Apa itu algoritma konsensus dalam blockchain?

Pengenalan

Algoritma konsensus adalah mekanisme fundamental yang memungkinkan koordinasi antara pengguna atau mesin dalam lingkungan terdistribusi. Fungsi utamanya adalah untuk memastikan bahwa semua agen dalam sistem mencapai kesepakatan tentang satu sumber kebenaran, bahkan ketika beberapa komponen gagal. Konsep ini, yang dikenal sebagai toleransi terhadap kegagalan, sangat penting untuk pengoperasian jaringan blockchain.

Dalam sistem terpusat, satu entitas tunggal mengontrol dan memberi makan jaringan, dapat melakukan modifikasi sesuai kebijakannya tanpa perlu sistem tata kelola yang kompleks. Namun, dalam sistem terdesentralisasi, skenario berubah secara radikal. Ketika bekerja dengan basis data terdistribusi, muncul pertanyaan: bagaimana menetapkan kesepakatan tentang data apa yang harus dimasukkan?

Mengatasi tantangan ini dalam lingkungan di mana para peserta tidak saling percaya mungkin merupakan kemajuan paling penting yang membuka jalan bagi blockchain. Artikel ini menjelaskan mengapa algoritma konsensus sangat penting untuk fungsi cryptocurrency dan catatan terdistribusi.

Algoritma konsensus dan cryptocurrency

Dalam ekosistem cryptocurrency, saldo pengguna dicatat dalam basis data yang disebut blockchain. Sangat penting bagi semua node untuk menjaga salinan identik dari basis data ini, karena munculnya informasi yang bertentangan dapat mengancam integritas seluruh jaringan.

Kriptografi kunci publik memastikan bahwa pengguna tidak dapat menghabiskan koin orang lain. Namun, harus ada satu sumber kebenaran di mana peserta dapat bergantung untuk menentukan apakah dana telah digunakan.

Satoshi Nakamoto, pencipta Bitcoin, mengusulkan sistem Proof of Work (PoW) untuk mengkoordinasikan para peserta. Kami akan menganalisis cara kerjanya lebih lanjut, tetapi pertama-tama kita akan mengidentifikasi fitur umum antara berbagai algoritma konsensus yang ada.

Awalnya, pengguna yang ingin menambahkan blok (validator) diminta untuk memberikan jaminan atau "stake". Elemen ini mewakili nilai yang harus dijaminkan oleh validator untuk mencegahnya bertindak dengan cara yang merugikan. Jika ia mencoba menipu sistem, ia akan kehilangan jaminannya, yang dapat berupa daya komputasi, cryptocurrency, atau reputasinya.

Mengapa mereka akan mempertaruhkan sumber daya mereka sendiri? Jawabannya sederhana: ada imbalan yang dipertaruhkan. Umumnya, imbalan ini terwujud sebagai cryptocurrency asli dari protokol, yang didasarkan pada biaya yang dibayarkan oleh pengguna, pada cryptocurrency baru yang dihasilkan, atau dari kedua sumber tersebut.

Persyaratan mendasar terakhir adalah transparansi. Penting untuk dapat mengidentifikasi kapan seseorang berusaha menipu sistem. Idealnya, seharusnya mahal bagi para validator untuk memproduksi blok, tetapi murah bagi pengguna mana pun untuk memverifikasinya. Ini menjamin bahwa para validator juga diawasi oleh pengguna biasa.

Jenis algoritma konsensus

Bukti Kerja (PoW)

Proof of Work (PoW) adalah algoritma konsensus blockchain yang utama. Itu pertama kali diterapkan dengan Bitcoin, meskipun konsepnya sudah ada jauh sebelum itu. Dalam sistem ini, para validator (yang disebut penambang) menerapkan fungsi hash pada data yang ingin mereka tambahkan hingga menghasilkan solusi tertentu.

Hash adalah urutan karakter yang tampak acak yang dihasilkan saat menjalankan fungsi hash. Jika data input identik, hasilnya akan sama. Namun, perubahan sekecil apa pun akan menghasilkan hash yang sepenuhnya berbeda.

Data keluaran tidak memungkinkan untuk menentukan data masukan, mengubah fungsi ini menjadi metode yang efektif untuk menunjukkan bahwa suatu data diketahui selama waktu tertentu. Hash dapat diberikan kepada pihak ketiga dan, saat mengungkapkan data, orang tersebut dapat memverifikasi bahwa keluaran cocok dengan menjalankannya dalam fungsi.

Dalam PoW, protokol mendefinisikan kondisi yang membuat sebuah blok menjadi valid. Misalnya, bisa ditetapkan bahwa hanya blok yang hash-nya dimulai dengan "00" yang valid. Satu-satunya cara bagi seorang penambang untuk membuat blok yang valid adalah melalui brute force, dengan memodifikasi sebuah parameter dalam data mereka untuk menghasilkan hasil yang berbeda hingga menemukan yang benar.

Di blockchain utama, tingkat kesulitan sangat tinggi. Untuk bersaing secara efektif, diperlukan fasilitas yang dilengkapi dengan ASIC, perangkat keras yang dirancang khusus untuk meningkatkan peluang menghasilkan blok yang valid.

