¿Cuál es el consenso de Polkadot?

Este artículo es de la sección [Conocimiento básico] de Polkadot Wiki.

El consenso es un método para llegar a un acuerdo sobre un estado común. Para que el estado de la cadena de bloques continúe creándose y avance, todos los nodos de la red deben ponerse de acuerdo y llegar a un consenso. Así es como los nodos de una red descentralizada pueden permanecer sincronizados entre sí. Si no hay consenso entre los nodos en una cadena de bloques descentralizada, no hay forma de garantizar que lo que un nodo cree que es el estado real sea compartido por otros nodos. El propósito del consenso es proporcionar una "visión objetiva" del estado en una red donde todos los participantes tienen su propia "visión subjetiva". Es el proceso por el cual estos nodos se comunican y llegan a un consenso y son capaces de producir nuevos bloques.

La prueba de trabajo (PoW) y la prueba de participación (PoS) ahora se han utilizado como abreviaturas para denotar los mecanismos de la cadena de bloques, pero eso no cuenta toda la historia. PoW es un método para llegar a un consenso sobre los productores de bloques y es parte del Consenso de Nakamoto completo, que también incluye el algoritmo de selección de cadena (el mecanismo de cadena más largo de Bitcoin). De manera similar, PoS es un conjunto de reglas para seleccionar nodos de validación, no se refiere específicamente a las reglas de selección de una cadena o cómo una cadena logra la finalidad. Por lo general, entre nodos, el algoritmo PoS y el algoritmo de acuerdo bizantino se combinan entre sí. Por ejemplo, Tendermint es un práctico algoritmo bizantino tolerante a fallas que utiliza PoS como método de selección de nodo de validación.

Si bien es simple y eficaz para alcanzar el consenso descentralizado, la prueba de trabajo que utiliza el consenso de Nakamoto requiere muchos recursos, no tiene una finalidad económica ni comprobable, y carece de medidas efectivas para resistir las alianzas de los cárteles.

La cadena de bloques de consenso de Nakamoto pura que ejecuta PoW solo puede realizar el concepto de finalidad probabilística y luego alcanzar el consenso final. Finalidad probabilística significa que, dadas ciertas suposiciones sobre la red y los participantes, si vemos varios bloques creados en un bloque dado, podemos estimar la probabilidad de finalización de ese bloque. El consenso final significa que en algún momento en el futuro, todos los nodos estarán de acuerdo sobre la autenticidad de un conjunto de datos. Este consenso final puede llevar mucho tiempo y no se puede determinar de antemano cuánto tiempo llevará. Sin embargo, las herramientas de finalidad como GRANDPA o Casper FFG de Ethereum están diseñadas para proporcionar garantías más sólidas y rápidas sobre la finalidad del bloque y, en particular, nunca se pueden recuperar después de que se hayan producido ciertos procesos de acuerdo bizantino. El concepto de consenso irreversible se conoce como finalidad demostrable.

En la documentación de GRANDPA se afirma así:

Si el oráculo A en un protocolo devuelve el mismo valor a todos los participantes después de un período de tiempo no especificado, decimos que eventualmente es consistente.

Consenso híbrido

Cuando hablamos del protocolo de consenso de Polkadot, a menudo vemos dos siglas, GRANDPA y BABE. Mencionamos ambos términos porque Polkadot usa consenso híbrido. El consenso híbrido puede separar la herramienta de finalidad del mecanismo de producción de bloques.

Esta es una forma de obtener los beneficios de la finalidad probabilística (la capacidad de producir siempre nuevos bloques) y la finalidad demostrable (consenso universal en una cadena canónica sin posibilidad de reversión) en Polkadot. También evita los inconvenientes de cada mecanismo: la posibilidad de seguir sin saberlo una bifurcación incorrecta en la finalidad probabilística y el problema de la "pausa" (no producir nuevos bloques) en la finalidad demostrable. Al combinar estos dos mecanismos, Polkadot puede producir bloques rápidamente, mientras que el mecanismo de finalidad más lento puede ejecutarse en un proceso separado para finalizar bloques sin correr el riesgo de que el procesamiento de transacciones sea más lento o se detenga.

El consenso híbrido también se ha planteado en el pasado. Vale la pena señalar que el consenso híbrido se propuso como un paso en la transición de Ethereum a PoS en la (ahora desaparecida) Propuesta de mejora de Ethereum EIP 1011, que especificaba Casper FFG.

BABE (Blind Assignment for Blockchain Extension) es un mecanismo de generación de bloques que opera entre nodos de verificación y determina nuevos productores de bloques. BABE como algoritmo es comparable a Ouroboros Praos, con algunas diferencias clave en las reglas de selección de cadena y los ajustes de tiempo de la ranura (ranura del validador). BABE asigna espacios para la producción de bloques a los validadores en función de la participación y utilizando el mecanismo de turnos aleatorios de Polkadot.

Un validador en Polkadot participará en una lotería para cada espacio, que le dice al validador si es un candidato de generación de bloques para ese espacio. Las ranuras son unidades discretas de tiempo, generalmente 6 segundos. Debido a este mecanismo aleatorio, varios validadores pueden ser candidatos para el mismo espacio. Otras veces, una ranura puede estar vacía, lo que resulta en tiempos de bloque inconsistentes.

