Jenis-jenis Algoritma Konsensus

Algoritma konsensus adalah prosedur yang digunakan dalam ilmu komputer di mana para peserta dari sebuah jaringan terdistribusi sepakat tentang kondisi jaringan atau kondisi satu nilai data, serta membangun kepercayaan di antara rekan-rekan yang belum dikenal di jaringan.

Algoritma konsensus dirancang agar anggota sebuah blockchain mencapai kesepakatan untuk memvalidasi sebuah transaksi di jaringan, mengubah parameter jaringan, menentukan node mana yang tepercaya untuk memproses blok-blok baru, dan fungsi penting lainnya.

Jangan biarkan sifat teknis dari artikel ini membuatmu lengah—“konsensus” ada di sekitar kita di mana-mana—ini adalah gagasan yang sangat manusiawi, tetapi diterapkan pada sesuatu yang bisa diautomasi.

**Sebagai permulaan, pada sistem tersentralisasi, tugas-tugas konsensus dijalankan oleh otoritas pusat. **

Dalam sistem terdesentralisasi seperti Bitcoin, kita memiliki jaringan yang terdiri dari ratusan, ribuan, dan bahkan ratusan ribu penambang atau node yang bergabung untuk menjalankan satu atau beberapa tugas dan menyediakan ekosistem yang andal serta efisien.

Dengan memikirkan konsensus terdesentralisasi menggunakan contoh ini, misalkan kamu berada di sebuah kelompok yang terdiri dari empat teman, dan salah satu anggota, Alex, memperkenalkan seseorang kelima, Bob. Ketika Bob pergi, kemungkinan besar, kelompok itu akan mulai membicarakan Bob (ini adalah protokol) untuk melihat apakah mereka menyukainya (hasilnya akan menjadi “konsensus”)

José: “Bob tampaknya orang yang keren.”

Kevin: “Iya, orangnya keren. Kalian ketemu darimana?”

Alex: “Dia ada di salah satu kelas finans saya dulu pas kuliah; kami saling berbagi tips trading crypto, dan ternyata dia orangnya cukup lucu.”

Kevin: “Bagus sih, tapi meme-meme dia tuh aneh banget.”

John: “Kamu cuma nggak paham budaya meme.”

José: “Iya, kamu nggak ngabisin banyak waktu buat scrolling di TikTok—menurutku itu cukup lucu.”

Dalam contoh ini, sebuah “konsensus” tercapai tentang apakah Bob berintegrasi dengan baik ke dalam kelompok pertemanan. Sering kali ada konsensus pendapat yang diperlukan meskipun tanpa komitmen atau kontrak spesifik yang dibuat. Seorang peserta, Kevin, ragu untuk menerima Bob ke dalam kelompok, tetapi José, Alex, dan John menerima Bob.

Dalam kasus ini, jika kita mengubah contoh di atas menjadi algoritma konsensus: maka hasilnya 3 “dia keren” dan 1 “dia keren tapi aku ragu tentang XYZ” tetap menghasilkan “dia keren.” Suara mayoritas menang, jadi Bob akan bisa ikut nongkrong dengan anak-anak yang keren meskipun pendapat Kevin.

Bitcoin, misalnya, dibangun untuk menemukan konsensus apakah transaksi baru valid (“keren”) atau tidak.

Di sini kita akan meninjau jenis-jenis algoritma konsensus blockchain yang paling populer—dan yang tidak terlalu populer—di berbagai jaringan publik dan privat.

Apa itu Proof of Work?

**Proof of Work (PoW) adalah algoritma konsensus yang paling populer dan paling tua yang muncul bersama penciptaan Bitcoin pada 2009 oleh Satoshi Nakamoto. **Sistem PoW terdiri dari jaringan global penambang—disebut node jaringan—yang bersaing untuk memecahkan teka-teki matematis. Penambang yang berhasil memecahkan teka-teki tersebut memenangkan hak untuk menambahkan blok baru ke blockchain dan menerima hadiah yang dibayarkan dalam mata uang kripto yang baru diciptakan.

Proof of work pada dasarnya adalah cara seorang penambang menunjukkan bukti bahwa mereka telah menyediakan daya komputasi untuk mencapai konsensus jaringan dan memvalidasi keaslian setiap blok. Selanjutnya, setiap blok (transaksi) diatur dalam urutan berurutan, sehingga menghilangkan risiko double spending.

Sejauh ini, PoW adalah mekanisme konsensus paling aman untuk blockchain kripto. Mengubah jaringan akan mengharuskan penyerang melakukan re-mine semua blok yang sudah ada dalam rantai tersebut. Semakin besar blockchain bertumbuh, semakin sulit untuk memonopoli daya komputasi jaringan karena hal itu akan membutuhkan konsumsi energi yang sangat besar dan peralatan yang mahal.

Setelah seorang penambang memecahkan teka-teki, ia menemukan nonce (singkatan dari number used once) yang menghasilkan hash dengan nilai lebih rendah atau sama dengan yang ditetapkan oleh tingkat kesulitan jaringan.

Nonce adalah bagian penting dari sistem PoW karena akan memungkinkan penambang membuat header blok yang di-hash dengan fungsi hash SHA-256, yang berarti memasukkan angka referensi untuk sebuah blok dalam sebuah rantai. Header blok tersebut juga berisi timestamp dan hash dari blok sebelumnya.

Kontra dari PoW

Penambang perlu menyediakan daya komputasi yang cukup besar untuk memecahkan teka-teki. Namun karena komputasinya rumit, jumlah energi yang dikonsumsi satu S9 Antminer biasanya antara 1400 – 1500 watt per jam untuk hashrate 14.5 TH/s. S19, versi yang lebih bertenaga, mengonsumsi 3250 watt per jam pada hashrate 110 TH/s.

Dengan sedikit perhitungan, kita bisa menghitung jumlah energi yang dikonsumsi pusat data atau perusahaan penambang dengan ratusan atau ribuan rig penambangan dalam satu lokasi setiap hari. Konsumsi energi yang tinggi dan kerusakan lingkungan adalah kritik utama yang ditujukan pada proof of work.

Untuk memberi gambaran, Sebelum Ethereum beralih ke Proof of Stake, para penambang Ethereum di seluruh dunia mengonsumsi sekitar 10 TWh/yr, sama seperti Republik Ceko.

Suara keras tersebut juga merusak tingkat pendengaran manusia—di atas 80 dBa. Inilah mengapa rig penambangan biasanya disimpan di ruang bawah tanah atau fasilitas penambangan untuk menghindari mengganggu aktivitas sehari-hari.

Apa itu Proof of Stake?

Proof of Stake (PoS) adalah algoritma konsensus paling populer kedua. Alih-alih penambang, blockchain PoS memiliki validator jaringan yang menggunakan koin/token mereka sebagai bukti komitmen mereka terhadap jaringan, bukan sebagai daya komputasi.

Staking berarti “mengunci” aset kripto untuk periode waktu tertentu di sebuah platform blockchain, yang sebagai gantinya memberi imbalan kepada pengguna dengan lebih banyak mata uang kripto.

PoW vs. PoS: Perbedaan Utama

Pada PoS, pengguna bisa melakukan staking sebagian dari aset mereka semata-mata untuk menghasilkan pendapatan pasif. Opsi lainnya adalah menjadi validator. Berbeda dengan sistem PoW, validator tidak bersaing untuk membuat blok baru karena mereka dipilih secara acak oleh sebuah algoritma. Semakin banyak koin/token yang di-stake pengguna, semakin besar peluang mereka menjadi validator dan membuat blok-blok baru di blockchain.

Pada sistem PoW, waktu untuk menghasilkan blok-blok baru ditentukan oleh tingkat kesulitan penambangan; semakin banyak peserta bergabung ke jaringan, semakin besar hashpower, yaitu daya komputasi yang dibutuhkan untuk menambang blok-blok baru. Sebaliknya, blockchain PoS memiliki waktu pembuatan blok yang tetap yang dibagi menjadi slot—waktu yang dibutuhkan untuk membuat sebuah blok—dan epoch, yaitu unit waktu yang terdiri dari slot.

Untuk menjelaskannya dengan lebih baik, satu slot di Ethereum terdiri dari 12 detik, yaitu jumlah waktu yang dibutuhkan jaringan untuk membuat sebuah blok, dan 32 slot membentuk satu epoch. Oleh karena itu, satu epoch adalah 6,4 menit. Setiap slot dalam blockchain PoS memiliki jumlah validator yang telah ditentukan sebelumnya yang memberikan suara tentang validitas blok yang diusulkan. Jika blok valid, blok itu ditambahkan ke rantai, dan proposer blok serta para attestor menerima imbalan dalam ETH.

Blockchain PoS menghukum pelaku berbahaya yang menyerang jaringan dengan serangan gaya 51%, yang disebut slashing, di mana validator yang jujur mengeluarkan validator berbahaya dari jaringan dan menguras saldo mereka. Ini membuat pelaku berbahaya enggan menyerang jaringan karena jumlah dana yang di-stake yang diperlukan cukup tinggi. Pada kasus Ethereum, 32 ETH.

