Cryptocurrencies maken gebruik van een consensus algoritme, hetgeen een methode is om de blockchain en het grootboek van een cryptocurrency te beveiligen. De duizenden cryptocurrencies die er op het moment zijn gebruiken een wijde variatie aan consensus algoritmes, elk met zijn eigen voor- en nadelen. Anatoly Yakovenko, oprichter van Solana, heeft voor het Solana netwerk een uniek consensus algoritme ontworpen, genaamd Proof of History. Dankzij dit consensus algoritme is Solana enorm in bekendheid en populariteit gestegen. Door Proof of History te vergelijken met andere consensus algoritmen gaan we bekijken hoe “superieur” het Proof of History consensus concept is.

Inhoudsopgave

1. Wat zijn consensusalgoritmes?
2. Wat is Proof of History (PoH)
3. Een voorbeeld van Proof of History
4. Nadelen van Proof of History
5. Conclusie

Wat zijn consensusalgoritmes?

Voordat we dieper duiken in het Proof of History consensus algoritme is het goed om een beeld te krijgen van de meest voorkomende consensus algoritmes. De meeste cryptocurrencies maken tegenwoordig gebruik van het Proof of Work of Proof of Stake consensus algoritme.

Proof of Work (PoW)

Proof of Work (PoW) is het eerste consensus protocol ooit gebruikt, namelijk bij  Bitcoin , de allereerste cryptocurrency. Bij een PoW consensus protocol concurreren miners met elkaar op het netwerk om gecompliceerde wiskundige puzzels op te lossen. Hoewel de puzzels moeilijk op te lossen zijn is het gemakkelijk de juiste oplossing te verifiëren. Wanneer een miner de oplossing heeft gevonden zendt hij een blok met de oplossing naar het netwerk. Alle andere miners dienen te verifiëren of de oplossing correct is. Dit proces wordt keer op keer herhaald waardoor de blokken op het netwerk een ketting gaan vormen (vandaar de naam blockchain of blokketen).

Het minen en valideren van de oplossingen bij het PoW consensus protocol is een energieverslindende onderneming, doordat er duizenden computers over de hele wereld bezig zijn zo snel mogelijk de oplossing te vinden. Dit kost alleen al voor het Bitcoin netwerk evenveel stroom als een land als Zweden in een jaar verbruikt. Door de penibele situatie die omtrent het klimaat heerst, vinden veel mensen daarom dit consensus protocol immoreel. Op het moment zijn er weinig alternatieven om PoW minder energieverslindend te maken, hierdoor daalt de populariteit van dit protocol zeer snel.

Proof of Stake (PoS)

Door het energieverslindende karakter van Proof of Work is  Ethereum  overgestapt van het Proof of Work naar het Proof of Stake (PoS) consensus protocol. Bij Proof of Stake zijn miners vervangen door validators. Validators staken (bewaren) een bepaalde hoeveelheid tokens van een cryptocurrency van een blockchain netwerk. Zij stemmen over de blokvalidatie. Als een meerderheid van de validators instemt met de geldigheid van een blok, wordt deze aan de blockchain toegevoegd. De blokvalidatie in een Proof of Stake netwerk wordt dus gedaan door middel van stemmingen.

Bij Proof of Stake geldt normaliter de regel: hoe meer tokens je staket, hoe meer kans je als validator hebt om geselecteerd te worden. Wanneer de validator is geselecteerd mogen zij een blok voorstellen. Als dit blok geldig is verklaard door andere gebruikers, krijgt de validator een beloning die bestaat uit de fees van de transacties van dat blok en meestal nieuwe munten. Een blok munten is veel minder energieverslindend doordat hier veel minder rekenkracht van computers aan te pas komt. Dit maakt Proof of Stake veel milieuvriendelijker dan zijn tegenhanger.

Proof of Stake is in tegenstelling tot Proof of Work minder beveiligd, omdat de veiligheid bij Proof of Stake mede bepaald wordt door mensen in plaats van door alleen computers (die wiskundige problemen oplossen). Maar is Proof of Stake dan niet veilig? Jawel, het Proof of Stake consensus mag echt wel gezien worden als een veilig consensus protocol. Dat komt omdat mensen die validator zijn namelijk een flink bedrag in desbetreffende cryptocurrency hebben geïnvesteerd, waardoor ze nauwelijks geneigd zijn tot het saboteren van het systeem.

