하는 경향이 있기 때문에 이것은 불공평하게 보일 수 있지만 사실 PoW 프로토콜보다 공정합니다.
사실 PoW를 통해 대규모 기업 / 채굴 농장은 규모의 경제로부터 혜택을받을 수 있습니다.
채굴 장비와 전기에 지불하는 가격은 선형 적으로 올라가지 않습니다. 대신 더 많이 구매할수록 더 좋은 가격을 얻을 수 있습니다.
광산 장비 및 전기에 대해 지불하는 가격은 선형 적으로 올라가지 않습니다. 대신 더 많이 구매할수록 더 좋은 가격을 얻을 수 있습니다 .

출처 : 3IQ 연구 그룹
출처 : 3IQ 연구 그룹

에너지 소비

PoW 프로토콜은 더 많은 보상을 제공합니다. 가장 진보되고 더 잘 갖추어 진 광부. 해시 율 (컴퓨팅 파워)이 높을수록 다음 블록을 생성하고 보상을받을 확률이 높아집니다 .

광부가 기회를 더 높이고 싶다면“채굴 풀”이라고 불리는 곳에 모여야합니다. 이렇게하면 해싱 속도를 결합하여 풀에있는 모든 사람에게 보상을 균등하게 분배합니다.
이로 인해 구조화 된 회사가 전용 채굴 장치를 갖춘 더 크고 더 큰 채굴 농장을 만들어 초기 DIY 노드 구축을 대체하는 경쟁이 발생했습니다 (예 : ASIC).

Digiconomist 에 따르면, 비트 코인 채굴 자만 약 60TWh를 사용합니다. 그리스와 같은 국가 전체에 전력을 공급하기에 충분합니다. (1,100 만 인구).

출처 : 디지 코노 미스트 (2020 년 6 월)

따라서 작업 증명과 지분 증명의 차이점은 매우 중요합니다.
지분 증명 모든 사람이 새로운 블록을 채굴하도록 허용하지 않으므로 유효성 검사기간에 경쟁이없고 컴퓨팅 성능에 대한 경쟁이 없습니다. 따라서 상당히 적은 에너지를 사용합니다.
예를 들어 IOHK의 CEO 인 Charles Hoskinson에 따르면 전체 Cardano 블록 체인은 10kW 만 사용하여 전력을 공급할 수 있습니다. (소수 주택에 필요한 전력)는 비트 코인 블록 체인에 비해 에너지 소비를 백만 배 감소시킵니다.

분권화

지금까지 살펴본 바와 같이 위의 작업 증명 프로토콜을 사용하면 채굴자가 팀을 이루어 새로운 블록을 생성하여 보상을받을 수있는 기회를 늘리는 채굴 농장이라는 것이 있습니다.
지금까지 이러한 풀은 비트 코인 블록 체인의 많은 부분을 제어합니다. 이는 그들이 어떻게 든 채굴 프로세스를 중앙 집중화한다는 것을 의미하며 이는 위험합니다.
가장 큰 채굴 농장이 합병되면 네트워크에서 대부분의 지분을 갖게되며 사기 승인을 시작할 수 있습니다. 거래 . 관련 블록 체인은 즉시 모든 신뢰도를 잃고 버려집니다.

지분 증명 기반 블록 체인에서 노드를 설정하고 검증자가되는 것은 증명에 비해 훨씬 저렴합니다.
관심있는 사람들은 값 비싼 채굴 장비에 막대한 투자가 필요하지 않으므로 지분 증명은 더 많은 사람들이 노드를 설정하도록 장려하여 네트워크를 더욱 분산화하고 더욱 안전하게 만듭니다.

요약 : 작업 증명 (Proof-of-Work) 프로토콜은 채굴 자들이 막대한 양의 에너지를 사용하도록하고, 탈 중앙화에 도달한다는 초기 목표 대신 블록 체인을 더 중앙 집중화하는 채굴 풀의 사용을 장려합니다.

PoS 프로토콜은 본질적으로 대기업을 피하는 PoW 프로토콜보다 공정한 경향이 있습니다. 또한 각 PoS 프로토콜 (예 : Cardano와 풀 포화 매개 변수 )는 보완 규칙을 추가하여 네트워크에 너무 많은 영향을 미치는 유효성 검사기의 우세를 완화 할 수 있습니다.
주요 목표는 여전히 동일하며 분산화에 도달합니다.

확장 성

PoW 프로토콜은 글로벌 결제 시스템으로서의 대량 채택 및 유틸리티에 도달하는 것을 피하는 주요 약점을 가지고 있음이 입증되었습니다 : 확장 성.

확장 성 자체는 해결해야하는 세 가지 주요 문제로 구성됩니다.
-트랜잭션 초당,
-네트워크 대역폭,
-저장 용량.

초당 트랜잭션이 가장 분명한 것이며 여기서는이 측면에만 초점을 맞출 것입니다.
기본 전제는 간단합니다. : 암호 화폐가 글로벌 결제 시스템이 되려면 초당 많은 트랜잭션을 처리하기 위해 .

Visa 시스템이 초당 최대 5000 개의 트랜잭션 (TPS)을 처리 할 수있는 비교입니다. 비트 코인은 최대 7 TPS 만 허용합니다.

