Mekanisme Kriptografi Proof-of-Stake

Bukti Kerja (PoW) mengamankan rantai blok melalui pengeluaran komputasi: penambang berlomba menemukan nilai hash di bawah target, dan pemenangnya menambahkan blok berikutnya. Hal ini menghabiskan listrik sebanding dengan keamanan jaringan. Bukti Kepemilikan (PoS) menggantikan komputasi dengan kepemilikan ekonomi—validator mengunci mata uang kripto sebagai jaminan, dan protokol memilih pengusul blok secara proporsional berdasarkan kepemilikan mereka. Peralihan Ethereum dari PoW ke PoS (The Merge, September 2022) mengurangi konsumsi energi lebih dari 99,9%.

Dalam PoS Ethereum (konsensus Gasper), validator mempertaruhkan 32 ETH dengan mengirim transaksi setoran ke kontrak cerdas pada lapisan eksekusi. Setoran ini mencakup kunci publik BLS (identitas validator), kredensial penarikan, dan tanda tangan yang membuktikan kepemilikan kunci. Kontrak setoran memancarkan peristiwa log; lapisan konsensus membaca log ini dan mengantrekan validator untuk aktivasi setelah jeda (sekitar 12–24 jam dalam kondisi normal). Jaminan 32 ETH dikunci sampai penarikan diaktifkan.

Validator Ethereum menggunakan dua pasangan kunci: kunci penandatanganan BLS12-381 untuk tugas konsensus (atestasi, pengusulan blok, komite sinkronisasi) dan kunci penarikan terpisah untuk memindahkan dana. Tanda tangan BLS (Boneh-Lynn-Shacham) pada kurva BN-254 atau BLS12-381 mendukung agregasi efisien: ratusan ribu tanda tangan validator dapat digabungkan menjadi satu tanda tangan berukuran 96 bita. Agregasi ini penting untuk skalabilitas—tanpanya, setiap slot akan memerlukan data tanda tangan berukuran gigabita.

Linimasa konsensus Ethereum dibagi menjadi slot (masing-masing 12 detik) dan epok (32 slot = 6,4 menit). Dalam setiap slot, satu validator dipilih secara acak semu sebagai pengusul blok. Semua validator aktif dibagi menjadi beberapa komite (biasanya masing-masing 512 validator) yang memberikan atestasi terhadap kepala rantai. Penugasan komite berganti setiap epok menggunakan algoritma pengocokan berbasis RANDAO (Fisher-Yates dengan RANDAO sebagai sumber entropi) untuk mencegah manipulasi komposisi komite.

Pemilihan validator dalam PoS memerlukan keacakan yang tidak dapat diprediksi maupun dimanipulasi. Ethereum menggunakan RANDAO, yaitu skema komitmen-pengungkapan yang terintegrasi dalam protokol. Setiap pengusul blok harus menyertakan tanda tangan BLS atas nomor epok saat ini—tanda tangan ini menyumbangkan entropi baru dengan melakukan XOR ke nilai RANDAO yang terakumulasi. Keluaran RANDAO digunakan untuk memilih pengusul slot berikutnya dan mengocok komite. Penyerang yang mengendalikan pengungkap terakhir dalam suatu epok dapat sedikit membiaskan RANDAO dengan menahan bloknya, tetapi hanya dengan mengorbankan imbalan bloknya.

Keamanan PoS bergantung pada perilaku jujur para validator. Pemotongan jaminan menghukum dua perilaku buruk tertentu: penandatanganan ganda (menandatangani dua blok berbeda untuk slot yang sama) dan pemungutan suara yang saling mengurung (memberikan atestasi yang bertentangan). Bukti pelanggaran pemotongan diserahkan secara on-chain sebagai transaksi yang berisi dua pesan bertanda tangan dengan isi yang bertentangan, tetapi menggunakan kunci validator yang sama. Validator yang melanggar kehilangan sebagian dari kepemilikannya (minimal 1/32, dan berpotensi seluruh kepemilikan jika banyak validator dipotong secara bersamaan) serta dikeluarkan secara paksa.

