Алгоритм Proof-of-Stake в криптовалютах

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.

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).

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.

Сравнение PoS и PoW

Proof-of-Stake более энергетически эффективный алгоритм, который значительно проще имплементировать, чем Proof-of-Work. И, на практике, оба алгоритма примерно равны по обеспечиваемому уровню безопасности и устойчивости системы — допускаемые разработчиками ошибки сказываются на безопасности гораздо сильнее, чем особенности используемых алгоритмов. Однако теоретически возможных векторов атак на PoS-блокчейны больше.

Какое будущее ждёт алгоритм Proof-of-Stake

Несмотря на меньшую требовательность к ресурсам, простоту внедрения и энергоэффективность, из-за существующих проблем алгоритма PoS распространение валют, использующих исключительно этот алгоритм, маловероятно.

С другой стороны, необходимость альтернативных традиционному PoW решений уже более чем назрела — расход электроэнергии на майнинг биткоина уже вполне соответствует энергопотреблению небольшой развитой страны.

Если судить по существующим сегодня тенденциям, нас ожидает все более активное внедрение гибридных криптовалют, использующих сочетание PoS и PoW или другие, более экзотические решения, вроде гибрида Proof-of-Stake и алгоритма Proof-of-Burn (при котором держатель криптовалюты соглашается уничтожить часть своих токенов в обмен на право с некоторой вероятностью генерировать новые блоки).