Consensusmechanismen vormen een belangrijk onderwerp dat de thema’s omgeving, schaalbaarheid en beveiliging raakt. Maar wat zijn deze mechanismen precies? Wat is nu eigenlijk een consensusmechanisme? In de wereld van de cryptocurrency zijn consensusmechanismen algoritmen en protocollen waarmee computer netwerken samen kunnen werken om het netwerk te beveiligen. Om tot een consensus te komen over de globale status van het netwerk, moeten 51% van de knooppunten het eens zijn. Dit is grofweg de uitdrukking van de methode die gebruikt wordt ter verzekering van een gemeenschappelijk akkoord. Maar waar zijn we het precies over eens? Blockchain-technologie bestaat uit verifieerbare blokken die aan elkaar worden geregen (vandaar de naam ‘blockchain’). Elk blok bevat verifieerbare transacties vanuit een specifieke periode. Deze informatie is publiekelijk toegankelijk, wat betekent dat je de transacties op elk gewenst tijdstip kunt bekijken. Consensusmechanismen worden gebruikt om deze toegevoegde transacties op de blockchain te verifiëren, en geavanceerdere blockchain-projecten kunnen tevens hun opgeslagen gegevens, smart-contracts, en meer hiermee verifiëren. In essentie worden consensusmechanismen op basisniveau toegepast om transacties te valideren.
Maar hoe werken deze consensusmechanismen dan precies? Dit hangt af van het gebruikte model binnen de blockchain. Er zijn hoofdzakelijk twee typen consensusmechanismen: proof-of-work (PoW) en proof-of-stake (PoS).
Proof-of-work is het consensusmechanisme dat wordt gebruikt door Bitcoin, Ethereum 1.0, Dogecoin en Litecoin. Het werd oorspronkelijk ontwikkeld in 1992 door Cynthia Dwork en Moni Naor als een middel om spam e-mails te vermijden. Ondanks het feit dat zij de eerste presentatie van hun model deden, werd het toen niet genoemd als proof-of-work. In plaats daarvan heette het “de prijsfunctie”. In 2009 creëerde Satoshi Nakamoto Bitcoin, dat proof-of-work gebruikte als consensusmechanisme, en vanaf toen is het gegroeid als veelgebruikt consensusmechanisme voor cryptocurrency-projecten. Het enige middel om transacties te valideren en nieuwe blokken op de blockchain te creëren is door knooppunten in een netwerk te laten trachten cryptografische puzzels op te lossen. Deze puzzels kunnen wel gemakkelijk geverifieerd worden, maar zijn moeilijk om op te lossen. De knooppunten die proberen deze puzzels op te lossen worden ook wel “mijnwerkers” genoemd. Zodra een mijnwerker een puzzel oplost, dan wordt dit gepubliceerd naar de blockchain, zodat andere mijnwerkers het antwoord kunnen verifiëren. Het antwoord op de cryptografische puzzel is een willekeurig getal dat bekend staat als ‘NIET’ of ‘Nummer Maar Een Keer Gebruikt’. Dit nummer kan niet voorspeld worden, enkel geraden. Dit impliceert dat er een vermoeiende zoektocht naar de NONCE ondernomen moet worden. Wanneer deze is geconstrueerd samen met de gegevens van een blok en via een hashfunctie is verwerkt, dan produceert deze een resultaat met een gewenste combinatie van eigenschappen. Dit is het proces waarlangs mijnwerkers gaan om te controleren of de oplossing accuraat is. Zodra de geldige NONCE is gecombineerd met een blok, ontstaat er een blockhash. Dit wordt vervolgens opgeslagen op het geverifieerde blok als bewijs van de arbeid van de mijnwerker. Het blok wordt aangemaakt en toegevoegd aan de blockchain. Daardoor is er bewijs dat er inspanning geleverd is om de puzzel op te lossen. Een beloning, genaamd de mijnwerkersbeloning, in de vorm van een cryptomunt wordt aan de persoon toegekend die de NONCE het eerst vindt, ongeacht de inspanning die door anderen geleverd is om de puzzel op te lossen.
Dit leidde tot een significant energieverbruik binnen het Bitcoin-netwerk. Om passief inkomen voor zichzelf te creëren, investeren individuen en bedrijven in het reinigen van transacties. Hoe meer rekencapaciteit zij hebben, hoe groter de kans dat ze een beloning ontvangen. Een supercomputer vindt bijvoorbeeld eerder de NONCE dan een oude Dell uit 2008, waardoor er aanzienlijk veel elektriciteit wordt gebruikt binnen het netwerk van Bitcoin. Dit resulteerde in kritiek van milieuactivisten op het proof-of-work-consensusmechanisme. Het netwerk van Bitcoin is namelijk verantwoordelijk voor 0,66% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik en 0,23% van het wereldwijde energieverbruik. Het bedrag van elektriciteit dat door Bitcoin wordt gebruikt, is voldoende om de Universiteit van Cambridge 1081 jaar van stroom te voorzien, of alle theeketels in het VK 33 jaar lang te laten werken. Er zijn echter ook positieve aspecten. De grote hoeveelheid rekencapaciteit die het Bitcoin-netwerk omvat, impliceert dat het netwerk veiliger is. Om de blockchain aan te vallen, moet je namelijk 51% van de rekencapaciteit in het netwerk controleren (een zogenaamde 51% aanval). Dit kan wel miljarden dollars kosten om zoveel rekenkracht te hebben, dit is financieel onhaalbaar.
Proof-of-stake is een consensusmechanisme dat wordt gebruikt door Solana, Cardano en Tezos. Het werd voor het eerst gecreëerd als een alternatief voor proof-of-work op het Bitcoin-talkforum in 2011 om te verbeteren waar het oude consensusmechanisme tekortschoot. In 2012 nam het eerste cryptocurrency-project proof-of-stake aan: Peercoin. Ethereum 2.0 zal ook de blockchain verschuiven van proof-of-work
