Önkoşullar : Blockchain Nedir?, Blockchain Ne İşe Yarar?
Blockchain algoritmaları, konsensüs temelli (Consensus-Based) algoritmalardır. Blockchain sistemlerinde kullanılan ispat (proof) metotlarını anlamak için öncelikle konsensüs mekanizmalarını ve neden kullanıldıklarını anlamamız gerekir.
Konsensüs Mekanizmaları : Tüm ilgili ağ katılımcıları, bir işlemin geçerli olduğu konusunda hemfikir olmalıdır. Bu, konsensüs algoritmaları kullanılarak elde edilir. Blockchain’in değişmezlik, gizlilik, güvenlik ve şeffaflık sağlayan merkeziyetsiz bir ağ olduğunu biliyoruz. İşlemleri gerçekleştirmek ve doğrulamak için merkezi bir otorite yoktur, ancak Blockchain’deki her işlemin tamamen güvenli ve doğrulanmış olduğu kabul edilir. Bu, yalnızca Blockchain ağlarının temel bir parçası olan konsensüs (mutabakat) protokolünün varlığı nedeniyle mümkündür. Konsensüs algoritmaları, Blockchain ağının tüm taraflarının (peer), dağıtılmış kayıt defterinin (distributed ledger) mevcut durumu hakkında ortak bir anlaşmaya vardığı bir prosedürdür. Bu şekilde, konsensüs algoritmaları, Blockchain ağında güvenilirlik elde eder ve dağıtılmış bir bilgi, işlem ortamında kimliği belirsiz eşler arasında güven oluşturur. Esasen, konsensüs protokolü, Blockchain’e eklenen her yeni bloğun, Blockchain’deki tüm node’lar tarafından, üzerinde anlaşmaya varılan “gerçeğin tek versiyonu” olmasını sağlar.
Blockchainlere ve kullanım amacına bağlı olarak birçok farklı türde konsensüs mekanizması vardır. Enerji kullanımları, güvenlikleri ve ölçeklenebilirlikleri açısından farklılık gösterseler de hepsinin ortak bir amacı vardır: kayıtların doğru ve dürüst olmasını sağlamak. Merkeziyetsiz sistemler tarafından fikir birliğine varmak için kullanılan ve en bilindik konsensüs mekanizmalarından bazılarına genel bir bakış atalım.
Konsensüs Mekanizmaları Türleri :
Proof of Work (PoW) : Bitcoin, Ethereum ve diğer birçok halka açık blockchain tarafından kullanılan Proof of Work (PoW), oluşturulan ilk konsensüs mekanizmasıydı. Ölçeklenebilirlik konusundaki endişeler yaygın olsa da, genel olarak tüm konsensüs mekanizmaları arasında en güveniliri olduğu kabul edilir. ‘Proof of Work’ terimi ilk olarak 1990'ların başında ortaya çıkarken, bu teknolojiyi dijital para birimleri bağlamında ilk uygulayan kişi (ya da grup) Bitcoin’in kurucusu Satoshi Nakamoto’ydu.
PoW’da madenciler, yüksek güçlü bilgisayarlar kullanarak son derece karmaşık hesaplama bulmacalarını çözmek için birbirleriyle rekabet eder. 64 haneli on altılık sayıyı (hash) ilk bulan yeni blok oluşturma ve işlemleri onaylama hakkını kazanır. Başarılı madenci, ‘block reward’ olarak bilinen önceden belirlenmiş miktarda kripto ile de ödüllendirilir.
Yeni bloklar oluşturmak, büyük miktarda hesaplama gücü ve enerji gerektirdiğinden, Proof of Work’ün arkasındaki işletme maliyetleri yüksektir. Bu, yeni madencilerin girmesine engel olarak merkezileştirme ve ölçeklenebilirlik sınırlamaları hakkında endişelere yol açar.
Sadece yüksek maliyetler değil, PoW’nin en yaygın eleştirisi, elektrik tüketiminin çevre üzerindeki etkisidir. Bu, birçok kişinin, Proof of Stake (PoS) gibi daha sürdürülebilir, enerji açısından verimli konsensüs protokolleri aramasına neden oldu.
Proof of Stake (PoS) : Adından da anlaşılacağı gibi, bu popüler konsensüs mekanizması, staking olarak bilinen bir süreç etrafında döner. Proof of Stake (PoS) sisteminde, madencilerin validator (doğrulayıcı) olarak rastgele seçilme şansı için kripto para biriminin bir ‘payını’ (stake’ini) bulundurmaları gerekiyor. Süreç, ne kadar çok para yatırırsanız, şansınız o kadar iyi olan bir piyangodan farklı değildir.
Madencilerin blok ödülleriyle (yeni oluşturulan paralar) teşvik edildiği PoW’dan farklı olarak, PoS sistemine katkıda bulunanlar sadece bir işlem ücreti (komsiyon) alırlar.
PoS, PoW’a göre daha sürdürülebilir ve çevre dostu bir alternatif olarak görülüyor ve %51 saldırılarına karşı daha güvenli. Bununla birlikte, sistem daha yüksek sayıda tokene sahip varlıkları tercih ettiğinden, PoS, merkezileşmeye yol açma potansiyeli nedeniyle eleştiriler aldı. Önde gelen PoS platformları arasında Cardano (ADA), Solana (SOL) ve Tezos (XTC) bulunur.
Delegated Proof of Stake (DPoS) : Proof of Stake konsensüs mekanizmasının bir modifikasyonu, Delegated Proof of Stake (DPoS), konsensüs (mutabakat) elde etmek için itibara dayalı bir oylama sistemine dayanır. Ağ kullanıcıları, ağı kendi adlarına güvenceye almak için “tanıkları” (ya da “blok yapımcıları”) seçmek için “oy verir”. Yalnızca en üst düzey tanıklar (en çok oyu alanlar) blockchain işlemlerini doğrulama hakkını kazanır.
Oy vermek için kullanıcılar kripto paralarını bir stake havuzuna ekler. Oylar daha sonra her bir seçmenin hissesinin büyüklüğüne göre ağırlıklandırılır. Bir bloktaki işlemleri başarıyla doğrulayan seçilmiş tanıklar, genellikle kendilerine oy verenlerle paylaşılan bir ödül alır.
En üst kademedeki tanıklar, her zaman daha güvenilir sayılan ve dolayısıyla daha fazla oy alan kişiler tarafından değiştirilme riski altındadır. Sorumluluklarını yerine getirmezlerse veya hileli işlemleri doğrulamaya çalışırlarsa, oylamadan bile çıkarılabilirler. Bu, tanıkları her zaman dürüst kalmaya teşvik ederek blockchain’in bütünlüğünü sağlamaya yardımcı olur.
PoS’den daha az yaygın olmasına rağmen, DPoS birçok kişi tarafından daha verimli, demokratik ve finansal olarak kapsayıcı olarak kabul edilir. Lisk (LSK), EOS.IO (EOS), Steem (STEEM), BitShares (BTS) ve Ark (ARK) tarafından kullanılır.
Proof of Activity (PoA) : Proof of Activity (PoA), PoW ve PoS konsensüs mekanizmalarının bir melezidir. Decred (DCR) ve Espers (ESP) blok zinciri projeleri tarafından kullanılır.
PoA sistemlerinde, madencilik süreci, madencilerin yüksek hesaplama gücü kullanarak ayrıntılı bir matematiksel problemi çözmek için rekabet ettiği PoW gibi başlar. Bununla birlikte, blok madenciliği yapıldıktan sonra, sistem başarıyla oluşturulan bloğun PoA ağına yayınlanmasıyla PoS’a benzer hale gelir. Daha sonra bir grup validator (doğrulayıcı), yeni bloğu doğrulayarak, hash’i imzalamak için rastgele seçilir. PoS’ta olduğu gibi, doğrulayıcı ne kadar çok kripto bulundurursa, seçilme şansları o kadar yüksek olur. Seçilen her validator bloğu imzaladıktan sonra blockchain ağına eklenir ve işlemleri kaydetmeye hazır hale gelir. Blok ödülleri daha sonra madenci ve doğrulayıcılar arasında paylaşılır.
