Что такое Proof of Stake (PoS)? Новое руководство по премьеру 2024 года
По сравнению со стандартными базами данных с центральным органом управления, блокчейн — это одноранговая децентрализованная сеть, в которой может участвовать любой желающий. Классические блокчейн-системы построены на криптографии и представляют собой последовательную цепочку блоков данных, записанных друг за другом. Они обладают определенными фундаментальными свойствами, в зависимости от того, как они записаны в блокчейн.
Чтобы система функционировала должным образом и учитывая, что узлы блокчейна независимы друг от друга, каждый узел должен придерживаться определенных (но единых) правил для подтверждения транзакций в блокчейне и записи блоков в цепочку. Этот набор правил известен как алгоритм консенсуса блокчейна.
В этой статье мы рассмотрим алгоритм консенсуса Proof of Stake (PoS), его преимущества и недостатки, а также его отличия от другого не менее популярного алгоритма консенсуса, известного как Proof of Work. Наконец, вы узнаете о некоторых блокчейн-проектах, основанных на алгоритме PoS.
Что такое алгоритм консенсуса PoS и как он работает?
Proof of Stake (PoS) — это алгоритм, используемый для подтверждения права собственности на цифровую валюту в рамках общего пула акций. Алгоритм консенсуса PoS является вторым по популярности алгоритмом, реализованным в криптовалютах. Как идея, алгоритм Proof of Stake был предложен на форуме Bitcointalk в 2011 году, а криптовалюта PeerCoin впервые реализовала протокол в 2012 году.
Для работы алгоритма требуются участники сети — владельцы криптовалюты. Они объединяются в группы и делегируют свои права на добычу токенов участнику, который формирует пул участников для всех делегатов. Такие узлы сети называются валидаторами.
Система Proof of Stake была создана как альтернатива Proof of Work и призвана преодолеть ее недостатки, такие как огромное потребление вычислительной мощности. Этот механизм сокращает вычислительную работу, необходимую для подтверждения транзакций и защиты блоков распределенной бухгалтерской книги. Метод PoS, по сути, заменяет вычислительные мощности ставками, по которым сеть определяет способность человека к майнингу. Владельцы майнят свои токены, чтобы получить возможность подтверждать новые блоки и стать «валидаторами».
Валидаторы осуществляют процесс проверки транзакций, обеспечивая корректность операций внутри блоков. Если операция верна, они добавляют блок в блокчейн и получают вознаграждение за свой вклад. Однако если валидаторы предложат добавить блок с заведомо неверными данными, то в качестве наказания они потеряют часть поставленных активов.
В алгоритме PoS все монеты могут быть предварительно сгенерированы, а затем распределены между участниками сети. Существуют различные реализации механизмов консенсуса блокчейна PoS, которые перечислены ниже:
Делегированный Proof of Stake (DPoS)
Этот алгоритм отличается от классической системы консенсуса PoS распределенных книг в основном попыткой преодолеть главный недостаток алгоритма, а именно риск централизации. В DPoS право утверждать криптовалютные транзакции делегируется держателями токенов валидаторам, за которых голосуют держатели.
Валидатором может стать любой участник сети, владеющий определенным количеством криптовалюты. Тем не менее, в любой момент голоса за этого валидатора могут быть отозваны, чтобы поддержать другого валидатора. Однако у DPoS есть и недостатки. В частности, риск заключается в низкой вовлеченности участников сети, после чего DPoS превращается в PoS, а также не исключен сговор представителей.
Арендованный Proof of Stake (LPoS)
Этот тип PoS предполагает аренду акций, подтверждающих право собственности. Это пул участников сети, которые сдают свои доли в аренду участникам с большим количеством криптовалюты, образуя узел. Благодаря арендованной криптовалюте участники сети имеют возможность заработать свою долю криптовалюты на майнинге узлов; в противном случае шанс получить вознаграждение невелик из-за малой доли участников сети на всем рынке данной криптовалюты.
Процесс добычи криптовалют на основе консенсуса PoS называется форжинг. Он включает в себя создание мастер-узла, работающего на выделенном компьютере, который обычно всегда подключен к Интернету. На выделенном компьютере работает криптовалютный кошелек с минимальным количеством криптовалюты. Мастер-узлам выгодно работать только с криптовалютами с ничтожно малой популярностью. Если их стоимость возрастет, вы сможете стать крупным владельцем и управлять своим мастер-узлом.
