Що таке Proof of Stake (PoS)?

Короткий зміст

Proof of Stake – це популярний механізм консенсусу, альтернативний Proof of Work. Замість того, щоб використовувати обчислювальну потужність для перевірки транзакцій, валідатори повинні здійснювати стейкінг монет. Цей факт різко знижує потрібне споживання енергії. Proof of Stake також покращує децентралізацію, безпеку та масштабованість.

Однак, Proof of Stake може бути менш доступним для входу без доступу до криптовалюти. Також досить легко здійснити атаку 51% у блокчейнах з низькою ринковою капіталізацією. Оскільки Proof of Stake дуже універсальний, він має широкий спектр варіацій для різних блокчейнів та варіантів використання.

Вступ

Proof of Stake сьогодні є найпопулярнішим вибором для блокчейн-мереж. Але з такою кількістю варіацій може бути складно зрозуміти його основні концепції. Наразі ви навряд чи побачите його в оригінальній формі. Проте, всі види Proof of Stake мають спільні ключові концепції. Розуміння цих подібностей допоможе вам зробити найкращий вибір щодо використовуваних вами блокчейнів та принципів їхньої роботи.

Що означає Proof of Stake?

Алгоритм консенсусу Proof of Stake був представлений ще у 2011 році на форумі Bitcointalk. Він був запропонований як вирішення проблем Proof of Work. Хоча вони обидва переслідують однакову мету – досягнення консенсусу в блокчейні, процеси, які вони використовують, абсолютно різні. Замість того, щоб надавати докази за допомогою великих обчислювальних ресурсів, учасники лише доводять, що вони здійснили стейкінг монет.

Як працює Proof of Stake?

Алгоритм Proof Of Stake використовує процес псевдовипадкового вибору для відбору валідаторів із груп нод. Система використовує комбінацію факторів, у тому числі вік стейкінгу, елемент рандомізації та капітал ноди.

У системах Proof of Stake блоки карбуються, а не добуваються. Тим не менш, ви все ще можете почути, що іноді використовується слово добувати (майнити). Більшість криптовалют Proof of Stake запускаються із пропозицією "попередньо викарбуваних" монет, щоб ноди могли запускатися одразу.

Користувачі, які беруть участь у процесі карбування, повинні заблокувати певну кількість монет у мережі, як свою ставку. Кількість монет у стейкінгу визначає шанси ноди бути обраною як наступний валідатор – чим більша кількість, тим більші шанси. У процес вибору додані унікальні методи, щоб віддавати перевагу не лише найбагатшим нодам у мережі. Двома поширеними методами, які використовуються, є "Випадковий вибір блоків" та "Вибір за віком монет".

Випадковий вибір блоків

У методі випадкового вибору блоків, валідатори вибираються шляхом пошуку нод з комбінацією найменшого хеш-значення та найбільшої частки стейкінгу. Оскільки кількість монет у стейкінгу є публічною, наступна нода, що карбує, зазвичай може бути передбачена іншими нодами.

Вибір за віком монет

Метод "вибору за віком монет" вибирає ноди залежно від того, як довго їх токени знаходяться у стейкінгу. Вік монети розраховується шляхом множення кількості днів, протягом яких монети перебували у стейкінгу на кількість монет у стейкінгу.

Після того, як нода карбує блок, її вік монет скидається до нуля, і нода повинна зачекати певний період, щоб отримати можливість викарбувати інший блок. Це запобігає домінуванню нод з великою кількістю токенів у блокчейні.

Перевірка транзакцій

Кожна криптовалюта, що використовує алгоритм Proof of Stake, має свій власний набір правил та методів, які, на їхню думку, є найкращою комбінацією для мережі та її користувачів.

Коли нода обирається для карбування наступного блоку, вона перевіряє, чи дійсні транзакції в блоці. Потім вона підписує блок і додає його в блокчейн. Як винагороду нода отримує комісії за транзакції від блоку і, в деяких блокчейнах, винагороду у вигляді монет.

Якщо нода хоче перестати бути карбувальником, кількість монет у стейкінгу та зароблені винагороди будуть розблоковані через певний період, що дасть мережі час перевірити, чи немає шахрайських блоків, доданих нодою у блокчейн.

Які блокчейни використовують Proof of Stake?

Більшість блокчейнів, які є "наступниками" Ethereum, використовують механізми консенсусу Proof of Stake. Як правило, кожен модифікується відповідно до потреб мережі. Ми розглянемо ці варіації пізніше у статті. Сам Ethereum в даний час перебуває у процесі переходу до Proof of Stake завдяки Ethereum 2.0.

Блокчейн-мережі, які використовують Proof of Stake або одну з його форм:

1. BNB Chain

2. BNB Smart Chain

3. Solana

4. Avalanche

5. Polkadot

Переваги Proof of Stake

Proof of Stake має багато очевидних переваг перед Proof of Work. Тому нові блокчейни майже завжди використовують Proof of Stake. Його переваги містять:

Адаптивність

Оскільки потреби користувачів і блокчейнів змінюються, змінюється і Proof of Stake. Це легко побачити з безліччю доступних адаптацій. Механізм універсальний і легко підходить для більшості випадків використання блокчейну.

Децентралізація

Більшість користувачів заохочуються до запуску нод, оскільки це доступніше. Цей стимул та процес рандомізації також роблять мережу більш децентралізованою. Незважаючи на те, що існують пули стейкінгу, у людини набагато більше шансів успішно викарбувати блок саме із Proof of Stake. Загалом це знижує потреби для пулів стейкінгу.

