प्रमुख ब्लॉकचेन सहमति तंत्र: Proof of Work, Proof of Stake और उससे आगे

हर ब्लॉकचेन को लोगों के पैसे का भरोसा सौंपे जाने से पहले एक सवाल का जवाब देना होता है: क्या हुआ और किस क्रम में हुआ, यह तय करने का अधिकार किसे है? यहाँ फैसले लेने के लिए न कोई बैंक है, न नोटरी, और न ही कोई केंद्रीय सर्वर। सहमति तंत्र उन नियमों का समूह है जिनका पालन करके नेटवर्क के प्रतिभागी लेनदेन के एक साझा इतिहास पर सहमत होते हैं—बिना किसी केंद्रीय पक्ष के और किसी को एक ही सिक्का दो बार खर्च करने की अनुमति दिए बिना।

यह गाइड आज इस्तेमाल हो रहे प्रमुख सहमति तंत्रों, उनमें से हर एक द्वारा अगला ब्लॉक चुनने के वास्तविक तरीके, और हर विकल्प के फायदे-नुकसान को समझाती है।

सहमति वास्तव में किन समस्याओं को हल करती है

दो समस्याएँ विकेंद्रीकृत सहमति को कठिन बनाती हैं।

दोहरे खर्च की समस्या। डिजिटल सिस्टम में मूल्य की कोई इकाई केवल डेटा होती है, और डेटा की नकल की जा सकती है। किसी निर्णायक के बिना कोई व्यक्ति एक ही सिक्का खर्च करने वाले दो परस्पर-विरोधी लेनदेन प्रसारित कर सकता है। Satoshi Nakamoto का Bitcoin श्वेतपत्र लक्ष्य को सीधे शब्दों में रखता है: नेटवर्क को "एक ऐसी व्यवस्था चाहिए जिससे प्रतिभागी लेनदेन प्राप्त होने के क्रम के एकल इतिहास पर सहमत हो सकें," ताकि प्राप्तकर्ता को भरोसा रहे कि पहले किया गया भुगतान बाद के किसी विरोधी भुगतान से पलटा नहीं जाएगा (Bitcoin श्वेतपत्र)।

किसी केंद्रीय पक्ष के बिना सहमति। सामान्य डेटाबेस में एक संचालक का फैसला अंतिम होता है। सार्वजनिक, अनुमति-रहित नेटवर्क में कोई भी नोड चला सकता है, लेनदेन प्रस्तावित कर सकता है और अगला ब्लॉक जोड़ने की कोशिश कर सकता है—उन प्रतिभागियों सहित जो झूठ बोल सकते हैं, लेनदेन सेंसर कर सकते हैं या इतिहास दोबारा लिखने की कोशिश कर सकते हैं। सहमति तंत्र को लेजर पर हमला करना अत्यधिक महँगा बनाना होता है या हमले को किसी अन्य तरीके से हतोत्साहित करना होता है, साथ ही ईमानदार प्रतिभागियों के लिए नेटवर्क चलाना पर्याप्त रूप से किफायती रखना होता है।

नीचे दिया हर तंत्र इस सवाल का अलग जवाब है: "अगला ब्लॉक कौन प्रस्तावित करता है, और हम उस पर भरोसा क्यों करें?" इनकी तुलना में दो आयाम सबसे अधिक मायने रखते हैं: सिबिल प्रतिरोध—एक हमलावर को अनगिनत नकली पहचान बनाकर बाकी सभी से अधिक वोट पाने से क्या रोकता है—और फाइनलिटी—किसी लेनदेन को अपरिवर्तनीय होने में कितना समय लगता है और उसकी अपरिवर्तनीयता कितनी निश्चित होती है।

Proof of Work

Proof of Work (PoW) वह तंत्र है जिसे Bitcoin ने 2009 में पेश किया था और "ब्लॉकचेन" सुनते ही अधिकतर लोग इसी की कल्पना करते हैं। माइनर एक क्रिप्टोग्राफिक पहेली हल करने की प्रतिस्पर्धा करते हैं: वे उम्मीदवार ब्लॉक के डेटा को एक nonce के साथ बार-बार हैश करते हैं, जब तक कि परिणामी हैश लक्ष्य मान से नीचे न आ जाए। Ethereum के अपने डेवलपर दस्तावेज़ इस दौड़ को सीधे शब्दों में बताते हैं—कोई माइनर वैध समाधान दूसरों से पहले खोजने के लिए "किसी डेटासेट को बार-बार...एक गणितीय फंक्शन से गुजारता है" (ethereum.org: Proof of Work)। जो पहले वैध हैश खोजता है, उसे अगला ब्लॉक प्रस्तावित करने और लेनदेन शुल्क के साथ ब्लॉक इनाम पाने का अधिकार मिलता है।