Ключевые моменты
- Proof of Stake — это протокол для добавления новых блоков и подтверждения транзакций.
- PoS более экологичен и быстр, но имеет тенденцию к централизации — тот, кто владеет критическим количеством токенов, может контролировать сеть.
- Системы PoS были созданы как альтернатива Proof of Work, стремясь преодолеть ее недостатки, такие как огромное энергопотребление.
Плюсы и минусы алгоритма Proof of Stake (PoS)
По мере развития криптографических технологий появляется все больше различных алгоритмов консенсуса, каждый из которых должен быть лучше предыдущего, чтобы стимулировать развитие блокчейн-сетей. Proof of Stake, как один из самых популярных на сегодняшний день механизмов консенсуса, имеет свои преимущества и недостатки.
Преимущества алгоритма Proof of Stake (PoS)
Этот алгоритм консенсуса имеет множество впечатляющих преимуществ.
1. Экологичность
Устойчивость криптовалютных технологий — острый вопрос, поскольку процессы добычи новых валют и поддержания других важных процессов блокчейн-системы (включая различные алгоритмы консенсуса, одним из которых является PoS) потребляют много энергии. В отличие от других типов алгоритмов, PoS — энергоэффективный алгоритм, не требующий высокого потребления за счет оптимизации математических моделей, на которых работает механизм консенсуса. Это позволяет снизить энергопотребление и значительно уменьшить воздействие процесса майнинга на окружающую среду.
2. Высокий уровень безопасности
Атака 51 % — это атака на сеть блокчейн. Она характеризуется тем, что один человек, группа или организация получает контроль над большей частью хэшрейта (мощности хэширования) сети. В этом случае злоумышленник получает возможность изменять порядок или удалять транзакции. Например, удаление транзакций позволяет злоумышленнику дважды потратить криптовалюту. Злоумышленник также может препятствовать подтверждению транзакций или майнингу другими майнерами, что может привести к сбоям в работе сети.
В случае с алгоритмом PoS для проведения «атаки на 51%» необходимо обладать более чем половиной всех находящихся в обращении монет криптовалюты, что составляет значительную сумму денег. Даже если злоумышленнику удастся собрать столь значительную сумму, атака станет экономически нецелесообразной.
3. Низкие комиссионные
Комиссионные сборы часто становятся препятствием для майнеров. В определенной степени майнинг с использованием PoS-систем является лучшим выбором для многих специалистов по добыче новых блоков в сети распределенных книг. Система быстро подтверждает транзакции, имеет низкие комиссионные сборы и проста в работе, что позволяет получать высокую прибыль при добыче новых блоков в сети блокчейн. По сравнению с системой консенсуса Proof of Work (PoW), PoS предлагает очень низкие затраты на добычу новых блоков, которые по-прежнему зависят от сети блокчейн.
Недостатки алгоритма Proof of Stake (PoS)
Теперь поговорим о недостатках этого алгоритма консенсуса.
1. Высокий уровень централизации
Этими средствами обычно владеют несколько человек. Например, сложно выбрать такую цену для ICO, которая привлечет максимальное количество покупателей, и при этом не допустить, чтобы большая сумма средств попала в руки одного человека. По мере накопления валюты узлы получают большую вычислительную мощность в сети. Крупные владельцы могут голосовать за дальнейшее развитие сети (как в NEO и т. д.). Это негативно сказывается на доверии к данному механизму консенсуса для многих майнеров.
2. Проблема «ничего не стоит на кону»
Доказательство работы участников гарантируется физическими законами. В случае проступка они не смогут «сломать» оборудование и получить обратно электричество. Это существенное наказание — они тратят электричество и не зарабатывают деньги. В Proof of Stake наказание существует только внутри системы: неэтичные игроки теряют депозиты, которые они заморозили. Как только пользователи выводят средства, они защищены. Это и есть «ничего на кону» — угроза создания валютной вилки путем удаления своих средств.