Енергоефективність

Proof of Stake неймовірно енергоефективний у порівнянні з Proof of Work. Вартість участі залежить від економічної вартості стейкінгу монет, а не від обчислювальних витрат на вирішення головоломок. Цей механізм призводить до значного зниження енергії, необхідної для запуску механізму консенсусу.

Масштабованість

Оскільки Proof of Stake не покладається на фізичні машини для досягнення консенсусу, він більш масштабований. Немає потреби у величезних майнінгових фермах чи джерелах великих об'ємів енергії. Додавання додаткових валідаторів у мережу дешевше, простіше та доступніше.

Безпека

Стейкінг працює як фінансовий мотиватор для валідатора, щоб він не обробляв шахрайські транзакції. Якщо мережа виявить шахрайську транзакцію, валідатор втратить частину своїх токенів зі стейкінгу та право брати участь у майбутньому. Таким чином, поки кількість монет стейкінгу вища за винагороду, валідатор втратить більше монет, ніж отримає в результаті шахрайських дій.

Щоб ефективно контролювати мережу та схвалювати шахрайські транзакції, нода повинна володіти контрольною кількістю монет у стейкінгу в мережі, що також відомо як атака 51%. Залежно від вартості криптовалюти, отримати контроль над мережею може бути практично неможливо, тому що вам потрібно придбати 51% циркулюючої пропозиції.

Однак це також може бути недоліком, який ми пояснимо нижче.

Недоліки Proof of Stake

Хоча Proof of Stake має багато переваг у порівнянні з Proof of Work, у нього все ж таки є деякі недоліки:

Схильність до форку

Зі стандартним механізмом Proof of Stake немає перешкод для майнінгу обома сторонами форку. У випадку з Proof of Work, майнінг обома сторонами призведе до марної витрати енергії. З Proof of Stake вартість набагато менша, а це означає, що люди можуть робити "ставки" з обох сторін форку.

Доступність

Щоб запустити стейкінг, вам знадобиться мати нативні токени блокчейну. Це вимагає, щоб ви придбали токени на біржі або іншим способом. Залежно від необхідної кількості вам можуть знадобитися значні інвестиції, щоб почати здійснювати ефективний стейкінг.

З Proof of Work ви можете купити дешеве майнінгове обладнання або навіть орендувати його. Завдяки цьому ви можете приєднатися до пулу та почати швидко перевіряти блоки та заробляти.

Атака 51%

Хоча Proof of Work також схильний до атак 51%, їх значно простіше здійснити з Proof of Stake. Якщо ціна токена падає або блокчейн має низьку ринкову капіталізацію, покупка понад 50% токенів та контроль над мережею теоретично можуть бути дешевими.

Proof of Work та Proof of Stake.

Якщо ми порівнюємо два механізми консенсусу, то виявимо декілька основних відмінностей.

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Необхідне обладнання	Майнінгове обладнання	Мінімальна кількість або не потрібне
Споживання енергії	Високе	Низьке
Схильність до	Централізації	Децентралізація
Метод перевірки	Обчислювальне доведення	Стейкінг монет

Однак у блокчейнах існує безліч механізмів Proof of Stake. Багато відмінностей залежатимуть від точного механізму, що використовується.

Інші механізми консенсусу, засновані на Proof of Stake

Proof of Stake легко адаптується. Розробники можуть змінити точний механізм відповідно до конкретних варіантів використання блокчейну. Нижче наведені найбільш поширені

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Delegated Proof of Stake дозволяє користувачам здійснювати стейкінг монет, не стаючи валідатором. У цьому випадку вони делегують токени для стейкінгу валідатору, щоб розділити винагороди за блок. Чим більше делегаторів здійснюють стейкінг у можливого валідатора, тим вищий шанс його вибору. Валідатори зазвичай можуть змінити суму, яку ділять із делегаторами, як заохочення. Репутація валідатора є також важливим фактором для делегаторів.

Nominated Proof of Stake (NPoS)

Nominated Proof of Stake – це модель консенсусу, розроблена Polkadot. Вона має багато спільного з Delegated Proof of Stake, але має одну ключову відмінність. Якщо номінант (делегатор) здійснює стейкінг у зловмисного валідатора, він також може втратити свої токени зі стейкінгу.

Номінанти можуть вибрати до 16 валідаторів для стейкінгу. Потім мережа рівномірно розподілятиме їх токени у стейкінгу між обраними валідаторами. Polkadot також використовує декілька підходів з теорії ігор та теорії виборів, щоб визначити, хто викарбує новий блок.

Proof of Staked Authority (PoSA)

BNB Smart Chain використовує Proof of Staked Authority для досягнення консенсусу в мережі. Цей механізм консенсусу поєднує в собі Proof of Authority та Proof of Stake, дозволяючи валідаторам по черзі карбувати блоки. За кількістю монет у стейкінгу або кількістю залучених від делегаторів монет BNB обирається група з 21 активного валідатора. Цей набір визначається щодня і BNB Chain зберігає вибір.

Висновок

Те, як ми додаємо блоки транзакцій до мережі, значно змінилося з часів Bitcoin. Тепер нам більше не потрібно покладатися на обчислювальну потужність задля досягнення криптоконсенсусу. Система Proof of Stake має багато переваг, та історія показала, що Proof of Stake працює. Схоже, що з часом Bitcoin буде лише однією з декількох мереж Proof of Work. Наразі здається, що Proof of Stake з нами на довго.