सिबिल प्रतिरोध इस पहेली से आता है: हैश की गणना में वास्तविक बिजली और हार्डवेयर खर्च होते हैं, इसलिए बहुत-सी नकली पहचान बनाने से कोई लाभ नहीं मिलता—केवल वास्तविक कंप्यूटिंग शक्ति मायने रखती है। फाइनलिटी संभाव्य होती है। Bitcoin श्वेतपत्र बताता है कि नोड हमेशा "सबसे लंबी चेन को सही मानकर उसे आगे बढ़ाते हैं" (Bitcoin श्वेतपत्र), और प्राप्तकर्ता किसी लेनदेन के निपट जाने का भरोसा पाने के लिए उसके ऊपर अतिरिक्त ब्लॉक माइन होने की प्रतीक्षा करता है—हर नया ब्लॉक इतिहास को दोबारा लिखना तेजी से अधिक महँगा बनाता है, लेकिन कोई भी एक ब्लॉक तत्काल और गणितीय रूप से अंतिम नहीं होता।

इसके बदले ऊर्जा की भारी कीमत चुकानी पड़ती है। वास्तविक दुनिया की गणना से नेटवर्क सुरक्षित करने का अर्थ वास्तविक बिजली खपत है, इसलिए Bitcoin माइनिंग को प्रति वर्ष टेरावाट-घंटों में मापा जाता है। उदाहरण चेन: Bitcoin, Litecoin, Dogecoin और 2022 से पहले का Ethereum।

Proof of Stake

Proof of Stake (PoS) गणनात्मक कार्य की जगह आर्थिक जमानत रखता है। माइनिंग के बजाय प्रतिभागी नेटवर्क की मूल एसेट को स्टेक करते हैं—यानी उसे लॉक करते हैं—और प्रोटोकॉल छद्म-यादृच्छिक तरीके से हर ब्लॉक प्रस्तावित करने के लिए किसी स्टेकर को चुनता है। Ethereum में वैलिडेटर की भूमिका इसका अच्छा उदाहरण है: कोई वैलिडेटर 32 ETH जमा करके क्लाइंट सॉफ़्टवेयर चलाता है; इसके बाद प्रोटोकॉल "हर स्लॉट में एक वैलिडेटर को ब्लॉक प्रस्तावक के रूप में यादृच्छिक ढंग से चुनता है," जबकि अन्य वैलिडेटरों की एक यादृच्छिक रूप से चुनी गई समिति उस ब्लॉक की वैधता को प्रमाणित करती है (ethereum.org: Proof of Stake)।

सिबिल प्रतिरोध खुद स्टेक से आता है—कई नकली वैलिडेटर बनाने का अर्थ केवल उसी पूँजी को अधिक पहचानों में बाँटना है, जिससे अतिरिक्त प्रभाव नहीं मिलता। विरोधी ब्लॉक प्रस्तावित करने या परस्पर-विरोधी प्रमाण देने जैसे बेईमान व्यवहार को स्लैशिंग से दंडित किया जाता है: प्रोटोकॉल दोषी वैलिडेटर के स्टेक का एक हिस्सा जला देता है (ethereum.org: Proof of Stake)। Ethereum चेकपॉइंट तंत्र (LMD-GHOST फोर्क-चॉइस नियम के साथ Casper FFG) का इस्तेमाल करके एपॉक में ब्लॉक अंतिम करता है। इससे BFT-शैली के एकल-राउंड वोट की जरूरत के बिना शुद्ध PoW की तुलना में अधिक मजबूत फाइनलिटी गारंटी मिलती है।

PoW के मुकाबले मुख्य अंतर ऊर्जा खपत का है: स्टेकिंग में पहेलियाँ हल करने की दौड़ लगाता विशेष हार्डवेयर नहीं चाहिए, इसलिए—ethereum.org के शब्दों में—"Proof of Work की गणनाओं पर बहुत अधिक ऊर्जा खर्च करने की जरूरत नहीं होती" (ethereum.org: Proof of Stake)। इस बचत का पैमाना अच्छी तरह दर्ज है: स्वतंत्र विश्लेषण (CCRI) में पाया गया कि सितंबर 2022 में Ethereum के PoW से PoS में बदलाव—"The Merge"—ने नेटवर्क की वार्षिक बिजली खपत 99.988% से अधिक घटा दी (ethereum.org: ऊर्जा खपत)। उदाहरण चेन: Ethereum, Cardano, Solana (जो Proof of History के साथ आर्थिक सुरक्षा के लिए PoS इस्तेमाल करता है), Polkadot।

Delegated Proof of Stake

Delegated Proof of Stake (DPoS) स्टेकिंग मॉडल को कायम रखते हुए उसमें चुनाव की एक परत जोड़ता है। हर स्टेकर को व्यक्तिगत रूप से ब्लॉक प्रस्तावित करने योग्य बनाने के बजाय, टोकन धारक अपने स्टेक से प्रतिनिधियों (जिन्हें साक्षी या ब्लॉक निर्माता भी कहा जाता है) के एक छोटे समूह को वोट देते हैं और केवल यही निर्वाचित समूह वास्तव में ब्लॉक बनाता है। वोटिंग शक्ति धारित टोकनों के अनुपात में बढ़ती है। इसकी मूल प्रक्रिया इस तरह समझाई जाती है: "हर टोकन धारक की वोटिंग शक्ति उसके पास मौजूद टोकनों की संख्या के अनुपात में होती है," और चुनाव लगातार चलते रहते हैं, इसलिए धारक कभी भी अपने वोट दूसरे को दे सकते हैं या खराब प्रदर्शन करने वाले प्रतिनिधियों को हटा सकते हैं (Binance Academy: Delegated Proof of Stake की व्याख्या)।

सिबिल प्रतिरोध यहाँ भी स्टेक पर आधारित है—वोट खातों की संख्या से नहीं, धारित टोकनों से भारित होते हैं—लेकिन ब्लॉक निर्माण हर स्टेकर के लिए खुला होने के बजाय एक छोटी, निर्वाचित समिति में केंद्रित रहता है। यह केंद्रीकरण ही इसका उद्देश्य है: सक्रिय वैलिडेटर समूह छोटा और पहले से ज्ञात होने के कारण DPoS नेटवर्क "अक्सर तीन सेकंड से भी बहुत कम समय में ब्लॉक बना सकते हैं" (Binance Academy: Delegated Proof of Stake की व्याख्या)। इसके बदले विकेंद्रीकरण कम होता है—अधिकतर DPoS नेटवर्क लगभग "21 से 101 सक्रिय वैलिडेटरों" के साथ चलते हैं। यह खुले PoS नेटवर्कों में आम सैकड़ों या हजारों वैलिडेटरों से बहुत छोटा समूह है, और मतदाताओं की उदासीनता समय के साथ उन्हीं प्रतिनिधियों की स्थिति मजबूत कर सकती है (Binance Academy: Delegated Proof of Stake की व्याख्या)। उदाहरण चेन: EOS, TRON और (संशोधित रूप में) शुरुआती Cosmos SDK एप्लिकेशन चेन में से कई।

BFT-शैली सहमति (Tendermint / CometBFT, PBFT)

Byzantine Fault Tolerant (BFT) सहमति बिल्कुल अलग तरीका अपनाती है: हर ब्लॉक के लिए दौड़ लगाने या एक प्रस्तावक को यादृच्छिक रूप से चुनने के बजाय, वैलिडेटरों का एक ज्ञात समूह स्पष्ट राउंडों में मतदान करता है और किसी ब्लॉक को तभी प्रतिबद्ध करता है जब उसी राउंड में वोटिंग शक्ति का अति-बहुमत—आम तौर पर दो-तिहाई से अधिक—उस पर सहमत हो। CometBFT (Tendermint Core का उत्तराधिकारी और Cosmos SDK के पीछे का सहमति इंजन) अपने काम को "किसी भी नियतात्मक, परिमित स्टेट मशीन के लिए Byzantine Fault Tolerant (BFT) State Machine Replication (SMR)" बताता है (Cosmos दस्तावेज़: CometBFT)—अर्थात यह स्वतंत्र रूप से चलने वाले नोडों के समूह को एक सुसंगत, प्रतिकृत लेजर में बदल देता है, भले ही उनमें से कुछ दोषपूर्ण या दुर्भावनापूर्ण हों।

