Proof of Stake (PoS)

Что такое Proof of Stake (PoS)

Proof of stake (PoS) или Доказательство доли — это механизм консенсуса, который дает тем, кто владеет определенным количеством криптовалюты, право подтверждать транзакции и создавать новые блоки для этой криптовалютной сети. По сравнению с другими видами консенсуса в блокчейне, доказательство доли быстрее, предлагает более низкие транзакционные издержки и требует меньше вычислительной мощности.

Как работает Proof of Stake?

Proof of Stake — это криптовалютный механизм консенсуса, в котором майнинг и безопасность сети определяются узлами (нодами) с самыми большими долями (стейком) в сети. Концепция была представлена Санни Кингом и Скоттом Надалом в 2012 году в техническом документе для PPCoin.

Механизм консенсуса - это метод, в котором используются вычислительные мощности в распределенном реестре криптовалюты, для отслеживания транзакций, связи друг с другом и поддержания безопасности сети. Более подробно смотрите статью Как работает блокчейн.

Как понятно из названия Proof of Stake, узлы (ноды) в сети распределяют доли на определенную сумму криптовалюты, чтобы стать кандидатами на подтверждение нового блока и получить за это вознаграждение. Затем алгоритм выбирает из пула кандидатов тот узел, который подтвердит новый блок. Таким образом узел становится валидатором. Подобно майнерам в сети Proof of Work, валидаторы зарабатывают в блокчене на основе Proof of Stake.

Алгоритм выбора валидатора

Алгоритм выбора валидатора сети сочетает значение доли узла (количество криптовалюты) с другими факторами (например, выбор на основе возраста монет, процесс рандомизации), чтобы сделать выбор справедливым для всех в сети.

  • Выбор на основе возраста монет (Coin-age). Алгоритм отслеживает время, в течение которого каждый узел-кандидат в валидаторы остается валидатором. Говоря простыми словами, чем старше становится узел-кандидат, тем выше шансы, что он станет новым валидатором.
  • Выбор случайного блока (рандомизация). Валидатор выбирается по сочетанию «наименьшего хеш-значения» и «наибольшей доли». Узел с наилучшей взвешенной комбинацией этих показателей становится новым валидатором.

Технология работы PoS

  1. Узлы совершают транзакции. Алгоритм PoS помещает все эти транзакции в пул.
  2. Все узлы, претендующие на роль валидатора следующего блока, распределяют доли. Размер доли комбинируется с другими факторами, такими как «Coin-age» или «рандомизация», для выбора валидатора.
  3. Валидатор проверяет все транзакции и публикует блок. Его доля все еще остается заблокированной, и вознаграждение за проверку (валидацию) также еще не выдано. Это делается для того, чтобы узлы сети могли «одобрить» новый блок.
  4. Если блок «одобрен», валидатор получает обратно свою долю и вознаграждение. Если алгоритм использует механизм выбора валидаторов на основе «Coin-age», то у валидатора текущего блока параметр «Coin-age» обнуляется до 0. Это ставит его в низкий приоритет при следующих выборах валидатора.
  5. Если блок не подтверждается другими узлами сети, валидатор теряет свою долю и помечается алгоритмом как «плохой». Процесс снова начинается с шага 1 для создания нового блока.

Особенности алгоритма Proof of Stake

  • Фиксированное количество существующих монет. Существует только конечное число монет, которые всегда циркулируют в сети. Не существует возможности появления новых монет.
  • Комиссия за транзакцию как вознаграждение майнерам/валидаторам. За каждую транзакцию взимается определенная плата. Эта сумма накапливается и отдается тому, кто создает новый блок. Обратите внимание, что если созданный блок признан мошенническим, комиссия за транзакцию не выплачивается. Более того, теряется и доля валидатора (что также известно как slashing).
  • Нецелесообразность атаки 51%. Для проведения атаки 51% атакующему необходимо владеть 51% от общего количества криптовалюты в сети, что довольно дорого. Это делает атаку слишком утомительной, дорогой и не очень прибыльной. При накоплении такой доли криптовалюты возникнут проблемы, так как может не хватить столько валюты для покупки, а также то, что покупка все большего количества монет будет становиться все дороже. Также подтверждение неправильных транзакций приведет к тому, что проверяющий потеряет свою долю, что приведет к отрицательному вознаграждению.

Преимущества и недостатки Proof of Stake

Плюсы

  • Энергоэффективность. Возможность добавить узел в блокчейн требует меньших вычислительных мощностей. С уменьшением потребности в вычислительной мощности соответственно уменьшается количество энергии, потребляемой для подтверждения транзакции.
  • Скорость транзакций. При использовании PoS блок может быть добавлен в сеть быстрее, что обеспечивает более высокую пропускную способность транзакций.
  • Масштабируемость. Подход на основе PoS может быть более масштабируемым, чем PoW, так как требования и ресурсы, необходимые для того, чтобы иметь долю, могут быть ниже, чем аппаратные и энергетические затраты PoW.

