ball
ball

Что такое PoW (Proof-of-Work) и PoS (Proof-of-Stake). И в чём разница.

Содержание

На сентябрь 2022 года было запланировано весьма значимое событие в мире криптовалют, которое собрало вокруг себя много обсуждений — второй по значимости блокчейн Ethereum переходит с консенсуса PoW на консенсус PoS. Данный переход был ознаменован — “The Merge” или «Слияние».

На фоне этого события, давайте разберемся в этой теме и поймем, что же все таки такое блокчейн консенсус,  PoS, PoW и с чем их едят?

proof-of-work vs proof-of-stake

Глоссарий:

  • Двойное расходование (двойные траты) — потенциально, самая большая возможная проблема в децентрализованной сети. Подразумевает под собой, что любые средства могут одновременно расходоваться в сети, где все построено на протоколах и нет центрального регулятора, который фиксирует каждую транзакцию. Для решения этой проблемы — применяются алгоритмы консенсуса.
  • Стейк или Stake — количество криптовалют у каждого держателя. Проще говоря — депозит.
  • Криптография — наука о математических методах шифрования, которая обеспечивает конфиденциальность сети.

Что такое блокчейн консенсус

Децентрализация — главная особенность и преимущество блокчейна. Его суть заключается в том, что сеть состоит из N-ого количества компьютеров, которые вместе образуют базу данных и называются «узлами» или «нодами». Общаясь между собой узлы создают сеть, в котором нет ядра, а значит если один из узлов отключится — сеть не пострадает.

Сеть блокчейн

Каждый из компьютеров в такой сети является регистром, он несет в себе всю информацию о действиях и транзакциях внутри сети. Таким образом эта информация является подтвержденной и защищена от удаления или попытки ее изменить.

Простыми словами, каждый узел в сети знает столько же информации сколько и другой. Это достигается благодаря механизму консенсуса (согласия).

Этот механизм предназначен для координаций действий пользователей и программ в распределенной сети. Это означает, что он обеспечивает согласие между всеми участниками сети о текущем состоянии данных, даже при условии, что некоторые узлы неисправны.

Таким образом, когда Вася отправляет Пете 10 биткоинов, об этом узнает вся сеть и записывает в общей базе данных. Эта запись информации в базе данных — называется «блоком». И чтобы транзакция Васи прошла, сети сначала необходимо этот блок подтвердить.

На подтверждении блока информации, и на добавлении блока в блокчейн завязана вся механика консенсуса и майнинга. Ведь, прежде чем блок будет создан и добавлен, необходимо убедиться в том, что он уникальный и не дублируется на других узлах, иначе возникнет конфликт.

Именно эту проблему и решает механизм консенсуса. В блокчейне представлен обширный ряд подобных алгоритмов, большинство из которых, до сих пор не подтверждены. Но мы сегодня коснемся только двух самых распространенных из них: Proof-of-Work и Proof-of-Stake.

Что такое Proof-of-Work

Proof-of-Work — это алгоритм консенсуса, который применяется в сети Bitcoin, и в большинстве блокчейнов. Его впервые описал Сатоши Накамото, создатель биткоина, в Whitepaper биткоина в 2008 г. И описан он был, как консенсус, который предотвращает двойное расходование.

Интересно, что впервые данный протокол был описан еще в 1993 году в научной статье, авторами которой являются некие Синтия Двор и Мони Ноар. Они не дали название технологии, а лишь описали концепцию, в которой для доступа к какому-нибудь ресурсу, необходимо было решить определенную задачу. 

Данную идею, позже, использовал Адам Блэк, запустивший в 1998 году проект Hashcash, главной задачей которого являлась защита почтовых сервисов от спама и DDOS-атак. Также Адам Блэк, является одним из первых пользователей и майнеров биткоина, но всячески отрицает, что он является создателем сети — Сатоши Накамото.

Впервые, термин Proof Of Work был представлен в научной статье в Маркуса Якобсена и Ари Джуэлса в 1999 году.

Данный алгоритм является первым и самым распространенным в блокчейне. Алгоритм завязан на доказательстве работы. Каждый новый блок создается и добавляется в блокчейн за счет решения сложных математических задач. Для решения этих задач требуется мощное оборудование и большое количество энергоресурсов, так как эти задачи решаются за счет перебора различных комбинаций до полного совпадения.