PoA sistemi, PoW ve PoS’un en iyi özelliklerini birleştirmek amacıyla tasarlanmış olsa da, eksikliklerinden kaçınırken, yoğun enerji kullanan madencilik aşaması ve daha fazla sayıda kripto paraya sahip validator’lara yönelik taraflılığı nedeniyle eleştirilere maruz kaldı.
Proof of Authority (PoA) : Proof of Activity ile karıştırılmamalıdır. Proof of Authority (PoA), validator’lerini itibara göre seçerek çalışır. PoS’nin değiştirilmiş bir versiyonu PoA, Ethereum’un kurucu ortağı ve eski CTO’su Gavin Wood tarafından 2017'de önerildi.
PoA’da validator’leri kripto paraları stake etmez. Bunun yerine, blokları doğrulama hakkı için itibarlarını ortaya koymaları gerekir. Bu, katılmak için kimliğinizi açıklamanızı gerektirmeyen blok zinciri protokollerinin çoğundan çok farklıdır.
Bu mekanizma neredeyse hiç bilgi işlem gücü gerektirmediğinden dolayı PoW’dan çok daha az kaynağa ihtiyaç duyar. Aynı zamanda az maliyetli seçeneklerden biridir ve bu onu JP Morgan (JPMCoin) gibi özel ağlar için oldukça tercih edilen bir çözüm haline getirir. VeChain (VET) ve Ethereum Kovan Testnet, diğer PoA tabanlı projelerden bazılarıdır.
Yüksek düzeyde ölçeklenebilir olmasına rağmen, merkeziyetsizlik alanındana taviz verir, çünkü ağa yalnızca seçilmiş birkaç kişi katılabilir. Ek olarak, validator’lerin kimliği belirli olması gerekliliği de yolsuzluk ve üçüncü taraf manipülasyonu riskini artırır.
Proof of Burn (PoB) : Bitcoin’in PoW algoritmasına daha sürdürülebilir bir alternatiftir. PoB’de madenciler, önceden belirlenmiş miktarda kripto parayı doğrulanabilir bir şekilde “yakarak” (yok ederek), yani onları geri alınamayacakları veya harcanamayacakları bir “burn address”e göndererek bir blok madenciliği yapma gücü kazanırlar. Ne kadar çok kripto para yakılırsa, rastgele seçilme şansı o kadar artar.
Madencilerin yeni bloklar oluşturarak ömür boyu ayrıcalık elde etmek için kısa vadeli servetlerini feda etmelerini gerektiren bu yöntem, madencilerin uzun vadeli birikimlerini teşvik etmeye yardımcı olur. Kripto para yakma eylemi aynı zamanda kripto para kıtlığına yol açarak enflasyonu sınırlandırıyor ve talebi artırıyor.
Proof of Burn protokolünü kullanan kripto para birimleri arasında Slimcoin (SLM), Counterparty (XCP) ve Factom (FCT) bulunur.
Proof of Capacity / Proof of Space (PoC / PoSpace) : Proof of Capacity (PoC) ,Proof of Space (PoSpace) olarak da bilinir, madencilik algoritmasını bir madencinin sabit diskinde mevcut olan alana dayandırır.
PoC’de madenciler, ‘plotting’ (komplo) adı verilen bir süreçte önceden tüm olası hash’lerin bir listesini oluşturur. Bu komplolar daha sonra bir sabit sürücüde saklanır. Bir madenci ne kadar fazla depolama kapasitesine sahipse, o kadar olası çözüm bulundurur. Ne kadar çok çözüm olursa, doğru hash kombinasyonuna sahip olma ve ödülü kazanma şansı o kadar yüksek olur.
Pahalı veya özel ekipman gerektirmediği için PoC, ortalama bir kişinin ağa katılması için fırsatlar sunar. Bu nedenle, bu makalede ele alınan daha yaygın konsensüs mekanizmalarının bazılarına göre daha az enerji kullanan ve daha merkeziyetsiz bir alternatiftir. Yine de henüz pek çok developer sistemi benimsemedi ve malware saldırılarına karşı duyarlılığı konusunda endişeler var. Mekanizma şu anda Signum (SIGNA) — eski adıyla Burstcoin (BURST), Storj (STORJ) ve Chia (XCH) tarafından kullanılıyor.
Proof of Elapsed Time (PoET) : Genellikle katılımcıların kimliğini belirtmesini gerektiren blockchain ağlarında kullanılır, Proof of Elapsed Time (PoET), blok inşası için olan bekleme sürelerini belirlemek için Trusted Computing’den yararlanır. 2016'nın başlarında Intel tarafından geliştirilmiştir ve Intel Software Guard Extensions (SGX) adı verilen bir dizi CPU talimatına dayanmaktadır.
PoET, ağdaki her node’a rastgele farklı bekleme süreleri atayarak çalışır. Bekleme süresi boyunca, bu node’ların her biri belirtilen süre boyunca “uyku” moduna geçer. İlk uyanan (yani en kısa bekleme süresi olan) madencilik haklarına sahip olur. Bu rastgeleleştirme, her katılımcının eşit derecede kazanan olma olasılığını garanti eder ve ağ içinde adaleti sağlar.
PoET konsensüs mekanizması oldukça verimli, daha az kaynak odaklı ve ölçeklenebilir. Hyperledger’s Sawtooth’ta kullanıldı.
Proof of History (PoH) : Adından da anlaşılacağı gibi, Proof of History (PoH), geçmişin kanıtını sağlar. Solana tarafından geliştirilen PoH, diğer node’lara güvenmek zorunda kalmadan işlemler arasındaki zamanın geçişini doğrulayarak blockchain’in kendisinde ‘zaman damgalarının’ oluşturulmasına izin verir.
Bu zaman damgası yöntemi, SHA-256 olarak bilinen sequential-hashing verifiable delay function (VDF) tarafından etkinleştirilir. Bir işlemin çıktısını alarak ve bir sonraki hash için girdi olarak kullanarak çalışır, bu da herkesin olayların gerçekleşme sırasını açıkça görmesini sağlar. VDF’ler yalnızca tek bir CPU puanı ile çözülebildiğinden, PoH, blockchain’in işlem ağırlığını ciddi şekilde azaltarak birçok alternatifinden daha hızlı ve daha enerji tasarruflu bir hale getirir.
PoH yalnızca Solana tarafından kullanıldığı için henüz büyük ölçekte test edilmemiştir.
Proof of Importance (PoI) : İlk olarak NEM (XEM) tarafından tanıtılan Proof of Importance (PoI), madencilerini ‘hasat’ adı verilen bir süreçte belirli kriterlere göre seçer. Ortak faktörler arasında son 30 gündeki işlemlerin sayısı ve boyutu, kazanılan para birimi miktarı ve ağ etkinliği yer alır. Bu faktörlere dayalı olarak, node’lara bir önem puanı atfedilir. Skor ne kadar yüksek olursa, bir blok hasat etmek ve işlem ücretini almak için seçilme olasılığı da o kadar yüksek olur.
PoS’a benzer olsa da, PoI önceki katılımcıların ağa genel desteğini hesaba kattığından dolayı zenginleri ödüllendirme eğilimini ortadan kaldırır. Bu nedenle, PoI’de yüksek stake yapmak, mutlaka bloğu kazanma şansını garanti etmez.
Yazar : Eren Bozbulut (eren.eth)
Orijinal Hali (PDF) : https://drive.google.com/file/d/1XOBt7e1KJw4rFfn5a8lz9JGIVd328RHZ/view?usp=sharing
Kaynakça :
https://crypto.com/university/consensus-mechanisms-in-blockchain
