Для удобства, в данной статье мы используем английские сокращения:
- PoW (от: Proof of Work) для метода доказательства выполнения работы.
- PoS (от: Proof of Stake, также «стекинг») для метода доказательства доли владения.
В 2008 году человек, известный под именем Сатоси Накамото, официально представил миру свою разработку: Биткойн, пиринговую платёжную систему (от англ.: peer-to-peer (P2P) — равный к равному, также известна под названием одноранговая или децентрализованная система).
В тот день и зародились криптовалюты. Биткойн использует для своего консенсуса алгоритм, называемый методом доказательства работы (PoW). Такой метод гарантирует, что транзакции обрабатываются не центральным органом или посредником, а самой сетью благодаря мощности компьютерного оборудования.
Несколько лет спустя появились новые блокчейны, и некоторые из них начали использовать алгоритм консенсуса доказательства доли владения (PoS), который набирает всё большую популярность.
В этой статье мы подробно расскажем о характеристиках каждого протокола и изучим различия между ними.
PoW в двух словах
Накамото применил PoW к системе электронной валюты Биткойн, изобретателем которой он тоже считается. В своём исследовательском труде, опубликованном 31 октября 2008 года, он описал PoW как технологию, которая решит проблему двойного расходования «монет».
Проще говоря, PoW предоставляет доказательства, основанные на выполненной благодаря вычислительной мощности работе. Это свидетельство затем принимается сетевыми узлами как созданное на основе вычисления хеш-функции.
Что есть PoW
Как мы определили выше, PoW использует вычислительную мощность для решения криптографической задачи, называемой хеш-функцией. Майнер становится в сети узлом, создающим новый блок в цепочке блоков на основе выполняемой им работы. Майнеры пытаются найти конкретный хеш на основе входных данных, предопределенных некоторыми факторами, включая хешрейт, который отражает производительность всей сети.
Его цель — поддерживать среднее время майнинга блока на уровне 10 минут. Таким образом, один раз в 10 минут создаётся новый блок, который добавляется к существующей цепочке. Этот процесс называется майнингом (англ:. mining), поскольку он похож на добычу полезных ископаемых в реальной жизни. Майнер, который создает новый блок, награждается новым биткойном. Вознаграждение служит стимулом выполнять работу.
PoW в Биткойне работает по основному правилу: выигрывает самая длинная цепочка. Новый добытый блок ещё не является окончательным, и ему нужно дождаться подтверждения, точнее, шести подтверждений, так как в момент майнинга другой майнер может добавить другой блок, а за ним и следующий.
Вот почему некоторые биржи ждут шести или более подтверждений блока — они просто не хотят рисковать в случае неподтверждения вашей транзакции.
PoW: За и Против
Отдельно отметим определённые преимущества метода PoW. Главной здесь мне представляется система безопасности самого блокчейна, обмануть которую будет трудновато. После финализации блоков их нельзя переписать, поэтому система эффективна и заслуживает доверия. Любая попытка переписать новейшую часть блокчейна окажется слишком дорогостоящей для потенциальных злоумышленников, сильно урезая вероятность перезаписи более давних частей.
Число майнеров растёт, как растут и мощности хеширования, а вместе с ними и безопасность сети. Статистика показывает, что попытки взлома обходятся слишком дорого для 51% злоумышленников.
И всё же, кое в чём метод PoW уступает методу PoS. PoW относительно дорог и непродуктивно расходует ресурсы. Дорогостоящее и не долговечное оборудование — лишь один вид затрат, с которыми приходится сталкиваться майнерам. Добавьте к этому излишнее тепло от оборудования, и непомерно высокие счета за электроэнергию, большая часть которой просто тратится впустую.
А ещё блокчейны на основе PoW очень медленные. В среднем, майнерам BTC требуется целых 10 минут, чтобы найти новый блок. Более того, когда возникают перегрузки в сети, сборы за транзакции резко возрастают из-за их низкой пропускной способности.
Время, когда биткойны можно было добывать просто сидя за личным ноутбуком, уже прошло. Из-за повышенной сложности майнинга биткойн можно добывать только на специализированном и очень дорогом оборудовании — ASIC (англ. application-specific integrated circuit, «интегральная схема специального назначения»). Из-за этого ограничения групп майнеров не так много, но это значит, что они владеют большей частью майнинговых мощностей, а это, в свою очередь, снижает степень децентрализации и увеличивает вероятность атаки.
