Алгоритм Proof of Stake (PoS): подтверждение транзакций и майнинг без мощной вычислительной техники

Консенсус – понятие из мира криптовалют, означающее достижение узлами, работающими с некоторым блокчейном, согласия по состоянию и событиям распределенного журнала транзакций. Proof of Stake, или PoS – в переводе с английского языка «подтверждение доли», один из двух наиболее распространенных алгоритмов, используемых в криптовалютах для подтверждения и майнинга (первым по популярности остается Proof of Work, но он постепенно сдает позиции).

Суть алгоритма

Итак, Proof of Stake – что это такое?

Алгоритм PoS представляет собой альтернативу Proof of Work. Протокол появился в 2012 году и впервые реализован был в платформе PPCoin (более известной как Peercoin). Основная идея Proof of Stake – «доля» имеющихся у ноды монет, Stake, определяет, какой узел сети получит право на открытие нового блока в процессе майнинга.

В процессе майнинга по принципу PoS ноды сети, как и в PoW, производят некоторые операции хеширования, но сложность вычислений распределяется по каждому узлу пропорционально доле виртуальных монет на счету ноды. То есть, чем больше токенов валюты имеется у пользователя, держащего ноду, тем выше у него шанс открыть новый блок.

Важно: хотя выше употреблялся термин «майнинг», технически он не совсем верен. В Proof of Stake майнинг, как таковой, отсутствует – все выплаты идут за счет комиссий стейкхолдерам. Те, кто подтверждает транзакции и создает блоки, называются валидаторами. По тексту далее процесс будет называться майнингом для простоты восприятия.

Объяснить, как работает Proof of Stake и что это простыми словами можно на следующей схеме. Итак, предположим, что у нас есть блок, который нужно подписать и добавить в цепочку.

Есть четыре валидатора с определенными долями (40, 20, 25 и 15% токенов):

Рисунок 1. Распределение средств у валидаторов.

Поскольку у валидатора 1 больше всего монет, блок подписывает именно он. Кроме того, он получает комиссию за все транзакции, содержащиеся в этом блоке.

Предпосылки появления

Несколько лет «доказательство выполнения работы» оставалось единственным методом достижения консенсуса (как в сети Bitcoin). Со временем, однако, сложность майнинга (объем необходимых для открытия блока и подтверждения транзакций вычислений) растет, увеличиваются требования к оборудованию и стоимость такового. Затраты электроэнергии на добычу становятся выше, и это делает «классический» майнинг невыгодным для пользователей с небольшими возможностями, доходность процесса падает.

Несмотря на то что высокая сложность до известной степени защищает сеть PoW от атак типа «51%», разработчики стали искать альтернативы, и одним из результатов этих поисков стал алгоритм Proof of Stake – «доказательство доли владения».

Особенности

В криптовалютном мире существуют различные реализации Proof of Stake, но их объединяет общая идея: ресурс, посредством которого вычисляется «вес» голоса узла в системе – монеты той или иной криптовалюты. Чем больше монет депонировано на счету, тем выше шанс на раскрытие блока и получение вознаграждения.

Как уже понятно, для майнинга необходимо иметь некоторое количество виртуальных монет на счету – чем больше, тем лучше.

Важно: в проектах, эксплуатирующих PoS-алгоритм, майнинг можно начать лишь с приобретением некоторого количества токенов, «пустая» нода с нулевым балансом подтверждать транзакции не сможет. Так, чтобы создать полную ноду DASH, требуется не менее 1000 токенов.

Для начала майнинга нужно:

  • установить клиентское программное обеспечение криптовалюты;
  • пополнить баланс любым удобным способом;
  • обеспечить присутствие ноды в онлайне.

Собственно, на этом в общем случае все действия заканчиваются. Теперь шансы пользователя открыть новый блок зависят только от объема имеющейся у него доли токенов.

Майнинг и заработок в PoS

В проектах, работающих на принципе Proof of Stake, майнинг новых монет производится за счет выплат определенной комиссии узлу, открывшему новый блок. Процесс происходит следующим образом:

  • обладатели монет (стейкхолдеры) размещают токены на балансе;
  • эти средства блокируются на какое-то время;
  • после проведения голосования в системе и открытия блока пользователю, открывшему таковой, начисляется некоторое вознаграждение.

Важно: как следует из сказанного, средства на кошельке для майнинга должны находиться без движения, их нельзя тратить. Чтобы проводить собственные операции в системе, следует завести отдельный кошелек. Также участвующая в майнинге нода должна быть все время онлайн.

Кроме того, можно попытаться заработать на разнице курсов валют на бирже.

Интересно: кроме «чистого» PoS, существуют и другие вариации этого алгоритма. Так, например, использованный в криптовалюте NEM протокол Proof of Importance (доказательство важности), использует трехкомпонентную систему подтверждения. Учитывается число монет на счету, время нахождения узла онлайн и его активность (количество транзакций). Влияние первого параметра обратно пропорционально сумме «веса» второго и третьего.

