Bagaimana Cara Menyetujui: Berbagai Jenis Konsensus untuk Blockchain

Ada lebih banyak jenis konsensus selain bukti kerja dan bukti kepemilikan. Di sini kami memperkenalkan alternatif yang paling penting.

Dalam istilah yang paling sederhana, blockchain adalah data yang diproses dan dicatat oleh sekelompok komputer, yang bekerja sama untuk memastikan keaslian dan keamanan transaksi data ini.

Namun, bagaimana kita dapat memastikan bahwa transaksi ini benar-benar terverifikasi dan aman? Blockchain pada dasarnya terdesentralisasi dan terdistribusi, yang berarti bahwa tidak ada otoritas pusat yang menjalankan tata kelola atas sistem tersebut. Untuk memastikan bahwa aturan protokol diikuti dan mencegah perilaku yang tidak etis, blockchain menerapkan berbagai algoritma untuk mencapai apa yang dikenal sebagai konsensus antara entitas yang tidak saling percaya.

Definisi Singkat tentang Konsensus

Konsensus dapat didefinisikan sebagai kesepakatan dari sekelompok agen tentang keadaan bersama mereka melalui interaksi lokal.

Dalam konteks blockchain, konsensus adalah sebuah prosedur dimana rekan-rekan dalam jaringan Blockchain mencapai kesepakatan mengenai kondisi data saat ini di dalam jaringan. Algoritma konsensus inilah yang membangun keandalan dan kepercayaan dalam sistem Blockchain.

Meskipun konsensus cukup mudah dicapai dalam jaringan terpusat di mana satu otoritas yang mengatur dipercaya untuk memvalidasi transaksi dan menjaga catatan, hal ini jauh lebih mudah dalam kasus sistem yang terdesentralisasi.

Konsensus dalam Blockchain

Blockchain bekerja dengan menambahkan blok data dan inti dari konsensus adalah untuk memastikan bahwa setiap blok yang ditambahkan ke dalam rantai adalah satu-satunya versi kebenaran yang disepakati oleh semua node dalam sistem. Ini adalah fitur utama dari sifat blockchain yang terdesentralisasi.

Aturan dasar untuk konsensus dalam blockchain meliputi:

• Tujuan mencapai kesepakatan
• Kolaborasi, kerja sama, dan hak yang sama untuk setiap simpul/rekan, dan
• Partisipasi wajib dari setiap node dalam proses

Ada banyak pendekatan yang berbeda untuk mencapai konsensus tentang sistem desentralisasi. Di sini kita akan melihat berbagai cara untuk menyepakati dan membentuk konsensus.

Konsensus Nakamoto

Ibu dari semua konsensus blockchain, protokol konsensus Nakamoto dirancang oleh Satoshi Nakamoto pada tahun 2009 sebagai cara baru untuk memverifikasi keaslian jaringan blockchain dan mencegah pembelanjaan ganda. Ini adalah algoritma konsensus toleran terhadap kesalahan Bizantium yang bekerja bersama dengan proof of work (PoW) untuk mengatur blockchain Bitcoin.

Byzantine fault tolerance (BFT) adalah sebuah kondisi di mana sistem terdistribusi dapat tetap toleran terhadap kesalahan dengan adanya aktor jahat dan ketidaksempurnaan jaringan.

Sedangkan PoW merujuk kepada mekanisme kriptografi dimana para penambang bersaing satu sama lain untuk memecahkan teka-teki komputasi yang sangat rumit (dan mahal) untuk mendapatkan hak untuk memvalidasi blok baru dan mendapatkan ‘block reward’. Imbalan uang ini memberikan insentif kepada para penambang untuk mengikuti peraturan dan tetap jujur, sementara biaya partisipasi berfungsi sebagai disinsentif ekonomi bagi mereka untuk menyerang jaringan Bitcoin, yang selanjutnya akan mengamankan blockchain.

Melalui kombinasi BFT dan PoW, Nakamoto berusaha untuk menghindari beberapa masalah yang melekat pada BFT dengan skalabilitas, sekaligus menghalangi pelaku kejahatan. Dengan menciptakan sebuah pengukuran standar untuk validitas blockchain – dalam hal ini, jumlah sumber daya komputasi (atau ‘hashing power’) yang digunakan untuk itu – Nakamoto membuka sebuah arah baru untuk menyelesaikan Masalah Jenderal Bizantium dalam pengaturan tanpa izin. Salah satu yang akan mengarah pada munculnya banyak algoritma konsensus baru, termasuk bukti kepemilikan (PoS), bukti otoritas (PoA), bukti reputasi (PoR), dan bukti kepentingan (PoI).

