Blockchain en cryptocurrency's zijn geen onbekenden met aanvallen en fraude, en juist daar speelt consensus een cruciale rol. Zonder betrouwbaar consensusmechanisme wordt het blockchainnetwerk vatbaar voor beveiligingsinbreuken. Dat opent de deur naar forks, waarbij het netwerk in meerdere onafhankelijke netwerken uiteenvalt, wat op zijn beurt het vertrouwen in het systeem kan aantasten.
Op het gebied van schaalbaarheid lopen cryptocurrency's ver achter op traditionele banksystemen: Bitcoin verwerkt maar 7 transacties per seconde, tegenover Visa met tot 2.400 transacties per seconde. Daarmee blijft schaalbaarheid een fundamentele hindernis voor brede adoptie, waar ontwikkelaars voortdurend oplossingen voor zoeken.
Deze twee elementen begrijpen is essentieel om een helderder beeld te krijgen van hoe cryptocurrency's werken en hoe je fundamentele analyse toepast.
Duik mee in de wereld van consensusmechanismen en schaalbaarheidsoplossingen die cryptocurrency's gebruiken.
Consensusmechanismen in blockchain – wat ze met cryptocurrency's te maken hebben
Een consensusmechanisme is een programma dat in blockchainsystemen wordt gebruikt om gedistribueerde overeenstemming over de staat van het grootboek te bereiken. Doorgaans wordt het toegepast in een netwerk met veel processen en gebruikers. Cryptocurrency's, blockchains en gedistribueerde grootboeken profiteren ervan, omdat het consensusmechanisme veel tragere menselijke controleurs en audits vervangt.
Een consensusmechanisme zorgt ervoor dat:
- alle nodes op het netwerk dezelfde kopie van het grootboek hebben
- alleen geldige transacties aan het grootboek worden toegevoegd
- het grootboek bestand is tegen manipulatie en kwaadwillende aanvallen
Er zijn veel soorten consensusmechanismen, elk met eigen voor- en nadelen.
De meest voorkomende consensusmechanismen zijn:
Proof of Work (PoW)
Gebruikt door: Bitcoin (BTC), Litecoin (LTC), Bitcoin Cash (BCH), Zcash (ZEC)
Proof of Work (PoW) is een van de bekendste consensusmechanismen. PoW werd populair door Bitcoin en vraagt van miners dat ze complexe wiskundige vraagstukken oplossen om transacties te valideren en blokken aan de blockchain toe te voegen. Door rekenkracht aan die puzzels te wijden, leveren miners de nodige validatie voor transacties, wat uiteindelijk tot nieuwe blokken in de blockchain leidt.
PoW is veilig en gedecentraliseerd, maar krijgt veel aandacht vanwege het forse energieverbruik en de schaalbaarheidsuitdagingen. Het rekenwerk in het miningproces vraagt veel elektriciteit, wat zorgen oproept over de milieu-impact van cryptocurrency's op PoW-basis.
Bovendien wordt de schaalbaarheid van PoW-systemen een twistpunt naarmate het netwerk groeit, omdat de rekeneisen toenemen met het groeiende gebruikersbestand.
Proof of Stake (PoS)
Gebruikt door: Cardano (ADA), Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Avalanche (AVAX), Bitcoin Minetrix (BTCMTX)
Proof of Stake (PoS) hanteert een andere aanpak om consensus binnen cryptonetwerken te bereiken. In een Proof of Stake-systeem (PoS) worden validators geselecteerd om nieuwe blokken te maken en transacties te bevestigen, op basis van het aantal coins dat ze bezitten en als onderpand willen "staken". Die aanpak bevordert niet alleen de energie-efficiëntie, omdat omvangrijk rekenwerk overbodig wordt, maar versterkt ook de netwerkbeveiliging door economische ontmoedigingen voor frauduleus gedrag.
De verschillen tussen PoW en PoS zijn groot. Waar PoW op rekenkracht en externe middelen leunt, benut PoS interne middelen in de vorm van gestakete coins om deelname aan het netwerk en validatie van transacties mogelijk te maken.
PoS neemt een deel van de milieuzorgen rond PoW weg, maar introduceert nieuwe aandachtspunten voor de netwerkbeveiliging, zoals:
- Het nothing at stake-probleem: validators kunnen zonder gevolgen voor meerdere blockchaingeschiedenissen stemmen, wat tot beveiligingsproblemen kan leiden.
- Long range-aanvallen: een aanvaller kan in het geheim blokken gaan maken; wordt die privéketen langer dan de hoofdketen, dan kan dat een verstoring veroorzaken.
- Stake grinding: een validator manipuleert de bron van willekeur om te beïnvloeden welke validators het volgende blok mogen maken en verschaft zich zo een oneerlijk voordeel.
Delegated Proof of Stake (DPoS)
Gebruikt door: Tron (TRX), Tezos (XTZ), Lisk (LSK), EOS
Dit is een variant van PoS met een stemsysteem waarmee een groep afgevaardigden of validators wordt gekozen die nieuwe blokken maken en het netwerk onderhouden. De afgevaardigden worden door de belanghebbenden gekozen op basis van hun reputatie en prestaties.
Het aantal gekozen afgevaardigden ligt tussen 10 en 100, afhankelijk van het systeem, en wisselt periodiek. Afgevaardigden die ondermaats presteren of een bedreiging voor het systeem vormen, worden via een stemming door tokenhouders vervangen.
Dit mechanisme wil de schaalbaarheid en transactiesnelheid vergroten. DPoS is ook sneller en democratischer dan PoS, maar vraagt tegelijk meer vertrouwen en afstemming tussen de deelnemers.
Proof of Burn (PoB)
Gebruikt door: Slimcoin, Ethereum Classic
PoB draait om het "verbranden" van de coins van miners, wat hun mijnrechten oplevert. Coins verbranden betekent dat je ze naar een ontoegankelijk adres stuurt en zo effectief uit omloop haalt. Daarmee tonen miners hun betrokkenheid bij het netwerk op lange termijn en hun bereidheid winst op korte termijn op te geven. Hoe meer coins een miner verbrandt, hoe groter de kans dat hij het recht krijgt om blokken te minen.
PoB verlaagt het energieverbruik en de drempel voor nieuwe miners, wat de decentralisatie vergroot. Toch is Proof of Burn nog een experimenteel concept en ontbreekt het aan transparantie, omdat moeilijk te bewijzen valt dat de coins op een burneradres echt ontoegankelijk zijn.
Proof of Authority (PoA)
Gebruikt door: Palm Network, Xodex en Bitgert
Dit mechanisme wijst een set vertrouwde nodes of autoriteiten aan die het recht hebben nieuwe blokken te maken en transacties te valideren. De autoriteiten worden meestal door een centrale partij of organisatie geselecteerd op basis van hun identiteit en referenties. PoA kiest nodes met veel gezag en geloofwaardigheid als uitgaande nodes. Omdat het blok de handtekening van de node draagt, is een node die kwaadwillende activiteit vertoont niet langer gekwalificeerd om het blok bij te werken.
PoA is geschikt voor private of permissioned blockchains die snelheid en efficiëntie boven decentralisatie en veiligheid stellen.
PoA zet in op efficiëntie, maar roept zorgen over centralisatie op – omdat de partijen vooraf zijn bepaald en vertrouwd, kennen ze elkaar mogelijk al.
Schaalbaarheidsoplossingen voor blockchain en cryptocurrency
Schaalbaarheidsoplossing is een verzamelterm voor elke methode of techniek die de prestaties en capaciteit van een blockchainsysteem wil verbeteren. Schaalbaarheid is een van de grootste uitdagingen voor blockchain, omdat het zijn vermogen beperkt om met traditionele betaalmethoden als Visa of PayPal te concurreren.
Veel transacties per seconde kunnen verwerken en tegelijk decentralisatie en veiligheid behouden, is een sleuteldoel voor blockchainnetwerken.
Schaalbaarheid meet je aan drie hoofdfactoren:
- Doorvoer – het aantal transacties dat een systeem per seconde kan verwerken (TPS). Visa verwerkt bijvoorbeeld tot 24.000 TPS, terwijl Bitcoin er maar 7 aankan.
- Finaliteit – de tijd die nodig is om een transactie te bevestigen en onomkeerbaar te maken. Bij Bitcoin duurt het bijvoorbeeld gemiddeld 10 minuten voordat een transactie definitief is, terwijl Visa dat in seconden doet.
- Bevestigingstijd – de tijd die nodig is om een transactie in een blok op te nemen. Bitcoin heeft bijvoorbeeld een gemiddelde bevestigingstijd van 10 minuten, terwijl Ethereum een gemiddelde bevestigingstijd van 15 seconden heeft.
Nu de vraag naar cryptotransacties blijft groeien, zijn er vernieuwende schaalbaarheidsoplossingen ontstaan om de transactiedoorvoer te vergroten, de latency te verlagen en de netwerkschaalbaarheid te verbeteren.
