Proof of Work (PoW) или Proof of Stake (PoS)

Осторожно! Много текста.

Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) – наиболее распространенные механизмы консенсуса. Они используются для защиты сетей главных криптовалют.

Proof of Work используется биткоином для валидации транзакций и обеспечения безопасности сети. Помимо прочего, PoW предотвращает двойные траты. Блокчейн защищается участниками, называемыми майнерами, которые используют вычислительные мощности для получения права подтверждать новые блоки и обновлять блокчейн. Успешный майнер в качестве вознаграждения от сети получает BTC. По состоянию на декабрь 2021 года майнер, который вычислил блок биткоина, получал награду за блок в размере 6,25 BTC и комиссию за транзакции.

Главное различие между PoW и PoS заключается в том, как они определяют валидаторов блоков транзакций. Proof of Stake – наиболее популярная альтернатива Proof of Work. Этот механизм консенсуса направлен на преодоление некоторых ограничений PoS, таких как проблемы масштабируемости и энергопотребление. В механизме PoS участники называются валидаторами. Им не нужно мощное оборудование, чтобы иметь шанс на валидацию блока. Вместо этого они должны стейкать (блокировать) нативную криптовалюту блокчейна. В соответствии с количеством стейкаемой криптовалюты сеть выбирает победителя, который получает долю комиссии за транзакцию от блока, который он валидировал. Чем больше монет в стейкинге, тем выше шанс быть выбранным в качестве валидатора.

Введение

Для подтверждения действительности транзакций, записанных в блокчейне, сети применяют различные механизмы консенсуса. Proof of Work (PoW) – самый старый из них. Этот механизм консенсуса, созданный Сатоши Накамото, считается одним из наиболее безопасных вариантов. Proof of Stake (PoS) был создан позже, но сейчас применяется в большинстве проектов альткоинов.

Помимо биткоина, PoW используется в других главных криптовалютах, таких как Ethereum (ETH) и Litecoin (LTC). Напротив, PoS используется Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) и другими альткоинами. Стоит отметить, что в 2022 году Ethereum планирует перейти с PoW на PoS.

Что такое Proof of Work (PoW) и как он работает?

Proof of Work (PoW) – алгоритм консенсуса, применяемый в сети биткоина и многих других криптовалют для предотвращения двойных трат. Он был представлен Сатоши Накамото в whitepaper биткоина, опубликованном в 2008 году.

По сути, PoW определяет, как блокчейн биткоина достигает распределенного консенсуса. Он используется для подтверждения одноранговых транзакций без доверия, т. е. без необходимости в сторонних посредниках.

В сети с консенсусом PoW, такой как сеть биткоина, транзакции подтверждаются майнерами. Это участники, которые используют огромное количество ресурсов для обеспечения безопасной и корректной работы сети. Помимо прочих задач, майнеры создают и подтверждают блоки транзакций. Но чтобы бороться за право валидировать следующие блоки, им необходимо использовать специализированное оборудование для майнинга, которое осуществляет решение сложных математических задач.

Первый майнер, которому удалось найти решение этих математических задач, получает право добавить свой блок в блокчейн и получить т. н. награду за блок. Награды за блок состоят из созданных единиц криптовалюты и комиссий за транзакции. Размер награды за блок в единицах криптовалюты отличается в разных сетях. Например, в блокчейне биткоина (по состоянию на декабрь 2021 года) в качестве награды за блок майнер получал 6,25 BTC и комиссию. Количество новых BTC, генерируемых с каждым валидным блоком, уменьшается на 50% каждые 210 000 блоков (примерно каждые четыре года) согласно механизму, известному как халвинг.

Если вы хотите узнать больше о модели Proof of Work, читайте нашу статью «Что такое Proof of Work (PoW)?»

Что такое Proof of Stake (PoS) и как он работает?

Proof of Stake (PoS) – это алгоритм консенсуса, представленный в 2011 году в качестве альтернативы алгоритму Proof of Work. Он направлен на преодоление ограничений масштабируемости сетей PoW. PoS – второй по популярности алгоритм, используемый такими криптовалютами, как Binance Coin (BNB), Solana (SOL) и Cardano (ADA).