Механизм работы Proof of Work

Главной особенностью данных математических задач — асимметрия. Задача должна быть сложной для майнера, но весьма простой для всей сети в целом. Это достигается с помощью криптографии. Каждый участник сети, который занимается добычей (созданием блоков), пытается найти решение задачи первым. При этом найти решение фактически возможно, только методом перебора (подставлением значений), поэтому для майнинга необходимы большие мощности, потому что для нахождения решение требуется большое количество попыток.

Приведу пример, который далек от реальности, но зато прост в понимании.

Представьте, что вы работаете в хлебобулочном цеху. Вокруг раз еще сотня таких же работников как вы. Каждый из вас, если говорить на языке блокчейна — узел или нода. А вместе вы образуете блокчейн.

Перед каждым из вас разложена сотня пронумерованных булочек, и только одна из них с шоколадной начинкой. Перед всеми вами стоят одна задача, найти ее быстрее, чем это сделают ваши коллеги. 

Как вы можете ее найти, если все булочки одинаковы на вид? Разумнее всего начать вскрывать каждую булочку в произвольном порядке. Итак, вы берете нож и начинаете разрезать каждую по очереди (я хотел предложить вам откусывать их, но потреблять так много мучного — вредно для пищеварения). И вот на 84 по счету булочке вы наконец натыкаетесь на шоколадную глазурь внутри нее, и радостно восклицаете «Эврика!». 

Далее вы сообщаете своим коллегам, что нашли шоколадную булочку (блок) под номером 84 и предлагаете им проверить, каждый из сотни ваших коллег проверяет ее и подтверждает, что да вы оказались правы. К вам подходит начальник цеха и дает вам премию в 6,25 BTC (по состоянию на декабрь 2021 года) за то, что вы создали новый блок в блокчейне.

Именно этим и занимаются майнеры, они тратят огромные мощности и ресурсы, чтобы создавать новые блоки, за счет которых работает сеть, она защищена и может производить транзакции. Обычно на создание одного блока в сети требуется очень большая мощность, поэтому майнеры объединяются в пулы, чтобы увеличить шансы, а потом делят вознаграждение между собой в соответствии тому, кто какую мощность выделил.

Благодаря данному перебору значений и поиску решений — функционирует блокчейн, проходят транзакции и добавляются новые записи.

На алгоритме доказательства работы работают такие блокчейна, как: Bitcoin, Ethereum (до «Слияния»), Litecoin, Dogecoin, Monero. 

Что такое Proof-of-Stake

Поговорим о втором по популярности алгоритму консенсуса. 

Proof-of-Stake — впервые был предложен на форуме Bitcointalk в 2011 году, как альтернатива PoW. А уже спустя год, начали появляться первые блокчейны работающие на данном алгоритме, такие как: Peercoin, BlackCoin, Nxt, ShadowCash, Nav Coin и другие.

Принцип работы Proof of Stake

В основе данного алгоритма лежит отказ от необходимых мощностей и потребляемых ресурсов в PoW. В данном случае, блокчейн вознаграждает пользователя не за решение математической задачи. В Proof-of-Stake система заранее определяет участника сети, который создаст новый блок, основываясь на его состоянии, то есть в зависимости от его доли в общем количестве криптовалют.

PoS был придуман, для того, чтобы уйти от необходимости закупать дорогостоящее оборудование и снизить общее потребление электроэнергии для функционирования сети. В PoS значение имеет только стейк, количество криптовалюты, которые лежат на счетах участников.

Подтверждение транзакций в PoS проходит гораздо проще. Участнику необходимо заранее заблокировать свои монеты (стейкинг) для проверки блоков транзакций. Майнеру нужно только доказать, что владеет определенным процентом всех монет. Например, если кто-то владеет 2% всего эфира (ETH), он сможет добыть только 2% всех новых блоков.

PoW и PoS в сравнении

Так что же, все-таки, что лучше: PoS или PoW? 

Вопрос не имеет категоричного ответа, так как каждый из этих алгоритмов имеет свои плюсы, минусы и риски. Давайте разбираться.

Proof of Work & Proof of Stake

Преимущества PoS

Экология. Главное преимущество PoS над PoW — экологичность. В PoS нет необходимости закупать огромные мощности и расходовать электроэнергию, что позитивно сказывается на окружающей среде. 

Низкий порог вхождения. PoS является более демократичным, так как проблема PoW заключается в том, что для майнинга необходимо закупать дорогостоящее оборудование, которое может позволить себе, далеко не каждый криптоман. В PoS же, достаточно иметь хоть какое-то число монет, чтобы иметь возможность участвовать в функционировании сети и получать свою доли комиссии от транзакций. 

