Алгоритм Proof-of-Stake в криптовалютах
@ebcgreenВремя чтения 15 минут
Почему PoS, не имея проблем PoW, так и не стал его полноценной заменой? Криптовалюта не может функционировать, если существует возможность бесконтрольно выпускать новые блоки и, соответственно, новые токены — такая монета моментально обесценится.
Для защиты блокчейнов криптовалют от злоупотреблений используются различные защитные механизмы, называемые алгоритмами консенсуса. Доминирующим среди них является Proof-of-Work, требующий для подтверждения создания блока решить сложную математическую задачу. При этом проверка решения проста и не требует особых усилий. Таким образом, происходит подтверждение того, что при создании нового блока действительно были произведены необходимые вычисления.
Proof-of-Work служит в качестве основного защитного механизма блокчейнов уже два десятка лет (впервые этот алгоритм был использован ещё до появления биткоина) и пока что не собирается уступать позиции конкурентам, сильнейшим из которых является Proof-of-Stake. В нём создатель блока подтверждает не факт проведения вычислений, а факт владения некоторым количеством криптовалюты.
История создания Proof-of-Stake
Разработка концепции Proof-of-Stake, как и других альтернативных механизмов консенсуса, стала реакцией на существенные недостатки Proof-of-Work — высокое энергопотребление и необходимость использования значительных вычислительных мощностей. Proof-of-Stake стала наиболее успешной из альтернатив PoW и впервые была воплощена в валюте PeerCoin (её блокчейн работает с 2012 года).
В дальнейшем над Proof-of-Stake работали как мелкие разработчики альткоинов, так и гранды криптоиндустрии, вроде разработчиков Ethereum. Однако пока PoS не удалось стать «убийцей PoW».
Что такое Proof-of-Stake простыми словами
При использовании Proof-of-Stake возможность узла произвести новый блок определяется исходя из того, какая доля токенов от общего числа токенов находится на его балансе.
Таким образом, наибольшие шансы сгенерировать новый блок и решить задачу для его доказательства не у того майнера, у которого стоит самое мощное оборудование, а у того, кто владеет наибольшим количеством данной валюты.
Как работает Proof-of-Stake
При работе по алгоритму PoS ноды (узлы) так же, как и в случае PoW, хэшируют данные, стараясь получить результат меньше определённого значения. Однако сложность распределяется пропорционально балансу узла. Больше баланс – меньше сложность вычислений. В результате каждый узел может с приемлемой точностью прогнозировать, кто именно создаст новый блок.
Кроме того, по-другому работает и система вознаграждения. Непосредственно за создание нового блока награда не начисляется, его создатель получает только комиссию с транзакций. В связи с этим майнеров в PoS-блокчейнах обычно и майнерами-то не называют. Вместо этого, используется термин форджер.
Популярным решением в PoS-алгоритмах является использование так называемого «возраста монет» — так называется произведение количества монет и продолжительности их пребывания на одном счету «без движения».
В процедуре распределения сложности учитываются только те монеты, которые находились на одном счету не меньше определённого времени.
Плюсы Proof-of-Stake
Главное достоинство PoS — это его значительно большая, по сравнению с PoW, энергетическая эффективность. В случае PoW майнеры вынуждены постоянно повышать мощность используемого оборудования (в сети биткоина, например, майнинг остался уделом крупных пулов).
В случае PoW есть проблема «потраченных впустую» ресурсов — вознаграждение получает только тот узел, который первым нашёл решение. Остальные узлы работали и расходовали электроэнергию впустую.
В случае PoS требования к вычислительным мощностям гораздо ниже, благодаря чему снижается потребление электроэнергии и пропадает необходимость в абсурдно мощных «фермах». Проблема потраченных впустую ресурсов также значительно уменьшается (поскольку самих ресурсов требуется меньше).
Кроме того, PoS предоставляет интересные бонусы в сфере безопасности. В PoW-блокчейнах майнеры могут, вообще, не иметь на счету валюту, которую добывают. И могут спокойно переключаться между разными криптовалютами, руководствуясь исключительно сиюминутной выгодой. В PoS форджеры в любом случае имеют на балансе добываемую крипту. Соответственно, они заинтересованы в бесперебойной работе системы, развитии и повышении ценности этой валюты. И не «сбегут» так просто в более выгодную крипту.
Плюс, для проведения «атаки 51%» необходимо скупить более половины эмитированной валюты, что, в общем-то, лишает атаку экономического смысла.
Минусы Proof-of-Stake
Первая и, пожалуй, главная проблема напрямую вытекает из достоинств PoS — из-за сниженного потребления ресурсов форджерам становится выгодно одновременно работать над двумя и более ответвлениями блокчейна. Это препятствует достижению консенсуса и создаёт потенциал для двойной траты крипты. Из-за этого все серьёзные проекты вынуждены создавать дополнительные механизмы для защиты от такой атаки. Как правило, они основаны на «ставках» — форджер вносит некоторое количество криптовалюты в залог и, если система считает, что он нарушает правила и пытается работать сразу над двумя цепочками, то этот залог он теряет.
Кроме того, меньшие требования к вычислительным мощностям позволяют злоумышленникам пытаться создавать альтернативные версии блокчейна с нуля и новые пользователи могут присоединяться к нему вместо основной цепочки.
Отдельную опасность представляет централизация капитала в PoS-системах, так как в них действует дополнительный стимул к сосредоточению монет в одних руках. Более того, у пользователей, получивших криптовалюту на начальном этапе, нет резона тратить её.
В связи с этим большинство разработчиков крипты, даже будучи горячими сторонниками PoS, для первоначальной эмиссии обращаются к проверенному методу Proof-of-Work.
Особенно эта проблема актуальна для метода DPoS — «делегированного» варианта PoS, при котором каждый держатель валюты имеет право выбрать несколько доверенных узлов-«свидетелей», которые и подтверждают его транзакции. Все созданные к сегодняшнему дню на основе DPoS криптовалюты столкнулись с проблемой, что работу сети контролирует очень ограниченный круг лиц.