¿Qué es el Consenso Hashgraph de Hedera y cómo funciona?

Consenso de Hedera Hashgraph

Hedera Hashgraph es una nueva red pública de hashgraph basada en un algoritmo bizantino tolerante a fallas asincrónico propuesto para máquinas de estado replicadas con tolerancia a fallas bizantina garantizada. La plataforma en sí está gobernada por Remolinos y un Consejo de Gobierno de aproximadamente 39 líderes de la industria.

El modelo de gobernanza y la recepción de la plataforma hasta ahora han sido algo polarizantes en el ámbito de las criptomonedas, lo cual no es sorprendente. Dejando a un lado la gobernanza y la política de la plataforma, el mecanismo de consenso Hashgraph de Hedera y el diseño de la plataforma ofrecen algunos desarrollos interesantes.

Consenso de Hedera Hashgraph

Breve historia

La plataforma Hedera Hashgraph se basa en una forma de consenso tolerante a fallas bizantinas (BFT), conocida como tolerancia a fallas bizantinas asincrónicas (aBFT), que se elaboró ​​en un publicación académica por Leemon Baird en 2016. La plataforma tiene como objetivo proporcionar un modelo mejorado de tecnología de contabilidad distribuida (DLT) al proporcionar soluciones que enfrentan muchas plataformas de criptomonedas establecidas en la actualidad..

Supervisada por el Hedera Hashgraph Council, la plataforma aspira a lograr una adopción masiva a través del cumplimiento normativo y proporcionando una arquitectura que conecta a los usuarios en un sistema seguro y de alto rendimiento para alcanzar un consenso distribuido..

Bajo el capó

Similar a las cadenas de bloques, pero con claras diferencias, los hashgraphs son un “chismes sobre chismes”Protocolo donde el acuerdo bizantino se logra a través de la votación virtual. Tanto en una cadena de bloques como en un hashgraph, el consenso se produce cuando una comunidad distribuida se une de acuerdo sobre el orden de las transacciones en la red donde no se confía en nadie..

De aquí proviene el término “sin confianza” cuando se refiere comúnmente a Bitcoin porque no necesita confiar en nadie que use la red, solo que el sistema no está comprometido. La diferencia crítica que surge entre una cadena de bloques y un hashgraph es que un hashgraph puede lograr tanto el acuerdo bizantino como la equidad en el consenso..

Tolerancia a fallas bizantinas asincrónicas

La característica principal de Hedera Hashgraph, la tolerancia a fallas bizantinas asincrónicas es una forma de tolerancia a fallas bizantinas. Básicamente, en un sistema distribuido, Byzantine Fault Tolerance se refiere a la capacidad del sistema para retener un consenso honesto en la red a pesar de que los nodos maliciosos fallan o propagan mensajes falsos..

Tolerancia práctica a fallas bizantinas

Leer: ¿Qué es la tolerancia práctica a fallas bizantinas??

Tiene algunas salvedades interesantes y se ha realizado una investigación sustancial sobre el concepto, especialmente cuando se aplica a redes distribuidas como las criptomonedas..

El mecanismo de consenso de Hashgraph es único. Según el artículo Swirlds Hashgraph de Leemon Baird:

“Ningún sistema bizantino determinista puede ser completamente asincrónico, con retrasos ilimitados en los mensajes, y aún así garantizar el consenso, según el teorema de FLP [3]. Pero es posible que un sistema no determinista logre consenso con probabilidad uno. El algoritmo de consenso hashgraph es completamente asincrónico, no determinista y logra un acuerdo bizantino con probabilidad uno “.

La suposición de que un sistema es asincrónico Byzantine Fault Tolerant significa que puede lograr consenso incluso si los actores malintencionados controlan la red y pueden alterar los mensajes. El mecanismo de consenso de Hedera Hashgraph no utiliza un formato líder como con el sistema round-robin de práctica tolerancia a fallas bizantinas, que le permite ser resistente a ataques DDoS dirigidos a nodos líderes o pequeños subconjuntos de nodos..

La prueba de trabajo se utiliza en blockchains para mitigar este tipo de ataques (es decir, Bitcoin), pero según Hedera:

“Sin embargo, tales sistemas no pueden ser bizantinos, porque un miembro nunca sabe con certeza cuándo se ha logrado el consenso; solo tienen una probabilidad de confianza que continúa aumentando con el tiempo. Si se extraen dos bloques simultáneamente, la cadena se bifurcará hasta que la comunidad pueda acordar qué rama extender. Si los bloques se agregan lentamente, la comunidad siempre puede agregar a la rama más larga y, finalmente, la otra rama dejará de crecer y podrá podarse y descartarse porque está “obsoleta” “.

El resultado es la ineficacia del sistema, no solo porque se requiere Prueba de trabajo, sino porque muchos bloques en los que se realiza el trabajo finalmente se descartan. El consenso de hashgraph es efectivamente un blockchain sin poda, donde cada minero puede extraer un bloque al ritmo más rápido posible sin usar Prueba de trabajo.

