Что из себя представляет механизм консенсуса Proof-of-Stake (PoS)?

Что из себя представляет механизм консенсуса Proof-of-Stake (PoS)?

Обзор механизма консенсуса Proof-of-Stake (PoS)

Не секрет, что блокчейны базируются на определенных алгоритмах консенсуса для выполнения транзакций и обмена данными. Биткоин был пионером в этой области с его механизмом Proof-of-Work (Доказательство выполнения работы), но он уже не так хорош. Стали появляться технологически более продвинутые консенсусные алгоритмы, и Proof-of-Stake (Доказательство доли владения) является одним из наиболее эффективных из доступных вариантов. Как он работает и какие блокчейны его используют? Читайте наш детальный обзор алгоритма PoS!

Proof-of-Stake простыми словами

Проще говоря, proof-of-stake – один из самых популярных алгоритмов консенсуса в блокчейн-сетях. В PoS генератор следующего блока выбирает узел, баланс (то есть количество ресурсов, например, монет в криптовалюте) которого больше. Поэтому пользователь с наибольшим балансом имеет все шансы на создание нового блока. За создание самого блока узел не получает вознаграждений, они выплачиваются только за транзакцию.

Есть два основных возможных варианта выбора узла:

  • случайный из числа самых “богатых”;
  • случайный из числа самых старых.

Вместо решения криптографических задач транзакции утверждаются путем «замораживания» определенного количества монет майнеров в качестве залога. Монеты замораживаются до тех пор, пока не будет достигнуто «соглашение» о действительности транзакций. После достижения консенсуса транзакции добавляются в блокчейн, а монеты еще некоторое время хранятся вне доступа на случай атаки на сеть. Когда монеты размораживаются, майнеры получают обратно как свои средства, так и небольшую комиссию за запись транзакции в блокчейн. В связи с риском потери “залога”, такая схема делает невыгодным подтверждение поддельных транзакций злоумышленниками.

Это видео доступно объясняет что такое алгоритм Proof of Stake:

Где используется PoS?

Сегодня протокол используется несколькими крупными игроками блокчейн-индустрии. Cardano, OmiseGo, QTUM и Ardor – это представители PoS-монет. В 2019 году Эфириум также перешел на Proof of stake. Dash, Stratis, HShare и Pivx используют гибрид PoW/PoS.

История Proof-of-Stake

Концепция Proof-of-Work была впервые описана в 1993 году в работе Pricing via Processing, Or, Combatting Junk Mail, Advances in Cryptology («Оценка путем обработки, или, борьба с нежелательной почтой и достижения в криптологии», Синтия Дворк и Мони Наор). Тогда термин PoW в статье не использовался, но авторы предложили следующую идею:

«Чтобы получить доступ к общему ресурсу, пользователь должен рассчитать некоторую функцию: довольно сложную, но выполнимую; таким образом, вы можете защитить ресурс от злоупотреблений».

В 1997 году Адам Бек запустил проект Hashcash, посвященный той же защите от спама. Задача была сформулирована следующим образом: «Найти такое значение x, чтобы хеш SHA (x) содержал N старших нулевых бит».

Система предложила хеширование частичных инверсий при отправке электронной почтой. Для вычисления соответствующего заголовка требуется около 252 хеш-вычислений, которые должны пересчитываться для каждой отправки. И если дополнительные расчеты не создают препятствий для отправки нескольких обычных писем, то рассылка спама делает необходимость постоянного пересчета очень ресурсоемкой. В то же время проверка правильности компьютерного кода выполняется очень быстро: используется однократный расчет SHA-1 с предварительно подготовленным ярлыком.

В 1999 году также появился термин Proof-of-Work – он использовался в статье «Proofs of Work and Bread Pudding Protocols» («Доказательства выполнения работы и протоколы хлебных пудингов», авторы – Маркус Джейкобсон и Ари Джувелс) в журнале Communications and Multimedia Security.

Как PoS изменил майнинг?

Proof-of-Work Биткоина породил индустрию майнинга и дал импульс для разработки специализированного оборудования, поскольку вычислительные ресурсы для хэширования блоков огромны и намного превосходят возможности крупнейших суперкомпьютеров.

В то же время была обнаружена печально известная «обратная сторона медали»: PoW быстро превратился в монстра, пожирающего электричество в гонке за окупаемостью. В 2012 году, когда общая емкость сети BTC уже превысила производительность самого мощного в мире суперкомпьютера, на горизонте появилась первая альтернатива – майнинг Proof-of-Stake. Он упростил процесс майнинга (особенно для держателей монет) и сделал его менее энергозатратным.