Kelebihan PoS:

• Lebih hemat energi dibandingkan PoW
• Lebih cocok untuk bekerja dengan solusi layer-2 dibandingkan PoW
• Mampu mencapai throughput yang lebih tinggi karena konsensus dibentuk sebelum blok dialihkan.
• Lebih murah daripada blockchain PoW karena tidak membutuhkan hardware kelas atas untuk membuat blok-blok baru.

Kekurangan PoS

• Sistem PoS masih dapat dipengaruhi oleh sentralisasi jika validator dengan jumlah token yang di-stake besar dapat memengaruhi jaringan.
• Kurang terbukti dari sisi keamanan dibandingkan blockchain PoW.

Apa itu Proof of History?

**Proof of History (PoH) adalah algoritma konsensus yang diperkenalkan oleh blockchain Solana dan terdiri dari menempatkan timestamp pada semua peristiwa di jaringan untuk membuktikan bahwa peristiwa tersebut terjadi pada waktu tertentu. **PoH dapat digambarkan sebagai jam kriptografis yang mengonfirmasi transaksi dalam urutan berurutan.

Solana menggabungkan pendekatan PoH-nya dengan PoS. Oleh karena itu, peserta jaringan harus melakukan staking SOL untuk menjadi validator dan memproses blok-blok baru, dan mekanisme PoH memverifikasi validitas transaksi-transaksi tersebut yang terjadi secara real-time. Dengan kata lain, PoH menjaga keamanan, sementara PoS menghadirkan jaringan validator yang dapat memverifikasi timestamp dan mengonfirmasi transaksi.

Namun, Solana mengorbankan desentralisasi untuk menyediakan throughput transaksi yang sangat cepat. Blockchain bergantung pada arsitektur semi-terdesentralisasi di mana satu node dipilih sebagai leader yang bertanggung jawab untuk menerapkan satu sumber waktu, yaitu jam PoH, dan semua node lainnya harus mengikuti urutan waktu sebagaimana mestinya. Para leader dipilih secara berkala melalui pemilihan PoS.

Meskipun Solana adalah salah satu blockchain tercepat di industri, blockchain ini secara rutin mengalami downtime. Sejak peluncurannya pada 2020, jaringan telah mengalami sekitar sepuluh downtime, lima di antaranya terjadi pada 2022. Alasan utama gangguan ini adalah “node yang salah konfigurasi”.

Apa itu Delegated Proof of Stake?

Delegated Proof of Stake** (DPoS) adalah variasi dari konsep PoS di mana komunitas memainkan peran yang terpusat.**

Pada blockchain DPoS, anggota komunitas melakukan staking mata uang kripto mereka untuk memilih saksi atau delegat berikutnya untuk produksi blok. Untuk melakukannya, pengguna harus mengumpulkan token mereka ke dalam staking pool blockchain dan kemudian menghubungkan dana tersebut ke delegat tertentu.

DPoS dikembangkan oleh mantan CTO EOS Dan Larimer, yang menerapkan algoritmanya di BitShares pada 2015. Larimer dan pendukung DPoS lainnya mengatakan bahwa DPoS memperluas ruang lingkup demokratis karena komunitaslah yang memilih validator berikutnya. Saat ini, blockchain seperti TRON dan Cardano menggunakan DPoS.

Namun, kritik terhadap DPoS adalah metodologinya menguntungkan pengguna yang kaya. Mereka yang memiliki jumlah token besar dapat memiliki pengaruh yang lebih besar di jaringan. Vitalik Buterin adalah salah satu pengkritik awal DPoS, yang mengklaim dalam sebuah posting blog bahwa algoritma konsensus ini memberi insentif kepada saksi untuk membentuk kartel dan menyuap pemilih demi dukungan.

Apa itu Proof of Authority?

**Proof of Authority (PoA) adalah algoritma konsensus di mana hanya anggota yang diberi izin yang dapat berinteraksi dengan blockchain, melakukan transaksi, membuat atau mengusulkan perubahan parameter jaringan, meninjau riwayat transaksi, dll. **

Istilah ini diciptakan oleh Gavin Wood, seorang developer blockchain yang ikut mendirikan Ethereum, Polkadot, dan Kusama Network.

Pada blockchain PoA, **semuanya tentang reputasi—peserta jaringan melakukan staking identitas mereka, bukan koin. **Mereka menyediakan tingkat skalabilitas dan throughput yang lebih tinggi karena hanya bergantung pada jumlah validator yang terbatas. Kita mungkin menganggap ini sebagai model yang sangat tersentralisasi, tetapi blockchain PoA biasanya bersifat privat dan lebih cocok untuk perusahaan serta organisasi yang menggunakan teknologi blockchain untuk meningkatkan bisnis dan sistem operasional.