Mekanisme finalitas Ethereum adalah Casper the Friendly Finality Gadget (FFG), yang dibangun di atas aturan pemilihan cabang LMD-GHOST. Pada setiap epok, validator memberikan suara titik pemeriksaan (sumber, target), dengan sumber sebagai titik pemeriksaan terakhir yang mendapat justifikasi dan target sebagai blok batas epok saat ini. Suatu titik pemeriksaan mendapat justifikasi ketika 2/3 dana yang dipertaruhkan memberikan atestasi untuknya; titik pemeriksaan yang mendapat justifikasi menjadi final ketika titik pemeriksaan berikutnya juga mendapat justifikasi. Setelah final, sebuah blok tidak dapat dibatalkan tanpa membakar setidaknya 1/3 dari seluruh ETH yang dipertaruhkan—sehingga pembatalannya menimbulkan kerugian ekonomi yang sangat besar.

Di antara titik pemeriksaan yang sudah final, validator harus menyepakati kepala rantai kanonis. Ethereum menggunakan LMD-GHOST (SubTree Terberat yang Diamati Secara Rakus, Digerakkan oleh Pesan Terbaru). Atetasi terbaru setiap validator dihitung sebagai suara; algoritme pemilihan cabang mengikuti cabang dengan bobot dana terakumulasi terbesar di setiap titik percabangan, dengan hanya menghitung pesan terbaru dari setiap validator. Kombinasi LMD-GHOST (kelangsungan) dan Casper FFG (finalitas) membentuk Gasper—protokol konsensus lengkap Ethereum.

Kunci validator Ethereum menggunakan pemisahan kriptografis yang disengaja. Kunci penandatanganan BLS bersifat panas (digunakan di setiap slot untuk atestasi) sehingga risikonya lebih tinggi. Kredensial penarikan adalah hash dari kunci terpisah (atau alamat eksekusi Ethereum setelah EIP-4895). Pemisahan ini berarti kunci penandatanganan yang disusupi tidak dapat mencuri ETH yang dipertaruhkan—penyerang hanya dapat dikenai pemotongan dana dan kehilangan dana validator. Hanya kunci penarikan yang dapat memulai pemindahan dana, dan kunci tersebut dapat disimpan secara dingin di perangkat keras.

Teknologi Validator Terdistribusi (DVT) mengatasi risiko titik kegagalan tunggal dalam mempertaruhkan dana secara mandiri. Dengan menggunakan tanda tangan ambang BLS, satu kunci validator dibagi di antara beberapa operator (misalnya, 3-dari-5). Pengusulan blok atau atestasi memerlukan kesepakatan ambang sebelum tanda tangan BLS gabungan dibuat. Tidak ada satu operator pun yang memegang kunci lengkap. Proyek seperti Obol Network dan SSV Network menerapkan DVT, meningkatkan toleransi kesalahan dan memungkinkan institusi mempertaruhkan dana tanpa menyimpan kunci secara terpusat.

Rantai Bukti Kepemilikan yang berbeda menerapkan mekanisme kriptografis dengan cara yang berbeda. Solana menggunakan varian Tower BFT dengan cap waktu yang menyerupai VDF (Bukti Riwayat) untuk menetapkan urutan sebelum konsensus. Cardano menggunakan Ouroboros, protokol Bukti Kepemilikan yang keamanannya dapat dibuktikan, dengan pembuktian keamanan kriptografis formal dalam model komposabilitas universal. Rantai Cosmos menggunakan Tendermint BFT—protokol BFT klasik dengan finalitas kuorum 2/3 dalam satu putaran. Setiap desain membuat kompromi yang berbeda antara keamanan, kelangsungan, desentralisasi, dan kapasitas pemrosesan.

Apa bukti kriptografis utama yang digunakan untuk memotong dana validator Ethereum?

Bukti Kepemilikan menggantikan komputasi Bukti Kerja dengan jaminan ekonomi. Validator Ethereum menggunakan kunci BLS12-381 untuk atestasi yang dapat digabungkan. RANDAO menyediakan keacakan internal protokol untuk pemilihan pengusul dan pengacakan komite. Casper FFG menyediakan finalitas melalui suara titik pemeriksaan dengan supermayoritas 2/3. LMD-GHOST menentukan pemilihan cabang di antara titik pemeriksaan. Pemotongan dana menghukum tindakan memberikan suara yang bertentangan dan suara yang mengelilingi, dengan menggunakan bukti pada rantai berupa pesan bertanda tangan yang saling bertentangan. DVT meningkatkan ketahanan melalui pembagian kunci BLS dengan ambang.