Elegantní přístup ke konsenzu

Tento článek je překladem původního článku  An Elegant Approach to Consensus.

Poznámka: Slovo governance je zachováno v originálním tvaru. Bohužel v českém jazyce jsme nenašli vhodný překlad v kontextu kryptoměn. Ve smyslu kryptoměn je tímto slovem myšleno: „rozhodování ve společných věcech týkajících se samotného blockchainu, jako je změna zdrojového kódu, upgrady, velikost poplatků, a další společné věci“.

Stefan Thomas

CEO a zakladatel společnosti Coil, spoluautor protokolu Interledger, a bývalý CTO společnosti Ripple.

Je to letitá debata mezi Proof of Work a Proof of Stake, která se vrátila do popředí zájmu veřejnosti ve spojení s úspěšným mergem Etherea, který proběhl v září (2022).

Kritika obou táborů je dobře zdokumentována. Jedna strana poukazuje na skutečnost, že Bitcoin spotřebovává enormní množství energiive. Jiní vyzdvihují nové skutečnosti Etherea, ohledně koncentrace moci. Po mergi DeFi společnost Lido plus
tři největší burzy kontrolují 50% „stakeování“ ETH.

Ani jedno ale neřeší governance, o čemž svědčí fakt, že jak Bitcoin, tak Ethereum spravují řízení tzv. off-chain, tj. mimo blockchain.

V tomto článku vysvětlím, že existuje přímější řešení.
Takové, které má oproti Proof of Work a Proof of Stake výhody z hlediska spotřeby energie a řízení.

Skvělé je, že toto řešení je založeno na již existujícím neformálním procesu, který je základem jak Proof of Work, tak Proof of Stake – a jakéhokoli jiného
konsensuálního mechanismu.

To proto, že konsenzus je něco, co lidé dělají přirozeně a intuitivně po celou dobu. Můžeme tento proces formalizovat a zautomatizovat některé jeho části. Takto se jednoduše dostaneme k základní formě konsenzu bez nutnosti dalších kroků.

Proof of Work: Jak jsme se sem dostali

Decentralizované, anonymní blockchainy čelí stejné výzvě. Při navrhování systému, který komukoli umožňuje účast, potřebujete způsob, jak se rozhodnout mezi stejně platnými bloky, abyste zajistili, že všichni zůstanou ve shodě. Jasnou odpovědí je nějaký druh hlasovacího mechanismu. Ale stejně jako u jakéhokoli férového a spravedlivého volebního mechanismu musíte zabránit tomu, aby nějaká osoba či subjekt měl více hlasů, než má mít.

Jednoduše řečeno, problém, který se snažíme vyřešit, je forma digitální demokracie.

Přístup Proof of Work vyžaduje, aby účastníci přispěli do systému výpočetním výkonem. Můžeme si představit, že těžaři „hlasují“ svým výpočetním výkonem tak, že si vyberou jeden z platných řetězů bloků a pokoušejí se jej rozšířit. Koneckonců, nemůžete předstírat výpočetní výkon. A jak roste hodnota systému a sílí konkurence o výpočetní výkon, rostou spolu s tím i náklady na přehlasování zbytku systému.

Tak dosáhneme konsensu anonymně – Proof of Work ve zkratce.

Samozřejmě, že výpočetní výkon je v podstatě proxy pro spotřebu energie a to poslední, co svět v tuto chvíli potřebuje, je plýtvání energií. Můžeme minimalizovat plýtvání použitím „uvízlé“ nebo přebytečné energie, ale neexistuje způsob, jak obejít skutečnost, že jakýkoli počítač provádějící Proof of Work by místo toho mohl provádět jiné užitečné výpočty.

Poslední bod, který zde zmíním, je „governance„. V počátcích Bitcoinu se o některých změnách protokolu skutečně hlasovalo a rozhodovali o nich přímo těžaři. Tento přístup však vyvrcholil během debaty o velikosti bloku a škálovatelnosti, kterou Coindesk v té době popsal jako „ústavní krizi“. V tomto kontextu nejsou totiž pobídky těžařů v souladu se zbytkem sítě. V souvislosti s velikostí bloků těžaři preferují menší bloky, aby donutili uživatele platit vyšší poplatky.

Komunita si to přirozeně nenechala líbit a obrátila se na mimo protokolové formy governance a také na „hard forky“. Nakonec to vyvolalo dostatečný tlak
na těžaře, takže bylo dosaženo kompromisu. Jde o to, že Bitcoin se neřídí čistě Proof of Work. Důležitá strategická rozhodnutí jsou přijímána prostřednictvím politického procesu mimo protokol a ne prostou většinou těžařů.

Vzhledem k těmto omezením byl vždy zájem o potenciální alternativy k Proof of Work

Proof of Stake: Populární alternativa

Pokud uvažujeme o mechanismech konsenzu jako o formách demokracie, pak by Proof of Stake byla plutokracie. Můžeme to nazvat Proof of Wealth, tj. vláda bohatých.

Namísto výpočetního výkonu se hlasy v systému Proof of Stake počítají úměrně počtu mincí, které osoba nebo subjekt uzamkne. Za předpokladu, že mince byly
široce distribuovány mezi mnoho nepřidružených účastníků, decentralizace je dosažena bez energetických nároků na Proof of Work.

Stejně jako nelze předstírat výpočetní výkon, nelze také vytvářet mince ze vzduchu. Samozřejmě, dobře kapitalizovaná organizace si může koupit mince, aby zvýšila svou hlasovací sílu, ale takto je systém navržený. Proof of Stake je zpravidla mechanismus konsenzu, kterému obvykle dominují agregátory mincí, jako jsou burzy nebo platformy DeFi.

Když jsou tyto uzamčené mince svázány s rozhodováním o platnosti jednotlivých bloků, vytváří to zpětnovazební smyčku, která směřuje k nerovnosti a koncentraci moci. Čím více mincí máte, tím více máte hlasů. Pokud dokážete tuto sílu proměnit ve větší zisky, můžete tyto zisky proměnit zpět ve větší sílu hlasu. Pokračujte v tom a nakonec budete systém plně ovládat.

Pokud ale systém stále soutěží s ostatními blockchainy, není to takový problém. Obecně je v pořádku, když korporace řídí zasvěcení, jako jsou akcionáři nebo, v případě družstev, družstevníci, pokud mají spotřebitelé stále na výběr. Pokud společnost vyrábí špatný produkt, můžete si koupit jiný, a pokud je to hrozný zaměstnavatel, můžete pracovat někde jinde. Pokud zlý diktátor převezme korporaci, ztratí zákazníky a zaměstnance, což je přirozená forma brzd a protivah.

Problémy začínají, když se korporace příliš zabydlí a spotřebitelé tuto možnost ztratí, což je situace, kdy obvykle vidíme špatné nekontrolované chování. To samé platí i pro konsenzus. Když stále soutěží s jinými systémy, zmíněné kontroly a rovnováhy nadále existují. Pokud se však stane univerzálním, pak se nekontrolovaná koncentrace moci stane problémem všech.

(Je to jeden z důvodů, proč jsem tak nadšený z protokolu Interledger. Díky interoperabilitě napříč blockchainy získáte trvalou konkurenci mezi systémy konsenzů,
která slouží jako další vrstva kontrol a protiváh. Více se k tomu dostaneme v příštím příspěvku.)

Ethereum řeší governance  off-chain, včetně, jak popisují, „sociální a technické procesy“, tj. mimo blockchain. Když ale moc přechází od hlasování a dobře definovaných pravidel v rámci systému k neformálnějším procesům mimo systém, je obtížné zaručit transparentnost a spravedlivé zastoupení.

Stejně jako Proof of Work, i Proof of Stake neřeší otázku governance.

Kromě otázek týkajících se governance, častější kritika zdůrazňuje kruhovou logiku, která je vlastní každému systému Proof of Stake:

Abyste věděli, kolik mincí má každý člověk, musíte znát stav posledního bloku.

Abyste znali stav posledního bloku, potřebujete vědět, jak hlasovala většina zamčených mincí.

