Konsensusalgoritmi on sääntöjoukko, jonka avulla hajautettu verkko pääsee yksimielisyyteen siitä, mitkä tapahtumat ovat päteviä. Se on kryptovaluuttojen toiminnan ydin: ilman sitä verkko ei voisi toimia ilman keskitettyä valvojaa, kuten pankkia.
Tässä artikkelissa käydään läpi, mitä konsensusalgoritmit ovat, miten kaksi tunnetuinta – Proof of Work ja Proof of Stake – toimivat ja mitä eroa niillä on. Teksti on puolueeton tietopaketti, joka selittää käsitteet aloittelijalle. Se ei ole sijoitusneuvo.
Mikä konsensusalgoritmi on
Kryptovaluutat perustuvat lohkoketjuun. Lohkoketju on hajautettu tietokanta, johon tapahtumat kirjataan peräkkäisiin lohkoihin. Jokainen lohko sisältää viittauksen edelliseen, mikä tekee ketjun muuttamisesta jälkikäteen vaikeaa.
Verkko on hajautettu eli sitä ei hallitse yksi taho. Kuka tahansa voi ladata ohjelmiston ja liittää oman tietokoneensa verkkoon solmuksi (englanniksi node). Tämä on järjestelmän vahvuus, mutta myös haaste.
Koska osallistujia ei valvo mikään keskitetty taho, joukossa voi olla myös vilpillisiä toimijoita. Vilpillinen solmu saattaisi yrittää lähettää verkkoon virheellisiä tapahtumia, esimerkiksi käyttää samat varat kahdesti. Tätä kutsutaan kaksinkertaisen käytön ongelmaksi.
Konsensusalgoritmin tehtävä on ratkaista juuri tämä. Se määrittää säännöt siitä, kuka saa lisätä seuraavan lohkon ketjuun, miten muut osallistujat tarkistavat sen ja millä perusteella palkkiot jaetaan. Samalla se tekee verkkoon hyökkäämisestä kalliimpaa kuin siitä saatava hyöty.
Keskeiset käsitteet
| Lohkoketju | Hajautettu tietokanta, johon tapahtumat kirjataan peräkkäisiin lohkoihin. |
| Solmu (node) | Verkkoon liitetty tietokone, joka pitää yllä kopiota lohkoketjusta. |
| Louhija | Proof of Work -verkon osallistuja, joka luo lohkoja laskentatehon avulla. |
| Validaattori | Proof of Stake -verkon osallistuja, joka luo lohkoja lukitun panoksen perusteella. |
| Steikkaus (staking) | Kryptovaluutan lukitseminen verkon käyttöön vakuudeksi. |
| Slashing | Seuraamus, jossa vilpillinen validaattori menettää osan panoksestaan. |
Proof of Work
Proof of Work (PoW) eli työntodiste on vanhin ja tunnetuin konsensusalgoritmi. Se tuli tunnetuksi Bitcoinin myötä, ja Bitcoin käyttää sitä edelleen.
PoW:ssa verkon ylläpitäjiä kutsutaan louhijoiksi. Louhijat keräävät odottavat tapahtumat yhteen ja muodostavat niistä lohkon. Saadakseen oikeuden lisätä lohkon ketjuun heidän on ratkaistava laskennallinen tehtävä.
Tehtävä ei ole älyllisesti vaikea, vaan työläs: siinä kokeillaan valtavia määriä vaihtoehtoja, kunnes oikea löytyy. Tähän tarvitaan laskentatehoa ja sähköä. Ensimmäisenä ratkaisun löytävä louhija saa lisätä lohkon ja vastaanottaa palkkion.
Ratkaisun löytäminen on vaikeaa, mutta sen tarkistaminen on erittäin nopeaa. Tämä epäsymmetria on koko menetelmän ydin: muut verkon solmut voivat vahvistaa työn tehdyksi hetkessä.
51 prosentin hyökkäys
PoW-verkon turvallisuus perustuu siihen, että lohkoketjun manipuloiminen vaatisi hallintaansa yli puolet verkon koko laskentatehosta. Tätä kutsutaan 51 prosentin hyökkäykseksi.