Apa itu Proof of Elapsed Time?

Proof of Elapsed Time (PoET) adalah algoritma konsensus lain yang bekerja paling baik dengan blockchain privat.

Algoritma PoET pertama kali diperkenalkan oleh pengembang perangkat lunak Intel dan diimplementasikan ke Hyperledger Sawtooth, yang ditujukan untuk blockchain privat dan institusi.

Algoritma ini mungkin tidak sepopuler blockchain lain karena tidak didefinisikan dengan memadai. Tetapi idenya adalah menghadirkan mesin siap pakai bergaya Nakamoto yang memungkinkan blockchain privat memilih produser blok berikutnya. Dan bagaimana mereka berbeda? Nah, algoritma ini menghasilkan “waktu tunggu acak” untuk setiap node jaringan, dan selama waktu itu node harus “sleep.” Node dengan periode tunggu paling singkat akan bangun lebih dulu dan memenangkan hak untuk memproduksi sebuah blok di rantai tersebut.

Jadi, perbedaan utamanya adalah penambang di PoET tidak menjalankan operasi 24/7 dan mengonsumsi lebih sedikit energi. Lebih lanjut, pada jaringan PoW, penambang bersaing untuk meng-hash header blok berikutnya, sedangkan pada PoET itu lebih merupakan sistem pemilihan acak.

FAQ Algoritma Konsensus:

Akankah Ethereum menjadi lebih cepat sekarang setelah beralih ke PoS?

Salah satu kesalahpahaman yang umum adalah bahwa Ethereum akan otomatis melakukan penskalaan setelah menjadi blockchain berbasis PoS. Namun, transisi ini dilakukan untuk meningkatkan Ethereum dengan:

• Menurunkan konsumsi energi
• Menurunkan hambatan masuk dengan menghilangkan kebutuhan akan perangkat keras
• Memungkinkan penalti ekonomi untuk perilaku buruk node
• Memperkenalkan model baru untuk emisi token
• Dan infrastruktur yang lebih baik untuk bekerja dengan solusi Ethereum Layer-2.

**Apa itu blockchain permissionless dan permissioned?: **

Blockchain permissionless merujuk pada blockchain publik di mana siapa pun dapat melakukan transaksi, meninjau riwayat transaksi, melakukan staking koin, menjadi validator, dll. Sebaliknya, pada blockchain permissioned (privat), hanya anggota yang memiliki izin yang dapat mengakses jaringan untuk melakukan transaksi, berinteraksi dengan node jaringan, melacak aktivitas on-chain, dll.

Apakah PoW adalah algoritma konsensus paling aman? PoW memiliki bagian kekurangannya masing-masing, tetapi sejauh ini, ia adalah cara yang paling terbukti dan tepercaya untuk menjaga konsensus dan keamanan sebuah jaringan dalam sebuah blockchain.

Pemikiran Penutup: algoritma konsensus dijelaskan

Blockchain adalah teknologi yang mampu menyelesaikan banyak tantangan dan masalah yang menyakitkan dalam berbagai industri, tidak hanya perbankan dan keuangan. Namun, blockchain juga memiliki bagian kekurangannya sendiri. Oleh karena itu, para pengembang telah membuat berbagai jenis dan versi algoritma konsensus untuk mengatasi masalah umum, seperti sentralisasi, kurangnya skalabilitas, dan throughput yang rendah.

Namun, membahas masa depan algoritma blockchain itu sulit karena satu tantangan: Blockchain Trilemma. Pertama kali dijelaskan oleh Vitalik Buterin, ia menyatakan bahwa jaringan blockchain tidak mampu menyediakan dua dari tiga manfaat: desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Ada beberapa platform blockchain, seperti Fantom dan Solana, yang telah menerapkan versi hibrida algoritma konsensus mereka sendiri dalam upaya menyelesaikan blockchain trilemma, tetapi tidak ada yang benar-benar berhasil sejauh ini.

Pendekatan teknis lainnya telah dilakukan untuk meningkatkan properti blockchain, dan salah satu yang paling populer adalah layer-2s, yaitu chain yang terhubung ke layer-1, misalnya Arbitrum dengan Ethereum, serta sharding, yang membagi seluruh blockchain menjadi banyak jaringan yang lebih kecil. Buterin menilai sharding sebagai pendekatan terbaik untuk menyediakan tiga properti dari sebuah blockchain yang sempurna.