Tento problém má jakýkoli systém Proof of Stake. Každý, kdo má přístup ke klíčům předchozích validátorů, by mohl vytvořit alternativní historii bloků, která je stejně platná. Existují zástupná řešení, jako je vytváření pravidelných kontrolních bodů účetní knihy, ale to vyvolává další otázky – např. jaký je další kontrolní bod, jak se určují kontrolní body atd. Již tak mlhavý systém řízení off-chain nyní musí přijímat
ještě více svévolná rozhodnutí.

V důsledku toho vyžaduje Proof of Stake nesčetné množství funkcí, které zohledňují nedostatky a potenciální vektory útoku, které jsou vlastní jeho návrhu. (Lyn Alden má na toto téma skvělý text.)

Existují také potenciální regulační překážky. Několik hodin po mergi řekl šéf SEC Gary Gensler novinářům, že si myslí, že mince Proof of Stake vypadají jako cenné papíry kvůli odměnám za uzamčení.

Všechny cesty vedou do Říma

Tak kam nás to dostalo?

Proof of Work je jednoduchý, relativně spolehlivý a vynakládá spoustu energie.

Proof of Stake je složitý, logicky ošemetný a plutokratický.

Ani jedno neřeší otázku governance.

Jistě, určitě existuje lepší způsob.

Ve skutečnosti existuje – jeden, který již funguje v reálném světě, ale nejprve se vraťme o krok zpět a podívejme se, jak si v první řadě vybíráme mechanismus konsenzu.

Přemýšlejte o tom takto: Většina lidí nebere v úvahu samotný mechanismus konsenzu, když se rozhodují, s kým chtějí být ve shodě. Možná jste slyšeli
o skvělém herním projektu NFT, který chcete podpořit. Náhodou je to v blockchainu Ethereum, což je Proof of Stake.

Nebo možná hledáte alternativní aktiva jako součást diverzifikovaného investičního portfolia.Vyberete si Bitcoin, což je Proof of Work. Nebo jste si ho možná vybrali proto, že je nejoblíbenější a nejdéle běžící.

Při rozhodování, do kterého blockchainu se zapojit, jste se rozhodli na základě konkrétního případu použití, potřeb nebo cílové komunity.

Jinými slovy, první volba, kterou uděláte, není o samotném mechanismu konsensu. Místo toho je to: S kým chcete být ve shodě

Pochopení konsenzu

Nyní, když jsme stanovili toto hlavní rozhodnutí, které musí každý účastník učinit, udělejme další krok zpět.

Co je vlastně konsensus?

Zde je moje definice: Konsenzus je proces dobrovolné dohody.

Ve společnosti konsenzus stanoví základní pravidla pro spolupráci, což nám umožňuje efektivně vzájemně působit a obchodovat.

Na základě konsenzu jsem například schopen jít do obchodu s potravinami a nakoupit zásoby. Panuje shoda ve věcech, jako je peněžní systém, právní systém,
jazyky a určité společenské normy. Pokud se nedokážeme dohodnout na způsobu platby, řešení sporů nebo komunikaci, bude to v supermarketu hodně těžké. S největší
pravděpodobností nebudeme moci nakupovat své potraviny a náš obchodník s potravinami nebude moci prodávat své produkty.

Vy a já můžeme mít různé názory na to, jak by měla být naše země řízena. Můžeme být na opačných stranách politického problému. Ale pokud moje
strana prohraje volby, budu stále dobrovolně souhlasit s dodržováním vašeho pravidla, abychom se mohli společně pohnout vpřed. Navzdory našim
neshodám nacházíme způsob, jak dosáhnout konsenzu, aby bylo možné dosáhnout pokroku a udržet mír.

Částečně je to proto, že nedosažení konsenzu s sebou nese obrovské náklady. V ideálním případě bychom se rádi vyhnuli revoluci nebo občanské válce. Nebo v
řeči blockchainu, forku.

Klíčovým bodem je opět to, že konsensus je dobrovolný. Můžete tvrdit, že jste ve skutečnosti Napoleon – nikdo vás nemůže zastavit. Ale nebudete ve shodě se
zbytkem společnosti, což způsobí třenice a zvýší vaše náklady na sociální a ekonomickou interakci. Z tohoto důvodu je v praxi vzácné narazit na někoho, kdo
se příliš vzdaluje normám společenského konsenzu. Výhody konsenzu pro většinu lidí převažují nad náklady na to, že většinu času nebudou Napoleonem.

