Почему многие выбирают алгоритм консенсуса Proof-of-Stake (PoS)?

Почему многие выбирают алгоритм консенсуса Proof-of-Stake (PoS)?

Основное

• Proof-of-Stake (PoS) — наиболее распространенный алгоритм консенсуса в блокчейне, используемый в Ethereum, Cardano, Solana, Tezos и Algorand.
• Популярность PoS обусловлена возможностью легкого пассивного заработка через стейкинг криптовалют без необходимости приобретения дорогостоящего оборудования для майнинга.
• Proof-of-Stake потребляет меньше энергии для генерации блоков и обеспечения безопасности блокчейна, чем Proof-of-Work.

Почему и как появился Proof-of-Stake?

При разработке архитектуры блокчейна, децентрализованного протокола для переводов с постоянно обновляемой базой данных, возникают два ключевых вопроса:

• кому и по какому принципу предоставить право генерировать новые блоки;
• как одобрять транзакции для обеспечения защиты от двойных трат и прочих злоупотреблений.

Решение этих вопросов привело к появлению нескольких механизмов консенсуса, то есть наборов правил, по которым участники децентрализованной сети договариваются о том, как именно транзакции могут быть утверждены и включены в новые блоки.

В white paper первой криптовалюты, опубликованном Сатоши Накамото в октябре 2008 года, был предложен механизм Proof-of-Work («доказательство работы»).

Согласно PoW, операторы нод децентрализованной сети (майнеры) в режиме свободной конкуренции решают ресурсоемкие математические задачи — поиск хэша блока методом подбора. В случае успеха победивший майнер или пул получает возможность добавить найденный блок, а взамен получает награду — новые биткоины.

Что такое алгоритм Proof-of-Work (PoW)?

По PoW, майнеры решают математические задачи в свободной конкуренции и получают награду за добавление блока.

Уже спустя пару лет после запуска биткоина стало понятно, что PoW приводит к росту майнинговой мощности и затратам на электроэнергию. Майнинг становился менее доступным из-за необходимости мощного оборудования.

11 июля 2011 года была предложена идея альтернативного механизма консенсуса для биткоина, который получил название Proof-of-Stake (PoS). Предлагалось, что участники сети получат право голоса в соответствии с долей монет, которые они владеют.

В августе 2012 года PoS получил первое практическое воплощение в криптовалюте PPCoin. Монеты распределяли через майнинг, а транзакции могла обрабатывать любая нода, хранившая криптовалюту. Та же гибридная схема консенсуса использовалась и в других ранних PoS-проектах, например в Gridcoin и Blackcoin.

• Первой «чистой» PoS-криптовалютой без майнинга стал блокчейн Nxt, запущенный 24 ноября 2013 года.
• Механизм консенсуса Proof-of-Stakе оказался настолько удачным и гибким, что в последующие годы его внедрили в сотнях криптовалют в разных вариантах и модификациях.

Принцип работы Proof-of-Stake

• Согласно изначальной концепции Proof-of-Stakе, право на управление блокчейном предоставляется всем его участникам в соответствии с долей монет, которыми они владеют.
• Например, в криптовалюте Nxt с ее «каноническим» механизмом PoS шанс сформировать очередной блок есть у всех пользователей, имеющих в официальном кошельке NXT Client не менее 1002 NXT в течение последних 1440 блоков.
• При этом каждый кошелек фактически является полным узлом (нодой) и хранит собственную копию блокчейна.
• Такой кошелек может быть запущен как на высокопроизводительном сервере, так и на ноутбуке, микрокомпьютере Raspberry Pi и даже в облачном сервисе.
• Чем больше монет в кошельке NXT, тем больше вероятность, что он получит право сформировать новый блок, и тогда пользователю достанутся все комиссии за транзакции, попавшие в данный блок.
• В идеальном случае кошелек, который владеет 1% монет, будет формировать 1% всех новых блоков.
• Процесс создания блоков в Nxt и других ранних PoS-криптовалютах получил название «форджинг» (т.е. «ковка), однако к настоящему времени этот термин применяется редко.

Процесс удержания криптовалюты в кошельке для получения вознаграждения за участие в обеспечении безопасности сети называется «стейкинг». Сегодня во многих PoS-криптовалютах отправка монет в стейкинг подразумевает их блокирование в специальном смарт-контракте с невозможностью перемещения в течение определенного времени, от нескольких часов до нескольких недель.

Как делегирование монет повлияло на производительность PoS

• Использование механизма Proof-of-Stakе, когда производителем блоков может практически любой держатель криптовалюты, позволяет добиться высокого уровня децентрализации и безопасности блокчейна. Однако, согласно трилемме блокчейна , при этом приходится жертвовать производительностью. В упомянутой сети криптовалюты Nxt пропускная способность составляет всего 4 транзакции в секунду, что заметно ниже, чем у многих криптовалют, использующих консенсус PoW. Например, Dogecoin обрабатывает 33 транзакции в секунду.

• Чтобы найти компромисс между децентрализацией и производительностью, предложили концепцию делегирования, когда со множества кошельков монеты вместе с правом голоса могут передаваться немногим вычислительным нодам.

• В 2013 году Дэниэл Лаример , американский программист и криптопредприниматель, использовал эту концепцию для создания механизма Delegated Proof-of-Stake (DPoS). Впервые он был реализован в блокчейн-платформе BitShares, а затем в разных вариантах воплощен в известнейших криптопроектах EOS .

Сегодня функция делегирования стала отраслевым стандартом и используется практически во всех имплементациях PoS.

