Co je Proof of Stake (PoS)?

TL;DR

Proof of Stake je oblíbenou alternativou k mechanismu konsenzu Proof of Work. Místo ověřování transakcí pomocí výpočetního výkonu musí validátoři danou kryptoměnu stakovat. Tím dochází k radikálnímu snížení spotřeby energie. Proof of Stake navíc zlepšuje i decentralizaci, zabezpečení a škálovatelnost.

Proof of Stake ale může být bez přístupu ke kryptoměnám hůř dostupný. Na blockchainech s nízkou tržní kapitalizací je navíc celkem snadné dát dohromady 51% útok. Vzhledem k tomu, že Proof of Stake je velmi univerzální, má mezi různými blockchainy širokou škálu variant a možností použití.

Úvod

Proof of Stake je zdaleka nejoblíbenější volbou dnešních blockchainových sítí. Má ale tolik variant, že může být obtížné pochopit jeho základní podstatu. V dnešní době ho už nejspíš v jeho původní podobě nenajdete. Všechny druhy konsenzu Proof of Stake ale sdílí stejné základní aspekty. Pochopení těchto podobností vám pomůže porozumět tomu, jak tyto blockchainy fungují, a snadněji si pak vyberete ty z nich, které chcete používat.

Co znamená Proof of Stake?

Algoritmus konsenzu Proof of Stake byl představen v roce 2011 na fóru Bitcointalk. Byl navržen jako řešení problémů s algoritmem konsenzu Proof of Work. Přestože oba tyto algoritmy mají stejný cíl – dosáhnout na blockchainu konsenzu – každý na to jde jinou cestou. Místo výpočetně náročného důkazu mohou účastníci sítě dokázat jen to, že kryptoměnu stakují.

Jak Proof of Stake funguje?

Algoritmus Proof of Stake používá pseudonáhodný proces volby, kterým ze skupiny uzlů vybírá validátory. Tento systém používá kombinaci faktorů, jako je doba stakování, prvek randomizace a bohatství uzlu.

V systémech Proof of Stake se bloky netěží, ale kovají. Občas ale uslyšíte i označení těžba. Většina kryptoměn používajících Proof of Stake vstupuje na trh s nabídkou „předkovaných“ coinů, aby uzly mohly začít okamžitě fungovat.

Uživatelé, kteří se chtějí na kování podílet, musí do dané sítě uzamknout určité množství coinů jako svůj podíl (stake). Čím víc kryptoměn stakujete, tím pravděpodobnější je, že váš uzel bude vybrán jako další validátor. Při vybírání se zohledňují i další unikátní faktory, aby se nevybíraly jen ty nejbohatší uzly v síti. Mezi dvě nejpoužívanější metody patří Randomized Block Selection (náhodný výběr bloku) a Coin Age Selection (výběr podle stáří kryptoměny).

Randomized Block Selection

Metoda Randomized Block Selection vybírá validátory tak, že hledá uzly s kombinací nejnižší hashovací hodnoty a největšího množství stakovaných kryptoměn. A vzhledem k tomu, že množství stakovaných kryptoměn je veřejné, ostatní uzly dokáží obvykle dalšího validátora předpovědět.

Coin Age Selection

Metoda Coin Age Selection vybírá uzly podle toho, jak dlouho svoje tokeny stakují. Stáří kryptoměny se vypočítává vynásobením počtu stakovaných kryptoměn počtem dnů stakování.

Jakmile uzel validuje blok, stáří kryptoměn se obnoví na nulu a uzel musí zase nějakou dobu počkat, než bude moct validovat další blok – to brání velkým stakovacím uzlům v tom, aby blockchainu dominovaly.

Ověřování transakcí

Každá kryptoměna používající algoritmus Proof of Stake má vlastní soubor pravidel a metod, které kombinuje tak, aby tato kombinace byla pro síť i její uživatele co nejvýhodnější.

