Что такое Proof of Stake (PoS)

Осторожно! Много текста.

Proof of Stake — это популярная альтернатива алгоритму консенсуса Proof of Work. В этом механизме для подтверждения транзакций используется не вычислительная мощность, а монеты в стейкинге, предоставленные валидаторами. Proof of Stake позволяет значительно снизить потребление энергии, а также повысить децентрализацию, безопасность и масштабируемость.

Однако Proof of Stake может быть не таким удобным для пользователей, у которых нет доступа к криптовалюте, а также может повлечь риск атаки 51% на блокчейнах с низкой рыночной капитализацией. Поскольку Proof of Stake крайне универсален, он имеет широкий спектр вариаций для различных блокчейнов и задач.

Введение

На сегодняшний день Proof of Stake является самым популярным алгоритмом консенсуса для многих сетей блокчейна, но из-за большого количества вариаций в нем бывает сложно разобраться. Более того, встретить этот механизм в первозданном виде почти невозможно. Тем не менее все виды Proof of Stake работают на основе одних и тех же концепций, понимание которых поможет принять наилучшее решение при выборе блокчейна.

Что означает Proof of Stake

Алгоритм консенсуса Proof of Stake был представлен в 2011 году на форуме Bitcointalk с целью решить проблемы Proof of Work. Хотя оба этих механизма стремятся к достижению консенсуса на блокчейне, делают они это по-разному. Если пользователи Proof of Work выполняют вычислительную работу, то участникам Proof of Stake достаточно внести монеты в стейкинг.

Как работает Proof of Stake

В основе механизма Proof of Stake лежит процесс случайного выбора, определяющий валидатора из группы нод. Для этого система использует комбинацию факторов, включая длительность стейкинга монет, рандомизацию и финансовую обеспеченность ноды.

В системах Proof of Stake в контексте создания блоков используется термин форжинг, а не майнинг, однако можно встретить и оба варианта. Большинство криптовалют Proof of Stake запускаются с запасом предварительно созданных монет, чтобы ноды могли немедленно приступить к работе.

Чтобы участвовать в процессе создания блоков, пользователи блокируют некоторое количество монет в сети, добавляя их в стейкинг. Количество монет в стейкинге увеличивает шансы каждой ноды быть выбранной в качестве следующего валидатора: чем больше сумма в стейкинге, тем выше шансы. Чтобы обеспечить справедливый выбор нод без предпочтения самых обеспеченных, в процессе выбора используются уникальные методы, такие как случайный выбор блоков и выбор по длительности стейкинга.

Случайный выбор блока

При случайном выборе блоков валидаторы определяются путем поиска нод с наименьшим значением хеша и наибольшей суммой в стейкинге. При этом обычно можно заранее предсказать, кто станет следующим валидатором, поскольку объем монет в стейкинге каждого участника находится в открытом доступе.

Выбор по длительности стейкинга

При выборе по длительности стейкинга валидаторы определяются в зависимости от того, как долго их токены находятся в стейкинге. Длительность рассчитывается путем умножения количества дней монеты в стейкинге на количество размещенных монет.

После создания блока длительность обнуляется, поэтому потребуется некоторое время перед тем, как та же нода будет выбрана для создания следующего блока, что позволяет предотвратить доминирование «богатых» нод в блокчейне.

Проверка транзакций

Каждая криптовалюта с алгоритмом консенсуса Proof of Stake имеет собственный набор правил и методов, которые обеспечивают эффективность сети.

Нода, выбранная для создания нового блока, проверяет действительность транзакций, подписывает блок и добавляет его в блокчейн. В качестве вознаграждения валидатор получает часть комиссий за транзакции из добавленного блока, а в некоторых блокчейнах еще и награду в виде монет.

Если участник больше не хочет быть инициатором, его заработанные вознаграждения и монеты в стейкинге блокируются на некоторое время. Это дает системе возможность проверить, не добавил ли инициатор мошеннические блоки в блокчейн.

Какие блокчейны используют Proof of Stake

Большинство блокчейнов, появившихся после Ethereum, используют механизмы консенсуса Proof of Stake. Как правило, каждый механизм модифицируется в соответствии с потребностями сети. Далее мы рассмотрим их подробнее. Сам Ethereum в настоящее время находится в процессе перехода к Proof of Stake за счет обновления Ethereum 2.0.

Сети блокчейна, использующие Proof of Stake или его вариации, включают:

1. BNB Chain

2. BNB Smart Chain

3. Solana

4. Avalanche

5. Polkadot

Преимущества Proof of Stake

Так как Proof of Stake во многих аспектах превосходит Proof of Work, он используется почти во всех новых блокчейнах. К его преимуществам относятся:

Адаптируемость

Proof of Stake стремится соответствовать меняющимся потребностям пользователей и развивающемуся блокчейну, что отражается в появлении новых разнообразных вариаций алгоритма. Этот механизм многофункционален и подходит для большинства задач блокчейна.

Децентрализация

Запуск нод стал более доступным, и сеть стремится поощрять их запуск пользователями. Система стимулов и процесс рандомизации также делают сеть более децентрализованной. Несмотря на существование стейкинг-пулов, вероятность того, что отдельный человек успешно создаст блок в рамках Proof of Stake, гораздо выше. Это снижает необходимость в создании стейкинг-пулов.

