Proof of Authority был предложен в 2015 году Гэвином Вудом, соучредителем второго по величине блокчейна в мире Ethereum, и с тех пор стал одним из самых известных механизмов консенсуса. Предложение было обусловлено двумя основными причинами – растущей необходимостью отказаться от энергоемкого Proof of Work и решением некоторых проблем, обнаруженных в Proof of Stake.

Что такое Proof of Authority?

Proof of Authority (PoA) – это тип механизма консенсуса блокчейна, особенно подходящий для частных или разрешенных блокчейнов. Механизм консенсуса – это система, которая гарантирует, что транзакции, выполняемые в сети, являются действительными и что все участвующие пользователи согласны со статусом реестра.

В методе PoA ценятся личность и репутация, а не криптографические активы, как в случае Proof of Stake, или вычислительная мощность в Proof of Work.

Блокчейн можно разделить на две группы – без права доступа и с правом доступа. В обоих типах используется одна и та же базовая технология, но они различаются в плане доступа и участия.

Блокчейны без разрешений имеют открытый доступ, и любой человек с соответствующим оборудованием может принять в них участие. Блокчейны с разрешением, с другой стороны, являются закрытыми – все узлы должны быть предварительно аутентифицированы, а использование сети предоставляется только по разрешению.

Если публичные блокчейны без разрешений используют такие механизмы консенсуса, как доказательство выполнения работы и доказательство доли владения, то блокчейны с разрешениями требуют альтернативных алгоритмов консенсуса.

Одним из них является Proof of Authority.

Как работает Proof of Authority?

Блокчейн с правом доступа, использующий PoA, не требует «майнинга» транзакций. Цель майнинга – стимулировать узлы подтверждать транзакции и участвовать в поддержании честной записи в децентрализованном публичном блокчейне без разрешения.

Но в частном блокчейне, где все участвующие узлы уже идентифицированы и предварительно авторизованы, нет необходимости в стимулировании. Поэтому нет необходимости в майнинге.

Узлам не нужно решать сложные математические задачи, чтобы добавить блок в цепь. Вместо этого блоки добавляются в разрешенную цепь, когда большинство предварительно авторизованных узлов подписывают их.

Чтобы стать авторизованными, узлы должны подтвердить свои полномочия, выполнив определенные условия, тем самым доказав свою долгосрочную приверженность поддержанию блокчейна.

Это может быть что угодно: расположение в определенной стране, связь с организацией, хорошие моральные устои и репутация, а также наличие формальной идентификации ончейн.

Нужно ли нам заменить Proof of Work?

Доказательство выполнения работы (англ. Proof of Work, или PoW) – это тип криптографического доказательства, в котором один узел (доказывающий) должен доказать другим узлам (известным как проверяющие), что они затратили определенное количество конкретных вычислительных усилий для решения хэша блока.

Когда блокчейн только зарождался с Биткоина, Proof of Work казалось идеальным решением, и оно настолько хорошо выполняло свою задачу, что было принято большинством последующих блокчейнов. Но поскольку в последние годы использование блокчейна резко возросло, это выявило определенные проблемы с системой PoW.

Основными недостатками являются его огромное энергопотребление и ограниченная способность к масштабированию. Оно также требует специализированного оборудования и аппаратных средств, что сужает круг участников.

Количества времени, необходимого для добычи нового блока, также требуется намного больше, чем у других методов консенсуса. Например, для добычи одного блока Биткоина требуется около 10 минут. Это может привести к длительному ожиданию или дорогостоящим комиссиям за транзакции.

Хотя существуют более быстрые варианты PoW, такие как Litecoin, со средним временем блока в 2,5 минуты, им все еще мешают те же проблемы с экологией и масштабируемостью.

Почему стоит заменить Proof of Stake?

Этот механизм консенсуса работает за счет того, что проверяющие ставят свои монеты на кон, чтобы иметь шанс добавить блок в цепь и получить транзакцию. Вместо того чтобы соревноваться, как это делают майнеры, валидаторы выбираются случайным образом.

Proof of Stake было отмечено как лучшая альтернатива PoW. Оно обеспечивает финансовый стимул для участников, но без огромных вычислительных усилий мощных компьютеров, которые вызывают высокое потребление энергии.

У него более низкие барьеры для входа, оно более эффективно за счет снижения платы и времени ожидания, а также поддерживает шардинг, что обеспечивает масштабируемость.

Однако у алгоритма консенсуса Proof of Stake есть один существенный недостаток.