3. Ограничение
Чтобы участвовать в сети в качестве валидатора, необходимо приобрести криптовалюту, на которую нужно потратить фиатную валюту — то есть вы должны каким-то образом инвестировать в этот бизнес. Иногда требования сети могут быть высокими, и не каждый может себе это позволить. С другой стороны, чем выше соотношение валидаторов, тем больше шансов, что именно они будут выбраны для проверки блока транзакций. Впрочем, шанс есть в любом случае: некоторые блоки проверяет не один человек, а, например, группа людей одновременно. Лучшие валидаторы целенаправленно скупают токены и консолидируют их, чтобы заработать как можно больше денег.
Различия между PoS и PoW?
Proof of Work — это консенсус, который требует решения сложных математических задач. Таким образом, майнеры вынуждены использовать
очень мощное, потребляющее много энергии оборудование. Способ работы Proof of Stake отличается. Майнинг осуществляется путем вложения некоторого количества валюты из кошелька. Чем их больше, тем больше шансов стать валидатором транзакций, добавить блоки в сеть и получить вознаграждение. Но есть и другие различия между двумя механизмами консенсуса.
Характеристики консенсуса PoW
Основная задача майнеров — решение сложных математических задач для генерации новых хэш-значений для соединяемых блоков. Они формируются на основе хэш-значения предыдущего блока, таким образом проверяя всю цепочку. Тот, кто решает задачу быстрее, получает вознаграждение в виде криптовалюты.
Блокчейн, основанный на таком консенсусе, имеет серьезные уязвимости. Если в распределенной книге появляются майнеры с хэшрейтом, превышающим 50 % от общего хэшрейта сети, они могут контролировать блокчейн. Это и есть атака 51 %, о которой говорилось выше.
При использовании консенсуса «доказательство работы» майнеры получают доход от добавления новых блоков. Они также платят часть комиссии, взимаемой с пользователей при совершении транзакций на платформе.
Характеристики консенсуса PoS
При использовании «доказательства владения» узлы сети выступают в роли валидаторов. Количество денег на их счетах является залогом и гарантией существования валидаторов в сети и корректности их узлов.
Сначала узлы с большим количеством монет могут присоединить блок и проверять транзакции. Перед достижением консенсуса между блоками валюта в кошельке пользователя замораживается. Весь процесс происходит автоматически. За эту деятельность верификаторам платят.
Во-вторых, при консенсусе PoS риск «атаки 51%» все еще существует. Однако для этого узел-изгой должен владеть как минимум 51 % всех циркулирующих монет. Другими словами, делать это бессмысленно. Если кто-то захочет купить такое количество токенов, он поднимет курс. Если же количество будет сброшено, то все рухнет.
В-третьих, система вознаграждения за проверенные транзакции в рамках консенсуса PoS оплачивается сетью. Верификация происходит быстрее, и сеть работает эффективнее, чем ее последовательный аналог «доказательство работы».
Известные блокчейны, использующие механизм консенсуса Proof of Stake
Большинство блокчейнов, созданных после Ethereum, используют механизм консенсуса Proof of Stake. Как правило, каждый механизм модифицируется в зависимости от потребностей сети. Ниже мы рассмотрим их подробнее. Сам Ethereum перешел на консенсус Proof of Stake с обновлением Ethereum 2.0.
Ethereum
Ethereum — это смарт-контрактная платформа общего назначения, используемая для запуска децентрализованных приложений. Его главная ценность — не родной Эфир (ETH), а возможности, предоставляемые виртуальной машиной EVM.
Ранее Ether работал на алгоритме PoW, который требовал постоянного решения сложных математических задач. Для этого майнеры создавали огромные фермы с мощным компьютерным оборудованием, потребляющим мегаватты электроэнергии. С переходом на PoS деньги нужно хранить только в кошельке Ethereum, подключенном к Интернету для подтверждения транзакций. Майнинговые фермы больше не нужны, что позволяет экономить электроэнергию, эквивалентную потреблению целой страны.
