Hvis en offentlig blokkering skal lykkes - om det er bruk for valutaer, smarte kontrakter eller noe helt annet - trenger det en konsensusalgoritme som kan skaleres.

Mens løpet går på å utvikle et system som kan gjøre nettopp det, kunne et nylig design av en fremtredende lærer markere en fremgang i denne langvarige søken. At design kalles algorand, og skaperen er MIT professor Silvio Micali.

En kryptograf og datatekor, Micali er kjent for sitt arbeid i pseudo-tilfeldige tall og nullkunnskapsbevis (grunnlaget for zk-SNARKS som driver det anonyme blokkskjermprosjektet zcash). Han er også medvinneren av Turing-prisen (også kjent som "Nobelprisen" for databehandling).

Men mens Micali har imponerende legitimasjon, har teknologien sitt store løfte. Algorand er en variant av proof-of-stake som bruker kryptering for å tilfeldig velge de involverte aktørene i å legge til neste blokk (eller sett med transaksjoner) til blockchain.

Hvis algorand er vellykket, mener Micali at systemet hans enkelt kan håndtere millioner av noder - presenterer en løsning på en av de største problemene i blokkkjeden i dag.

Selvvalgende lotteri

I bitcoin løper gruvearbeidere å løse et kryptografisk puslespill. Vinneren foreslår neste blokk og tjener en blokkbelønning.

Men bitcoins arbeidsbevis resulterer i utgifter til en ublu mengde energi. Noen sier at det også har ført til en sentralisering av bitcoins behandling, noe som betyr at bare noen få store enheter kan kreve nye bitcoins.

I et forsøk på å demokratisere denne distribusjonen bruker algorand hva Micali kaller "kryptografisk sortering" for å velge spillere for å opprette og verifisere blokker.

Mens de fleste systemer for bevissthet er avhengig av en hvilken som helst tilfeldighet, er algorand annerledes ved at du selv velger ved å kjøre lotteriet på din egen datamaskin. Lotteriet er basert på informasjon i forrige blokk, mens utvelgelsen er automatisk (involverer ingen meldingsutveksling) og helt tilfeldig.

Micali lånte ideen fra det gamle Athen, hvor politiske tjenestemenn ble valgt tilfeldig i en prosess kjent som «sortering». (Det var egentlig en måte å sette alles navn til en stor hatt og trekke ut noen få navn.)

Ved å bruke kryptografisk sortering, er teorien at algorand kan skalere etter behov. Andre fordeler er sikkerhet og fart. "Systemet må være raskt, sier Micali." Jeg vil ikke ha noe bevis for arbeid, og jeg vil ikke ha overdreven kommunikasjon. "

En rettferdig og demokratisk system

Fordi algorands beregningskrav er trivielle, kan alle kjøre systemet på sin bærbare i bakgrunnen. Og mens bitcoin har klasser av brukere ("forbrukere" som handler og "gruvearbeidere" som søker etter blokker), gjør algorand ingen slik forskjell.

Visjonen er at alle brukere vil ha samme tilgang til nettverket.

I likhet med andre proof-of-stake-systemer, er sjansen for å bli valgt for en belønning basert på antall mynter (algos) du eier eller på annen måte satt til side. Jo flere algos du har, desto bedre sjanse har du for å bli plukket.

Når du vet at du er valgt som en foresøker, lager du en blokk og formidler den til nettverket sammen med et hash-bevis (et tilfeldig tall som enkelt bekreftes av en digital signatur), og sier i hovedsak: "Her er min blokk, og her er det bevis på at jeg vant lotteriet. "

Forslagsstilleren med den minste iske-beviset (igjen, tilfeldig) er den som presenterer neste kandidatblokk.

Det neste trinnet i algorandprosessen er å verifisere at kandidatblokken og - i tilfelle en blokkoppgiver har foreslått to eller flere blokker - forsikre at det ikke er noen gaffel i kjeden.

Og for det, blir Micali til en tiår gammel protokoll.

Farvel til gafler

Et biprodukt av Nakamoto-konsensus er muligheten for nettverksgaffel, en prosess som skjer når som helst to gruvearbeidere løser nettverkspuslespillet på nesten samme tid.

Som et resultat venter brukerne vanligvis 30 minutter (tre kvartaler nedover veien) for å være rimelig sikker på at en transaksjon har gått gjennom.