Una ranura tiene múltiples validadores

Cuando varios validadores son candidatos para la generación de bloques en un intervalo determinado, se requiere que todos los validadores generen un bloque y lo transmitan a la red. En este punto es un juego. El validador cuyo bloque llega primero a la mayoría de la red gana. Dependiendo de la topología y la latencia de la red, ambas cadenas continuarán produciendo bloques hasta que la finalidad se active-kepj y corte la bifurcación. Consulte "Selección de horquillas" a continuación para ver cómo funciona.

No hay validadores en la ranura

Una tragamonedas puede no tener bloques cuando el sorteo aleatorio es lo suficientemente bajo como para que ningún validador sea elegible para la producción de bloques. Evitamos esto ejecutando un algoritmo secundario de selección de validador por turnos en segundo plano. Los validadores seleccionados por el algoritmo para producir bloques siempre pueden producir bloques, pero si la misma ranura también produce bloques primarios de validadores seleccionados por el VRF, esos bloques secundarios se ignoran. Por lo tanto, una ranura puede tener un bloque principal o un bloque lateral y no se omitirán ranuras.

VRF: https://wiki.polkadot.network/docs/en/learn-randomness

Para obtener más detalles sobre BABE, consulte el borrador del estudio.

https://research.web3.foundation/en/latest/polkadot/BABE/Babe.html

ABUELO: herramientas de finalidad

GRANDPA (acuerdo de prefijo derivado de ancestro recursivo basado en GHOST) es un dispositivo de finalidad implementado para la cadena de retransmisión de Polkadot.

Funciona en un modelo de red parcialmente síncrona siempre que 2/3 de los nodos sean honestos y pueda manejar 1/5 de los nodos bizantinos en una configuración asíncrona.

Una diferencia notable es que GRANDPA llega a un acuerdo en cadena en lugar de en bloque, lo que acelera enormemente el proceso de finalización, incluso después de particiones de red prolongadas u otras fallas de red.

En otras palabras, tan pronto como más de 2/3 de los validadores certifiquen que una cadena contiene un determinado bloque, todos los bloques que apuntan a ese bloque se finalizarán inmediatamente.

Acuerdo

Consulte la sección Título 3 del documento para obtener una descripción completa del protocolo.

https://github.com/w3f/consensus/blob/master/pdf/grandpa.pdf

Implementar

Rust es parte del marco Substrate.

https://github.com/paritytech/substrate/blob/master/frame/grandpa/src/lib.rs

Consulte GRANDPA en la página de investigación de W3F para obtener más detalles.

https://research.web3.foundation/en/latest/polkadot/GRANDPA.html

Selección de horquilla

Con el mecanismo híbrido de BABE y GRANDPA, la elección de la horquilla de Polkadot queda clara. BABE debe construirse sobre la cadena finalizada por GRANDPA. Cuando hay una bifurcación después de la finalización, BABE proporciona una finalidad probabilística al construir la cadena con el bloque más dominante.

En la imagen de arriba, los bloques negros están terminados. Uno es el bloque principal y dos son bloques secundarios. Aunque la cadena superior es la cadena más larga en el bloque finalizado más reciente, no califica porque se prefiere menos veces que la cadena inferior en el momento de la evaluación.

Consenso de Satoshi Nakamoto

El Consenso de Nakamoto consiste en la regla de la cadena más larga, utilizando la prueba de trabajo como mecanismo a prueba de Sybil y elección de líder.

El consenso de Nakamoto solo nos da una finalidad probabilística. La finalidad probabilística establece que un bloque en el pasado era tan seguro como la cantidad de confirmaciones que tenía o la cantidad de bloques construidos sobre él. A medida que se construyen más y más bloques en una cadena de prueba de trabajo sobre un bloque en particular, la cadena también consume más recursos informáticos. Sin embargo, la cadena que contiene el bloque puede no ser siempre la cadena aprobada, ya que un participante con recursos ilimitados podría construir cadenas competidoras y gastar suficientes recursos computacionales para crear una cadena que no contenga un bloque en particular. En este caso, la regla de la cadena más larga utilizada por Bitcoin y otras cadenas de PoW se transferirá a esta nueva cadena, lo que la convertirá en la cadena principal.

Consenso PBFT / Tendermint

Ver contenido relacionado en la comparativa con el artículo de Cosmos.

https://wiki.polkadot.network/docs/en/learn-comparisons-cosmos#consensus

Casper FFG

Las dos diferencias principales entre GRANDPA y Casper FFG (Friendly Finality Gadget) son:

En GRANDPA, diferentes votantes pueden votar por bloques de diferentes alturas al mismo tiempo

GRANDPA solo se basa en bloques finalizados para influir en las reglas de selección de bifurcación del mecanismo de producción de bloques subyacente

Casper CBC

¡Muy pronto!

Recursos

Artículo GRANDPA: una descripción académica de las herramientas de finalidad GRANDP. Contiene una prueba formal del algoritmo.

https://github.com/w3f/consensus/blob/master/pdf/grandpa.pdf

Implementación de Rust: un documento de referencia y los módulos Substrate que lo acompañan.

https://github.com/paritytech/finality-abuelo

Original: https://wiki.polkadot.network/docs/en/learn-consensus

Traducción: PolkaWorld

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