Минусы

  • Потенциал неправомерного влияния. Одним из основных преимуществ криптовалют является их децентрализованность. В связи с необходимостью стейкинга, существует вероятность того, что крупная заинтересованная сторона может оказать значительное влияние на подтверждение транзакций в сети блокчейна.
  • Условия стейкинга. При использовании PoS существует вероятность того, что доля будет привязана к смарт-контракту на более длительный период.
  • Проблема «Nothing at Stake». Эта проблема описывает незначительные или нулевые потери для узлов в случае поддержки ими нескольких блокчейнов в случае разделения (форкинг блокчейна). В наихудшем сценарии каждый форк приведет к тому, что будет работать несколько блокчейнов и валидаторов, а узлы в сети никогда не достигнут консенсуса.

Proof of Stake vs Proof of Work

Proof of Stake и Proof of Work — два наиболее популярных протокола консенсуса среди блокчейнов для проверки данных и поддержания их инфраструктуры. Как упоминалось выше, в протоколе доказательства доли участники сети случайным образом выбирают валидаторов, владеющих долей в криптовалюте, для проверки транзакций.

Это отличается от доказательства работы, механизма консенсуса, используемого биткоином. При доказательстве работы компьютеры, известные как майнеры, соревнуются в создании новых блоков и получают плату за добычу (майнинг). При доказательстве доли конкуренция отсутствует.

Поскольку при доказательстве доли нет конкуренции, используется меньше вычислительных ресурсов, что снижает энергопотребление. Сеть биткоина часто критиковали за ее огромное энергопотребление, в то время как другие криптовалюты заявляют о своей энергоэффективности благодаря PoS.

Криптовалюты на Proof of Stake

В постоянно растущем мире криптовалют расширяется список тех, которые используют PoS в качестве механизма консенсуса.

  • Avalanche (AVAX). Avalanche призвана помочь в разработке dApps (децентрализованных приложений) и была создана в сентябре 2020 года.
  • Cardano (ADA). Cardano предоставляет возможности смарт-контрактов и была основана в 2015 году сооснователем Ethereum Чарльзом Хоскинсоном.
  • Cosmos (ATOM). Cosmos был создан Interchain Foundation (ICF) в 2014 году для создания блокчейн-технологии с открытым исходным кодом.
  • EOS (EOS). EOS имеет свой собственный блокчейн, который впервые был публично выпущен в январе 2018 года с целью ускорения внедрения смарт-контрактов.
  • Ethereum (ETH). Ethereum — одна из самых распространенных и используемых криптовалют, перешедшая на PoS в сентябре 2022 года.
  • Peercoin (PPC). Peercoin утверждает, что первой реализовала подход PoS и начала свою работу в 2012 году.
  • Solana (SOL). Solana была запущена в 2017 году и стремится стать эффективной платформой для обработки транзакций.

Читайте также про лучшие PoS криптовалюты для стейкинга.

Другие варианты алгоритма Proof of Stake

Мы уже рассмотрели работу классического алгоритма Proof of stake (PoS). Теперь же давайте посмотрим, какие еще придумали механизмы консенсуса на основе PoS.

Pure Proof of Stake (PPoS)

Механизм чистого доказательства доли включает случайный выбор валидатора с помощью «семени выбора» (selection seed) в каждом блоке. Валидаторы выбираются тайно, и шанс того, что кандидат будет выбран, прямо пропорционален количеству криптовалюты, которую он решил поставить на кон. Этот механизм не позволяет пользователям эксплуатировать систему, разделяя свою долю на несколько счетов. Единственный способ, с помощью которого пользователь может повысить свои шансы быть выбранным для проверки, — это увеличить количество криптовалюты, поставленной на кон.

Algorand — популярный блокчейн, использующий механизм чистого доказательства доли. Все пользователи Algorand с собственными средствами ALGO имеют шанс быть выбранными для проверки блока.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Делегированное доказательство доли предполагает избрание, или делегирование, валидаторов на основе голосов заинтересованных сторон. В любом блокчейне DPoS заинтересованная сторона может передать свои средства стороннему валидатору, который будет использовать их для увеличения шансов на проверку или создание нового блока.

Это означает, что независимо от того, сколько криптовалют вы поставили на кон или каково качество вашего оборудования, вы можете стать валидатором, только если за вас проголосуют. Вы также должны предоставить предложение о том, почему вы будете надежным валидатором. Это повышает вероятность того, что валидаторы будут иметь доброкачественные, полезные для блокчейна и его безопасности намерения.