Энергоэффективность

По сравнению с Proof of Work, алгоритм Proof of Stake невероятно экономичен с точки зрения энергии. В таком механизме стоимость участия зависит от экономических затрат на стейкинг, а не от вычислительных затрат на решение головоломок. Таким образом, работа этого механизма консенсуса требует гораздо меньше затрат на электроэнергию.

Масштабируемость

Поскольку Proof of Stake не полагается на физические машины для достижения консенсуса, этот механизм более масштабируем. Для него не требуется покупать огромные майнинг-фермы и затрачивать большое количество энергии. Использование множества валидаторов в сети гораздо дешевле, проще и доступнее.

Безопасность

Механизм стейкинга стимулирует инициатора создавать только проверенные блоки. Если сеть обнаружит мошенническую транзакцию, валидатор потеряет часть своей доли в стейкинге и право создавать блоки в будущем. Таким образом, если доля в стейкинге больше вознаграждения, недобросовестный валидатор потеряет больше монет, чем получит.

Чтобы захватить контроль над сетью и проводить мошеннические транзакции, нода должна владеть большей долей в сети — это называется атакой 51%. Однако это можно сделать только в случае приобретения 51% монет в обращении, что практически невозможно.

И все же в некоторых случаях это может быть недостатком — мы рассмотрим это далее.

Недостатки Proof of Stake

Несмотря на то, что Proof of Stake имеет множество преимуществ по сравнению с Proof of Work, у него все еще есть некоторые недостатки:

Форки

При стандартном механизме Proof of Stake не существует препятствий для майнинга с обеих сторон форка. Однако при Proof of Work майнинг с обеих сторон приведет к большим энергозатратам. Использование Proof of Stake позволяет значительно снизить затраты, благодаря чему пользователи могут «делать ставки» на обеих сторонах форка.

Доступность

Для стейкинга пользователям понадобятся нативные токены блокчейна — их можно приобрести через биржу или любым другим способом. Иногда для эффективного стейкинга могут потребоваться значительные вложения.

Механизм Proof of Work же позволяет работать на дешевом оборудовании для майнинга или даже брать его в аренду. Благодаря этому пользователи могут присоединиться к пулу и начать быстро проверять транзакции и зарабатывать.

Атака 51%

Хотя Proof of Work также подвержен атакам 51%, блокчейны с механизмом Proof of Stake более уязвимы к ним. Если цена токена рухнет или блокчейн будет иметь низкую рыночную капитализацию, теоретически злоумышленники смогут приобрести более 50% токенов по низкой цене и захватить контроль над сетью.

Proof of Work и Proof of Stake

Если сравнить эти два механизма консенсуса, то можно выделить несколько основных различий.

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Необходимое оборудование	Оборудование для майнинга	Минимум оборудования или его отсутствие
Потребление энергии	Высокое	Низкое
Направление тенденции	Централизация	Децентрализация
Метод валидации	Вычислительные мощности	Стейкинг монет

Однако в блокчейнах существует большое разнообразие версий Proof of Stake. Многие различия будут зависеть от конкретных задач механизма.

Вариации механизма Proof of Stake

Proof of Stake обладает высокой адаптируемостью. Разработчики могут изменить механизм в соответствии со спецификой работы блокчейна. Далее приведены некоторые из наиболее часто встречающихся вариаций.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Delegated Proof of Stake позволяет пользователям вносить монеты в стейкинг, не становясь валидатором. В этом случае они выступают делегатами: вносят средства в стейкинг через валидатора и получают часть вознаграждений за блок. Чем больше делегатов поддерживают возможного валидатора, тем выше шансы на его выбор. Обычно делегаты ориентируются на величину суммы стимула, который предлагают валидаторы, а также на их репутацию.

Nominated Proof of Stake (NPoS)

Nominated Proof of Stake — это модель консенсуса, разработанная Polkadot. Она во многом похожа на Delegated Proof of Stake, но с одним ключевым отличием: если номинант (делегат) добавляет средства в стейкинг через злонамеренного валидатора, он также рискует потерять свои средства.

Номинанты могут выбрать до 16 валидаторов, через которых они будут добавлять средства в стейкинг. Затем сеть будет распределять монеты между выбранными валидаторами в равной степени. Polkadot также использует несколько подходов в теории игр и теории выборов с целью определить, кто будет форжить новый блок.

Proof of Staked Authority (PoSA)

BNB Smart Chain использует Proof of Staked Authority для достижения консенсуса сети. Этот механизм консенсуса сочетает в себе Proof of Authority и Proof of Stake, позволяя валидаторам по очереди форжить блоки. К участию допускается группа из 21 активного валидатора, выбранных по количеству BNB, которые они добавили в стейкинг или делегировали от своего имени. Эта группа выбирается ежедневно, и BNB Chain хранит информацию об этом выборе.

Заключение

Методы добавления блоков в сети значительно изменились с начала появления Биткоина. Теперь пользователям не нужно полагаться на вычислительную мощность для создания криптоконсенсуса. Вместо этого они могут использовать алгоритм Proof of Stake, который имеет много преимуществ и доказал свою эффективность. Возможно, со временем его альтернативой, механизмом Proof of Work, будет пользоваться лишь Биткоин и небольшой ряд других сетей. Как бы то ни было, Proof of Stake определенно останется с нами надолго.