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

TL;DR

Proof of Work (PoW) i Proof of Stake (PoS) to najczęściej używane mechanizmy konsensusu. Są one stosowane przez główne kryptowaluty w celu zabezpieczenia ich sieci.

Proof of Work jest używany w Bitcoinie do walidacji transakcji i zabezpieczania sieci. Oprócz innych rzeczy, PoW zapobiega podwójnemu wydatkowaniu. Blockchain jest chroniony przez uczestników zwanych górnikami, którzy wykorzystują moc obliczeniową, aby rywalizować o prawo do potwierdzania nowych bloków i aktualizacji blockchainu. Górnik, któremu uda się tego dokonać zostanie nagrodzony w BTC przez sieć. Na stan z grudnia 2021 r. górnik może otrzymać nagrodę blokową w wysokości 6,25 BTC plus opłaty transakcyjne za pomyślne wydobycie bloku Bitcoina.

Główną różnicą między PoW a PoS jest sposób, w jaki określają, kto może weryfikować blok transakcji. Proof of Stake to najpopularniejsza alternatywa dla Proof of Work. Jest to mechanizm konsensusu, który ma na celu poprawę niektórych ograniczeń PoW, takich jak kwestie skalowalności i zużycie energii. W PoS uczestnicy nazywani są walidatorami. Nie muszą używać potężnego sprzętu, aby rywalizować o szansę sprawdzenia poprawności bloku. Zamiast tego muszą stakować (zablokować) natywną kryptowalutę danego blockchainu. Sieć następnie wybiera zwycięzcę na podstawie kwoty stakowanej kryptowaluty, który otrzyma część opłat transakcyjnych z bloku, który waliduje. Im więcej monet dany użytkownik stakuje, tym większa szansa, że zostanie wybrany na walidatora.

Wprowadzenie

Aby zapewnić, że transakcje zarejestrowane na blockchainie są prawidłowe, sieci przyjmują różne mechanizmy konsensusu. Proof of Work (PoW) jest najstarszym z nich. Stworzony przez Satoshiego Nakamoto, przez wielu uważany jest za jedną z najbezpieczniejszych opcji. Proof of Stake (PoS) powstał później, ale jest teraz widoczny w większości projektów altcoin.

Nie licząc Bitcoina, PoW jest również używany w innych głównych kryptowalutach, takich jak Ethereum (ETH) i Litecoin (LTC). Z kolei PoS jest używany przez Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) i inne altcoiny. Warto zauważyć, że Ethereum planuje przejść z PoW na PoS w 2022 roku.

Co to jest Proof of Work (PoW) i jak działa?

Proof of Work (PoW) to algorytm konsensusu przyjęty przez sieć Bitcoina i wiele innych kryptowalut, aby zapobiec podwójnym wydatkom. Został wprowadzony przez Satoshiego Nakamoto w whitepaperze Bitcoina, opublikowanym w 2008 roku.

Zasadniczo PoW określa, w jaki sposób blockchain Bitcoina osiąga rozproszony konsensus. Służy do walidacji transakcji peer-to-peer w sposób niewymagający zaufania, bez pośredników zewnętrznych.

W sieci PoW, takiej jak Bitcoin, transakcje są weryfikowane przez górników. Są to uczestnicy, którzy wykorzystują ogromne ilości zasobów, aby zapewnić bezpieczne i prawidłowe działanie sieci. Między innymi górnicy tworzą i weryfikują bloki transakcji. Aby jednak rywalizować o prawo do walidacji kolejnego bloku, muszą użyć wysoce wyspecjalizowanego sprzętu górniczego do rozwiązywania złożonych zagadek matematycznych.

Pierwszy górnik, któremu uda się znaleźć prawidłowe rozwiązanie tych problemów matematycznych, zyskuje prawo do dodania swojego bloku do blockchainu i otrzymania tego, co nazywamy nagrodą blokową. Nagrody blokowe składają się z nowo wygenerowanych kryptowalut oraz opłat transakcyjnych. Ilość krypto w nagrodzie za blok różni się w zależności od różnych sieci. Na przykład w blockchainie Bitcoina górnik może otrzymać 6,25 BTC plus opłaty w ramach nagrody (stan na grudzień 2021 r.). Jednak liczba nowych BTC generowanych na blok jest zmniejszana o 50% co 210 000 bloków (w przybliżeniu co cztery lata) w ramach mechanizmu znanego jako halving.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o modelu Proof of Work, zapoznaj się z artykułem Czym Jest Proof of Work (PoW)?.

Czym jest Proof of Stake (PoS) i jak działa?

Proof of Stake (PoS) to algorytm konsensusu wprowadzony w 2011 roku jako alternatywa dla Proof of Work. Ma na celu przezwyciężenie ograniczeń skalowalności sieci PoW. PoS to drugi najpopularniejszy algorytm przyjęty przez kryptowaluty, takie jak Binance Coin (BNB), Solana (SOL) i Cardano (ADA).

Podczas gdy PoW i PoS mają ten sam cel, jakim jest osiągnięcie konsensusu w blockchainie, PoS ma inny sposób określania, kto weryfikuje blok transakcji. Na blockchainach PoS nie ma górników. Zamiast polegać na potężnych komputerach, aby konkurować o prawa do walidacji bloków, walidatorzy PoS bazują na swoich zasobach krypto.

Aby kwalifikować się do walidacji bloku, uczestnicy muszą zablokować określoną ilość monet w określonym smart kontrakcie na blockchainie. Ten proces nazywa się stakingiem. Protokół PoS następnie przypisze uczestnika do weryfikacji następnego bloku. W zależności od sieci, ten wybór może być dokonany losowo lub zgodnie z posiadanymi zasobami (stake). Wybrany walidator może otrzymywać opłaty transakcyjne z bloku, który zatwierdził, w ramach nagrody. Zazwyczaj im więcej monet zostanie zablokowanych, tym większa szansa na zostanie wybranym.

Więcej informacji można znaleźć w Wyjaśnieniu Proof of Stake (PoS).

Różnice między Proof of Work a Proof of Stake

Mimo że oba są mechanizmami konsensusu, które zapewniają bezpieczeństwo sieci blockchain, istnieją między nimi pewne różnice. Główną różnicą jest oczywiście sposób, w jaki PoW i PoS określają, który uczestnik weryfikuje nowe transakcje. Dla lepszego zrozumienia spójrzmy na poniższą tabelę:

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Kto może kopać/walidować bloki?	Im wyższa moc obliczeniowa, tym większe prawdopodobieństwo wydobycia bloku.	Im więcej stakowanych monet, tym większe prawdopodobieństwo, że zweryfikujesz nowy blok
Jak wydobywa się/waliduje blok?	Górnicy rywalizują, rozwiązując złożone matematyczne zagadki przy użyciu swoich zasobów obliczeniowych.	Zazwyczaj algorytm losuje zwycięzcę, biorąc pod uwagę ilość stakowanych monet.
Sprzęt górniczy	Profesjonalny sprzęt górniczy, taki jak ASIC, CPU i GPU	Dowolne komputery lub urządzenia mobilne z połączeniem internetowym
Jak dystrybuowane są nagrody?	Pierwsza osoba, która wykopie blok, otrzymuje nagrodę	Walidatorzy mogą otrzymać część opłat transakcyjnych pobranych z bloku, który zwalidowali
Jak zabezpieczona jest sieć	Im większy hash, tym bezpieczniejsza sieć	Staking blokuje krypto na blockchainie w celu zabezpieczenia sieci

Czy Proof of Stake jest lepszy niż Proof of Work?

Zwolennicy Proof of Stake twierdzą, że PoS ma pewne zalety w porównaniu z PoW, zwłaszcza w zakresie skalowalności i szybkości transakcji. Mówi się również, że monety PoS są mniej szkodliwe dla środowiska w porównaniu z PoW. W przeciwieństwie do tego, wielu zwolenników PoW twierdzi, że PoS, jako nowsza technologia, jeszcze nie udowodniła swojego potencjału w zakresie bezpieczeństwa sieci. Fakt, że sieci PoW wymagają znacznych ilości zasobów (sprzętu wydobywczego, energii elektrycznej itp.), czyni je droższymi w zakresie ataku. Dotyczy to szczególnie Bitcoina, jako największego blockchainu PoW.

Jak wspomniano, oczekuje się, że Ethereum (ETH) zmieni się z PoW na PoS w aktualizacji Ethereum 2.0. ETH 2.0 to długo oczekiwana aktualizacja sieci Ethereum utworzona w celu poprawy jej wydajności i rozwiązania problemu skalowalności. Po wdrożeniu PoS na Ethereum każdy, kto ma co najmniej 32 ETH, będzie mógł wziąć udział w stakingu, aby zostać walidatorem i otrzymać nagrody.

Czy PoS jest lepszy niż PoW? Co sprawia, że druga co do wielkości kryptowaluta pod względem kapitalizacji rynkowej przyjmuje nowy mechanizm konsensusu?

Ryzyko centralizacji

W blockchainie typu Proof of Work wydobywanie polega na wykorzystaniu mocy obliczeniowej do hashowania danych bloku do momentu znalezienia prawidłowego rozwiązania. W przypadku głównych kryptowalut rozwiązania stają się coraz trudniejsze do znalezienia, a proces zgadywania ogromnych ilości hashów może być kosztowny pod względem sprzętu i energii elektrycznej.

Dlatego niektórzy górnicy wolą gromadzić swoje zasoby w pulach miningowych, aby uzyskać większą szansę na otrzymanie nagrody blokowej. Niektóre duże pule inwestują miliony dolarów i kontrolują tysiące jednostek ASIC, aby generować jak najwięcej mocy hashującej.

Na stan z grudnia 2021 r. 4 najlepsze pule wydobywcze razem kontrolują około 50% całkowitej mocy hashowania Bitcoina. Dominacja puli miningowych sprawia, że pojedynczym entuzjastom kryptowalut trudniej jest samodzielnie wydobyć blok.

Ale jak zdecentralizowane jest wtedy wydobycie? Z jednej strony wciąż nie ma jednego podmiotu, który mógłby kontrolować potwierdzenia w sieci. Gdyby tak się stało, możliwy byłby atak 51% i sieć straciłaby swoją wartość. Niektórzy mogą argumentować, że chociaż wydobycie nadal nie jest scentralizowane, nie jest już tak mocno zdecentralizowane. Niektóre obszary, producenci sprzętu górniczego i producenci energii nadal dominują w górnictwie i zmniejszają ogólną decentralizację blockchainów proof of work.

Mechanizm konsensusu Proof of Stake ma inne podejście i zastępuje moc górniczą stakingiem. Obniża w ten sposób bariery wejścia dla osoby fizycznej, która chciałaby potwierdzać transakcje, zmniejszając jednocześnie nacisk na lokalizację, wyposażenie i inne czynniki. Twój stake jest po prostu określony przez ilość posiadanych tokenów.

Jednak większość sieci PoS wymaga uruchomienia węzła walidatora, aby rozpocząć potwierdzanie transakcji. Może to być kosztowne w eksploatacji, ale nie tak bardzo, jak kilka zestawów wydobywczych. Użytkownicy następnie stakują swoje tokeny w ramach pewnych walidatorów, co daje nam podobny model do puli wydobywczych. Tak więc, chociaż Proof of Stake jest łatwiejszy jeśli chodzi o uczestnictwo dla przeciętnego użytkownika, nadal jest podatny na ten sam problem z centralizacją, co pule wydobywcze.

Zagrożenia bezpieczeństwa

Oprócz ryzyka centralizacji, fakt, że cztery największe pule wydobywcze posiadają większość mocy hashującej sieci Bitcoina, może potencjalnie zwiększać ryzyko ataku 51%. Atak 51% odnosi się do potencjalnego ataku na bezpieczeństwo systemu blockchain przez złośliwego aktora lub organizację, której udaje się kontrolować ponad 50% całkowitej mocy hashującej sieci. W takiej sytuacji można obejść algorytm konsensusu blockchain i prowadzić złośliwe działania, aby odnieść korzyści, do takich zaliczają się podwójne wydatkowanie, odrzucanie lub zmiana rekordu transakcji, lub uniemożliwianie innym wydobycia. Jednak jest to mało prawdopodobne w przypadku Bitcoina ze względu na rozmiar jego sieci.

Z drugiej strony, gdyby ktoś chciał zaatakować blockchain PoS, musiałby posiadać ponad 50% monet w sieci. Spowodowałoby to wzrost popytu i ceny monet na rynku, co mogłoby potencjalnie kosztować dziesiątki miliardów dolarów. Nawet jeśli dokonają ataku 51%, wartość ich stakowana monet drastycznie spadnie, gdy bezpieczeństwo sieci zostanie naruszone. Dlatego jest mało prawdopodobne, że atak 51% nastąpi w przypadku krypto korzystającego z konsensusu PoS, zwłaszcza jeśli jest to moneta lub token o dużej kapitalizacji rynkowej.

Wady Proof of Stake

Wielu postrzega Proof of Stake jako lepszą alternatywę dla Proof of Work, ale warto zauważyć, że istnieją również niedociągnięcia w algorytmie PoS. W związku z mechanizmem dystrybucji nagród, walidatorzy z większą liczbą stakowanych aktywów mogą zwiększyć swoje szanse na walidację następnego bloku. Im więcej monet zgromadzi walidator, tym więcej monet może stakować i zarabiać, co niektórzy krytykują jako „czynienie bogatych bogatszymi”. Ci „bogatsi” walidatorzy mogą również wpływać na głosowania w sieci, ponieważ blockchainy PoS często przyznają walidatorom prawa do zarządzania.

Innym problemem są zagrożenia bezpieczeństwa dla kryptowalut o mniejszej kapitalizacji rynkowej, które przyjmują PoS. Jak wspomniano, jest mało prawdopodobne, że atak 51% nastąpi w przypadku bardziej popularnych kryptowalut, takie jak ETH czy BNB. Jednak mniejsze aktywa cyfrowe o niższej wartości są bardziej podatne na ataki. Osoby atakujące mogą potencjalnie zdobyć wystarczającą ilość monet, aby zyskać przewagę nad innymi walidatorami. Mogliby wykorzystywać system PoS dla swoich celów, będąc często wybierani na walidatorów. Zdobyte nagrody można następnie wykorzystać do dalszego stakowania, a także zwiększyć szansę na zostanie wybranym w następnej rundzie.

Przemyślenia końcowe

Proof of Work i Proof of Stake mają swoje miejsce w ekosystemie krypto i trudno powiedzieć z całą pewnością, który protokół konsensusu działa lepiej. PoW może być krytykowany za tworzenie wysokiej emisji dwutlenku węgla podczas wydobycia, ale sprawdził się jako bezpieczny algorytm do ochrony sieci blockchain. Niemniej jednak, jako iż Ethereum przechodzi z PoW do PoS, system Proof of Stake może być bardziej preferowany przez nowe projekty w przyszłości.