Bitcoinin kokoisessa verkossa tällaisen laskentatehon hankkiminen ja ylläpitäminen maksaisi enemmän kuin hyökkäyksestä olisi saatavissa hyötyä. Pienemmissä ja vähemmän louhitussa verkoissa tilanne voi olla toinen, ja tällaisia hyökkäyksiä on käytännössä tapahtunut.
Kritiikki
PoW:n suurin ongelma on energiankulutus. Koska turvallisuus perustuu tehdyn työn määrään, verkko kuluttaa jatkuvasti sähköä riippumatta siitä, kuinka paljon tapahtumia siirretään.
Lisäksi louhinta on keskittynyt suurille louhintayrityksille, joilla on varaa erikoislaitteistoon ja halpaan sähköön. Tämä on osin vastoin hajautuksen alkuperäistä ajatusta.
Proof of Stake
Proof of Stake (PoS) eli panoksentodiste kehitettiin vaihtoehdoksi juuri näihin ongelmiin. Ajatus esitettiin ensimmäisen kerran Bitcointalk-keskustelupalstalla heinäkuussa 2011 nimimerkillä QuantumMechanic.
Ensimmäinen käytännön toteutus oli Peercoin, jonka Sunny King ja Scott Nadal julkaisivat elokuussa 2012. Peercoin oli hybridimalli, jossa käytettiin sekä PoW:ta että PoS:ää.
PoS:ssä ei louhita. Louhijoiden sijaan verkkoa ylläpitävät validaattorit. Oikeus luoda seuraava lohko ei perustu laskentatehoon vaan siihen, kuinka paljon verkon omaa valuuttaa osallistuja on lukinnut panokseksi.
Steikkaus eli staking
Steikkaus tarkoittaa, että osallistuja lukitsee omistamansa kryptovaluutan verkon käyttöön vakuudeksi. Mitä suurempi panos, sitä todennäköisemmin osallistuja valitaan luomaan seuraava lohko – valinnassa on tyypillisesti mukana myös satunnaisuutta.
Esimerkiksi Ethereumissa itsenäiseksi validaattoriksi ryhtyminen edellyttää 32 ETH:n panosta. Pienemmillä summilla voi osallistua yhteisten staking-palveluiden kautta.
Slashing
PoS:n turvamekanismi on taloudellinen. Jos validaattori toimii vilpillisesti tai laiminlyö tehtävänsä, se menettää osan lukitusta panoksestaan. Tätä kutsutaan slashingiksi.
Rehellinen toiminta on siis validaattorin oman edun mukaista: vilppi maksaa suoraan omasta omaisuudesta. PoW:ssä vastaava pelote on laitteistoon ja sähköön uponnut kustannus, PoS:ssä lukittu pääoma.
Ethereumin siirtymä eli The Merge
Merkittävin yksittäinen tapahtuma konsensusalgoritmien historiassa oli Ethereumin siirtyminen Proof of Workista Proof of Stakeen 15. syyskuuta 2022. Tapahtuma tunnetaan nimellä The Merge.
Siirtymässä Ethereumin alkuperäinen lohkoketju yhdistettiin Beacon Chain -nimiseen PoS-kerrokseen, joka oli toiminut rinnalla joulukuusta 2020 lähtien. Louhinta korvattiin validaattoreilla.
Ethereum-säätiön mukaan siirtymä vähensi verkon energiankulutusta noin 99,95 prosenttia. Muutos ei kuitenkaan alentanut siirtomaksuja eikä nopeuttanut tapahtumia, toisin kuin usein oletettiin – nämä riippuvat muista tekijöistä.
Bitcoin ei ole siirtynyt PoS:ään, ja se käyttää edelleen Proof of Workia.
Muita konsensusalgoritmeja
PoW ja PoS ovat tunnetuimmat, mutta eivät ainoat. Erilaisia malleja on kehitetty painottamaan esimerkiksi nopeutta tai käyttötarkoitusta.
Delegated Proof of Stake (DPoS). Tässä mallissa valuutan omistajat äänestävät rajatun joukon edustajia, jotka ylläpitävät verkkoa. Malli on nopeampi, mutta keskittyneempi. Sen kehitti Daniel Larimer, ja se otettiin ensimmäisenä käyttöön BitSharesissa vuonna 2014.
