Blockchain’de Konsensüs Algoritmaları

Kripto para ağları çalışma organizasyonu bakımından birbirinden farklıdır. Merkeziyetsizlik olduğu için dağıtık bir kayıt defteri uygulamak gerekir. Bu, ek maliyetlerden kaçınırken işlemleri uzlaştırmak için gereklidir.

Bu makalede, blockchain algoritmalarının işlevlerini ve performans ile güvenliği etkileyen faktörleri öğrenmek için popüler olanlara odaklanacağız.

Blockchain Konsensüs Algoritması Nedir?

Konsensüs mekanizması, bir ağdaki tüm eşlerin dağıtık kayıt defterinin mevcut durumu üzerinde genel bir anlaşmaya vardığı bir prosedürdür. Böylece konsensüs algoritmaları blockchain ağında güvenilirliği sağlar ve dağıtık bir bilişim ortamında birbirini tanımayan taraflar arasında güvene dayalı ilişkiler kurar. Bir müzakere protokolü, blok zincirine eklenen her yeni bloğun, o zincirdeki tüm düğümler tarafından üzerinde uzlaşılan tek gerçek versiyonu olmasını sağlar. Blockchain’in konsensüs modelleri, anlaşmaya varma, iş birliği, düğüm eşitliği ve müzakere sürecine her düğümün zorunlu katılımı gibi belirli hedeflerden oluşur. Böylece konsensüs algoritması, tüm ağ için kazanç sağlayan ortak bir uzlaşı bulmayı amaçlar. Ayrıca bu algoritma şunları uygular:

• blokların üretim sıklığı;
• ek fonların düşülmesi riskinden kaçınma;
• bloktaki verilerin kontrol edilmesi.

Kısaca, konsensüs algoritması merkeziyetsiz ağlardaki hataları önler. Ayrıca bu mekanizmanın görevi, tüm katılımcılar için karşılıklı fayda sağlayan koşullar oluşturmaktır.

Konsensüs Algoritmaları: Türleri

Dijital coinler çeşitli blockchain’ler üzerinde geliştirilir. Konsensüs algoritmaları da bu blockchain’lerde farklılık gösterir.

Kripto para piyasasının %90’ından fazlası üç ana uyumlaştırılmış algoritmaya dayanır:

Proof of Work (PoW)

Proof of Stake (PoS)

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Ancak yalnızca temel mekanizmaları değil, birçok proje tarafından benimsenmemiş olsa da keşfetmesi oldukça ilginç olan ve gelecekte büyük rol oynayabilecek bazı diğerlerini de ele alacağız.

1. Proof of Work (PoW)

Bu konsensüs algoritması, zincirdeki bir sonraki bloğu oluşturacak madenciyi seçmek için kullanılır. Bitcoin, Litecoin ve blockchain sektörünün diğer birçok devi çalışmalarında PoW kullanır. Bu algoritmanın temel fikri, bir blockchain tarafından oluşturulan karmaşık bir rastgele matematiksel problemi çözmek ve çözümü yaymaktır. Bu algoritmanın özelliği, problemi çözmenin zor olması ancak kolayca yeniden kontrol edilebilmesidir. Bu matematiksel bulmaca çok fazla işlem gücü gerektirir; dolayısıyla bulmacayı diğerlerinden önce çözen düğüm bir sonraki bloğu üretir. PoW, ağa yönelik bir saldırının aşırı pahalı olmasını ve yüksek enerji maliyetleri gerektirmesini sağlamaya çalışır; çünkü madenciler ölçüm ve ağ güvenliği hizmetleri sağlamak için enerji tüketir. Bu mekanizmanın dezavantajları arasında sınırlı ölçeklenebilirlik ve düşük işlem hacmi yer alır.

2. Proof of Stake (PoS)

Muhtemelen bu, PoW’ye en yaygın alternatiftir: hatta Ethereum bile kısa süre önce PoW’dan PoS konsensüsüne geçmişti. Bu tür konsensüs algoritmasında, karmaşık bir bulmacayı çözmek için pahalı ekipmana yatırım yapmak yerine, sözde doğrulayıcılar ağ coinlerine yatırım yapar ve coinlerinin bir kısmını teminat olarak kilitler (staking). Bundan sonra tüm doğrulayıcılar blokları kontrol etmeye başlar ve zincire eklenebileceğine inandıkları blok üzerine bahis yaparlar. Blockchain’e eklenen gerçek bloklara dayanarak tüm doğrulayıcılar, kendi oranları ile orantılı bir ödül alır ve buna bağlı olarak oranları artar. Sonuçta yeni bir blok üretmek için doğrulayıcı, ağdaki ekonomik payına göre seçilir. Böylece PoS algoritması, bir teşvik mekanizması aracılığıyla doğrulayıcıları uzlaşmaya varmaya teşvik eder. Bu mekanizmanın avantajları arasında temel düzeyde daha yüksek ölçeklenebilirlik ve PoW’ya kıyasla potansiyel enerji tasarrufu sayılabilir. Dezavantajları arasında ise merkezileşme riski yer alır; bu da güvenliğin azalmasına yol açar. Ethereum, Peercoin, Lisk, PIVX ve diğer blockchain’ler PoS üzerinde çalışır.

