Wat is een consensus mechanisme?
Een consensus mechanisme is een protocol dat opgesteld is om miners of validators van een blockchain alleen correcte blokken te laten goedkeuren.
Consensus betekent overeenstemming en het mechanisme werkt zo dat als een meerderheid een blok goedkeurt, het blok op de blockchain verschijnt. De bedoeling van een consensus mechanisme is controle verwerven over de veiligheid van een blockchain.
Dit systeem werkt erg goed en ik zal je vertellen waarom.
Proof of Work consensus
De eerste blockchain die hiermee ging werken was Bitcoin, de eerste cryptocurrency. Het consensus mechanisme (soms ook protocol of algoritme genoemd) van Bitcoin is Proof of Work (PoW). Via dit mechanisme of protocol kan de blockchain van Bitcoin controleren of een nieuw voorgesteld blok wel correct is.
Een blockchain wordt wel een gedistribueerde database genoemd. Dat klinkt complex, maar het is gewoon een database (de blockchain) die naar iedereen die de blockchain bijhoudt wordt verstuurd. Zodra er een nieuw blok bij komt, wordt de nieuwe staat van de blockchain naar iedereen verstuurd. Zo krijg je een gedistribueerde database.
Als er een nieuwe miner, node of validator bij een blockchain komt, kan deze de huidige staat van de blockchain downloaden. Vanaf het moment dat deze up to date is, kan hij zelf aan de slag gaan om nieuwe blokken goed of af te keuren op bepaalde voorwaarden.
Bij Proof of Work (Bitcoin) werken miners aan het raden van een enorm groot getal met een aantal nullen aan het begin. Dit kost veel rekenkracht en energie en daarom is het erg duur. Ook heb je dure hardware nodig om dit te doen.
Scan de QR-code of klik de link om lid te worden bij Whitebit en je exclusieve korting te claimen op de toch al goedkope transactiekosten van 0,1% bij deze exchange. Maak zelf ook referrals en krijg 40-50% commissie over hun transactiekosten.
Consensus krijgen
Als een miner de oplossing heeft gevonden, mag hij een nieuw blok voorstellen dat voldoet aan het protocol voor het maken van een blok, dat alle nodes en miners kennen. Hij stelt daarom een correct blok voor, omdat een corrupt of foutief blok afgewezen zou worden. In dat geval zou al zijn werk waardeloos worden en verliest hij het recht om het nieuwe blok te mogen maken / minen. Dit economische principe houdt PoW blockchains overeind.
Het consensus mechanisme van Bitcoin (en de meeste andere PoW blockchains) vraagt om een overeenstemming van meer dan 50% (de meerderheid) van de full nodes om het eens te worden dat het voorgestelde nieuwe blok correct is. Als zij akkoord gaan, mag de miner die de oplossing had gevonden het blok gaan maken. Hij voegt dan de transacties van de afgelopen blokperiode (10 minuten bij Bitcoin) toe aan de blockchain en verdient nieuwe munten (3,125 BTC sinds de halving van 2024). Zodra hij het blok heeft gemaakt voegt hij het toe aan de blockchain en verstuurt de nieuwe staat van de blockchain naar alle deelnemers.
Het consensus mechanisme zorgt er dus voor dat nieuwe blokken correct zijn, zo lang de meerderheid van de PoW miners of nodes eerlijk zijn. Omdat full nodes geen voordeel kunnen behalen uit corruptie (zij houden alleen de database bij en verifiëren of een nieuwe blok wel voldoet aan het consensus mechanisme) is de Bitcoin blockchain erg veilig. Alleen als een groep miners meer dan 50% van de rekenkracht bezitten, kunnen zij proberen om de Bitcoin blockchain aan te vallen.
51% attack
Bij een 51% attack probeert een groep miners met meer dan 50% van de rekenkracht van het Bitcoin netwerk corrupte blokken voor te stellen. Als dit lukt, zouden zij munten dubbel kunnen uitgeven in hun eigen voordeel en de blockchain corrumperen.
De full nodes zullen deze blokken als corrupt beschouwen, omdat deze blokken de regels van het Bitcoin protocol overtreden. Hierdoor zullen ze deze blokken afkeuren en maken de aanvallers helemaal niets buit. Dit is de reden dat Bitcoin nog nooit is aangevallen. Het is gewoon te moeilijk en ook nog peperduur. Bitcoin heeft een hele veilige blockchain.
Vrijwel alle Proof of Work blockchains werken met hetzelfde principe. Het aanvallen ervan is erg duur en je verliest het recht om een nieuw blok te mogen maken als je het probeert.
Proof of Stake consensus
Proof of Stake (PoS) consensus mechanismen werken net wat anders. Als je nieuwe blokken wilt gaan goedkeuren, zul je munten van die blockchain at stake moeten gaan zetten of staken. Maar je moet ook dure hardware in huis halen die altijd aan staat en de software up to date houden om op een PoS blockchain als validator te mogen werken.