Bukti X

Ide di balik konsensus proof of something (PoX) ini adalah untuk menggunakan sumber daya yang langka X di mana penyerang jahat tidak bisa mendapatkan X dengan mudah. Dengan demikian, sistem dapat tetap aman dengan cara yang terdesentralisasi dan tanpa izin. Berikut ini cara kerjanya.

Untuk mendapatkan hak istimewa untuk memvalidasi transaksi dan menambang koin baru, node pada jaringan PoX harus memberikan bukti bahwa mereka telah berhasil memenuhi kriteria X. Sering kali, proses ini melibatkan semacam pengorbanan. Sebagai contoh, daya komputasi dan upaya dalam PoW, dan koin yang dipertaruhkan dalam PoS. Dengan cara yang berbeda, hal ini menjadi insentif bagi para penambang untuk tetap jujur.

Secara umum, PoX termasuk dalam kelas konsensus Nakamoto. Konsensus Nakamoto biasanya mengambil pilihan desain berikut ini:

• Toleransi terhadap kesalahan Bizantium – jaringan dapat terus beroperasi meskipun beberapa node gagal atau bertindak jahat
• Sinkron – pesan dikirim dalam waktu yang tetap
• Probabilistik – node setuju dengan probabilitas nilai yang benar
• Berbasis pemimpin – pemimpin dipilih untuk memvalidasi transaksi

Dan karenanya dapat mencapai properti berikut ini:

• Rekan kerja dapat bergabung dan keluar kapan pun mereka mau
• Berfokus pada keaktifan (yaitu satu rekan selalu dapat menghasilkan blok baru) dengan mengorbankan keamanan (yaitu keputusan yang diambil dapat dibatalkan)
• Mandiri – rekan-rekan diberi insentif untuk memelihara jaringan

Ada terlalu banyak protokol PoX untuk memperkenalkan semuanya. Pembaca yang tertarik dapat membaca panduan pemula kami tentang mekanisme konsensus untuk ringkasan konsensus PoX yang paling terkenal saat ini.

Konsensus klasik

Di sisi lain, konsensus klasik mencapai kesepakatan melalui pemungutan suara. Protokol ini mengkonfirmasi transaksi lebih cepat dibandingkan dengan jenis konsensus Nakamoto yang telah dibahas di atas karena ukuran jaringan konsensus sudah tetap dan kemajuan dapat dilakukan segera setelah suara yang dibutuhkan terlihat.

Berikut adalah beberapa contoh penting dari konsensus klasik:

Toleransi Kesalahan Bizantium Praktis (pBFT)

Diperkenalkan pada akhir tahun 90-an oleh Barbara Liskov dan Miguel Castro, practical Byzantine fault tolerance (pBFT) bertujuan untuk menyelesaikan banyak masalah yang terkait dengan solusi Byzantine fault tolerance (BFT) yang telah disebutkan sebelumnya.

pBFT menggunakan mesin keadaan tiga fase dan pemilihan blok untuk memilih pemimpin. Tiga fase pBFT dikenal sebagai pra-persiapan, persiapan, dan komitmen. Di mana Dalam kasus yang biasa, konsensus dicapai dengan bertukar pesan di antara node yang membawa transisi progresif ke keadaan lokal mereka. Jika tidak, dalam kasus kegagalan node, ‘perubahan tampilan’ akan dipicu, yang mengarah ke pemilihan ulang pemimpin secara round-robin. pBFT mampu menangani kurang dari ⅓ sesar Bizantium, hal ini dapat dilihat sebagai 3f + 1 = Jumlah node dimana f = jumlah sesar Bizantium.

Namun demikian, ada beberapa kekurangannya:

• Kepemimpinan yang lemah – node dapat menolak permintaan dari pemimpin dan mengusulkan pemilihan ulang, tetapi membutuhkan layanan otoritas untuk pemilihan pemimpin.
• Toleransi kesalahan Bizantium – 33% dari node bisa berbahaya.
• Skalabilitas jaringan yang rendah – karena overhead komunikasi yang tinggi dan latensi beberapa putaran pesan, meningkatkan jumlah node juga akan meningkatkan kompleksitas sistem secara kuadratik.
• Throughput transaksi – hingga 50.000 tx per detik dengan waktu konfirmasi 1 detik.
• Kasus penggunaan – blockchain konsorsium dengan validator resmi yang terbatas.