Curiosamente, como sistema de votación virtual, Hashgraph no envía ningún mensaje de votación a través de la red. Es importante señalar que el mecanismo de consenso de Hedera todavía sigue el supuesto básico práctico de tolerancia a fallas bizantinas de que no más de de los nodos de la red son maliciosos en cualquier instancia de ataque determinada.

Hedera desglosa los conceptos centrales del mecanismo de consenso en lo siguiente:

  • Actas
  • Justicia
  • Chisme
  • Hashgraph
  • Chismes sobre chismes
  • Votación virtual
  • Testigos famosos
  • Fuertemente viendo

Actas – Cualquier miembro puede crear una transacción firmada en cualquier momento, y todos los miembros reciben una copia y llegan a un consenso sobre el orden de las transacciones..

Justicia – Debería ser difícil para un pequeño grupo de atacantes influir en el orden de las transacciones..

Chisme – Cada nodo miembro selecciona aleatoriamente otro nodo y les dice todo lo que saben.

Hashgraph – Una estructura de datos única para tener en cuenta quién chismeó con quién y registra el orden en que ocurrió.

Chismes sobre chismes – Una de las características críticas del mecanismo, es el hashgraph que se extiende por todo el protocolo de chismes. Dado que el hashgraph contiene la historia de los chismes de cada nodo y el orden, este proceso es empíricamente solo chismes sobre chismes que ya sucedieron. Un resultado significativo es que se consume muy poca sobrecarga de ancho de banda en el proceso..

Votación virtual – Donde cada nodo miembro puede llegar a un acuerdo sobre cualquier decisión sin que se envíe ningún voto porque cada nodo tiene una copia del hashgraph. Por lo tanto, cada miembro sabe exactamente qué habría votado otro miembro sin tener que pasar por un proceso de votación..

Testigos famosos – Aquí es donde la comunidad selecciona algunos vértices en el hashgraph conocido como “testigos famosos” donde cada uno es un testigo (es decir, transacción) que es recibido por la mayoría de los nodos comparativamente temprano en el proceso de chismes. Al hacerlo, pueden llegar a un consenso de manera mucho más eficiente sobre el orden de los eventos en el hashgraph..

Fuertemente viendo – La prueba del acuerdo bizantino con probabilidad uno, aquí es donde dos nodos pueden calcular de forma independiente el mismo voto virtual de un tercer nodo porque llegan a la misma conclusión sobre la conexión entre dos vértices dentro del hashgraph.

Crédito de la imagen: el artículo del algoritmo de consenso Hashgraph de Swirlds

El protocolo de chismes es clave para el hashgraph, y su propósito es difundir información exponencialmente rápido a lo largo de la red de nodos para que cada nodo esté al tanto de la misma información. Como se mencionó anteriormente, el hashgraph es una estructura de datos que se compone del historial de la comunicación entre los nodos..

Los protocolos de chismes se utilizan ampliamente en las redes y, cuando se aplican particularmente a los chismes sobre chismes, brindan a los nodos una cantidad sustancial de información donde pueden converger rápidamente en un consenso sobre el historial de transacciones. Un beneficio principal del modelo es la pequeña cantidad de sobrecarga de comunicación necesaria para el proceso, una eficiencia que es muy útil para redes escalables y distribuidas..

Aunque el protocolo de chismes proporciona información para cada nodo, es solo el marco para el consenso final que necesitan los nodos sobre esa información específica. Una limitación fundamental de la práctica tolerancia a fallas bizantinas es su sobrecarga de comunicación, por lo que en su forma pura no se escala bien y solo funciona de manera eficiente en pequeños grupos de nodos. Con hashgraphs, la sobrecarga de comunicación para votar por consenso está inherentemente ausente, debido a que cada nodo contiene un hashgraph de todas las comunicaciones anteriores..

Por lo tanto, las funciones deterministas de un hashgraph permitirán que dos nodos independientes lleguen a la misma conclusión sobre el orden de las transacciones (consenso) sin tener que emitir votos a través de mensajes. Esta es la votación virtual del mecanismo. El protocolo en sí se define como asincrónico porque no hace suposiciones sobre la velocidad de los chismes o el consenso..

El concepto de viendo fuertemente un estado de otro se usa para mitigar ataques maliciosos en nodos honestos y también funciona como un método para un protocolo de acuerdo para lograr tolerancia a fallas bizantinas a través de la votación virtual. Las rondas de votación virtual se ejecutan localmente en cada nodo hasta que se alcanza un consenso suficiente sobre el testigo famoso para esa ronda. El testigo famoso se determina en cada ronda, y una vez que se ha determinado para cada ronda, se obtiene una marca de tiempo de consenso y un acuerdo sobre los eventos anteriores dentro del hashgraph..

