Обзор механизмов консенсуса и их применение в бизнес-практике

Введение

Актуальность рассмотрения механизмов консенсуса обусловлена стремительным развитием технологии блокчейн, которая захватывает все области нашей жизнедеятельности. Компании, в погоне за инновационными методами поддержания бизнеса, стремятся как можно быстрее внедрить блокчейн-систему, однако не до конца понимают в каком виде и с каким алгоритмом достижения соглашения в узлах стоит это делать. В настоящее время компании во многих отраслях экономики начинают внедрять блокчейн-решения в свои приложения и услуги, оптимизируя различные бизнес-процессы: от подтверждения подлинности товаров до контроля всего пути поставок при международных перевозках [1] [2]. Чтобы поддерживать целостность блокчейна и гарантировать, что каждый узел поддерживает подлинную копию реестра, применяются механизмы консенсуса. Они также определяют, как новая транзакция или данные включаются в новый блок и какой узел может добавить блок и поделиться им с другими узлами в сети. Роль консенсусных алгоритмов заключается в достижении уровня надежности сети, построенной на серии узлов (устройств, соединённых с другими устройствами как часть компьютерной сети).

В своей работе авторы опирались на результаты исследований в области развития блокчейна, отраженных в трудах: Носирова З. А. и Фомичева В. М. [3, с.37-75], Криштаносова В.Б. [4, с.13-32], Ташеро П. и Тессоне Дж. [5, с.1-39], Зутши А., Грило А. и Нодехи Т. [16], Кортасино Ф., Дасаклис Т. и Пацакис К. [17, с.55-81], Хян Т.Т. [18, с.332-336], П. Де Филиппи, М. Маннан и У. Рейджерс [20], М. Аллес и Г.Л. Грей [21], М.А. Уддин, А. Страньери, И. Гондал и В. Баласубраманьян [22], а также состояния механизмов консенсуса на сегодняшний день, зафиксированных в трудах: Коробейникова И.А. [6, с.27-29], Крохина М. О. [7, с.7-9], Чахкиева М.Т. [8, с.1737-1745], Ли К, Ли Х, Уонг Х, Ан Х, Лу П, Уи П и Чжу Ф [9, с.1-16], Фомичёва В.М. и Семибратова И.В. [10, с.5-19], Сивлин Каур, Шитал Чатурведи, Аабха Шарма и Джаяпракаш Кар [12], У. Уонг, Д.Т. Хоанг, П. Ху, З. Сюн, Д. Ниято, П. Уонг, У. Вен и Д.И. Ким [13, с.22328-22370], Чжан И. и Сяо-Хуэей Л И. [14], Бардина А.П., Новицкого А.В. и Шумилого Ю.Ю. [15, с.27-40], Ку Хе, Н. Гян, М. Л. и В. Уи [23, с.1-10], Лашкари Б. и Мусилек П. [24, с.43620-43652].

Цель данной статьи – рассмотреть все популярные на сегодняшний день механизмы консенсуса и проанализировать их применимость для решения различных бизнес-задач, для последующего вывода о возможности эффективного и надежного использования отдельно взятых алгоритмов консенсуса в тех областях бизнеса, где это будет наиболее рационально и скоординировано

Научная новизна исследования заключается в обобщении и систематизации информации о наиболее распространенных механизмах консенсуса, применяемых в блокчейн-системах.

Обзор популярных механизмов консенсуса

Механизмы консенсуса позволяют элементам распределенных систем совместно функционировать и при этом обеспечивают высокий уровень безопасности. Исторически эти механизмы использовались для достижения консенсуса между узлами баз данных, серверами приложений и другой корпоративной инфраструктурой. В последние годы были разработаны новые механизмы консенсуса, позволяющие криптоэкономическим системам, таким как Ethereum, договариваться о состоянии сети.

Механизм консенсуса можно рассматривать как общую систему стандартов и шагов, которая позволяет распределенной системе точно и надежно координировать общие проблемы.

Понимание механизмов консенсуса позволяет оценить экологические последствия инвестирования в криптографию. Инвестиции в ESG были популяризированы в традиционных финансах, но аналогичные стандарты могут применяться в криптомире. Знание о механизмах консенсуса позволяет людям увидеть, как системы блокчейна работают внутри, и в конечном итоге развить более полное понимание того, как они влияют на окружающую среду. Кроме того, широкое понимание механизмов консенсуса также позволит инвесторам и регулирующим органам лучше оценить безопасность отдельных блокчейнов [4]. Например, мы знаем, что блокчейн Биткойна более безопасен, чем большинство блокчейнов PoS, потому что он использует консенсус Накамото. Лучшее понимание безопасности блокчейна в конечном итоге принесет большую прозрачность как инвесторам, так и регулирующим органам и, таким образом, будет способствовать более широкому распространению технологий распределенных реестров. Механизмы консенсуса также определяют ключевую метрику для блокчейнов, то есть скорость транзакций. Например, блокчейны, работающие на Консенсусе Накамото, могут быть более безопасными, но их безопасность достигается ценой более длительного времени подтверждения. Длительное время подтверждения – это то, что обеспечивает их безопасность [5].