Totéž platí pro blockchainy. Chceme se dohodnout na transakcích, ke kterým došlo. Můžeme se neshodnout na přesném pořadí, kdy tyto transakce přišly –mohlo
to být jednoduše způsobeno tím, že se na zeměkouli nacházíme v různých vzdálenostech od místa, kde transakce vznikla. Ale stejně hledáme shodu, protože
jakýkoli rozhodnutí – pokud je všeobecně přijímáno – nám umožňuje obchodovat.

Proof of Association: Přímější přístup

Zde je to, co jsme zatím stanovili:

Za prvé, Proof of Work, Proof of Stake atd. jsou systémy konsenzu navržené k dosažení dobrovolné dohody.

Za druhé, než se vůbec dostaneme k „jaký“ konsenzus, musíme si nejprve vybrat, s kým chceme být v konsenzu, což je zase založeno na tom, s kým chceme komunikovat a obchodovat.

Za třetí, konsenzus je dobrovolný – lidé dosáhnou konsenzu, protože slouží jako základ pro vzájemné transakce.

Co kdyby stačilo popsat, s kým chci být ve shodě, a mít algoritmus, který mě udržuje v synchronizaci s lidmi, které jsem si vybral?

Můžete – což nás přivádí ke konceptu Proof of Association.

Instinktivně, pokud bychom věděli, s kým chceme být ve shodě, vše, co bychom museli udělat, je podívat se do jejich účetní knihy a ujistit se, že ta naše
je stejná. Pokud ano, jsme v synchronizaci; jsme ve shodě. V praxi je to trochu složitější, ale ne o moc.

Prvním krokem je napsat si seznam těch lidí nebo entit, se kterými byste chtěli být ve shodě.

Jakmile si tento seznam zapíšete, předáte jej softwarovému programu, který prohledá síť a naslouchá lidem na vašem seznamu. Když dostatečný počet těchto
lidí hlasuje pro konkrétní podobu bloku – kvorum – je dosaženo konsensu. (Poctivé uzly se zavazují, že svůj hlas nikdy nezmění.)

Vzhledem k tomu, že si píšete svůj vlastní seznam, nemusíte se bát hlasovacího spamu. Pokud se někdo připojí k blockchainu s 10 000 uzly, o které se nikdo
nezajímá, budou jednoduše ignorovány.

A protože každý zúčastněný – samozřejmě dobrovolně – je motivován k udržování a zlepšování konsenzu, systém se přirozeně vyvine směrem k robustnější
a decentralizovanější struktuře. To by mohlo znamenat:

  • Přidání spolehlivějších osob nebo subjektů do seznamu
  • Odstraňování nespolehlivých osob nebo subjektů
  • Zarovnání seznamu tak, aby byl podobný seznamům ostatních účastníků
  • Změna seznamu směrem k rozmanitější sadě validátorů napříč lidmi, organizacemi a zeměpisnými polohami

Výsledkem je, že takový systém bude přirozeně iterovat a vytvářet stále důvěryhodnější stavy. Stejně jako naše interakce v reálném životě se důvěra časem
rozvíjí a posiluje. Někdo může mít na síť velký vliv, protože je zahrnut v mnoha seznamech jiných lidí, ale pokud se z nějakého důvodu zlomí a ztratí důvěru ostatních účastníků, může být rychle vyřazen zbytkem sítě způsobem, který není obvykle možný s Proofof Work nebo Proof of Stake.

Zde platí prastaré pořekadlo – vybudovat si dobrou pověst trvá celý život, ale lze ji ztratit během okamžiku. V tomto smyslu je síla i toho nejdůležitějšího uzlu vždy omezena. Stejně jako můžou média, která soustavně nabízí nespolehlivé informace, ztratit předplatitele, stejně tak ztratí své „předplatitele“ i špatný validátor. V systému založeném na dobrovolném sdružování je vždy možnost volby.