При том, что цель у PoW и PoS одна – достижение консенсуса в цепочке блоков, PoS реализует другой способ определения участников, которые проверяют блоки транзакций. В блокчейнах PoS нет майнеров. Приоритет участника по правилам алгоритма PoS зависит не от его вычислительной мощности, а от количества криптовалюты, которой он обладает.

Чтобы иметь право на проверку блока, участникам необходимо заблокировать определенное количество монет в конкретном смарт-контракте блокчейна. Этот процесс известен как стейкинг. После этого протокол PoS может выбрать участника для валидации следующего блока. В зависимости от сети выбор может происходить случайным образом или в соответствии с количеством стейкаемой криптовалюты. В качестве вознаграждения выбранный валидатор получает комиссию за транзакцию из проверенного блока. Как правило, чем больше монет он блокирует, тем выше шанс быть выбранным.

Для получения более подробной информации обратитесь к статье «Proof of Stake».

Различие между Proof of Work и Proof of Stake

Несмотря на то, что оба являются механизмами консенсуса, которые обеспечивают безопасность сети блокчейна, между ними есть различия. Главное различие, конечно, в том, как PoW и PoS определяют участников, которые будут валидировать новые транзакции. Для более четкого понимания рассмотрим таблицу ниже:

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Кто может майнить/валидировать блоки?	Чем больше вычислительная мощность, тем выше вероятность добычи блока.	Чем больше монет стейкается, тем выше шанс валидировать новый блок.
Как майнится/валидируется блок?	Майнеры решают сложные математические задачи, используя вычислительные ресурсы.	Обычно алгоритм определяет победителя случайным образом с учетом количества монет в стейкинге.
Оборудование для майнинга	Профессиональное оборудование для майнинга – ASIC, CPU и GPU.	Любые компьютеры и мобильные устройства с выходом в интернет.
Как распределяются награды?	Первый участник, который добыл блок, получает награду за блок.	Валидаторы получают часть комиссий за транзакции, собираемых с подтвержденного блока.
Как обеспечивается безопасность сети	Чем больше хэш, тем безопаснее сеть.	При стейкинге криптовалюта блокируется в блокчейне для защиты сети.

Является ли Proof of Stake лучшим решением, чем Proof of Work?

Сторонники Proof of Stake убеждены, что PoS имеет определенные преимущества перед PoW, особенно в том, что касается масштабируемости и скорости транзакций. Кроме того, говорилось, что монеты PoS менее вредны для окружающей среды по сравнению с PoW. Напротив, многие сторонники PoW утверждают, что PoS как новая технология еще не доказала свой потенциал в том, что касается безопасности сети. Тот факт, что сети PoW требуют значительных ресурсов (оборудование для майнинга, электричество и т. д.), делает атаки на них более дорогими. Особенно это справедливо для биткоина, самого большого PoW-блокчейна.

Как мы уже говорили, в рамках обновления Ethereum 2.0 Ethereum (ETH) планируется перевести с PoW на PoS. ETH 2.0 – это долгожданное обновление сети Ethereum для повышения ее производительности и решения проблемы масштабируемости. После внедрения PoS в Ethereum каждый участник, имеющий как минимум 32 ETH, сможет участвовать в стейкинге, чтобы стать валидатором и получать вознаграждения.

Лучше ли PoS, чем PoW? Почему вторая по рыночной капитализации криптовалюта переходит на новый механизм консенсуса?

Риск централизации

В блокчейнах Proof of Work майнинг подразумевает использование вычислительной мощности для поиска хешей данных в блоках до тех пор, пока не будет найдено правильное решение. На сегодняшний день для главных криптовалют сегодня становится все труднее найти решения, а процесс вычисления огромного количества хэшей может быть дорогим из-за оборудования и электроэнергии.

Поэтому для большей вероятности получения награды за блок некоторые майнеры объединяют свои аппаратные ресурсы в майнинг-пулах. Чтобы максимально увеличить мощность хеширования, некоторые большие майнинг-пулы вкладывают в ресурсы миллионы долларов и контролируют тысячи микросхем ASIC.

По состоянию на декабрь 2021 года топ-4 майнинг-пула вместе контролируют примерно 50% мощности хеширования биткоина. Доминирование майнинговых пулов усложняет задачу самостоятельного майнинга криптоэнтузиастами.