Když je uzel vybrán, aby vytvořil další blok, zkontroluje, jestli jsou transakce v daném bloku platné. Pak blok podepíše a přidá ho na blockchain. Jako odměnu tento uzel získá transakční poplatky z bloku a na některých blockchainech i odměnu v podobě coinů.

Když chce uzel přestat validovat bloky, jeho stake a získané odměny budou uvolněny až po určité době, aby síť měla čas ověřit, že tento uzel nepřidal na blockchain žádné podvodné bloky.

Jaké blockchainy používají mechanismus Proof of Stake?

Mechanismus konsenzu Proof of Stake používá většina blockchainů z období po Ethereu. Proof of Stake je u nich obvykle upraven tak, aby vyhovoval potřebám sítě. Těmto variantám se budeme věnovat později. Na Proof of Stake aktuálně s projektem Ethereum 2.0 přechází samotné Ethereum.

Blockchainové sítě, které používají Proof of Stake nebo jeho variantu:

1. BNB Chain

2. BNB Smart Chain

3. Solana

4. Avalanche

5. Polkadot

Výhody mechanismu Proof of Stake

Proof of Stake má oproti mechanismu Proof of Work mnoho zřejmých výhod. Z tohoto důvodu nové blockchainy téměř vždy používají Proof of Stake. Mezi jeho výhody patří:

Přizpůsobitelnost

Proof of Stake se může měnit spolu s potřebami uživatelů a blockchainu. Na obrovském množství dostupných úprav je to jasně vidět. Tento mechanismus je univerzální a snadno se přizpůsobí většině potřeb blockchainu.

Decentralizace

Vzhledem k větší cenové dostupnosti motivuje víc uživatelů k tomu, aby provozovali uzly. Díky tomu a procesu randomizace je síť decentralizovanější. Přestože existují stakovací pooly, u mechanismu Proof of Stake existuje mnohem větší pravděpodobnost, že blok vytvoří i jednotlivec. Tím se potřeba stakovacích poolů celkově snižuje.

Energetická úspora

Proof of Stake je oproti mechanismu Proof of Work mnohonásobně úspornější. Náklady na ověřování závisí spíš na ekonomických nákladech stakování než na nákladech za výpočetní výkon potřebný k řešení hádanek. Tento mechanismus vede k významnému snížení energie potřebné k provozování mechanismu konsenzu.

Škálovatelnost

Vzhledem k tomu, že se Proof of Stake při vytváření konsenzu nespoléhá na výpočetní výkon, je škálovatelnější. Nejsou potřeba žádné obrovské těžební farmy ani velké dodávky energie. Přidávání dalších validátorů do sítě je levnější, jednodušší a dostupnější.

Zabezpečení

Stakování je pro validátora finanční motivací k tomu, aby nezpracovával podvodné transakce. Když síť zachytí podvodnou transakci, validátor přijde o část svého staku a o právo být validátorem. Takže dokud je validátorův stake vyšší než výnos z podvodu, validátor by přišel o víc coinů, než kolik by jich získal podvodem.

Aby mohl uzel převzít kontrolu nad sítí a schvalovat podvodné transakce, musel by na síti vlastnit většinový podíl, čemuž se jinak říká 51% útok. Získání kontroly nad sítí je ale v závislosti na hodnotě kryptoměny skoro nemožné, protože byste k tomu museli získat 51 % celkové nabídky v oběhu.

To ale může být zároveň i nevýhodou, jak si vysvětlíme níže.

Nevýhody mechanismu Proof of Stake

I když má Proof of Stake v porovnání s mechanismem Proof of Work mnoho výhod, má i svoje slabiny:

Vznik forků

U standardního mechanismu Proof of Stake vás nic neodrazuje od toho kovat na obou stranách vytvořeného forku. U mechanismu Proof of Work by těžba na obou stranách vedla k plýtvání energií. U mechanismu Proof of Stake jsou náklady mnohem nižší, takže si lidé mohou „vsadit“ na obě strany forku.