Hoewel de kans minimaal is, bestaat de kans dat bij het Proof of Stake een groepje validators toch de macht pakt zodat ze het systeem kunnen saboteren. Hiervoor moeten wel meer dan (meestal) 51% van de validators instemmen met het plan om te saboteren. Met 51% van de stemmen kunnen validators namelijk de stemming beïnvloeden en dit wordt ook wel een “ 51% attack ” genoemd. Deze aanvallen zijn uiterst zeldzaam en worden in de praktijk eigenlijk nooit gerealiseerd omdat bij bekende en “betrouwbaardere” cryptocurrencies zelden meer dan 51% van de tokens in handen zijn van kwaadwillenden.

De sterkste beveiliging van een Proof of stake netwerk is wel de slash en de gevolgen van slecht handelen. De slash is een boete die je krijgt als je foutieve of corrupte blokken produceert. Het kan dan zijn dat je een deel, of al je coins die je at stake hebt, verliest. Ook kun je je rol als validator verliezen, waardoor je meer kans hebt op verlies dan winst.

Een ander zeer veilig aspect van Proof of Stake is dat mensen die veel coins at stake hebben en de boel proberen op te lichten zullen zien dat bij zulk een aanval die bekend wordt de cryptocurrency opeens veel minder waard wordt.

Je riskeert dus al je coins die ook nog minder waard kunnen worden om een kleine hoeveelheid coins te bemachtigen. Het economische principe van Proof of Stake is slim in elkaar gestoken en een aanval komt daardoor heel zelden voor.

Wat is Proof of History (PoH)

Solana  (SOL) combineert Proof of Stake met Proof of History (PoH) waardoor het een uniek hybride consensus algoritme heeft gecreëerd. Een belangrijke karaktereigenschap van het Proof of History algoritme is dat de blockchain enorm snel is, maar tegelijkertijd op decentrale wijze haar veiligheid kan garanderen.

Proof of History is een blockchain techniek die ervoor zorgt dat historische data correct zijn en er niet mee gesjoemeld is. Dit wordt bewerkstelligd door een hashfunctie te gebruiken, zodat er een unieke “vingerafdruk” van een pakket data wordt gecreëerd. Deze worden dan weer gecontroleerd door de nodes die de blockchain bij houden. Elke verandering in deze vingerafdruk worden direct opgemerkt door de nodes, die dan zien dat het een frauduleus blok is.

Om het wat eenvoudiger te zeggen: Proof of History werkt met een verifieerbare vertragingsfunctie die de hash van de vorige output als de nieuwe input gebruikt. Veel gemakkelijker!

Goed dan. Proof of History gebruikt de tijdstempel, die de tijd dat het blok gemaakt is weergeeft, om een volgend blok te maken met deze tijdstempel om mee te beginnen. Dit doen ze om fraude met de tijd, die essentieel is voor deze techniek, uit te sluiten.

Hierdoor is PoH zeer accuraat, snel en fraudebestendig.

Hoe werkt Proof of History?

Het werkt door een tijdstempel te maken van elk blok, waarna hun Verifiable Delay Function (VDF) in werking treedt om te bewijzen dat deze tijdstempel gemaakt werd in een bepaalde tijd. Die tijdstempel is een hash van het vorige PoH blok. Een opeenvolging van tijdstempels wordt een tijdreeks of string genoemd en bewijst dat deze blokken op specifieke tijdstippen aan de blockchain werden toegevoegd.

Tijdstempels worden doorgestuurd naar alle nodes. De VDF kost erg veel rekenwerk, maar dat wordt gedaan door de validatoren, die speciale hardware en software hiervoor hebben. Verificatie is zo’n beetje instant, omdat een hash verifiëren veel sneller gaat dan een blok. Hierdoor kunnen enorme snelheden bereikt worden van meer dan 50.000 transacties per seconde en dat is wel de grootste prestatie van Solana.

Bij Proof of History worden dus tijdstempels gemaakt die bewijzen dat een blok op een bepaald tijdstip is gecreëerd. Bekijk het via deze analogie: wanneer jij op de Olympische Spelen een atletiekwedstrijd bezoekt en daar een foto van maakt, creëer jij een bewijs dat de foto tijdens desbetreffende wedstrijd is genomen. Niet ervoor of erna, want de wedstrijd speelde zich op een specifieke tijd af. Met Proof of History maak je in principe een historisch verslag dat bewijst dat een gebeurtenis op een specifiek tijdstip heeft plaatsgevonden.

Alle gebeurtenissen en transacties op de Solana blockchain worden gehasht met de SHA-256 hashfunctie. Deze functie neemt een input en produceert een unieke output die uiterst moeilijk te voorspellen is. Solana neemt de output van een transactie en gebruikt die als input voor de volgende hash. De volgorde van de transacties is nu ingebouwd in de gehashte uitvoer.