Справедливое распределение. PoS предлагает линейную шкалу вознаграждений, основываясь на состоянии участника сети. Это значит, что если майнер, который имеет стек в 10 000$ сможет создать только в 10 раз больше блоков, чем участник со стеком в 1 000$. 

Mass Adoption. Многие считают, что переход на PoS способствует большему охвату в мировом сообществе, так как участником сети может стать любой человек. Это делает блокчейн более широким в плане децентрализации, вырвав майнинг из лап больших майнинговых ферм.

Преимущества PoW

Тем не менее, по мнению многих в криптосообществе, PoW по-прежнему является лучшим алгоритмом консенсуса, так как также имеет ряд преимуществ перед PoS.

Стимуляция рынка. Чтобы зафиксировать прибыль, майнеру необходимо сбросить добытую криптовалюту. Это способствует росту торговых объемов на рынке. В данном алгоритме, майнера не так заинтересованы в ходле криптовалюты.

Управление инфляцией. В алгоритме PoW имеется возможность снижать количество добываемой криптовалюты, путем снижения вознаграждения за найденные блоки и усложнением математических задач. Все это способствует равномерному насыщению рынка новой добытой криптовалютой.

Уменьшение возможности глобальной атаки. Для того, чтобы сломать сеть построенную на PoW — необходимо контролировать 51% всех мощностей, за счет которых работает сеть. По оценкам аналитиков, на это потребуется свыше 1 миллиарда долларов, что в итоге, скорее всего, никак не окупится.

Недостатки PoS

Теперь, поговорим о недостатках обоих алгоритмов.

Безопасность. Так как блокчейн на PoS никак не закреплен в физическом мире, а пребывает строго в цифровом, создает более высокие угрозы безопасности системы. Многие блокчейны на PoS, внедряют также какие-то механизмы консенсуса PoW в целях безопасности.

Риск централизации. Самым критичным недостатком PoS, называют тот факт, что блокчейн с таким алгоритмом потенциально можно захватить. Потенциально, один участник или группа лиц могут объединить свои стеки, чтобы завладеть 51% всей доступной криптовалюты. Это позволит им иметь решающее мнение в голосованиях проводимых внутри сети. 

Таким образом, это создаст центральный банк в рамках одного блокчейна, который может по своему усмотрению направлять и распределять недавно выпущенные монеты. Другими словами, блокчейн на алгоритме PoS, с более высокой вероятностью может стать централизованным.

Обычно с этим борются разработчики, за счет того, что блокируют большую часть средств на своих кошельках, не пуская их в оборот. Тем самым они не дают крупным участникам возможности завладеть большей половиной всех выпущенных монет.

С другой стороны — это маловероятно, потому как чтобы захватить 51% всего объема криптовалюты, единственный метод это прямой откуп монеты на рынке. А покупка такого большого количества крипты, неминуемо поднимет цену за монету по экспоненте. В итоге, злоумышленник, скорее всего, больше потеряет, чем заработает.

Недостатки PoW

Вред экологии. По-прежнему, самым важным минусом PoW является тот факт, что майнинг требует большое количество энергоресурсов. 

Исследователи из Кембриджского университета выяснили, что в год, индустрия вокруг майнинга биткоина, потребляет примерно 126,6 тераватт-часов электроэнергии. А это, на секундочку, больше чем потребляет вся Аргентина.

Также, по подсчетам аналитиков, при майнинге вырабатывается 36,95 мегатонн углекислого газа, что сравнимо с выбросами таких стран как Иордания или Шри-Ланка.

Заключение

Умрет ли PoW, и заменит ли PoS почетное первое место в сфере криптовалют. Какой алгоритм, все-таки, лучше? Это вопрос, на который мы получим ответ очень не скоро.

Есть большая доля вероятности, что в итоге мы получим новый алгоритм консенсуса, который будет представлять из себя гибрид нескольких алгоритмов, вобрав в себя все самое лучшее.

Ну а пока нам следует внимательно наблюдать за переходом второй по популярности криптовалюты на второй по популярности алгоритм консенсуса. Что из этого выйдет и пойдет ли это событие на пользу блокчейну, можно будет сказать только годы спустя.

Оставайтесь с CryptoPlay.net, впереди будет еще интереснее.

Автор
Temir Sultanov
Соавтор
Ruslan Sarzhanov
Руководитель