"Og nå må du håndtere en gaffel, og det skaper litt angst, psykologisk og ellers, fordi en blokk ikke er endelig, og folk trenger finalen," sa Micali.

Måten algorand håndterer den tvetydigheten er å nå konsensus om en blokk med en ubetydelig sannsynlighet for gafler. Systemet gjør dette ved å benytte en modifisert versjon av den byzantinske konsensusalgoritmen.

Utformet i 1980-tallet, gir bysantinsk avtale en måte å nå konsensus i et distribuert system der ingen av noderne kan stole på. I et slikt design kan systemet tolerere opptil en tredjedel av spillerne som arbeider mot systemet.

Bysantinsk avtale har to egenskaper: Hvis alle spillerne starter med samme verdi, er de enige om den verdien. Og hvis spillerne starter med forskjellige verdier, vil alle ærlige spillere (de som følger protokollen) være enige om en verdi. På blockchain er disse verdiene kandidatblokkene og spillerne er verifikatorer.

Et problem med tradisjonell bysantinsk avtale er imidlertid at det krever mange runder med intens kommunikasjon mellom alle spillere, noe som gjør det vanskelig å skalere systemet.

"Jeg kan ikke kjøre bysantinsk avtale med 1 million brukere eller 10 millioner brukere, eller hvis et vellykket system, 100 millioner brukere. Det er for mye," sa Micali.

For å rette opp det utviklet han en modifisert versjon med bare ni forventede trinn.

Spillerens erstatningsevne

I algorand driver en liten delmengde av spillere bysantinsk konsensus på vegne av hele systemet. Det gjør at protokollen kan kjøres med høyere hastigheter, og etterhånden som flere spillere blir erstattet i hvert trinn, er ideen det gjør systemet sikkert i et motstridende miljø.

Micali's byzantinske avtale virker som følger: Myntholdere selvvalg for å være verifikatorer i første runde.Disse verifikatorene sender ut sine meldinger sammen med deres legitimasjon til nettverket.

Nå som de har åpenbart seg, kan en ressursfull motstander lett ødelegge dem. Men det spiller ingen rolle, for når meldingen er ute av flasken, er det ingen måte å sette den tilbake.

"Motstanderen kan ikke lenger gjøre dette enn regjeringen kan legge igjen en melding i Wikileaks i flasken. De kan arrestere ham og sette ham i fengsel, men denne meldingen er nå forplantet på nettverket, sier Micali.

Og så, selv om en motstander lykkes i å ødelegge verifikatorene, er det for sent. Et nytt sett med spillere har allerede valgt selv for neste kommunikasjonsrunde, og prosessen fortsetter i åtte runder til en felles avtale er nådd.

Når enighet er nådd, og blokken er sertifisert av signaturene til et tilstrekkelig antall spillere i det siste trinnet med bysantinsk avtale, blir denne blokken sladret gjennom nettverket slik at alle brukere i systemet kan legge det til blockchain .

Siden den eneste virkelige latens i systemet er basert på å forplante den blokken gjennom nettverket, har Micali satt sin blokkstørrelse på 1 MB. Når nettverk blir raskere, er det mulig å øke blokkstørrelsen uten noen sikkerhetsrisiko, hevder han.

Ny verdensorden?

Når det er sagt, tror Micali ikke at algorand vil erstatte bitcoin. Han føler at forskjellige systemer kan eksistere samtidig.

Selv byttehandel eksisterer fortsatt i dag, så det er ingen grunn til å tro at bitcoin ikke vil eksistere i fremtiden, argumenterer han. Men han føler seg sterkt at det er unødvendig å bruke energiavfall.

"Folk gjør analogi at når du graver for gull, slipper du også energi. Det faktum at gull ble slettet på den måten med mye avfall, betyr ikke at vi skulle ødelegge planeten fordi våre forfedre gjorde det," sa.

Han gjør også poenget at algorand er ment å tjene som en konsensusprotokoll for alle typer blokkeringssystemer, ikke bare kryptokurver.

På samme måte som navnet, eksisterer algorand som en teoretisk protokoll.

For nå, sier Micali at han slår ut tekniske problemer i håp om at de en dag snart kan bli testet.

Bilde via Amy Castor for CoinDesk