Tendermint-शैली चेन में सिबिल प्रतिरोध आम तौर पर स्टेकिंग के जरिए ऊपर की परत पर जोड़ा जाता है (PoS की तरह वैलिडेटरों का भार उनके स्टेक से तय होता है), जबकि BFT मतदान प्रोटोकॉल खुद फाइनलिटी देता है: किसी राउंड में जरूरी अति-बहुमत के वैलिडेटर हस्ताक्षर मिलने के बाद ब्लॉक प्रतिबद्ध हो जाता है और PoW ब्लॉक की तरह पुनर्गठन के अधीन नहीं रहता। इससे तेज, व्यावहारिक निपटान मिलता है—Cosmos Network CometBFT-आधारित चेन में एक सेकंड से कम के लेनदेन निपटान को प्रमुखता से बताता है (Cosmos Network)—जबकि PoW मॉडल में पुष्टि के लिए प्रतीक्षा करनी पड़ती है। इसका समझौता यह है कि BFT प्रोटोकॉल को वैलिडेटर समूह का ज्ञात और आकार में सीमित होना जरूरी है (वैलिडेटरों की संख्या के साथ संचार का अतिरिक्त भार बढ़ता है), जिससे सीधे भाग लेने वाले वैलिडेटरों की संख्या सीमित हो जाती है। उदाहरण चेन: Cosmos Hub और अन्य Cosmos SDK चेन (CometBFT), Binance Chain तथा मूल Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) डिज़ाइन पर बने अनुमति-प्राप्त/उद्यम लेजर।

इससे आगे: Proof of History, Proof of Authority, Proof of Space

कुछ अन्य तंत्र इस परिदृश्य को पूरा करते हैं। इनमें से हर एक सिबिल प्रतिरोध के मूल सवाल को बदलने के बजाय किसी अधिक संकीर्ण समस्या को हल करता है।

Proof of History (PoH), जिसे Solana PoS के साथ इस्तेमाल करता है, स्वतंत्र सहमति तंत्र नहीं बल्कि एक क्रिप्टोग्राफिक घड़ी है। यह "पहले बनाई गई अवस्थाओं के डेटा का हैश जोड़कर" बार-बार हैशिंग के जरिए सत्यापन योग्य टाइमस्टैम्प सीधे चेन में डालता है। इससे एक ऐसा क्रम बनता है जो वैलिडेटरों को समय के बारे में आपस में संवाद किए बिना यह साबित करता है कि घटनाओं के बीच कितना समय बीता (Solana: Proof of History)। यह घड़ी सहमति के लिए वैलिडेटरों को सत्यापन योग्य क्रम देती है, लेकिन लेनदेन का समानांतर निष्पादन इससे नहीं होता। समानांतर निष्पादन Sealevel से आता है: Solana के लेनदेन उन सभी खातों की पहले से घोषणा करते हैं जिन्हें वे पढ़ेंगे या लिखेंगे। इससे रनटाइम ऐसे लेनदेनों को एक साथ निष्पादित कर सकता है जिनके खाते आपस में नहीं टकराते—और ऐसे लेनदेनों को भी जो एक ही स्टेट को केवल पढ़ते हैं (Solana: Sealevel)।