Преимущества Proof-of-Stake

PoS имеет следующие преимущества:

  1. Значительно снижено энергопотребления (в сравнении с методом PoW);
  2. Чтобы создать атаку с двойным расходованием, необходимо сконцентрировать более 50% от общей суммы всей валюты, что будет стоить огромного состояния. Если злоумышленник все же сможет собрать такое количество средств, он нарушит баланс своими действиями, в связи с чем атаки становятся финансово нецелесообразными.
  3. Свернуть деятельность в PoS можно довольно быстро: вам нужно только выставить свою долю на биржу и продать ее. В случае Proof-of-Work вы не знаете, сколько времени вам потребуется на продажу вашего оборудования и по какой цене состоится сделка.
  4. Рентабельность в PoS-системах возрастает, если пользователь реинвестирует полученное вознаграждение: его прибыльность будет расти в рамках долгосрочной стратегии. В Proof-of-Work такой же результат достичь сложнее, потому что регулярно приходится вкладывать средства в майнинг-оборудование.

Недостатки Proof-of-stake

Но все же PoS не лишен недостатков:

  • Концентрация средств в одних руках может привести к централизации сети. Кроме того, пользователи с наибольшей долей (более 51%) могут манипулировать сетью, например, отменять транзакции и устанавливать новые правила. И хотя такая атака не выгодна, она возможна.
  • Кроме того, существует проблема Nothing-at-Stake (“ничего на кону”), которая делает PoS-системы нестабильными в глазах многих криптоэнтузиастов. Злоумышленник может попытаться разветвить блокчейн, то есть создать более длинную альтернативную цепочку, потратив «несуществующие» ресурсы. Более того, другие майнеры могут поддержать его, ведь они тоже не тратят «реальные» ресурсы. С помощью форка злоумышленник может отклонить определенные транзакции и провести атаку с «двойным расходованием».

Proof of Stake vs Proof of Work – что лучше?

Споры между сторонниками PoW и PoS не угасают, но их суть, скорее, в теории. Практика же показывает, что роль разработчика в вопросах безопасности по-прежнему очень высока.

В то же время многие считают реализацию гибридной версии PoW/PoS самым безопасным решением. Такой способ активно практикуется – многие криптовалюты имеют этап PoW, когда валюта выпускается посредством классического майнинга, и этап PoS, который включается по завершении процесса.

Тем не менее, несмотря на то, что PoS-систему всегда будет проще внедрить и, как правило, она будет более надежной с точки зрения безопасности, большинство серьезных криптовалют, скорее всего, не откажутся и от использования PoW.

Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

DPoS (Делегированное подтверждение доли владения) – это одна из разновидностей алгоритма Proof-of-Stake, в котором блоки подписываются избранными представителями. Пользователи с самыми наибольшими балансами выбирают своих представителей, каждый из которых получает право подписывать блоки в сети блокчейнов. Каждый представитель с одним или несколькими процентами всех голосов попадает в совет. Очередной представитель, который подпишет следующий блок, выбирается (по кругу) из прошлого «совета директоров». В случае, если по какой-либо причине представитель пропустил свою очередь при подписании, он теряет голоса делегатов и покидает «совет директоров», после чего на его место выбирается следующий наиболее подходящий кандидат. Владельцы балансов, делегирующие свои голоса, никоим образом не теряют над ними контроль.

Основными преимуществами алгоритма DPoS являются:

  • Владельцы баланса имеют возможность делегировать свои голоса (при этом не переводя сами средства);
  • Владельцы баланса имеют возможность получать дополнительный доход от своих средств;
  • Затраты на поддержку сети блокчейна минимизированы: в отличие от классического PoS, при выборе следующего избирателя количество «ненужной работы» уменьшается.

Leased Proof-of-Stake (LPoS)

Как следует из названия, LPoS (Арендованное доказательство доли владения) является еще одной модификацией Proof-of-Stake. На данный момент он поддерживается только платформой Waves. В рамках этого алгоритма у любого пользователя есть возможность передать свой баланс в аренду майнинг-узлам, в связи с чем эти узлы делятся частью прибыли с пользователями. Таким образом, этот алгоритм консенсуса позволяет получать доход от майнинга без самого майнинга.

В заключение

Хотя у PoS есть несколько недостатков, этот механизм консенсуса превосходит PoW с точки зрения энергоэффективности и простоты добычи монет. Устройство майнинга поощряет пользователей хранить средства и участвовать в процессах, происходящих в блокчейне. PoS, безусловно, отличный вариант для майнеров, и разработчики блокчейнов говорят, что во многих случаях он оказывается более эффективным для проверки транзакций.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *