Mechanisky konsenzu Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)
Obsah
Úvod
Co je Proof of Work (PoW) a jak funguje?
Co je Proof of Stake (PoS) a jak funguje?
Rozdíly mezi Proof of Work a Proof of Stake
Je Proof of Stake lepší než Proof of Work?
Riziko centralizace
Bezpečnostní rizika
Nevýhody Proof of Stake
Závěrem
Mechanisky konsenzu Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)
DomůČlánky
Mechanisky konsenzu Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

Mechanisky konsenzu Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

Pokročilí
Zveřejněno Dec 12, 2018Aktualizováno Jan 14, 2022
9m

TL;DR

Nejběžnějšími mechanismy konsenzu jsou Proof of Work (PoW) a Proof of Stake (PoS). Přední kryptoměny je používají k zabezpečení své sítě.

Proof of Work se v Bitcoinu používá k ověřování transakcí a zabezpečení sítě. Kromě jiných věcí zabraňuje PoW dvojí útratě. Blockchain je zabezpečen účastníky zvanými těžaři, kteří pomocí výpočetního výkonu soutěží o právo potvrzovat nové bloky a aktualizovat blockchain. Úspěšný těžař bude sítí odměněn v BTC. K prosinci 2021 může těžař úspěšnou těžbou bloku Bitcoinu získat odměnu ve výši 6,25 BTC plus transakční poplatky.

Hlavní rozdíl mezi PoW a PoS spočívá ve způsobu, jakým se určuje, kdo bude blok transakcí ověřovat. Proof of Stake je nejoblíbenější alternativou k Proof of Work. Je to mechanismus konsenzu, jehož cílem je zlepšit některá omezení PoW, jako jsou problémy se škálovatelností a spotřebou energie. V PoS se účastníci nazývají validátoři. Aby mohli soutěžit o možnost ověřovat blok, nemusí používat výkonný hardware. Místo toho musí stakovat (uzamknout) nativní kryptoměnu blockchainu. Síť pak na základě množství stakovaných kryptoměn vybere vítěze, který bude odměněn částí transakčních poplatků z bloku, který validuje. Čím více coinů stakujete, tím větší je šance, že budete vybráni jako validátor.


Úvod

Aby bylo zajištěno, že transakce zaznamenané v blockchainu jsou platné, používají tyto sítě různé mechanismy konsenzu. Nejstarší z nich je Proof of Work (PoW). Vytvořil ho Satoshi Nakamoto a mnozí ho považují za jednu z nejbezpečnějších alternativ. Proof of Stake (PoS) byl vytvořen později, ale nyní je k vidění ve většině altcoinových projektů.

Kromě Bitcoinu se PoW používá i v dalších významných kryptoměnách, jako je Ethereum (ETH) a Litecoin (LTC). Naproti tomu PoS používají Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) a další altcoiny. Za zmínku stojí, že Ethereum v roce 2022 plánuje přejít z PoW na PoS.


Co je Proof of Work (PoW) a jak funguje?

Proof of Work (PoW) je konsenzuální algoritmus, který používá síť Bitcoin a mnoho dalších kryptoměn, aby se zabránilo dvojí útratě. Zavedl ho Satoshi Nakamoto v bílé knize Bitcoinu, která byla zveřejněna v roce 2008.

PoW v podstatě určuje, jakým způsobem blockchain Bitcoinu dosahuje distribuovaného konsenzu. Používá se k ověřování peer-to-peer transakcí bez nutnosti důvěry, tedy bez potřeby zprostředkovatelů třetích stran.

V síti PoW, jako je síť Bitcoin, transakce ověřují těžaři. Jsou to účastníci, kteří využívají velké množství zdrojů k zajištění bezpečného a správného chodu sítě. Těžaři mimo jiné vytvářejí a ověřují bloky transakcí. Aby však mohli soutěžit o právo ověřovat další blok, musí používat vysoce specializovaný těžební hardware k řešení složitých matematických hádanek. 
První těžař, kterému se podaří najít platné řešení těchto matematických problémů, získá právo přidat svůj blok do blockchainu a obdrží tzv. odměnu za blok. Odměna za blok se skládá z nově vygenerovaných kryptoměn plus transakčních poplatků. Množství kryptoměn v odměně za blok se liší podle různých sítí. Například v blockchainu Bitcoinu může úspěšný těžař získat z každé odměny za blok 6,25 BTC plus poplatky (k prosinci 2021). Počet nových BTC vygenerovaných na blok se však každých 210 000 bloků (přibližně každé čtyři roky) sníží o 50 % díky mechanismu známému jako půlení.
Pokud se chcete o modelu Proof of Work dozvědět více, podívejte se na článek Co je Proof of Work (PoW)?


Co je Proof of Stake (PoS) a jak funguje?

Proof of Stake (PoS) je konsenzuální algoritmus představený v roce 2011 jako alternativa k Proof of Work. Jeho cílem je překonat omezení škálovatelnosti sítí PoW. PoS je druhým nejoblíbenějším algoritmem, který přijaly kryptoměny jako Binance Coin (BNB), Solana (SOL) a Cardano (ADA).

Zatímco PoW a PoS mají stejný cíl – dosáhnout konsenzu v blockchainu, PoS má jiný způsob určování toho, kdo blok transakcí ověřuje. Na PoS blockchainech nejsou žádní těžaři. Místo toho, aby se spoléhali na výkonné počítače, které soutěží o práva na validaci bloků, spoléhají se validátoři PoS na své držby kryptoměn.

Aby mohli účastníci blok ověřit, musí uzamknout určité množství coinů v konkrétním chytrém kontraktu na blockchainu. Tento proces se nazývá stakování. Protokol PoS poté přidělí účastníka, který bude ověřovat další blok. V závislosti na síti může být tento výběr proveden náhodně nebo podle jejich držby (stake). Vybraný validátor může jako odměnu získat transakční poplatky z bloku, který validoval. Obvykle platí, že čím více coinů validátor uzamkne, tím větší má šanci být vybrán.
Další podrobnosti najdete v článku Vysvětlení Proof of Stake (PoS)


Rozdíly mezi Proof of Work a Proof of Stake

Přestože se v obou případech jedná o mechanismy konsenzu, které zajišťují bezpečnost blockchainové sítě, existují mezi nimi určité rozdíly. Hlavním rozdílem je samozřejmě způsob, jakým PoW a PoS určují, který účastník bude ověřovat nové transakce. Pro lepší pochopení se podívejme na následující tabulku:


Proof of Work (PoW)

Proof of Stake (PoS)

Kdo může těžit/ověřovat bloky?

Čím vyšší je výpočetní výkon, tím vyšší je pravděpodobnost vytěžení bloku.

Čím více coinů stakujete, tím větší je pravděpodobnost, že ověříte nový blok

Jak se blok těží/ověřuje?

Těžaři soutěží v řešení složitých matematických problémů pomocí svých výpočetních zdrojů.

Algoritmus obvykle určuje vítěze náhodně s přihlédnutím k výši stakovaných coinů.

Vybavení k těžbě 

Profesionální těžební hardware, jako je ASIC, CPU a GPU

Jakékoli počítače nebo mobilní zařízení s připojením k internetu

Jak se odměny rozdělují?

Osoba, která jako první vytěží blok, získá odměnu za blok

Validátoři mohou získat podíl z poplatků za transakce vybraných z bloku, který ověřili

Jak je síť zabezpečena

Čím větší je hash, tím je síť bezpečnější

Stakování uzamyká kryptoměny v blockchainu a zabezpečuje tak síť


Je Proof of Stake lepší než Proof of Work?

Zastánci Proof of Stake tvrdí, že PoS má oproti PoW některé výhody, zejména pokud jde o škálovatelnost a rychlost transakcí. Říká se také, že coiny PoS jsou ve srovnání s PoW méně škodlivé k životnímu prostředí. Naproti tomu mnozí zastánci PoW tvrdí, že PoS jako novější technologie musí teprve prokázat svůj potenciál z hlediska bezpečnosti sítě. Skutečnost, že sítě PoW vyžadují značné množství zdrojů (těžební hardware, elektřinu atd.), je činí nákladnějšími pro útočníky. To platí zejména pro Bitcoin, jakožto největší PoW blockchain.

Jak již bylo zmíněno, očekává se, že Ethereum (ETH) přejde v rámci upgradu Ethereum 2.0 z PoW na PoS. ETH 2.0 je dlouho očekávaný upgrade sítě Ethereum, který má zlepšit její výkon a vyřešit problém se škálovatelností. Po zavedení PoS na Ethereu se bude moci kdokoli s alespoň 32 ETH účastnit stakování, aby se stal validátorem a získal odměnu. 

Je PoS lepší než PoW? Co nutí druhou největší kryptoměnu podle tržní kapitalizace přijmout nový mechanismus konsenzu?


Riziko centralizace

V blockchainech typu Proof of Work těžba zahrnuje použití výpočetního výkonu k hashování dat bloku, dokud není nalezeno platné řešení. U předních kryptoměn je dnes nalezení řešení stále náročnější a proces hádání obrovského množství hashů může být drahý z hlediska hardwaru a elektrické energie.

Někteří těžaři proto raději hromadí své těžební zdroje v těžařských poolech, aby měli větší šanci získat odměny za blok. Některé velké těžařské pooly investují miliony dolarů a ovládají tisíce těžebních hardwarových zařízení ASIC, aby generovaly co největší hashovací výkon.

K prosinci 2021 kontrolují čtyři největší těžařské pooly dohromady přibližně 50 % celkového hashovacího výkonu Bitcoinu. Dominance těžařských poolů ztěžuje jednotlivým kryptoměnovým nadšencům samostatnou těžbu bloků. 

Jak moc je ale těžba decentralizovaná? Na jedné straně stále neexistuje jediný subjekt, který by mohl kontrolovat potvrzení v síti. Pokud by k tomu došlo, byl by možný 51% útok a síť by ztratila svou hodnotu. Někdo by mohl namítnout, že těžba je sice stále decentralizovaná, ale už není silně decentralizovaná. Určité oblasti, výrobci těžebních zařízení a výrobci energie těžbě stále dominují a snižují celkovou decentralizaci pro blockchainy Proof of Work.

Mechanismus konsenzu Proof of Stake využívá jiný přístup a nahrazuje těžební výkon stakováním. Tento mechanismus snižuje bariéry vstupu jednotlivce na trh pro potvrzování transakcí a snižuje důraz na umístění, vybavení a další faktory. Váš podíl (stake) je jednoduše určen množstvím tokenů, které máte.

Většina sítí PoS však vyžaduje, abyste pro zahájení potvrzování transakcí provozovali validátorský uzel. Jeho provoz může být nákladný, ale ne tolik jako provoz několika těžebních souprav. Uživatelé pak stakují své tokeny za určité validátory, což nám dává podobný model jako těžařské pooly. Ačkoli je tedy účast v Proof of Stake pro běžného uživatele jednodušší, stále je náchylná ke stejnému problému centralizace jako těžařské pooly.


Bezpečnostní rizika

Kromě rizika centralizace by fakt, že první čtyři těžební fondy mají většinu hashovacího výkonu sítě Bitcoin, mohl potenciálně zvýšit riziko 51% útoku. 51% útok se vztahuje k potenciálnímu útoku na bezpečnost blockchainového systému ze strany škodlivého aktéra nebo organizace, které se podaří ovládnout více než 50 % celkového hashovacího výkonu sítě. Útočník by mohl přepsat konsenzuální algoritmus blockchainu a páchat škodlivé činy ve svůj prospěch, například dvojitou útratu, odmítání nebo pozměňování záznamů o transakcích nebo bránění ostatním v těžbě. To je však u Bitcoinu vzhledem k velikosti jeho sítě nepravděpodobné.

Naproti tomu pokud by někdo chtěl zaútočit na PoS blockchain, musel by vlastnit více než 50 % coinů v síti. To by způsobilo nárůst poptávky na trhu a ceny coinů, což by mohlo stát desítky miliard dolarů. I kdyby provedli 51% útok, hodnota jimi stakovaných coinů by drasticky klesla, protože síť by byla ohrožena. Proto není příliš pravděpodobné, že by došlo k 51% útoku na kryptoměnu, která používá konsenzus PoS, zejména pokud se jedná o kryptoměnu s velkou tržní kapitalizací.


Nevýhody Proof of Stake

Mnozí považují Proof of Stake za lepší alternativu k Proof of Work, ale je třeba poznamenat, že algoritmus PoS má také nedostatky. Díky mechanismu rozdělování odměn mohou validátoři s větším počtem stakovaných aktiv zvýšit své šance na ověření dalšího bloku. Čím více coinů validátor nashromáždí, tím více coinů může stakovat a vydělat, což někteří lidé kritizují jako „obohacování bohatých“. Tito „bohatší“ validátoři mohou také ovlivňovat hlasování v síti, protože PoS blockchainy často udělují validátorům práva na správu.

Další obavou jsou bezpečnostní rizika pro kryptoměny s menší tržní kapitalizací, které přijímají PoS. Jak již bylo zmíněno, není příliš pravděpodobné, že by k 51% útoku došlo u populárnějších kryptoměn, jako je ETH nebo BNB. Menší digitální aktiva s nižší hodnotou jsou však vůči útokům zranitelnější. Útočníci by potenciálně mohli získat dostatek coinů, aby získali výhodu proti ostatním validátorům. Mohli by zneužívat systém PoS tím, že by byli často vybíráni jako validátoři. Získané odměny pak mohou použít k dalšímu stakování a zvýšit svou šanci být vybrán v dalším kole.


Závěrem

Proof of Work i Proof of Stake mají v kryptoměnovém ekosystému své místo a je těžké s jistotou říci, který protokol konsenzu funguje lépe. PoW může být kritizován za to, že při těžbě vytváří vysoké emise uhlíku, ale osvědčil se jako bezpečný algoritmus pro ochranu blockchainových sítí. Nicméně s tím, jak Ethereum přechází z PoW na PoS, by systém Proof of Stake mohl být v budoucnu novými projekty upřednostňován více.