Насколько тогда децентрализован майнинг? С одной стороны, все еще нет единого субъекта, который мог бы контролировать подтверждения сети. Если бы это произошло, стала бы возможной атака 51% и сеть потеряла бы свою ценность. Некоторые могут возразить, что майнинг по-прежнему децентрализован, но недостаточно сильно. Некоторые стороны, такие как производители оборудования для майнинга и производители энергии, по-прежнему доминируют в майнинге и сокращают общую децентрализацию для блокчейнов с консенсусом доказательства работы.

Механизм консенсуса Proof of Stake применяет иной подход и заменяет мощность майнинга на стейкинг. Этот механизм снижает порог входа физических лиц для подтверждения транзакций, уменьшая значение местонахождения, оборудования и других факторов. Ваш вклад определяется всего лишь количеством токенов на счете.

Тем не менее для начала подтверждения транзакций большинство сетей PoS требуют запуска ноды валидатора. Это может быть дорого, но не так, как несколько установок для майнинга. Затем пользователи стейкают свои токены на определенных валидаторах, что создает модель, аналогичную майнинг-пулам. Таким образом, несмотря на то, что в блокчейнах Proof of Stake легче участвовать обычным пользователям, они по-прежнему подвержены той же проблеме централизации, что и пулы для майнинга.

Риски безопасности

В дополнение к риску централизации тот факт, что четыре самых крупных майнинг-пула обладают большинством мощности хеширования в сети биткоина, ведет к риску атаки 51%. Атака 51% означает атаку злоумышленника или организации, которым удается контролировать более 50% общей мощности хеширования сети. Атакующий может переопределить алгоритм консенсуса блокчейна и для собственной выгоды совершать злонамеренные действия, такие как двойное расходование, отклонение или изменение записей транзакций и предотвращение майнинга другими участниками. Однако из-за размера сети биткоина маловероятно, что на него будет произведена такая атака.

Напротив, если бы злоумышленник захотел бы атаковать блокчейн PoS, ему пришлось бы завладеть более 50% монет в сети. Это приведет к росту рыночного спроса и стоимости монеты, поэтому затраты на сбор монет могут составить десятки миллиардов долларов. Даже если злоумышленник совершит атаку 51%, стоимость стейкаемых монет резко упадет из-за компрометации сети. Поэтому маловероятно, что на криптовалюту с консенсусом PoS и большой рыночной капитализацией может быть произведена атака 51% .

Недостатки Proof of Stake

Многие считают Proof of Stake лучшей альтернативой Proof of Work, но стоит отметить, что у PoS есть недостатки. В соответствии с механизмом распределения вознаграждений валидаторы с большим количеством заблокированных активов имеют повышенный шанс на проверку следующего блока. Чем больше монет имеет валидатор, тем больше монет он может стейкать и тем больше может заработать, поэтому некоторые критикуют такую схему как «обогащающую богатых». Эти «более богатые» валидаторы также могут влиять на голосование в сети, поскольку блокчейны PoS зачастую предоставляют валидаторам права управления.

Еще одна проблема – использование PoS криптовалютами с относительно небольшой рыночной капитализацией. Как мы уже говорили, маловероятно, что атака 51% произойдет на популярные криптовалюты, такие как ETH или BNB. Однако небольшие цифровые активы с меньшей ценностью более уязвимы для атак. Атакующие могут завладеть достаточным количеством монет, чтобы получить преимущество против других валидаторов. Тогда они смогут эксплуатировать систему PoS, становясь часто выбираемыми в качестве валидаторов. Заработанные ими награды можно также стейкать, за счет чего увеличится шанс быть выбранными в следующем раунде.

Резюме

Proof of Work и Proof of Stake занимают свои места в криптовалютной экосистеме, и трудно с уверенностью сказать, какой протокол консенсуса работает лучше. PoW можно критиковать за генерацию высоких выбросов углерода во время майнинга, но он зарекомендовал себя как безопасный алгоритм для защиты сетей блокчейна. Тем не менее, на фоне того, что Ethereum переходит от PoW к PoS, система Proof of Stake может стать более предпочтительной для будущих проектов.