Avalanche Konsensusprotokoll funktioniert nach dem Zufallsprinzip

Avalanche ist ein Konsensusprotokoll, das auf einer Zufallsstichprobe des Netzwerks und einem metastabilen Mechanismus basiert. Damit wird ein spezifisches azyklisches Diagramm zu beschreiben, das eine größere Familie von Konsensprotokollen nutzt. Erstmals vorgestellt wurde das Whitepaper am 16. Mai 2018 von einer Gruppe von Entwicklern namens Team Rocket. Das Avalanche Whitepaper beschreibt vier Protokolle, die für eine Vielzahl von Szenarien ausgelegt sind und die von den Entwicklern als Erweiterung der bestehenden Konsensmechanismen charakterisiert werden. Dadurch kann das Avalanche-Protokoll zu einem einfachen, aber unglaublich mächtigen Satz von Werkzeugen werden.

Avalanche DAG Struktur
Avalanche DAG Struktur @ipfs.io

Datenbanken für verteilte Informationen

Bisherige Modelle verteilter Systeme sind in einer Reihe von Szenarien unerlässlich, etwa ein Bankensystem, das eine große Anzahl von geografischen Standorten bedienen muss, oder einen Online-Shop, der für einen globalen Kundenstamm offen ist. Beide Fälle erfordern einen Mechanismus, der eine stabile Sicht auf die zugrunde liegende Datenbank ermöglicht, die alle Maschinen im Netzwerk verbindet. Im Falle des Bankensystems zeigt die entsprechende Datenbank die Kontensalden an, während im E-Commerce der Bestand für Waren oder andere zugehörige Variablen verfügbar sein kann. In verteilten Systemen ist der Konsens von größter Bedeutung. In den letzten vierzig Jahren haben Informatiker versucht, tragfähige Lösungen für das Konsensusproblem zu finden. Im Bereich der verteilten Systeme gibt es zwei Hauptprotokollfamilien: Klassischer Konsens und die Konsensusprotokolle von Nakamoto.

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Klassische Konsensprotokolle

Die klassischen Konsensprotokolle sind die älteste Art von Konsensverfahren. Sie basieren auf dem Prinzip der Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT). Zu den Vorteilen dieses Konsensusprotokolls gehören eine schnelle Endgültigkeit und die schnelle Erlangung von Garantien über die zugesagten Transaktionen. Nachteilig ist die mangelnde Skalierbarkeit: über den tausend Knoten werden die Kosten zu hoch, um das Netzwerk zu validieren.

Nakamoto-Konsensusprotokoll

Das Nakamoto-Konsensusprotokoll unterschied sich in einigen Punkten von seinem Vorgänger. Erstens war es hervorragend geeignet, dezentrale Systeme ohne Vertrauen zu unterstützen. Die Knoten in diesem Netzwerk mussten sich nicht gegenseitig vertrauen, konnten sich aber trotzdem einigen. Zweitens ermöglicht es das Nakamoto-Protokoll jedem Knoten, das Netzwerk jederzeit zu betreten oder zu verlassen. Es ist ein offenes Netzwerk mit allen Knoten, die beliebig am Netzwerk teilnehmen können. Aber: Obwohl die jüngsten Upgrades des Bitcoin-Netzwerks die Wartezeiten für Bitcoin-Transaktionen verkürzt haben, ist es im Vergleich zu anderen Zahlungssystemen immer noch langsam.

Die neue Technologie von Avalanche

Die neuen Mechanismen, die vom Team Rocket vorgeschlagen werden sollen beiden Vorgängern überlegen zu sein. Genauer gesagt, arbeitet das System, indem es das Netzwerk wiederholt zufällig abgetastet und die richtigen Knoten zum gleichen Ergebnis führt. Die Analyse zeigt, dass Metastabilität eine mächtige, wenn auch nicht universelle Technik ist: Sie ermöglicht es, ein großes Netzwerk schnell in einen irreversiblen Zustand zu versetzen. Um zu verstehen, wie das Avalanche-Protokoll funktioniert, kann folgendes Beispiel helfen: ein Netzwerk von vertrauenswürdigen Knoten, die zwischen zwei Farben wählen können (rot und blau). Nach dem Zufallsprinzip wird eine Anzahl von Knoten ausgewählt und in Bezug auf ihren Zustand (Farbe) untersucht.

Die Knoten, die als Teil der Beispielgruppe ausgewählt wurden, geben eine Antwort (Farbe). Anhand der Antworten aus der Beispielgruppe erkennt der Frageknoten, dass sich das Netzwerk zu einer bestimmten Farbe neigt. Als nächstes durchläuft jeder Knoten im Netzwerk den gleichen Prozess und auf diese Weise wird ein Konsens innerhalb des Netzwerks erreicht. Das Netzwerk beginnt ein Muster zu sehen. Mit jeder Abstimmungsrunde erreicht das Netzwerk diese Schlussfolgerung schneller als in der vorherigen Runde. Ab einem bestimmten Schwellenwert erreicht das Netzwerk seinen endgültigen Status, bei dem alle Knoten eine Farbe gewählt haben. LinktippByzantine Fault Tolerance (BFT) erklärt