Přístupnost

Pokud chcete začít stakovat, potřebujete nabídku nativních tokenů blockchainu. To znamená, že si musíte token koupit na burze nebo jinou metodou. V závislosti na požadovaném množství může jít o značnou investici, abyste mohli začít efektivně stakovat.

U mechanismu Proof of Work si můžete koupit levné těžební zařízení nebo si výpočetní výkon dokonce pronajmout. Díky tomu se můžete rychle připojit k poolu, začít ověřovat transakce a vydělávat.

51% útok

Přestože i Proof of Work je náchylný k 51% útokům, u mechanismu Proof of Stake mohou být výrazně snadnější. Pokud dojde ke zhroucení ceny tokenu nebo má blockchain nízkou tržní kapitalizaci, může být získání víc než 50 % tokenů a kontroly nad sítí teoreticky levné.

Proof of Work vs. Proof of Stake

Když si tyto dva mechanismy konsenzu srovnáme, je mezi nimi několik klíčových rozdílů.

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Požadované vybavení	Těžební zařízení	Minimální nebo žádné
Spotřeba energie	Vysoká	Nízká
Převažující tendence	Centralizace	Decentralizace
Metoda ověřování	Výpočetní důkaz	Stakování coinů

Blockchainy ale používají širokou škálu mechanismů Proof of Stake. Mnoho rozdílů se tak bude odvíjet od konkrétního mechanismu.

Jiné mechanismy konsenzu stavějící na mechanismu Proof of Stake

Mechanismus Proof of Stake je vysoce přizpůsobitelný. Vývojáři ho mohou přizpůsobit tak, aby vyhovoval specifickým potřebám použití konkrétního blockchainu. Níže najdete jeho nejběžnější varianty:

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Delegated Proof of Stake umožňuje uživatelům stakovat kryptoměny, aniž by se museli stát validátorem. V tomto případě je stakují za validátorem a dělí se s ním o odměny za blok. Čím víc delegujících uživatelů stakuje za případným validátorem, tím je pravděpodobnější, že bude vybrán k ověření bloku. Validátoři mohou obvykle měnit částku, o kterou se s delegujícími uživateli dělí. Jedním z důležitých faktorů validátora je také jeho pověst.

Nominated Proof of Stake (NPoS)

Nominated Proof of Stake (NPoS) je model konsenzu vyvinutý blockchainem Polkadot. V mnoha věcech si je podobný s mechanismem Delegated Proof of Stake, ale liší se v jedné zásadní věci. Pokud navrhovatel (delegující uživatel) stakuje za podvodným validátorem, může o stake přijít i on.

Navrhovatelé mohou stakovat až za 16 validátory. Síť pak jejich stake mezi vybrané validátory rovnoměrně rozdělí. Polkadot navíc k určení, kdo vyková nový blok, používá několik přístupů z teorie her a teorie volby.

Proof of Staked Authority (PoSA)

Proof of Staked Authority (PoSA) se používá k vytváření konsenzu na síti BNB Smart Chain. Tento mechanismus konsenzu kombinuje Proof of Authority a Proof of Stake, což validátorům umožňuje se při kování bloků střídat. Kování bloků se může účastnit skupina 21 aktivních validátorů, kteří se vybírají na základě množství BNB, které stakují nebo které mají delegováno od ostatních uživatelů. Tato skupina se určuje každý den a BNB Chain tento výběr ukládá.

Shrnutí

Způsob, kterým přidáváme bloky s transakcemi na síť, se od Bitcoinu zásadně změnil. Už se kvůli vytvoření kryptografického konsenzu nemusíme spoléhat na výpočetní výkon. Systém Proof of Stake má mnoho výhod a historie ukázala, že funguje. Vypadá to, že Bitcoin bude postupem času jednou z mála sítí používajících Proof of Work. Aktuálně to vypadá, že Proof of Stake tu s námi zůstane.