Dit hashingproces creëert een lange, ononderbroken keten van gehashte transacties. Deze eigenschap maakt een duidelijke, verifieerbare volgorde van transacties die een validator aan een blok toevoegt, zonder de noodzaak van een conventionele tijdstempel. Hashing heeft ook een bepaalde tijd nodig om te voltooien, wat betekent dat validators gemakkelijk kunnen controleren hoeveel tijd er is verstreken.

Wie snelheid wil, moet dus bij Solana zijn. Dat is niet onopgemerkt gebleven, gezien hun hoge positie.

Een voorbeeld van Proof of History

Aan de hand van een voorbeeld laten we je zien hoe Proof of History werkt. We hebben bijvoorbeeld drie transacties, namelijk A, B en C. Solana voert elk van deze transacties in volgorde door via zijn consensus protocol, Proof of History. Deze neemt als invoer de transactie en de interne klok die objectief de volgorde van de transacties meet, dus het gaat als volgt:

PoH (A, tijdstempel 0) -> hash: versleutelde versie van A op tijdstempel 0

PoH (B, tijdstempel 1) -> hash: versleutelde versie van B op tijdstempel 1

PoH (C, tijdstempel 2) -> hash: versleutelde versie van C op tijdstempel 2

Doordat alles is vastgelegd in tijdstempels levert dit een objectieve maatstaf op. Zowel het feit dat elke transactie heeft plaatsgevonden als het feit in welke volgorde elke transactie heeft plaatsgevonden. Wanneer transactie B zou worden ingevoerd op tijdstempel 0, zou de gehele blockchain beïnvloed worden.

Door deze objectieve veiligheid hoeven mensen niet betrokken te zijn bij het valideren. Hierdoor gaat het valideren velen malen sneller dan bij Proof of Work en Proof of Stake. Solana kan theoretisch gezien transactiesnelheden van meer dan 50.000 per seconde halen (TPS), waar Bitcoin met Proof of Work tussen de 5 en 7 TPS haalt en Ethereum rond de 30 TPS komt.

Nadelen van Proof of History

De potentie van Proof of History is erg groot, maar net als bij elk consensus algoritme zitten er ook nadelen aan. Als je mee wilt doen als validator bij Solana moet jouw hardware voldoen aan strenge eisen. Voldoe je niet aan die eisen, dan word je uitgesloten als validator. Hiermee wordt de decentralisatie van Solana aanzienlijk beperkt, aangezien niet iedereen de mogelijkheid heeft om als validator mee te doen. Veel vormen van Proof of Stake zijn een stuk gedecentraliseerder.

Waar de transactiesnelheden een groot voordeel zijn bij Solana, is het tegelijkertijd ook een belemmering in sommige opzichten. De tienduizenden transacties zorgen namelijk voor enorme hoeveelheden gegevens. 1 transactie is ongeveer 250 kilobyte (kB). Bij 50,000 transacties per seconde van 250 kB staat dit gelijk aan ongeveer 40 petabyte (oftewel 40 miljoen gigabyte) aan gegevens per jaar.

Dat is een ontzettend hoge capaciteit en vele bedrijven, laat staan particulieren, kunnen deze hoeveelheid aan gegevens niet opslaan. In theorie klinken de 50.000 transacties per seconde zeer interessant, maar om het in de praktijk te laten werken moeten hier eerst nog oplossingen voor de hoge opslagcapaciteit verzonnen worden. Nu harde schijven steeds groter worden lost dit probleem zichzelf wellicht op.

Conclusie

Het Proof of History consensus mechanisme heeft enorme potentie. De consensus werkt sneller en energievriendelijker dan vele andere algoritmen, zoals Proof of Work. Dankzij de tijdstempels is het valideren van een blok enorm veilig aangezien tijd een gegeven is. Er zitten ook nadelen aan Proof of History. Zo wordt er veel rekenkracht en datacapaciteit van de hardware van validators vereist om Proof of History succesvol te laten draaien. Of PoH history proof is zal de toekomst uitwijzen!

Desondanks slaat Proof of History goed aan in de markt. Investeerders hebben vertrouwen in Proof of History wat blijkt uit het feit dat Solana in de top tien van cryptocurrencies heeft gestaan op basis van marktkapitalisatie en steeds meer ontwikkelaars applicaties bouwen op het netwerk van Solana. Of Proof of History in de toekomst de basis gaat vormen voor veel andere cryptocurrencies moet nog blijken, maar dat wij het de komende jaren met bovengemiddelde interesse gaan volgen staat vast.