Proof of Authority (PoA) खुले माइनिंग या स्टेक-आधारित सत्यापन की जगह अधिकृत हस्ताक्षरकर्ताओं के बंद, अनुमति-प्राप्त समूह से ब्लॉक बनवाता है। PoW की तुलना में इससे ब्लॉक बनाने की संसाधन लागत बहुत घट जाती है; ethereum.org के अनुसार PoA में PoW जैसी अत्यधिक संसाधनों की माँग करने वाली माइनिंग की जरूरत नहीं होती (ethereum.org: Proof of Authority)। फिर भी यह नेटवर्क चलाने या उसकी सुरक्षा की लागत समाप्त नहीं करता। सुरक्षा और शासन का भार भरोसेमंद वैलिडेटरों की पहचान, उनकी प्रतिष्ठा और हस्ताक्षरकर्ताओं को शामिल करने के नियमों पर आ जाता है: PoA में ज्ञात हस्ताक्षरकर्ताओं पर भरोसा करना पड़ता है, जिनकी पहचान अक्सर KYC या पहचाने जाने योग्य संगठनों के जरिए स्थापित होती है (ethereum.org: भरोसेमंद हस्ताक्षरकर्ता)। ethereum.org जिस क्रियान्वयन का वर्णन करता है, उसमें हस्ताक्षरकर्ता दूसरे हस्ताक्षरकर्ताओं को समूह में जोड़ने या हटाने के लिए वोट भी देते हैं (ethereum.org: हस्ताक्षरकर्ता की स्वीकृति)। इसमें गति और कम परिचालन लागत के लिए विकेंद्रीकरण से समझौता किया जाता है। इसलिए इसका इस्तेमाल सार्वजनिक, प्रतिकूल वातावरण वाली चेन के बजाय अधिकतर निजी चेन, टेस्टनेट और स्थानीय विकास नेटवर्क में होता है।

Proof of Space (और इसका संबंधित रूप, proof of space-time) कंप्यूटिंग शक्ति या स्टेक के स्थान पर आवंटित डिस्क स्टोरेज का उपयोग करता है: प्रतिभागी साबित करते हैं कि उन्होंने हार्ड ड्राइव का खाली स्थान अलग रखा है, और प्रोटोकॉल समय-समय पर उनसे यह प्रमाण देने को कहता है कि वह स्थान अब भी उनके पास है। यह बहुत कम ऊर्जा खपत के साथ PoW-जैसा सिबिल प्रतिरोध देता है, लेकिन इसके लिए बड़ी मात्रा में स्टोरेज हार्डवेयर चाहिए। Chia इसका सबसे प्रसिद्ध उदाहरण है।

तंत्रों की तुलना

इसका टोकनाइज़्ड डोमेन से संबंध

सहमति तंत्र हर टोकनाइज़्ड डोमेन की अदृश्य नींव होते हैं। किसी .com, .ai या .io डोमेन को NFT के रूप में मिंट किए जाने पर चेन की सहमति ऑन-चेन स्वामित्व रिकॉर्ड और वहां दर्ज किसी भी टोकन हस्तांतरण या बिक्री निपटान को सुरक्षित करती है। यह उस मूल DNS डोमेन का नवीनीकरण करने या उसका पंजीकरण वैध बनाए रखने वाली रजिस्ट्रार और रजिस्ट्री प्रक्रियाओं की जगह नहीं लेती। Ethereum पर मिंट किया गया डोमेन NFT Ethereum PoS की चेकपॉइंट-आधारित फाइनलिटी गारंटी प्राप्त करता है; PoW चेन पर वही एसेट उस चेन के संभाव्य पुष्टि मॉडल के अधीन होता है। लेनदेन शुल्क और उपयोगकर्ताओं को व्यवहार में निपटान पूरा होने तक लगने वाला समय, निष्पादन क्षमता, नेटवर्क की मांग और L1 या L2 के उपयोग पर भी निर्भर करते हैं—वे केवल PoW बनाम PoS से तय नहीं होते। किसी भी ऑन-चेन एसेट, टोकनाइज़्ड डोमेन सहित, का मूल्यांकन करते समय यह समझना जरूरी है कि किसी चेन के नीचे कौन-सा तंत्र काम करता है, वह वास्तव में किस चीज़ को सुरक्षित करता है, और उसकी सिबिल-प्रतिरोध तथा फाइनलिटी गारंटी का वास्तविक अर्थ क्या है।

स्रोत और आगे पढ़ने के लिए

• Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System (Nakamoto श्वेतपत्र)
• ethereum.org — Proof of Work
• ethereum.org — Proof of Stake
• ethereum.org — Proof of Authority
• ethereum.org — ऊर्जा खपत
• Cosmos दस्तावेज़ — CometBFT
• Cosmos Network
• Binance Academy — Delegated Proof of Stake की व्याख्या
• Solana — Proof of History
• Solana — Sealevel: हज़ारों स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट का समानांतर प्रोसेसिंग