3. Delegated Proof Of Stake (DPoS)

DPoS mekanizması PoS’un bir geliştirilmiş versiyonudur, ancak oylama sistemlerine dayanan farklı bir konsensüs algoritması türüdür. Kontrol yapmak için tek tek düğümleri rastgele seçmek yerine, token sahibi topluluk kendi payını (bahsini) kullanarak, genellikle delege olarak adlandırılan belirli sayıda güvenilir düğüme oy verir. Bu düğümler işlemleri kontrol etmekten ve ağı sürdürmekten sorumludur ve karşılığında işlem ücretlerinden pay alırlar. DPoS, temsili demokrasiyle karşılaştırılabilir: katılımcılar, ağlarını kendi adlarına koruması için güvenilir bir temsilciye oy verir. Oy verenler, delegeler çoğunluğun çıkarlarına aykırı davranırsa onları değiştirebilir. DPoS algoritması Dan Larimer tarafından icat edilmiştir ve kökeninde yer aldığı BitShares, Steem ve EOS gibi projelerde kullanılır; ayrıca Tezos ve Ark gibi diğer ağlarda da talep görür. DPoS’un avantajları yüksek ölçeklenebilirlik ve enflasyonun daha geniş yayılmasıdır (yeni basılan tokenların doğrulayıcılar arasında daha dengeli dağılımı); dezavantajları ise yetersiz güvenlik ve ağda süreklilik gösteren merkezileşme eğilimidir.

4. Proof of Elapsed Time (PoET)

PoET, bir sonraki bloğu yalnızca dürüst yöntemlerle seçen en adil konsensüs algoritmalarından biridir. Özellikle Hyperledger olmak üzere birçok özel ve kurumsal blockchain’de yaygın olarak kullanılır. Bu algoritmada ağdaki her doğrulayıcı, kendi bloğunu oluşturmak için gerçek bir şans elde eder. Tüm düğümler bunu rastgele bir süre bekleyerek ve bekleme sürelerine dair bir onayı bloğa ekleyerek yapar. Oluşturulan bloklar, diğer katılımcıların değerlendirmesi için ağa iletilir. Kazanan, ispat bölümünde en küçük zamanlayıcı değerine sahip olan doğrulayıcıdır. Kazanan doğrulayıcı düğümün bloğu blockchain’e eklenir. Algoritmada, belirli bir düğümün her zaman seçim kazanmasını ve en düşük zamanlayıcı değerini üretmesini önlemek için ek kontroller vardır. Avantajlar açısından yüksek verimlilik ve düşük kaynak tüketimi öne çıkar; dezavantajlar ise düşük güvenlik seviyesi ve işlemci için bir talimat seti geliştiren üçüncü tarafa bağımlılıktır.

5. Proof of Authority (PoA)

PoA, blok doğrulayıcılarının kimliğinin ve itibarının değerini kullanan, itibara dayalı bir konsensüs algoritmasıdır. Mart 2017’de, Gavin Wood liderliğindeki Ethereum geliştirme ekibi, Ethereum’un Ropstein test ağındaki spam saldırılarına bir çözüm olarak PoA’yı önerdi. PoA, PoS’a benzer; farkı, doğrulayıcıların coin yerine itibarlarını ortaya koymasıdır. Güvenilir düğümler/doğrulayıcılar ağ liderleri tarafından seçilir; bu da PoA’yı yalnızca özel blockchain’ler için kullanışlı kılar. VeChain Thor, Microsoft Azure ve diğerlerinde kullanılır. Avantajları: yüksek işlem hızı, ölçeklenebilirlik ve ağ bakımının düşük maliyeti. Dezavantajları: merkeziyetsizliğin terk edilmesi ve ağ katılımcılarının önlenmesi neredeyse imkânsız olan kötü niyetli davranışlarıdır.

6. Proof of Capacity (PoC)

Proof of Capacity konsensüsünde doğrulayıcılar, pahalı ekipmana yatırım yapmak veya coin yakmak yerine sabit disk alanlarına yatırım yapar. Sabit diskteki alanı kontrol etme araçları ne kadar fazlaysa, bir sonraki bloğun madenciliğini yapma ve blok ödülü alma şansları da o kadar artar. ASICS ile hesaplama yapmak yerine depolama kullanıldığı için, PoC üzerindeki blockchain’ler çok daha enerji verimlidir. PoC kullanan projeler arasında Filecoin, Storj ve Burstcoin yer alır. Bu yaklaşımın açık avantajı enerji verimliliğidir; dezavantajları ise saldırılara açık olması nedeniyle yetersiz güvenliktir.

Ayrıca şu gibi başka konsensüs algoritmaları da vardır:

• Proof of Activity;
• Proof of Space and Time;
• Proof of Weight;
• Proof of Storage;
• Proof of Importance;
• Proof of Participation;
• Proof of History;
• Leased Proof of Stake;
• Proof of Burn;
• Practical Byzantine Fault Tolerance.

Ancak bunların mevcut kullanımı daha çok özel vakalara ve inovasyonlara bağlanabilir; bu da ayrı bir makalenin konusu olabilir.

Özet

Sunulan algoritmaların her birinin güçlü ve zayıf yönleri ile olası kullanım alanları vardır. Bu açıdan değerlendirildiğinde, birbirleriyle rekabet etmedikleri varsayılabilir. İşletme ağının gereksinimine göre bunlardan birini makul bir şekilde seçmek önemlidir. 

PoW’un uygulanması güvenli ve merkeziyetsizdir. PoW, kripto paralar için mükemmel bir konsensüs mekanizmasıdır. Ancak sosyal ağlar ve blockchain oyunları için tamamen uygun değildir. 

Henüz emekleme aşamasındaki blockchain sektöründe, yeni blockchain mimarilerini keşfetmek için araştırmalara devam etmek önemlidir. Yeni konsensüs mekanizmaları, özellikle blockchain ve kripto para teknolojisinin kullanımında yeni seçeneklerin önünü açacaktır.