«Монеты» на основе PoW
Другие PoW сети, такие, как Litecoin, Dash и Dogecoin, представляют собой форки (ответвления) Биткойна с некоторыми дополнительными обновлениями (меньшее время финализации блока для обеспечения более быстрых транзакций или приватности).
Но и с учётом всех улучшений, они не так эффективны, как большинство протоколов PoS.
Еще одна сеть PoW — Ethereum, где реализована EVM (виртуальная машина Ethereum) для включения смарт-контрактов. Серьёзный апгрейд, но разработчики прекрасно знают о проблеме масштабируемости. Предполагается, что она будет решена в эволюционировавшей версии Ethereum 2.0.
Kulupu и Kadena, оба основанные на платформе Substrate, также являются новыми типами блокчейнов PoW. В будущем их подключат к экосистеме Polkadot, что должно решить проблему масштабируемости, беспокояшую Биткойн и Эфир. Но Kulupu и Kadena всё ещё находятся в тестовом режиме, поэтому придётся подождать, пока они завершат работу в своих mainnet и подключатся к Polkadot через слот парачейна. Тогда я смогу подробнее рассказать о них и решении ими вопроса масштабирования.
PoS в двух словах
PoS — это новый тип консенсуса, призванный решить проблему масштабируемости и энергопотребления, чем печально известны большинство блокчейнов PoW.
Чтобы лучше понять, что такое PoS, представьте, что вы переносите работу на процесс стекинга, который определяется стекерами.
Как работает PoS?
Представьте протокол консенсуса, в котором узлы псевдослучайно выбираются для предложения следующего блока в цепочку в зависимости от количества «монет», которым владеет участник. Как только узел выбран и получает право на создание нового блока, он начинает проверку транзакций, подписывает блок и предлагает его другим валидаторам сети.
Модель PoS стимулирует пользователей делать ставки на базовую криптовалюту для участия в консенсусе. Пользователи заинтересованы во владении как можно большей долей «монет». Они не только получают вознаграждение, но и поддерживают безопасность конкретной цепочки блоков.
Объём вознаграждения зависит от суммы уплаченных комиссий за транзакции или стимулирующего бюджета.
Некоторые блокчейны имеют более высокий порог входа для участников или валидаторов. Желающие стать валидаторами будущей реализации PoS Ethereum 2.0 обязаны владеть по меньшей мере 32 «монетами» ETH. Для блокчейнов DPoS путь к валидации также чрезвычайно сложен.
Существуют также и блокчейны, которые упрощают участие в консенсусе. Один из блокчейнов с низкими требованиями — Algorand, здесь лимит для валидаторов равен одному доллару. Ещё один пример — Cardano, который позволяет выбрать пул стекинга без каких-либо минимальных вложений. Подобные решения повышают уровень децентрализации, и я большой поклонник именно такого подхода. Зачем вводить ограничения, когда мы можем обеспечить лучшую степень децентрализации?!
PoS: За и Против
Вот два основных преимущества метода PoS: эффективность и экономия энергии. Эффективность означает более быстрые транзакции, финализацию и лучшую масштабируемость. Финализация — момент, когда транзакция навсегда вписывается в блокчейн.
Биткойн-транзакции становятся окончательными после шести подтверждений, каждое из которых занимает 10 минут. Для успешного перевода денег придется ждать целый час! Немыслимая затрата времени для наших дней, ведь у таких проектов, как Solana, Algorand, EOS или BNB, финализация занимает менее трёх секунд. То же можно сказать и о масштабируемости. Поскольку генерация блока длится около 10 секунд и количество транзакций, которые могут поместиться в один блок размером один мегабайт, ограничено, масштабируемость ограничена до семи транзакций в секунду для сети Биткойн. Блокчейны PoS позволяют выполнять тысячи и даже десятки тысяч транзакций в секунду, в зависимости от конкретной технологии. Согласитесь, большая разница!
Критикуя криптовалюты из-за значительного углеродного следа, люди в основном говорят о сети Биткойн и других сетях PoW. При майнинге Биткойна используется примерно столько же энергии, сколько нужно для страны среднего размера, и в то же время сеть PoS использует объём энергии, сопоставимый с затратами частного дома или офисного здания — весомый аргумент в пользу блокчейнов PoS, особенно когда они улучшат защиту своей сети и смогут поддерживать децентрализацию на приличном уровне.