Proof of Authority (PoA). Lohkoja luovat ennalta hyväksytyt, tunnistetut toimijat. Malli sopii lähinnä suljettuihin ja yritysten sisäisiin lohkoketjuihin, ei julkisiin verkkoihin.
Jokaisessa mallissa tehdään kompromissi hajautuksen, turvallisuuden ja nopeuden välillä. Tätä kutsutaan usein lohkoketjujen kolmiongelmaksi: kaikkia kolmea on vaikea maksimoida yhtä aikaa.
Yhteenveto
Konsensusalgoritmi on sääntöjoukko, jonka avulla hajautettu verkko sopii yhteisestä totuudesta ilman keskitettyä valvojaa.
Proof of Work perustuu laskentatehoon ja tehtyyn työhön. Se on hyvin testattu ja Bitcoinin käyttämä, mutta kuluttaa paljon energiaa. Proof of Stake perustuu lukittuun pääomaan ja on huomattavasti energiatehokkaampi, mutta uudempi ja kritiikin mukaan altis varallisuuden keskittymiselle.
Ethereumin siirtymä vuonna 2022 osoitti, että suuri verkko voi vaihtaa algoritmia. Kumpikin malli on edelleen laajassa käytössä.
Lisää ohjelmistoihin ja teknologiaan liittyvää tietoa löydät sovellukset-osiostamme sekä tietokoneohjelmistot-sivultamme. Ohjelmistojen päivittämisestä kerromme ohjelmistopäivitystä käsittelevässä osiossamme.
Lähteet
Kryptovaluuttoihin liittyy merkittäviä riskejä, kuten voimakkaat arvonvaihtelut ja koko sijoituksen menettämisen mahdollisuus. Suuri osa kryptovaluuttapalveluista ei kuulu sijoittajien korvausrahaston tai talletussuojan piiriin. Lisätietoa ja viranomaisen varoituksia löydät Finanssivalvonnan sivuilta. Tee aina oma taustatutkimuksesi ja harkitse tarvittaessa riippumattoman ammattilaisen konsultointia.
Usein kysytyt kysymykset
Mikä konsensusalgoritmi on?
Konsensusalgoritmi on sääntöjoukko, jonka avulla hajautettu verkko pääsee yksimielisyyteen siitä, mitkä tapahtumat ovat päteviä ja kuka saa lisätä seuraavan lohkon lohkoketjuun.
Mitä eroa on Proof of Workilla ja Proof of Stakella?
PoW:ssa oikeus luoda lohko ansaitaan laskentatyöllä ja sähköllä, PoS:ssä lukitsemalla omaa kryptovaluuttaa panokseksi. PoS kuluttaa huomattavasti vähemmän energiaa.
Käyttääkö Bitcoin edelleen Proof of Workia?
Kyllä. Bitcoin käyttää edelleen Proof of Workia eikä ole siirtynyt Proof of Stakeen.
Milloin Ethereum siirtyi Proof of Stakeen?
Ethereum siirtyi Proof of Stakeen 15. syyskuuta 2022. Tapahtuma tunnetaan nimellä The Merge, ja se vähensi verkon energiankulutusta noin 99,95 prosenttia.
Mitä steikkaus eli staking tarkoittaa?
Steikkaus tarkoittaa oman kryptovaluutan lukitsemista verkon käyttöön vakuudeksi. Panoksen suuruus vaikuttaa siihen, kuinka todennäköisesti osallistuja valitaan luomaan seuraava lohko.
Mikä on 51 prosentin hyökkäys?
Se tarkoittaa tilannetta, jossa yksi taho hallitsee yli puolta verkon laskentatehosta ja voisi siten manipuloida lohkoketjua. Suurissa verkoissa tämä on käytännössä liian kallista, pienemmissä mahdollista.
Mikä on slashing?
Slashing on Proof of Staken turvamekanismi, jossa vilpillisesti tai huolimattomasti toimiva validaattori menettää osan lukitusta panoksestaan.