Toleransi Kesalahan Bizantium yang Didelegasikan (dBFT)

Toleransi kesalahan Bizantium yang didelegasikan (dBFT) diusulkan oleh proyek NEO pada tahun 2014. Berbeda dengan pBFT yang membutuhkan layanan otoritas untuk memilih pemimpin, sistem pemungutan suara dBFT memungkinkan partisipasi dalam skala besar, dengan cara yang mirip dengan bukti kepemilikan yang didelegasikan (DPoS).

Prosedur konsensus secara keseluruhan sangat mirip dengan pBFT, yang membedakannya adalah bagaimana suara dihitung… Dalam dBFT, bobot suara sebanding dengan jumlah token yang dimiliki oleh peserta pada saat pemungutan suara. Peserta dapat mendelegasikan token (suara) mereka kepada perwakilan yang dipercaya. Hal ini meningkatkan kinerja, tetapi juga berarti dapat menjadi lebih tersentralisasi dari waktu ke waktu karena adanya lapisan representasi tambahan ini. Kekurangan dari metode ini adalah delegasi yang terpilih tidak lagi diizinkan untuk menjadi anonim. Delegasi pada blockchain NEO bekerja dengan identitas asli.

Perjanjian Bizantium Bersatu (FBA)

Perjanjian Federasi Bizantium (FBA) adalah algoritme yang mendukung keanggotaan terbuka, yang memungkinkan validator untuk bergabung dengan jaringan secara bebas. Ini terkenal karena throughput yang tinggi, skalabilitas, dan biaya transaksi yang rendah.

FBA dapat dianggap sebagai BFT tanpa izin. Namun, transaksi harus ditandatangani oleh kelompok penandatangan tertentu. Dalam sistem FBA, validator dapat memilih validator lain yang mereka percayai dan dari sana mereka membentuk apa yang dikenal sebagai irisan kuorum. Dalam sebuah sistem dengan banyak validator, mungkin ada beberapa irisan kuorum dan dengan beberapa irisan kuorum, akan terjadi tumpang tindih dengan beberapa node yang dipercaya dalam beberapa irisan. Tumpang tindih ini bersatu untuk membentuk kuorum yang menyeluruh. Yang digunakan sebagai metode untuk mencapai konsensus dalam FBA. Proyek-proyek terkenal yang menggunakan FBA adalah Ripple (XRP) dan Stellar (XLM).

Beberapa keuntungan dari FBA adalah:

• Hambatan masuk yang rendah karena keanggotaan terbuka selama dapat dipercaya dan bergabung dengan potongan kuorum.
• Siapa pun dapat bergabung dan keluar kapan saja dengan sistem yang masih dapat berfungsi.

Rakit

Dikembangkan oleh Diego Ongaro dan John Ousterhout pada tahun 2014, Raft didasarkan pada protokol Paxos dan dirancang agar lebih mudah dipahami dan diimplementasikan. Dibandingkan dengan banyak algoritma konsensus lainnya, Raft memiliki ketergantungan yang lebih kuat pada pemimpin. Node akan mempercayai pemimpin setelah pengatur waktu secara acak memilihnya, dan akan dipilih kembali hanya jika pemimpin saat ini gagal.

Hal ini sangat meningkatkan keadaan:

• Kepemimpinan yang kuat – simpul tidak akan menolak permintaan dari pemimpin, tidak ada pemilihan ulang sampai pemimpin tidak dapat hadir.
• Toleransi terhadap kesalahan crash – 49% dari node dapat mengalami crash atau tidak tersedia.
• Skalabilitas jaringan yang tinggi – Kompleksitas algoritme konsensus ini berbanding lurus dengan jumlah node.

Contoh:

Konsensus Tanpa Pemimpin

Jenis konsensus terakhir yang akan kami perkenalkan adalah arah baru yang muncul – konsensus tanpa pemimpin.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, konsensus berarti persetujuan dari sekelompok agen tentang keadaan bersama mereka melalui interaksi lokal.

Dalam masalah konsensus tanpa pemimpin, tidak ada pemimpin virtual yang dibutuhkan, sementara dalam masalah konsensus yang mengikuti pemimpin, pemimpin virtual yang menentukan tujuan untuk seluruh kelompok diperlukan. Lebih khusus lagi, konsensus dengan pemimpin virtual statis disebut masalah pengaturan konsensus, dan konsensus dengan pemimpin virtual dinamis disebut masalah pelacakan konsensus.