A co víc, pokud má validátor příliš velký vliv, ostatní mohou proaktivně diverzifikovat svůj seznam, i když je validátor naprosto čestný a spolehlivý. Postupem času existuje pobídka k větší a větší decentralizaci. Nebo přesněji úroveň decentralizace, kterou většina účastníků považuje za optimální.

Je důležité poznamenat, že mluvíme pouze o jediném konsensuálním systému, pokud se mezi různými seznamy dostatečně překrývají. Překrytí nemusí být dokonalé – ve skutečnosti drobné rozdíly umožňují postupem času vylepšení. Účastníci obecně nechtějí síť rozdělit, takže každý je motivován k tomu, aby se snažil udržovat své seznamy relativně synchronizované prostřednictvím komunikace a diskursu. Pokud jsou mezi skupinami neslučitelné rozdíly, jejich překrývání se může zmenšit a nakonec se mohou rozdělit do samostatných sítí. To nezní úplně dobře, ale je to vlastně jen odraz preferencí členů obou skupin, kteří se rozhodli od sebe oddělit. Konsenzus je dobrovolný a může být zachován pouze tak dlouho, dokud si to lidé přejí.

Obecně platí, že síť a komunita si nakonec samy určí nejlepší podobu svých seznamů, které si budou průběžně optimalizovat – forma plynulé, iterativní demokracie. V seznamu máte své vybrané zástupce. Pokud se časy změní, můžete kdykoli hlasovat pro nové. Ostatní, kteří s vámi spolupracují, si vaší volby mohou všimnout a svůj výběr postupně změnit.

Psaní seznamů nespotřebovává žádnou energii ani nekoncentruje sílu.

A to není jen teorie. Konsenzus založený na tomto procesu funguje posledních 10 let a jmenuje se – XRP Ledger.

Skvělé je, že za těch 10 let se síť vyvinula přesně tak, jak jsem právě popsal. Přirozené pobídky znamenají, že XRP Ledger se neustále stává robustnějším a decentralizovanějším.

Dnes většina účastníků sleduje 35 validátorů po celém světě, včetně jednotlivců, burz, univerzit, organizací a společností, které budují na síti, jako je moje vlastní společnost Coil. Žádný subjekt nekontroluje více než dva validátory nebo 5,7 %hlasů.

Na rozdíl od Bitcoinu a Etherea je proces správy formální a hlasování probíhá v protokolu pomocí stejného konsenzuálního mechanizmu, který se používá k potvrzování transakcí.

V průběhu let validátoři úspěšně hlasovali u 45 dodatků ke zlepšení systému, včetně nových funkcí, jako je multisign, escrow a nejnověji podpora NFT. O nových pozměňovacích návrzích se neustále hlasuje.

Nejde ale jen o XRP Ledger. Pokud mají blockchainy sloužit důležitým funkcím v naší společnosti, musí mít zastánci lepší odpovědi na otázky týkající se využití energie a správy. Taková byla váha těchto otázek, když Ethereum udělalo odvážný krok a skutečně změnilo svůj konsenzuální systém.

Doufám, že tato změna nakonec přivede více lidí k Proof of Association. Nejenže by to vyřešilo problémy se spotřebou energie a koncentrací moci, ale také by sloužilo jako jednodušší, robustnější a transparentnější způsob správy blockchainů.

To, co začalo jako zkoumání prvních principů procesu konsensu, se stává samotným mechanismem. Krása je v tom, že když jsou principy konsenzu explicitní, mechanismus konsenzu se stává zřejmým.

Odhalení: Jsem dlouhodobým investorem do Bitcoinu a XRP. Přispíval jsem do Bitcoinu jako dobrovolný vývojář a do XRP Ledger jako Chief Technology Officer ve společnosti Ripple. Jsem zakladatel a generální ředitel společnosti Coil, která získala finanční prostředky od společnosti Ripple. Mé myšlenky o konsenzu popsané výše jsou mé vlastní a nemusí nutně odrážet názory Coil, Ripple nebo kohokoli jiného.

Zvláštní poděkování Alecu Liuovi za jeho redakční příspěvky k tomuto dílu.