В DPoS владельцы криптовалюты могут сами не участвовать в работе сети, но передавать для этого свои монеты валидаторам — профессиональным участникам, управляющим нодами блокчейна. Взамен те обязуются начислять владельцам монет награды, часто — за вычетом небольшой комиссии.

В разных блокчейнах, в зависимости от их архитектуры, число валидаторов, участвующих в производстве блоков, значительно отличается:

• Polkadot — до 16;
• BNB Chain и EOS — 21;
• Near — 100;
• Cardano — около 3200;
• Avalanche – около 1200;
• Solana — более 3400.
• Ethereum – более 400 тысяч.

Как правило, для запуска валидатора требуется специальное оборудование с постоянным доступом в интернет, а также значительная сумма нативных монет сети. Например, валидатор в сети Ethereum должен иметь не менее 32 ETH, а валидатор Tezos — не менее 8000 XTZ.

Proof-of-Stake и стейкинг

Для компенсации затрат вычислительных узлов по проверке транзакций и генерации новых блоков в большинстве PoS-блокчейнов предусмотрено вознаграждение, которое выплачивают в нативных монетах данной сети. Как правило, его размер за каждый блок фиксирован, но может меняться в зависимости от текущих параметров сети.

Синоним:

В блокчейн-платформе Tron валидатор, который сгенерировал блок и обработал транзакции, получает вознаграждение, которым он делится с пользователями, которые положили свои монеты в стейкинг и проголосовали за него. Доходность стейкинга зависит от скорости эмиссии и доли монет, заблокированных в стейкинге. Существуют различные виды Proof-of-Stake, такие как Leased Proof-of-Stake, используемый в блокчейне Waves, где пользователи сдают свои монеты в аренду, и Nominated Proof-of-Stake, где участники могут делегировать свои монеты другим участникам, которые занимаются валидацией блоков.

• Leased Proof-of-Stake (LPoS, «арендованное доказательство доли») используется в блокчейне Waves, где пользователи за вознаграждение сдают свои монеты в аренду валидатору;
• Nominated Proof-of-Stake (NPoS) позволяет участникам делегировать свои монеты другим участникам, которые занимаются валидацией блоков;

Возможен ли переход на Proof-of-Stake биткоина и других криптовалют?

Высокая энергозатратность майнинга криптовалют, работающих на алгоритме PoW, уже много лет является предметом критики. Согласно недавним исследованиям Кембриджского центра альтернативных финансов, майнинг биткоина ответственен за выброс 0,1% всего антропогенного углекислого газа.

• NPoS , «номинированное доказательство доли» — используется в блокчейн-платформе Polkadot и предполагает наличие так называемых номинаторов, которые вносят залоги за валидаторов и отвечают за их добросовестность;
• PPoS , «чистое доказательство доли» — применяется в сети Algorand, где валидаторы следующего блока тайно и случайным образом выбираются среди всех кошельков с балансом более 1 ALGO;
• EPoS , «эффективное доказательство доли» — применяется в блокчейн-платформе Harmony. Имеет особый механизм распределения вознаграждений, поощряющий запуск множества мелких валидаторов вместо малого числа крупных, что стимулирует децентрализацию;
• Proof-of-Authority (PoA) — гибридный алгоритм, который сочетает доказательство доли и репутацию валидаторов, каждый из которых должен быть одобрен разработчиками. В PoA валидатор должен проходить процедуру верификации личности, схожую с KYC. Данный алгоритм использует BNB Chain.

Именно этот фактор стал одним из главных аргументов при попытках запрета майнинга в разных странах. Так, к концу 2021 года майнинг криптовалют запретили в Китае. В марте 2022 года Европарламент вынес на голосование вопрос о запрете криптовалют. Хотя законопроект не поддержали, он обозначил тенденцию к выдавливанию PoW из легального поля.

После успешного перехода сети Ethereum на консенсус Proof-of-Stake 15 сентября 2022 года энергопотребление сети снизилось почти в 2000 раз или на 99,95%. В связи с этим с новой силой развернулось обсуждение перехода популярных PoW-криптовалют на PoS.

Еще в декабре 2021 года разработчики мем-криптовалюты Dogecoin объявили о скором ее переходе на алгоритм Proof-of-Stake . Помогать им в этом процессе решил Виталик Бутерин, соучредитель Ethereum.

Компания Electric Coin Company, разработчик анонимной криптовалюты Zcash , также обсуждает с сообществом перспективы перехода на PoS . По словам основателя компании Зуко Уилкокса, это не только повысит безопасность и энергоэффективность блокчейна, но и поможет привлечь владельцев ZEС к управлению протоколом.

Неопределенности возникают в случае биткоина при возможном переходе на PoS.

• Во-первых, у первой криптовалюты нет единого разработчика. Несколько независимых групп разработчиков обсуждают все предполагаемые нововведения, поэтому даже внедрение даже незначительных из них вызывает ожесточенные споры и занимает годы.
• Во-вторых, майнинговые пулы не поддержат переход на PoS, который может угрожать потерей доходов. Примечательно, что еще в 2020 году группа разработчиков запустила форк BitcoinPoS , который криптосообщество просто проигнорировало.
• В свою очередь, сторонники PoW указывают на большую безопасность этого алгоритма: при текущем высоком уровне децентрализации сети биткоина , она почти неуязвима к внешним атакам.

Дополнительная информация

• Как работает майнинг биткоина ?
• Что такое MEV в Ethereum и как он изменится после перехода на PoS
• Что такое Ethereum Classic и криптовалюта ETC?

• Что такое дерево Меркла?
• Блокчейн и криптовалюта Filecoin (FIL): что это и как работает
• Что такое Velas?