Наиболее популярный довод критиков PoS — недостаточная децентрализация, при которой крупные держатели токенов контролируют основные акции и могут влиять на сеть.
Я понимаю их точку зрения и согласен с тем, что это действительно проблема, характерная для некоторых блокчейнов. Команды разработчиков, в частности, изначально удерживают у себя большое количество «монет», поэтому сеть всегда зависит от их подхода и стратегии распределения «монет». Но я бы оценивал каждый проект отдельно, потому что с всё более широким распространением и ростом цен на блокчейны вероятность, что какой-нибудь кит приберёт контроль к рукам, уменьшается: цена атаки 33% или 51% будет немыслимой.
Криптовалюты PoS
Во-первых, я хотел бы отметить, что не все блокчейны PoS поддерживают высокий уровень децентрализации: некоторые из них позволяют разработчикам и крупнейшим китам (в основном это одна и та же группа людей) установить олигополию в валидации. Менее децентрализованные версии PoS используются в EOS или Tron, а подтверждение полномочий по ставке используется в Binance Smart Chain.
Мне по душе консенсусный протокол блокчейна Ouroboros, который используется в Cardano и Polkadot. Идея в присоединении к пулу участников, где даже некрупный держатель «монет» может косвенно участвовать в консенсусе и получать некоторый процент от комиссий за транзакции.
Наиболее примечательное обновление на данный момент — это Pure PoS, используемый в блокчейне Algorand. Данное улучшение позволяет практически любому желающему стать валидатором сети и работать с минимальными вычислительными и инвестиционными вкладами, начиная с одного доллара. В Algorand финализация крайне быстрая, а уровень децентрализации высокий, ведь выбор валидатора случаен и криптографически защищён.
Следует помнить, что Ethereum движется к методу PoS, являясь второй по величине капитализации криптовалютой! Как только работы над Эфиром 2.0 завершатся, он начнёт вовсю использовать преимущества PoS, такие как высокая масштабируемость и пропускная способность транзакций, сохраняя при этом фирменный высокий уровень безопасности и децентрализации. Есть основания полагать, что список PoS-«монет» будет расширяться.
Существуют ли другие протоколы?
PoW и PoS являются наиболее распространёнными протоколами. Однако среди консенсусных технологий есть и такие, которые также заслуживают упоминания. В нестабильном мире криптовалют трудно предсказать, какие технологии «взлетят» через год. Давайте рассмотрим методы Proof of Space, Proof of Elapsed Time и Proof of Burn.
Proof of Space (PoS): метод, разработанный программистом Брэмом Коэном, автором знаменитого BitTorrent. Алгоритм доказательства свободного места предлагает проверку транзакций узлами с наибольшим объёмом памяти. Коэн утверждает, что майнинг с помощью этого алгоритма доступен любому пользователю и менее энергозатратен. Proof of Space подразумевает, что майнеры предоставляют сети свободное дисковое пространство узла, и чем больше памяти пользователь выделяет для нужд проекта, тем выше вероятность создания нового блока. Наиболее яркой представительницей криптовалюты типа Proof of Space является Chia (XCH).
Proof of elapsed time (PoET, «метод доказательства прошедшего времени»): метод от корпорациеи Intel. Алгоритм PoET работает следующим образом: каждый участвующий узел в сети должен выждать случайно определённый срок, и первый выждавший отведённое время, получает новый блок. Каждый узел в сети блокчейн генерирует случайное время ожидания и переходит в режим гибернации на указанный период. Узел с наименьшим временем ожидания создаёт новый блок в цепочке блоков, транслируя необходимую информацию по одноранговой сети. Процесс повторяется для обнаружения следующего блока.
Proof of burn (PoB): майнеры отправляют монеты на специальный адрес, который «сжигает» их, поэтому токены нельзя вернуть или потратить. Транзакция записывается в блокчейн как доказательство того, что монеты «сожжены», а пользователь получает вознаграждение. Идея PoB заключается в том, что, сжигая криптовалюту, пользователь демонстрирует готовность нести краткосрочные убытки ради долгосрочных инвестиций. Наградой является пожизненная лицензия на майнинг, и чем больше монет «сжигает» пользователь, тем больше у него шансов открыть следующий блок в сети.
И напоследок
Надеемся, что данный обзор помог вам лучше понять механизмы работы консенсусов PoW и PoS. В нашей следующей публикации мы сравним их и попытаемся предсказать, что их ждёт в будущем.