Contoh proyek konsensus tanpa pemimpin termasuk Avalanche, IOTA, dan NKN. Kami akan memperkenalkan Avalanche dan IOTA di sini pada tingkat yang tinggi.

Longsor

Whitepaper Avalanche dirilis secara anonim pada pertengahan Mei 2018 oleh tim yang mengidentifikasi diri mereka sebagai Team Rocket. Kemudian, AVA Labs didirikan untuk mengembangkan token Avalanche (AVA), dan diyakini bahwa sekelompok ilmuwan komputer dari Cornell University (Emin Gün Sirer, Kevin Sekniqi, Ted Yin) terkait erat dengan proyek tersebut.

Team Rocket menyebut protokol konsensus sebagai “keluarga protokol konsensus metastabil baru untuk mata uang kripto” dan mendeskripsikannya sebagai “keluarga baru protokol toleransi kesalahan Bizantium tanpa pemimpin, yang dibangun di atas mekanisme metastabil”.

Avalanche menggunakan subsampling acak berulang untuk pemungutan suara untuk mencapai konsensus. Setiap node perlu mengambil sampel sejumlah tetangga untuk memverifikasi status mereka untuk melihat apakah mereka selaras dengan mayoritas. Jika tidak, mereka akan mengubah status mereka mengikuti mayoritas. Proses ini akan berulang lagi dan lagi, sehingga pada akhirnya, seluruh jaringan akan menghasilkan kesimpulan yang ada di mana-mana dalam jangka panjang.

Avalanche mengklaim bahwa mekanisme konsensusnya dapat mencapai 1.300 tps dengan latensi 4 detik.

Menurut tim, mainnet Avalanche diperkirakan akan dirilis pada bulan September 2020.

IOTA

IOTA didirikan pada tahun 2015 oleh David Sonstebo, Sergey Ivancheglo, Dominik Schiener, dan Dr. IOTA adalah salah satu koin pertama yang mengusulkan penggunaan graf asiklik terarah (DAG) sebagai struktur data yang mendasari teknologi buku besar terdistribusi (DLT), bukan blockchain.

Versi IOTA saat ini menggunakan protokol yang disebut Tangle. Tangle memiliki sifat-sifat berikut ini yang berbeda dengan bitcoin:

• Ia menggunakan struktur data berbasis DAG untuk membentuk grafik transaksi alih-alih mengelompokkan transaksi ke dalam blok-blok berantai.
• Sistem ini menghilangkan peran penambang dan mengharuskan pengguna untuk memverifikasi dua transaksi sebelumnya (yang belum dikonfirmasi) jika mereka ingin mengirim transaksi baru ke jaringan.
• Konsensus/pemungutan suara didasarkan pada informasi lokal dan tidak memerlukan interaksi dengan seluruh jaringan. Sebaliknya, hal ini dicapai melalui proses berjalan acak berbobot yang disebut Monte-Carlo Markov Chain (MCMC)
• Namun, whitepaper tersebut tidak menjelaskan dengan jelas bagaimana konsensus dapat dicapai dalam lingkungan terdistribusi. Oleh karena itu, jaringan ini bergantung pada ‘koordinator’ terpusat hingga saat ini, yang telah dikritik secara luas oleh komunitas kripto.

Baru-baru ini, Yayasan IOTA telah menyatakan peta jalan mereka yang disebut ‘Coordicide’ untuk mengubah protokol dan menghapus koordinator. Dua konsensus diusulkan: konsensus probabilistik cepat (FPC) dan konsensus seluler (CC). Kedua solusi tersebut termasuk dalam kelas konsensus tanpa pemimpin.

Konsensus & Penskalaan Blockchain

Dan begitulah, sebuah ikhtisar dari mekanisme konsensus yang paling umum digunakan. Seperti semua bagian yang membuat blockchain terus bergerak, kita dapat melihat evolusi yang berbeda di sini juga, dari konsep asli ke versi yang lebih cepat dan lebih gesit yang membantu menskalakan blockchain untuk kecepatan yang lebih tinggi dan jaringan yang lebih besar. Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut mengenai fungsi dasar blockchain, lihat juga artikel kami mengenai sidechain dan bagaimana sidechain membantu membangun lebih dari sekadar sistem pembayaran di dalam chain.