Принято считать, что пользователи, делающие ставки на монеты, будут действовать в интересах сети, поскольку недобросовестные участники рискуют потерять свою ставку. Мы предполагаем, что чем больше ставка, тем больше вероятность того, что они будут инвестировать в успех сети.

Но это не учитывает того, что ставки равной ценности могут быть не одинаковыми.

Например, допустим, два человека делают ставку в 500 долларов. У одного из них в распоряжении 500 000 долларов, а у другого – 1000 долларов. Ставка в $500 будет более ценной для второго.

Преимущества Proof of Authority

Одним из главных преимуществ поддержания сети с помощью Proof of Authority является упрощение процесса валидации. Для поддержания сети PoA требуется лишь ограниченное число валидаторов блоков.

Это не только высоко масштабируемая система, но и то, что без майнинга или стекинга вычислительная мощность и потребление энергии значительно снижаются. Также нет необходимости в дорогостоящем оборудовании или сложных аппаратных средствах.

Но преимущества консенсуса Proof of Authority простираются гораздо дальше.

Более высокая пропускная способность

При использовании PoA блоки генерируются в предсказуемой последовательности, учитывающей количество валидаторов. Поскольку валидаторы предварительно утверждаются, это позволяет повысить эффективность и пропускную способность по сравнению с PoW или PoS.

Более высокая устойчивость к «атакам 51%»

В модели PoW, если злоумышленник получит контроль над большинством процентов вычислительной мощности сети, он сможет цензурировать, отменять транзакции или переписывать свои или чужие транзакции.

У них будет возможность создавать больше хэшей, то есть выполнять больше «работы», что означает, что они смогут подтверждать транзакции и добавлять блоки быстрее, чем остальные узлы. Это приведет к тому, что версия реестра злоумышленника будет принята за истину.

При консенсусе Proof of Authority злоумышленнику необходимо получить контроль над 51% уполномоченных узлов, что гораздо сложнее сделать, особенно если они не связаны напрямую.

Лучшая защита от DoS-атак

Атака типа «отказ в обслуживании» (DoS) на блокчейн сделает его недоступным для пользователей. Примером может служить ситуация, когда злоумышленник заваливает узел сети, отправляя огромное количество транзакций, чтобы вывести сеть из строя. При использовании механизма консенсуса PoA узлы сети проходят предварительную аутентификацию, и право генерировать блоки может быть предоставлено только тем узлам, которые имеют защиту, позволяющую противостоять DoS-атаке.

Недостатки Proof of Authority

Приверженцы блокчейна утверждают, что механизм консенсуса PoA отходит от ключевых концепций блокчейна, таких как децентрализация и публичный реестр.

Сети PoA обычно используются для частных цепочек, и участие в них в качестве валидатора ограничивается организациями с устоявшейся репутацией, которые могут соответствовать определенным критериям. Это означает, что доступ для большинства обычных пользователей закрыт, а необходимость авторизации вводит элемент «доверия».

Необходимость идентификации и доверия к валидаторам также означает, что механизм консенсуса не подходит для крупных публичных блокчейнов, которые имеют сотни, а зачастую и тысячи валидирующих узлов. Меньшее количество валидирующих узлов также делает сеть менее децентрализованной. Кроме того, валидаторы видны всем, что потенциально может привести к манипуляциям со стороны третьих лиц.

Случаи использования Proof of Authority

По мере развития блокчейна все больше предприятий осознают преимущества, которые дает эта технология. В результате блокчейн с полномочиями становится все более популярным, особенно в тех отраслях, где важны безопасность, конфиденциальность, идентификация и определение ролей, или где наиболее желательна высокая скорость обработки транзакций при низких затратах.

Например, в управлении цепями поставок можно использовать систему PoA с назначенными валидаторами от логистических партнеров, финансовых банков и других вовлеченных поставщиков. Каждая отдельная структура может иметь свои собственные разрешения и уровень прозрачности, что позволит оптимизировать операции от отслеживания запасов до контроля счетов и выставления счетов.

Система также может быть полезна для сайдчейнов или тестовых сетей, таких как Kovan, Goerli и Rinkeby в Ethereum. Каждый из них использует консенсус PoA для создания контролируемой среды для тестирования функций перед запуском в основной сети.

Подведем итог

Хотя механизм консенсуса Proof of Authority может пожертвовать некоторыми из любимых характеристик блокчейна. То, что он теряет в децентрализации, он приобретает за счет более низкого энергопотребления и воздействия на окружающую среду, более высокой пропускной способности и масштабируемости.