2017 년 말“암호화 펌프”기간 동안 비트 코인 거래량의 엄청난 증가는 프로토콜 약점을 보여주었습니다. 일부 거래를 검증하고 여기에 삽입하는 데 며칠이 걸렸습니다. 블록 체인. 비트 코인의 채택 가능성은 현재 확장 성으로 인해 병목 현상이 발생하고 있습니다.

일부 프로젝트는 PoW 대신 PoS를 채택하여이를 해결하는 프로토콜 (예 : Cardano의 Ouroboros)을 개발했습니다.
지금까지 살펴본 것처럼 Cardano PoS 프로토콜은 모든 사람이 새로운 블록을 생산하는 경쟁을 허용하지 않습니다. 대신 네트워크는 다음 블록을 생성하기 위해 몇 개의 노드를 선택합니다. 이러한 노드를 “슬롯 리더”라고합니다.
이 모든 작업을 수행하기 위해 Cardano는 시간을 에포크와 슬롯으로 나눕니다.
슬롯은 하나의 블록이 생성 될 수있는 짧은 시간으로 정의됩니다.
br> 그런 다음 네트워크는 각 슬롯에 대한 슬롯 리더를 선택하고 이것은 특정 슬롯에 대한 블록을 생성 할 수있는 유일한 슬롯입니다.
슬롯 리더는 새 트랜잭션을 수신하고 확인한 다음 새 블록에 넣습니다. .
이 기술은 Cardano의 확장 성을 높여줍니다. 프로토콜이 에포크 당 슬롯 수를 늘릴 수 있고 필요한 경우 여러 에포크를 병렬로 실행할 수 있기 때문입니다.

Aggelos Kiayias 에든버러 대학교 블록 체인 연구소 소장은 Cardano 확장 성 프로토콜, Ouroboros Hydra 는 초당 거의 무한한 수의 트랜잭션을 허용하여 암호 화폐 대량 채택에 대한 현재의 주요 장벽을 무너 뜨립니다.

51 \% 공격

대부분의 토큰을 구매, 소유 또는 제어하고이를 네트워크에 스테이 킹하면 블록 체인 시스템에서 또 다른 문제가 발생할 수 있습니다. 그런 다음 가짜 거래를 허용하고 승인하도록 효과적으로 조작 할 수 있습니다.
이를 51 \% 공격이라고하며 PoW 알고리즘의 약점으로도 논의됩니다.

단일 광부 또는 광부 그룹이 해싱 파워의 51 \%를 얻을 수 있다면 블록 체인을 효과적으로 제어하고 조작 할 수 있습니다.

증명- 반면에 지분율은이 공격을 거의 불가능하게 만들 수 있지만 이는 암호 화폐의 전반적인 가치에 따라 달라집니다.
2020 년 6 월과 마찬가지로 비트 코인이 PoS로 전환하면 전체 코인의 51 \%를 획득하는 데 더 많은 비용이 듭니다. 850 억 달러 이상입니다. 따라서 51 \%의 공격은 PoS에서 발생할 가능성이 적습니다.
그동안 에이다의 51 \%를 억류하면 10 억 달러가 넘는 비용이 “단”비용이됩니다. 따라서 젊은 PoS 프로젝트는 초기 개발 단계에서 특히 약해집니다.

카르 다노가 이러한 문제를 어떻게 해결합니까?

요약 : 지분 증명 합의는 작업 증명과 비교할 때 일부 문제를 해결하지만 평가해야하는 추가 위험도 가져옵니다. , 이해하고 완화했습니다.

처음부터 Cardano 팀은 PoS 프로토콜을 실행할 때 확인 된 주요 문제를 승인하고이를 극복하기 위해 그 방향으로 작업했습니다.
이를 위해 Cardano는 동료 검토 논문을 중심으로 구축 되었기 때문에 다른 암호 화폐 프로젝트와 다른 접근 방식을 사용했습니다 . 즉, 학술적 접근 방식입니다.

따라서 백서를 작성하고 코드에 바로 구현하는 대신 Cardano 팀은 주변의 전문가가 전 세계가 자신의 논문을 읽고 개선하며 결과에 동의합니다 . 이는 프로토콜의 품질과 견고성을 보장 할뿐만 아니라 많은 시간이 걸리며 Cardano 프로젝트를 고수하는 “항상 지연된”태그와 관련이 있습니다.

다른 테스트 단계에서 개발 팀은 연구를 구현했습니다. 위에서 제기 된 대부분의 문제를 해결할 수 있음이 입증되었습니다.
Shelley (2020 년 여름) 출시를 위해 대부분의 매개 변수는 네트워크에 최대한 많은 보안을 제공하기 위해 테스트 및 결정되었습니다.
또한 이러한 모든 매개 변수는 시간이 지남에 따라 조정 가능하며 분산화, 보안, 절제 및 확장 성 등 향후 요구에 맞게 진화하고 적응하는 데 필요한 모든 자율성을 프로토콜에 제공합니다. .

아프리카 증명 [POA]는 스테이크 풀 기반 아프리카 입양 동인 .

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