Polkadot
Polkadot — это сетевой протокол, основанный на алгоритме консенсуса PoS, который позволяет передавать любые данные между блокчейнами (не только токены). Это означает, что сеть представляет собой настоящую многоцепочечную прикладную среду, в которой возможны такие вещи, как межцепочечная регистрация и межцепочечные вычисления. Упростим: в сети Ethereum распределение регистрации происходит только между пользователями внутри данной сети (цепочки). В Polkadot, напротив, информация хранится на устройствах, работающих во всех интегрированных в протокол сетях.
Лавина
Avalanche (AVAX) — инновационная платформа смарт-контрактов, созданная компанией Ava Labs. Это блокчейн общего назначения, в котором приоритет отдается децентрализации, безопасности и масштабируемости, а также снижению затрат и обеспечению быстрых транзакций.
Сеть Avalanche состоит из трех независимых блокчейнов: X Chain, C Chain и P Chain. Каждая цепочка имеет отдельное назначение, что отличается от методов, используемых в Bitcoin (BTC) и Ethereum (ETH), где все узлы проверяют все транзакции. Разделение этих вычислительных задач обеспечивает Avalanche более высокую пропускную способность без ущерба для децентрализации.
Solana
Solana — это инновационная криптовалютная система, разработанная для поддержки масштабируемых децентрализованных приложений (DApps). Ключевой отличительной особенностью Solana является система консенсуса Proof of Stake (PoS), поддерживаемая Tower Consensus. Она представляет собой вариант системы Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), которая позволяет распределенным сетям достигать консенсуса даже при наличии вредоносных узлов.
Tower Consensus снижает вычислительную мощность, необходимую для проверки транзакций с помощью синхронных часов, поскольку больше не нужно вычислять временные метки предыдущих транзакций. Это помогает Solana достичь пропускной способности, превосходящей большинство конкурентов.
Cardano
Cardano — это децентрализованная и масштабируемая платформа распределенной бухгалтерской книги с открытым исходным кодом, основанная на Proof of Stake. Это один из самых стабильных, надежных и математически выверенных блокчейнов нашей эпохи — он работает без перерыва уже более пяти лет. Создание Cardano было направлено на выполнение аналогичных задач — таких, как запуск смарт-контрактов и создание DApps. В частности, разработка и использование протокола Proof of Stake (PoS) возвысили Cardano
смарт-контракты на новый уровень, обеспечивая высокую пропускную способность и скорость транзакций, делая DApps доступными для всех участников и решая проблемы совместимости с остальными частями блокчейна.
Смарт-цепочка Binance (BSC)
Binance Smart Chain (BSC) — это блокчейн-сеть со смарт-контрактами, запущенная ведущей мировой криптовалютной биржей Binance. Она была официально запущена в сентябре 2020 года с целью предоставления высокопроизводительных и недорогих децентрализованных финансовых услуг (DeFi) и платформы для разработки приложений.
BSC — это блокчейн-сеть, параллельная Binance Chain, использующая механизм консенсуса Proof of Stake (PoS). По сравнению с Binance Chain, BSC имеет более высокую пропускную способность и более низкие комиссии за транзакции, а также предоставляет функциональность смарт-контрактов, позволяя разработчикам создавать различные децентрализованные приложения (DApps) и цифровые активы.
Polygon
Polygon — сеть масштабирования Ethereum, направленная на решение проблем масштабируемости, совместимости и удобства работы пользователей в сети Ethereum. Изначально она была известна как Matic Network, а затем была ребрендирована в Polygon.
Polygon предлагает эффективное решение для достижения более высокой скорости транзакций, снижения комиссии за транзакции и улучшения пользовательского опыта за счет использования различных технологий и многоуровневых структур.
База
Base blockchain — это платформа, обеспечивающая эффективные, безопасные и прозрачные решения для торговли цифровыми активами, предлагающая пользователям децентрализованную торговую среду с помощью технологии блокчейн и обеспечивающая эффективность, безопасность и прозрачность транзакций.
Итоги
Развитие технологии распределенных книг создало целую экосистему, состоящую из взаимосвязанных криптографических направлений, каждое из которых развивается с поразительной скоростью. Алгоритмы консенсуса PoS и PoW являются одними из самых популярных на сегодняшний день, помогают систематизировать процесс майнинга и, несомненно, внесут значительный вклад в создание и развитие новых, более совершенных систем консенсуса в будущем, поднимая цифровые технологии на совершенно новый уровень.