Je moet dan vaak voor tienduizenden euro’s aan munten van die PoS blockchain vastzetten (staken) in een smart contract. Bij het incorrect goedkeuren van een blok krijg je een slash (boete). Een gedeelte van de munten die je hebt vastgezet worden dan van je afgenomen. Als je dit vaker doet kunnen al jouw munten worden afgenomen en kun je het recht verliezen om als validator voor die blockchain te werken.
Door dit economische principe heeft een validator geen enkele prikkel om een foutief blok goed te keuren, integendeel. Doordat hij zo veel munten at stake heeft staan zal hij er alles aan doen om allen correcte blokken goed te keuren en zijn hard- en software werkend te houden. Hij wil zijn munten echt niet kwijt. Daarom werken Proof of Stake netwerken zo goed. Er is geen enkele prikkel om het netwerk aan te vallen. Je zult dan ook niet snel horen dat een PoS blockchain is aangevallen.
Overigens is het niet zo dat als jij munten staket op een exchange dat jij dan validator bent. Je krijgt wel extra munten voor het staken van je crypto, maar de exchange vervult dan de rol van validator en geeft jou een groot gedeelte van zijn opbrengst.
Welke varianten van consensus mechanisme zijn er?
- Proof of Work. Standaard consensus mechanisme voor het maken van nieuwe blokken op een Proof of Work blockchain. Full nodes bepalen vaak of een blok correct is.
- Proof of Stake. Standaard consensus mechanisme voor het maken van nieuwe blokken op een Proof of Stake blockchain. Validators bepalen of een blok correct is.
- Delegated Proof of Stake. Validators met veel munten at stake bepalen of een nieuw blok correct is. Deze gedelegeerden mogen mensen uitnodigen om bij ze te staken voor een gedeelte van de opbrengst. Gedelegeerden met de gunstigste voorwaarden trekken vaak de meeste klanten. Zo zie je bij elke exchange andere percentages en kun je gaan shoppen voor de meeste rente bij staken op bijvoorbeeld Solana of zo. Validators krijgen in dit systeem steeds meer munten van zo’n blockchain.
- Proof of Authority. In dit consensus mechanisme zet je jouw reputatie op het spel. De partijen met de hoogste reputatie (zoals exchanges) zullen de meeste blokken produceren en extra coins krijgen.
- Effective Proof of Stake. De vroegste stakers, die als het meest betrouwbaar worden gezien, mogen de meeste nieuwe blokken maken en krijgen de meeste extra coins.
- Pure Proof of Stake. Algoritme op basis van een loterij. Iedereen maakt evenveel kans om een nieuw blok te mogen minen, al hebben investeerders met meer loten (munten) meer kans om te winnen.
- Leased Proof of Stake. Hierbij leasen stakers munten van validatoren en krijgen een gedeelte van de opbrengsten. Je hebt dan geen tienduizenden euro’s nodig om mee te kunnen doen, maar moet wel de validator waarvan je leaset gaan beoordelen.
- Anonymous Proof of Stake. Consensus mechanisme dat je identiteit verborgen houdt.
- Hybrid Proof of Stake. Combineert PoW en PoS en probeert het beste uit beide werelden te halen.
- Secure Proof of Stake. Werkt met zowel aantal coins at stake als de rating van de validator. Er wordt gebruik gemaakt van een random number generator (RNG) om te bepalen wie het volgende blok mag maken. Een fair systeem.
- Proof of History. Consensus mechanisme dat werkt met tijdstempels.
Er zijn er nog veel meer, maar de belangrijkste heb ik nu wel opgenoemd.
Waarom is er een consensus mechanisme?
- Ze zorgen voor veiligheid, door nieuwe blokken goed te controleren op geldigheid.
- Ze zijn een alternatief voor centrale systemen, waarin van bovenaf wordt bepaald wat er gebeurt.
- Ze zorgen ervoor dat er altijd een uitkomst is en de blockchain door kan draaien.
- Je kunt er precies mee bepalen hoeveel nieuwe munten er bij komen en wie ze krijgt.
- Ze zorgen voor een economische prikkel voor validators en miners via boete en beloning.
- Ze zorgen ervoor dat een decentraal systeem zonder leiders toch een uitkomst kan genereren waarover iedereen het eens is.
Wat zijn beperkingen van consensus mechanismen?
- Proof of Work kost enorme hoeveelheden energie.
- Proof of Stake heeft de neiging om de rijken rijker te maken.
- Sommige consensus mechanismen zijn heel lastig te begrijpen of klinken zelfs ietwat komisch.
- Barrières om als miner of validator aan de slag te gaan zijn erg hoog.
Conclusie
Een consensus mechanisme is noodzakelijk om een gedistribueerde database als een blockchain correct bij te houden. Zonder consensus mechanisme zou niemand weten of een nieuw blok correct is. In dat geval hadden we nooit van cryptocurrency of blockchain gehoord.