Er zijn veel schaalbaarheidsoplossingen voor blockchainsystemen voorgesteld, die je als volgt kunt indelen:
Segregated Witness (SegWit)
SegWit is een upgrade van het Bitcoin-protocol die de witnessdata (de handtekeningen die het eigendom van bitcoins bewijzen) scheidt van de transactiedata (de informatie over wie bitcoins verstuurt en ontvangt). Daarmee verkleint SegWit de omvang van elke transactie en passen er meer transacties in een blok. Dat vergroot de capaciteit van het Bitcoin-netwerk en maakt transacties sneller en goedkoper.
SegWit lost ook het probleem van transaction malleability op, een kwetsbaarheid waarmee iemand een klein deel van een transactie kan wijzigen zonder die ongeldig te maken. Dat kan het bevestigen van transacties vertragen en aanvallen op het netwerk mogelijk maken. SegWit voorkomt dit door de handtekeningen naar een aparte structuur aan het einde van het blok te verplaatsen, waar ze niet gewijzigd kunnen worden.
Layer 2-schaalbaarheidsoplossingen
Layer 2-oplossingen als het Lightning Network en Plasma spelen een sleutelrol bij het mogelijk maken van off-chaintransacties en verlichten zo de druk op de hoofdblockchain. Door transacties buiten de chain uit te voeren en de uitkomsten later op de hoofdblockchain af te wikkelen, kunnen layer 2-oplossingen de transactiesnelheid flink verhogen en de kosten verlagen.
Het doorvoeren van layer 2-oplossingen brengt echter uitdagingen mee, waaronder complexe routeringsprotocollen, liquiditeitsbeheer en mogelijke risico's op centralisatie.
Sharding
Bij sharding deel je de blockchain op in kleinere delen, of shards, die elk hun eigen transacties kunnen verwerken, wat de schaalbaarheid als geheel vergroot.
Elke shard verwerkt zijn eigen set transacties, waardoor de verwerking parallel loopt en het netwerk efficiënter wordt. Sharding heeft enorm potentieel om de verwerkingssnelheid en capaciteit te vergroten, maar kent ook afwegingen: de veiligheid neemt af doordat data geïsoleerd raakt.
De integriteit van transacties tussen shards borgen en de consensus tussen shards afstemmen zijn de belangrijkste beveiligingsvraagstukken bij sharding.
Sidechains
Sidechains zijn parallelle ketens die naast de hoofdblockchain draaien en specifieke functies mogelijk maken zonder het hoofdnetwerk te raken.
Ze stellen gebruikers in staat een bepaalde hoeveelheid cryptocurrency op de hoofdblockchain vast te zetten en daarmee uit omloop te halen. Dat vastgezette bedrag wordt vervolgens op de sidechain gespiegeld, waar gebruikers efficiënter transacties kunnen doen dankzij snellere blokbevestigingen of speciale functies van de sidechain. Dat is vooral gunstig voor populaire cryptocurrency's waarvan het netwerk het tijdens piekmomenten zwaar heeft.
State channels
State channels vormen een aantrekkelijke manier om de schaalbaarheid te vergroten en de transactiekosten in cryptonetwerken te verlagen. Via state channels kunnen deelnemers meerdere transacties buiten de chain afhandelen met dezelfde mate van veiligheid als on-chaintransacties.
De voordelen van state channels zijn meer privacy, minder latency en minimale drukte op de chain. Toch vormen het beheren van het openen en sluiten van state channels en het borgen van geschillenregelingen flinke uitdagingen voor brede toepassing.
Conclusie
Nu cryptocurrency's naar brede adoptie streven, wordt het verkennen van consensusmechanismen en schaalbaarheidsoplossingen essentieel. Elk mechanisme en elke oplossing kent eigen voordelen en uitdagingen, en doorlopend onderzoek en ontwikkeling zoeken naar een fijne balans tussen veiligheid, decentralisatie en schaalbaarheid.
Er bestaat geen eenheidsoplossing voor schaalbaarheid of consensus bij blockchain, omdat verschillende systemen verschillende doelen en eisen kunnen hebben. Analyseer daarom zorgvuldig welke het beste aansluiten op de behoeften en voorkeuren van de gebruikers en ontwikkelaars.
Houd daarnaast de doorlopende ontwikkeling van vernieuwende consensusmechanismen en schaalbaarheidsoplossingen in de gaten, die toekomstige uitdagingen rond schaalbaarheid, veiligheid en decentralisatie moeten aanpakken.