Ключевые характеристики наиболее популярных механизмов консенсуса представлен в таблице 1:

Таблица 1 – Механизмы консенсуса в блокчейне

Сферы применения технологии блокчейн в бизнес-практике

В процессе внедрения технологии блокчейн в различных сферах постепенно формулировались различные требования к механизмам консенсуса в части надежности, скорости транзакций и энергоэффективности. В зависимости от бизнес-процесса, в который интегрируется блокчейн, приоритетными будут те или иные характеристики. Рассмотрим бизнес-сферы, в которых может применяться технология распределенного реестра.

Отраслевые и глобальные производственные цепочки и системы Интернета вещей. Производство пищевых продуктов – отрасль, где проблема фальсификации и низкого качества поставляемой продукции имеет большое общественное значение. В 2017 году компании Walmart и IBM создали блокчейн-систему для контроля поставок на платформе Hyperledger Fabric. Ключевыми задачами системы является выявление фальсикации пищевой продукции и обеспечение отзыва товаров в случае вспышек заболеваний, связанных с некачественной продукцией. Еще одним примером блокчейн-платформы для отслеживания грузов с помощью смарт-контрактов, является система CargoChain, причем данная платформа предлагает разработчикам инструменты для разработки индивидуальных корпоративных решений для клиентов [16].

Банковские и финансовые услуги. В финансовой сфере внедрение блокчейна способно снизить риски и оптимизировать координацию в процессах, включающих несколько участников и посредников. Распространенным примером недостатка сегодняшних банковских систем является низкая скорость международных банковских переводов, занимающих несколько дней из-за требований к учету в нескольких банковских сетях. Блокчейн-система Ripple предоставляет банкам услуги мгновенных одноранговых денежных переводов, при этом из процесса исключены посредники, а процедура перевода значительно упрощается. Существует еще ряд приложений, созданных на платформе Ethereum (MakerDAO, Compound) и позволяющих отслеживать кредиты, страхование, инвестиции и различные выплаты при помощи смарт-контрактов [17].

Цифровые сертификаты, поддающиеся публичной проверке, в том числе академические, нормативные, сертификаты качества и др. Например, компания Hyland Software Inc разработала открытый блокчейн-стандарт Blockcerts, позволяющий учреждениям выдавать цифровые сертификаты различной направленности [18].

Охрана интеллектуальной собственности. Невзаимозаменяемые токены, являющиеся уникальными и неделимыми в отличие от криптовалют, обеспечивают предоставление права собственности на цифровой или физический актив и могут быть использованы для регистрации объектов интеллектуальной собственности, примером платформы такого рода является IPChain [19].

Юридические соглашения. Так, например, компании Codelegit и Agrello предлагают услуги хранения юридических контрактов в блокчейн-системе [20].

Управление физическими активами. Платформа Bitland, пилотный проект которой был запущен в Гане, предлагает распределенный реестр для регистрации недвижимости, земли и других типов активов, обеспечивающий эффективную передачу прав собственности [21]

Управление персональными данными. Блокчейн-системы для хранения и отслеживания персональных данных востребованы в сегменте здравоохранения для децентрализованного хранения и управления электронными медицинскими записями, цифровыми изображениями и цифровыми рецептами. Так, например, эстонский фонд электронного здравоохранения совместно с проектом Guardtime запустил инфраструктуру бесключевой подписи. Британский стартап FarmaTrust предлагает решения для отслеживания фармацевтических препаратов и персонализированной медицины [22].

Заключение

Механизмы консенсуса необходимы для обеспечения ключевой особенности блокчейн-систем - децентрализованности. В отсутствие координирующего органа участники сети должны на равноправной основе подтверждать транзакции, и это было бы невозможно в масштабах, необходимых в сегодняшней экономике, без интеллектуального алгоритма, способного автоматически проверять новые транзакции и связывать их со всем оборудованием в сети. Механизмы консенсуса развиваются, становясь более быстрыми и энергоэффективными, что расширяет возможности их практического использования. На сегодняшний день существует большое количество пилотных проектов по внедрению блокчейн-систем в финансовой сфере, логистике, ритейле, здравоохранении, охране исключительных прав и многих других областях. Свои действия каждый участник подтверждает с помощью приватного персонального ключа [23], а решение проблемы доверия к экономическим системам в децентрализованных финансах решается с помощью развития византийской отказоустойчивости (BFT), разработки надежных механизмов консенсуса и создания шифрования с открытым/закрытым ключом [24].

В России на сегодняшний день крупные компании активно интегрируют блокчейн в свои производства. Такие компании, как М.Видео, Альфа-Банк, Сбербанк уже запустили свою платформу на базе алгоритма PoW для стандартных банковских операций, что отражается на быстроте и экономности сверок документов и отчетности. Норникель и другие горно-металлургические компании используют блокчейн на основе механизма византийской отказоустойчивости для мониторинга цепочек поставок, где металлы обеспечиваются токенами.