Заинтересованные стороны будут голосовать за валидатора, в которого они больше всего верят, так как этот валидатор с большей вероятностью обработает блок и получит вознаграждение, которое затем будет распределено между теми, кто за него голосовал. Чем больше криптовалют вкладывает участник, тем больше у него право голоса.

Блокчейны EOS и Steem построены на механизме DPoS.

Hybrid Proof of Stake (HPoS)

Гибридное доказательство доли — это механизм, который сочетает в себе ключевые преимущества алгоритмов PoW и PoS.

Гибридные механизмы PoS/PoW используют майнеры, как и в классическом механизме PoW. Но эти майнеры будут только создавать новые блоки. После этого валидаторы проверяют и голосуют за новые блоки. Основная цель объединения PoW и PoS заключается в том, чтобы не дать майнерам завладеть всей хеш-мощью в сети, сделав процесс проверки более справедливым для всех пользователей.

Proof of Validation (PoV)

Можно считать доказательство достоверности более герметичной версией доказательства доли. Это связано с тем, что в системе PoV каждый валидатор в сети имеет полную копию каждой проведенной транзакции. Кроме того, валидатор имеет список всех пользователей в сети, каждый из которых идентифицируется по адресу своего открытого ключа.

Механизм PoV также требует, чтобы две трети всех валидаторов системы пришли к консенсусу для подтверждения блока. Это гарантирует, что большинство сети считает каждый блок валидным. Однако, поскольку не каждый узел должен подписывать каждый новый блок, у киберпреступников больше шансов контролировать сеть, так как им не нужно захватывать всю сеть, чтобы получить право на подтверждение.

Proof of Importance (PoI)

Ключевое различие между традиционным доказательством доли и доказательством важности заключается в том, что механизм PoI учитывает дополнительные факторы при определении того, является ли блок действительным. Разработчики криптовалюты NEM создали этот механизм, чтобы устранить некоторые подводные камни протокола доказательства доли.

Механизм доказательства важности также не требует высокоспециализированного, энергоемкого оборудования для процесса подтверждения, что означает его относительную экологичность. Кроме того, он обеспечивает большую справедливость и контроль для рядового держателя токенов по сравнению с теми, кто владеет дорогостоящими майнинговыми установками или фермами.

Leased Proof of Stake (LPoS)

Арендованное доказательство доли в чем-то схоже с делегированным доказательством доли, но это не одно и то же. LPoS предполагает, что держатели криптовалют сдают часть своих средств в аренду узлам для проверки блоков от их имени. Это означает, что, в отличие от делегированного доказательства доли, в сети с арендованным доказательством доли не проводится голосование за валидаторов. Это дает возможность обычным владельцам токенов, не обладающим огромными объемами, внести свой вклад в механизм консенсуса данной сети.

Заинтересованные стороны также могут отозвать свою аренду с любого узла, когда пожелают. В настоящее время этот механизм консенсуса используется блокчейном WAVES, который был запущен в 2017 году. Валидаторы (или фальсификаторы) в этой сети не получают типичных вознаграждений за валидацию и вместо этого получают плату за транзакции.

Liquid Proof of Stake (LPoS)

Жидкое доказательство доли — это еще один вид механизма консенсуса, который предполагает, что заинтересованные стороны доверяют другим свои средства. Опять же, это может показаться похожим на делегированное или арендованное доказательство доли, но ключевое отличие заключается в том, что система Liquid Proof of Stake позволяет заинтересованным сторонам выбирать, хотят ли они передать свои обязанности по размещению доли другому узлу или размещать свои средства самостоятельно.

Liquid Proof of Stake наиболее часто используется в Tezos, где процесс добычи известен как «выпечка» (baking), а «пекари» (bakers) заботятся о создании и подтверждении новых блоков. Этот блокчейн дает возможность любому стать валидатором, что выравнивает игровое поле и не позволяет крупным держателям монополизировать сеть. Однако у тех, кто сделал большие ставки, больше шансов быть выбранным для подтверждения блока.

Заключение

Способ добавления блоков транзакций в сеть значительно изменился со времен Биткоина. Теперь нам больше не нужно полагаться на вычислительные мощности для создания консенсуса в блокчейне. Система Proof of Stake имеет множество преимуществ, и история показала, что Proof of Stake работает. Со временем, похоже, Биткоин останется лишь одной из немногих сетей с системой Proof of Work. Пока же кажется, что система Proof of Stake остается с нами надолго.

Понравилась статья? Поделитесь в соцсетях

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *