Consensus Algorithms

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title: 'Consensus Algorithms'
author: 'Hun Im'
date: 2024-09-12T13:30:13+09:00
category: ['POSTS']
tags: ['Blockchain']
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keywords: ['Blockchain']
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### Types of Major Consensus Algorithms

1. Proof of Work (PoW)
* Description: A method where network participants compete to solve very complex mathematical problems to create blocks. The node that solves the problem first earns the right to add a new block.
* Examples: Bitcoin, Ethereum (pre-2.0).
* Pros: High security and operates in a decentralized network without centralized authority.
* Cons: Extremely high energy consumption and slow transaction speeds.

2. Proof of Stake (PoS)
* Description: A method where nodes obtain the right to create blocks based on the amount of cryptocurrency they hold (stake). The more stake, the higher the chance to add a new block.
* Examples: Ethereum (2.0), Cardano, Polkadot.
* Pros: Energy efficient and faster block generation compared to PoW.
* Cons: Potential centralization by nodes with large stakes.

3. Delegated Proof of Stake (DPoS)
* Description: Users elect a set number of delegates who are responsible for creating blocks. These representatives are chosen by network participants through voting, and they perform block verification and generation tasks.
* Examples: EOS, Tron, Steem.
* Pros: Faster transaction speeds than PoS and energy efficiency.
* Cons: Risk of centralization due to reliance on a small number of elected nodes.

4. Proof of Authority (PoA)
* Description: A small, trusted group of validators are responsible for creating blocks. These validators must be verified as trustworthy within the network and are responsible for adding blocks.
* Examples: VeChain, certain private blockchains.
* Pros: Very fast and operates efficiently in a trusted environment.
* Cons: High likelihood of centralization and reliance on a small group of validators.

5.	Delayed Proof of Work (dPoW)
* Description: Provides an additional security layer by using the hash power of an existing PoW blockchain to secure a secondary chain. The secondary chain leverages the security of the primary PoW chain.
* Example: Komodo.
* Pros: Utilizes the security of existing PoW blockchains while increasing efficiency.
* Cons: Dependency on an existing PoW chain.

6.	Byzantine Fault Tolerance (BFT)
* Description: A method to address the Byzantine Generals Problem, allowing the system to continue functioning correctly even if some nodes act maliciously or fail to respond.
* Examples: Hyperledger, Tendermint.
* Pros: Provides high security and ensures reliable outcomes even with untrustworthy nodes.
* Cons: More complex than PoW or PoS and may slow down as the network grows.

7.	Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)
* Example: Hyperledger Fabric.
* Features: Requires more than half of the network nodes to reach the same state for consensus.

8. QBFT (Quorum-based Byzantine Fault Tolerance)
* Description: QBFT is a consensus algorithm in the BFT family that requires the approval of more than half of the nodes in the network to reach consensus. Developed to maintain both security and efficiency while tolerating Byzantine faults, it is an evolution of the PBFT algorithm.
* Example: Used in Hyperledger Besu, it is known to be well-suited for enterprise blockchains.
* Pros: Even if malicious nodes are present, the network can securely reach consensus as long as there is a majority of trustworthy nodes. It also does not consume as much energy as PoW and can process transactions quickly.
* Cons: As the network size grows, communication costs for consensus increase, which may degrade performance. The larger the number of nodes, the slower the network becomes.

QBFT is primarily used in enterprise blockchain environments, where it balances Byzantine fault tolerance with performance and scalability.

9.	Hybrid Consensus Algorithm
* Example: Decred.
* Features: Combines two or more consensus algorithms to maximize stability and efficiency.

10. Raft Algorithm
* Description: Raft operates as a leader-based consensus algorithm in distributed systems to maintain consistency across multiple nodes. The leader handles client requests and replicates logs to follower nodes to maintain consistency. If the leader fails, a new leader is elected through voting.
* Examples: Etcd, Consul.
* Pros: Simple structure, easy to understand and implement, and fast, stable leader election and log replication.
* Cons: Since the structure relies on the leader, frequent leader changes may degrade performance, and recovery time is needed if the leader fails.

11. Tendermint:
* Example: Cosmos.
* Features: A BFT-based algorithm that achieves fast and stable consensus. Often combined with PoS for use.

### Other Consensus Algorithms

* Federated Byzantine Agreement (FBA): Used by Ripple and Stellar.
* Leased Proof of Stake (LPoS): Used by Waves.
* Proof of Burn (PoB): A method where a certain amount of cryptocurrency is burned to gain the right to create blocks.

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title: '합의 알고리즘'
author: '임훈'
date: 2024-09-12T13:30:13+09:00
category: ['POSTS']
tags: ['Blockchain']
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keywords: ['Blockchain']
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### 주요 합의 알고리즘 종류

1.	작업 증명 (Proof of Work, PoW)
*  네트워크 참여자들이 매우 복잡한 수학적 문제를 해결하는 경쟁을 통해 블록을 생성하는 방식입니다. 이 문제를 먼저 해결한 노드가 새로운 블록을 추가할 권리를 얻게 됩니다.
* 예시: 비트코인, 이더리움(2.0 이전).
* 장점: 보안성이 높고, 중앙화된 권한 없이 탈중앙화된 네트워크에서 동작 가능.
* 단점: 에너지 소모가 매우 크고, 처리 속도가 느릴 수 있음.

2.	지분 증명 (Proof of Stake, PoS)
* 설명: 노드가 보유한 암호화폐의 양(지분)에 따라 블록 생성 권한을 얻는 방식입니다. 지분이 많을수록 새로운 블록을 추가할 확률이 높아집니다.
* 예시: 이더리움(2.0), 카르다노(Cardano), 폴카닷(Polkadot).
* 장점: 에너지 효율이 높고, PoW에 비해 블록 생성 속도가 빠름.
* 단점: 지분이 많은 노드에 의한 중앙화 가능성.

3.	위임 지분 증명 (Delegated Proof of Stake, DPoS)
* 설명: 사용자가 일정 수의 대표자를 선출하고, 이 대표자들이 블록을 생성하는 방식입니다. 대표자는 네트워크 참여자들의 투표에 의해 선정되며, 이들이 블록 검증과 생성 작업을 수행합니다.
* 예시: EOS, 트론(Tron), 스팀(Steem).
* 장점: PoS에 비해 더 빠른 처리 속도를 제공하며, 에너지 효율이 좋음.
* 단점: 선출된 소수의 노드에 의해 중앙화될 가능성이 있음.

4.	권한 증명 (Proof of Authority, PoA)
* 설명: 신뢰할 수 있는 소수의 검증자가 블록을 생성하는 방식입니다. 검증자는 네트워크 내에서 신뢰할 수 있는 인물로 인증된 상태여야 하며, 이들이 블록을 추가하는 역할을 합니다.
* 예시: VeChain, 일부 프라이빗 블록체인.
* 장점: 매우 빠르고, 신뢰할 수 있는 환경에서 효율적으로 동작.
* 단점: 중앙화되어 있을 가능성이 높고, 소수의 검증자에게 의존.

5.	지연된 작업 증명 (Delayed Proof of Work, dPoW)
* 설명: 블록체인의 보안을 강화하기 위해 기존 PoW 블록체인의 해시를 사용하여 추가 보안 레이어를 제공하는 방식입니다. 즉, 보조 체인이 주요 PoW 체인의 보안을 빌려와 활용하는 형태입니다.
* 예시: Komodo.
* 장점: 기존 PoW 블록체인의 보안성을 활용하면서도 효율성을 높임.
* 단점: 기존 PoW 체인에 의존성이 있음.

6.	비잔틴 장애 허용 (Byzantine Fault Tolerance, BFT)
* 설명: 비잔틴 장군 문제를 해결하기 위한 방식으로, 네트워크 내 일부 노드가 악의적인 행위를 하거나 응답하지 않는 상황에서도 시스템이 정상적으로 동작할 수 있게 합니다.
* 예시: Hyperledger, Tendermint.
* 장점: 높은 보안성을 제공하고, 네트워크 내에서 신뢰할 수 없는 노드가 있더라도 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있음.
* 단점: PoW나 PoS에 비해 복잡하며, 네트워크가 커질수록 속도가 느려질 수 있음.

7.	실용 비잔틴 장애 허용 (Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT):
* 사용 예시: Hyperledger Fabric
* 특징: 네트워크 내에서 과반수 이상의 노드가 동일한 상태에 도달해야 합의가 이루어짐.

8. QBFT (Quorum-based Byzantine Fault Tolerance)

* 설명: QBFT는 비잔틴 장애 허용(Byzantine Fault Tolerance, BFT) 계열의 합의 알고리즘 중 하나로, 네트워크 내의 노드들이 합의에 도달하기 위해 과반수 이상의 노드의 승인을 요구하는 방식입니다. 비잔틴 장애를 허용하면서도 네트워크의 안전성과 효율성을 유지하려는 목적에서 개발되었습니다. PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance) 알고리즘에서 발전된 형태입니다.
* 예시: Hyperledger Besu에서 사용되며, 주로 기업용 블록체인에 적합한 알고리즘으로 알려져 있습니다.
* 장점: 네트워크 내 악의적인 노드가 있더라도, 과반수의 신뢰할 수 있는 노드가 있으면 안전하게 합의에 도달할 수 있습니다. 또한, PoW처럼 에너지 소비가 크지 않으며, 빠른 트랜잭션 처리가 가능합니다.
* 단점: 네트워크 규모가 커질수록 합의에 필요한 통신 비용이 증가하여 성능이 저하될 수 있습니다. 노드 수가 많아질수록 네트워크의 처리 속도가 느려질 수 있습니다.

QBFT는 비잔틴 장애 허용을 기반으로 하면서도 성능과 확장성을 유지하려는 알고리즘으로, 주로 엔터프라이즈 블록체인 환경에서 사용됩니다.

9.	혼합 합의 알고리즘 (Hybrid Consensus):
* 사용 예시: Decred
* 특징: 두 가지 이상의 합의 알고리즘을 결합하여 안정성과 효율성을 극대화.

10. Raft 알고리즘
* 설명: Raft는 분산 시스템에서 여러 노드가 일관된 상태를 유지할 수 있도록 리더 기반 구조로 동작하는 합의 알고리즘입니다. 리더가 클라이언트 요청을 처리하고, 그 로그를 팔로워 노드에 복제하여 일관성을 유지합니다. 리더가 장애가 발생하면 새로운 리더가 투표를 통해 선출됩니다.
* 예시: Etcd, Consul.
* 장점: 구조가 간단하고 이해하기 쉬워 구현이 용이하며, 리더 선출과 로그 복제가 빠르고 안정적입니다.
* 단점: 리더에 의존적인 구조이기 때문에 리더가 자주 변경되면 성능이 저하될 수 있고, 리더 장애 시 복구 시간이 필요합니다.

11. Tendermint:
* 사용 예시: Cosmos
* 특징: BFT 기반으로 빠르고 안정적으로 합의를 달성하는 알고리즘. PoS와 결합하여 사용.

### 기타 합의 알고리즘

* Federated Byzantine Agreement (FBA): 리플, 스텔라에서 사용.
* Leased Proof of Stake (LPoS): 웨이브(Waves)에서 사용.
* Proof of Burn (PoB): 특정 양의 암호화폐를 소각하여 블록 생성 권한을 얻는 방식.