Dalam penambangan, investasi sesuai dengan biaya mesin-mesin ini dan energi listrik yang diperlukan untuk operasinya. ASIC dirancang secara eksklusif untuk penambangan, tanpa kegunaan di luar bidang ini. Satu-satunya cara untuk memulihkan investasi awal adalah dengan menambang dan memenangkan hadiah dengan berhasil menambahkan blok baru ke blockchain.

Verifikasi sebuah blok oleh jaringan adalah sederhana: satu kali eksekusi fungsi memungkinkan untuk memeriksa hasilnya. Jika data menghasilkan hash yang valid, blok tersebut akan diterima dan penambang akan menerima hadiahnya. Sebaliknya, jaringan akan membatalkannya, mengakibatkan pemborosan waktu dan listrik.

Bukti Kepemilikan (PoS)

Proof of Stake (PoS) diusulkan pada masa-masa awal Bitcoin sebagai alternatif untuk Proof of Work. Dalam PoS tidak ada penambang, perangkat keras khusus, atau konsumsi energi yang masif. Satu-satunya yang diperlukan adalah komputer konvensional.

Dan satu elemen tambahan yang penting: investasi dalam koin sistem. Dalam PoS, alih-alih menggunakan sumber daya eksternal (perangkat keras dan listrik), digunakan sumber daya internal (kriptokurensi). Aturan bervariasi tergantung pada protokol, tetapi umumnya diperlukan nilai minimum untuk berpartisipasi dalam staking.

Dana harus diblokir di wallet ( dan tidak dapat dipindahkan selama periode staking ). Umumnya, validator menyepakati transaksi mana yang akan diteruskan ke blok berikutnya. Dalam arti tertentu, ini adalah taruhan pada blok mana yang akan dipilih, membiarkan protokol memutuskan sisanya.

Jika blok yang diusulkan terpilih, validator menerima sebagian dari komisi transaksi, proporsional terhadap stake-nya. Semakin besar jumlah yang diblokir, semakin besar peluang untuk menang. Namun, mencoba menipu sistem dengan menawarkan transaksi yang tidak valid akan mengakibatkan kehilangan sebagian atau seluruh stake. Dengan demikian, mekanisme yang mirip dengan PoW ditetapkan: bertindak jujur lebih menguntungkan daripada bertindak secara curang.

Umumnya, cryptocurrency yang baru dibuat tidak termasuk dalam hadiah validator. Oleh karena itu, mata uang asli blockchain harus diterbitkan dengan cara yang berbeda. Ini dapat dilakukan melalui distribusi awal (misalnya, ICO atau IEO)atau menggunakan PoW pada tahap awal protokol sebelum transisi ke PoS.

Hingga saat ini, Proof of Stake murni terutama diterapkan pada cryptocurrency dengan kapitalisasi pasar yang lebih kecil. Oleh karena itu, belum sepenuhnya terbukti apakah itu dapat menjadi alternatif yang layak untuk PoW dalam skala besar. Meskipun secara teoritis tampak valid, implementasi praktis menghadapi berbagai tantangan.

Ketika PoS diterapkan di jaringan dengan volume informasi yang besar, sistem ini menjadi ladang percobaan yang sempurna untuk insentif keuangan dan teori permainan. Mereka yang memiliki pengetahuan untuk "meretas" sistem PoS hanya akan mencobanya jika ada kemungkinan untuk memanfaatkannya, sehingga satu-satunya cara untuk mengevaluasi kerentanannya adalah dengan mencobanya langsung di jaringan.

Segera kita akan melihat bukti skala besar PoS dengan implementasi Casper sebagai bagian dari pembaruan jaringan Ethereum ( yang juga dikenal sebagai Ethereum 2.0).

Algoritma konsensus lainnya

Proof of Work dan Proof of Stake adalah algoritma konsensus yang paling umum, tetapi ada banyak varian lain, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangan masing-masing:

• Bukti Pekerjaan Tertunda
• Disewakan Bukti Taruhan
• Bukti Otoritas
• Bukti Pembakaran
• Delegated Proof of Stake
• Konsensus hibrida PoW/PoS

Kesimpulan

Mekanisme untuk mencapai konsensus sangat penting untuk operasi sistem terdistribusi. Banyak yang berpendapat bahwa inovasi terbesar Bitcoin terletak pada penggunaan Proof of Work untuk memungkinkan pengguna menyepakati sekumpulan fakta yang dibagikan.

Saat ini, algoritma konsensus mendukung tidak hanya sistem mata uang digital, tetapi juga blockchain yang memungkinkan pengembang menjalankan kode di jaringan terdistribusi. Mereka merupakan pilar fundamental dari teknologi blockchain dan sangat penting untuk kelangsungan jangka panjang berbagai jaringan yang ada.

Di antara semua algoritma konsensus, Proof of Work tetap menjadi yang paling banyak digunakan. Sebenarnya, belum ada alternatif yang lebih dapat diandalkan dan aman yang diusulkan. Namun, ada penelitian dan pengembangan yang intensif yang sedang berlangsung untuk menggantikan PoW, sangat mungkin solusi konsensus baru akan muncul dalam beberapa tahun mendatang.