Cada nodo de la red mantiene un estado compartido que firma digitalmente un hash del orden de consenso de las transacciones que posteriormente transmite a la red. El estado está organizado como un árbol Merkle, por lo que es verificablemente auténtico para terceros sin dejar de ser un archivo eficientemente pequeño..

Prueba de tolerancia a fallas bizantinas & Justicia

Al igual que en la práctica Byzantine Fault Tolerance (pBFT), el consenso de Hashgraph asume que no más de ⅓ de los nodos son maliciosos junto con el hecho de que las firmas digitales son seguras. Como sistema asincrónico, también se asume que si el sistema es tolerante a fallas, los nodos honestos que envían chismes de un lado a otro eventualmente recibirán los mensajes de los demás, incluso si existe un impedimento como un ataque coordinado en la red..

Un tema destacado que aborda Hashgraphs donde muchos sistemas BFT fallan es la equidad. Esto se refiere directamente a su consenso sobre el orden de las transacciones en la red. El problema que surge es decidir una medida para determinar si una transacción propagada a la red fue o no antes que otra y su posición se consideró “justa”.

El consenso de Hashgraph logra esta equidad otorgándola al ganador de 2 transacciones en competencia que se propagaron al mismo tiempo. El ganador, que es favorecido por la red y posteriormente favorecido en el consenso es la transacción de nodo que llegó primero a la mayoría de los nodos, particularmente al conjunto de “testigos famosos” establecido por los nodos que participan activamente. El uso de testigos famosos actúa como jurado para decidir el orden de las transacciones en competencia en la red..

Gobernancia

El sistema de gobierno de Hedera Hashgraph contiene dos niveles:

  • La Junta de Gobierno
  • Consenso abierto

La junta directiva es de donde surgen las principales críticas contra Hashgraph, ya que es un sistema de control centralizado sobre el protocolo y la red, los cuales se mencionan explícitamente en su papel blanco.

Fuera de eso, el consenso abierto es el mecanismo de consenso mencionado anteriormente donde los nodos pueden unirse a la red para ayudar a crear una mejor descentralización. Hedera emplea un modelo de votación ponderada de prueba de participación para los nodos en el sistema diseñado para mitigar la colusión e incentivar a los usuarios para que ejecuten nodos..

Arquitectura

La plataforma Hedera Hashgraph consta de una estructura de 3 capas de la siguiente manera:

  1. Capa de Internet (inferior) – Ordenadores en Internet que se comunican mediante conexiones TCP / IP con cifrado TLS.
  1. Capa de consenso de hashgraph (centro) – Los nodos de la red que participan en el protocolo de chismes y el algoritmo de consenso hashgraph. Todos los nodos mantienen un estado de consenso idéntico.
  1. Capa de servicios (arriba) – Esta capa consta de sus propios 3 subgrupos.
  1. Criptomoneda
  2. Almacenamiento de archivos
  3. Contratos inteligentes

La criptomoneda es la moneda nativa de la plataforma que pueden obtener los usuarios por ejecutar nodos en la red. El sistema de almacenamiento de archivos es una red de almacenamiento distribuida basada en árboles Merkle, pero también permite clases de Java para la manipulación del desarrollador. Hedera también es compatible con Solidity, lo que permite que los contratos inteligentes se escriban en la parte superior de la plataforma, lo que permite la construcción de dapps escalables..

La red de Hedera estará compuesta inicialmente por una pequeña cantidad de nodos agrupados en un solo fragmento. Sin embargo, planean hacer la transición de la red a un sistema escalable de múltiples fragmentos que se ejecutan en paralelo para permitir que la red escale aún más..

Actuación

Hedera Hashgraph hace algunas afirmaciones bastante audaces sobre su plataforma. Específicamente, menciona cuán teóricamente rápido puede ser, donde solo el ancho de banda disponible inhibe su capacidad. Aparentemente, el sistema puede manejar tantas transacciones por segundo (TPS) como lo permita el ancho de banda de un miembro, lo que, según ellos, incluye hasta cientos de miles de TPS en un solo fragmento. Como lo ponen en su documento técnico:

“Incluso una conexión rápida a Internet en casa podría ser lo suficientemente rápida para manejar todas las transacciones de toda la red de tarjetas VISA en todo el mundo”.

Conclusión

El innovador mecanismo de consenso, la escalabilidad y la finalidad del sistema Hedera Hashgraph muestran una promesa significativa en la próxima generación de plataformas blockchain. Sin embargo, un modelo de gobernanza centralizado basado en un Consejo de Gobernadores seleccionados entre las principales industrias del mundo no sentará bien a muchas personas..

Dejando a un lado las opiniones sobre la dirección de la plataforma o su futuro, Hedera Hashgraph representa otro paso crítico en la tecnología de escalabilidad y los mecanismos de consenso a gran escala aplicados a la tecnología de contabilidad distribuida y las plataformas de criptomonedas..

Mike Owergreen Administrator
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