Еще один вариант – алгоритм Delegated Proof of Stake, или DPoS, когда пользователи сети выбирают некоторое количество узлов, обладающих правом подтверждать транзакции. Таков, например, созданный программистом из США Дэном Ларимером проект Bitshares.

Подробнее эти варианты будут рассмотрены ниже.

Преимущества и минусы PoS

Протокол «доказательства доли владения» обладает рядом существенных преимуществ для потребителя:

  • Нет нужды в дорогостоящем оборудовании для майнинга, создании фермы. Все, что нужно – компьютер с кошельком и токены выбранной криптовалюты на балансе.
  • Не нужно думать о том, где размещать оборудование, как обеспечить его бесперебойное электропитание и охлаждение.
  • Относительно низкий «порог входа», в отличие от PoW-валют, особенно тех, чья сложность подразумевает приобретение ASIC майнеров, стоящих сотни тысяч рублей.
  • Экологический аспект – экономится электроэнергия, на производство которой уходят невосполнимые природные ресурсы, а окружающая среда в процессе генерации энергии загрязняется.
  • Нет привычной для биткоина и ему подобных проектов «гонки вооружений» оборудования – хешрейт ограничивается числом монет в кошельках стейкхолдеров.

Важное преимущество PoS – затруднение атаки «51%». Чтобы осуществить таковую, злоумышленник должен не обеспечить превосходство в вычислительных мощностях, а закупить 51% токенов криптовалюты, что оказывается финансово невыгодным. Кроме того, от такой атаки нарушится баланс в сети и устойчивость криптовалюты, то есть, пострадает сам атакующий.

Но есть и некоторые недостатки, вызывающие опасения у специалистов:

  • тенденция к централизации, проистекающая из сути алгоритма: он стимулирует стейкхолдеров накапливать и удерживать средства на балансе;
  • достаточно большая группа токеновладельцев, аккумулировавшая на счетах значительный объем монет, способна начать диктовать правила работы сети;
  • теоретически возможная проблема Nothing-as-Stake, или «пустого стека»: злоумышленник может, использовав несуществующие «виртуальные» ресурсы, создать форк блокчейна, осуществив, например, атаку «двойного расходования», отклонение операций и т. д.

Отличия PoW от PoS

Споры об отличиях, преимуществах и недостатках одной системы консенсуса по сравнению с другой, не утихают, и обе стороны приводят массу аргументации. Инфографика ниже приводит ключевые отличия:

Рисунок 2. Отличия PoW и PoS.

Как видно, основных различий несколько:

  • в методе подтверждения транзакций и выборе узла, делающего это;
  • в механизме начисления доходов валидатору;
  • в энергоэффективности за счет отсутствия необходимости в мощном оборудовании.

Видеообзор, что такое Proof of Stake и чем отличается от PoW:

Список PoS монет

Ниже приведен список некоторых криптовалют, использующих «чистый» PoS и его вариации.
Таблица 1. Примеры PoS криптовалют.

КонсенсусКриптовалюта
PoS
LPoS
DPoS
PoI
DBFT
  • NEO (ограниченно относится и к DPoS, см. NEOGAS)

Интересно: на 2018-й запланирован переход сети Ethereum на протокол PoS. Решение перевода криптовалюты на Proof of Stake было принято, чтобы уйти от негативных последствий дальнейшего роста сложности на текущем консенсусе Proof of Work. Релиз нового протокола Casper состоялся еще осенью 2017 года.

Другие проекты на алгоритме PoS:

  • Komodo, работающая на протоколе dPoW, гибриде PoS и PoW;
  • гибридный принцип реализовывал Bitconnect;
  • платформа SP8DE, проводящая ICO в феврале-марте 2018.

Различия PoS-like консенсусов

Рассмотрим вариации методик доказательства доли владения.

  • Алгоритм PoS – рассмотрен выше, шанс на открытие блока и получение вознаграждения зависит от доли монет на счету любого пользователя системы.
  • Leased PoS (LPoS) – механизм, позволяющий пользователям сдавать токены в аренду другим узлам. Переданные в аренду средства увеличивают «вес» ноды, давая ей больше шансов открыть блок и получить вознаграждение. В обмен на токены узел-арендатор делится доходом с арендодателями.
  • DPoS – Delegated Proof of Stake. Принцип делегированного подтверждения доли подразумевает, что стейкхолдеры выбирают некоторые узлы, которые создают новые блоки и добавляют их в цепочку.
  • Proof of Importance, или подтверждение важности. Этот принцип был рассмотрен выше, основывается он на комбинации параметров узла – его баланса, активности и сетевого аптайма.
  • DBFT. Под аббревиатурой скрыто понятие Delegated Byzantine Fault Tolerance, переосмысляющего консенсус PoS. Отказоустойчивый византийский протокол позволяет держателям токенов криптовалюты выбирать т. н. «счетовода» (bookkeeper), а группа нескольких, избранных всей сетью счетоводов будет генерировать новые блоки и отвечать за достижение консенсуса.

Перспективы Proof of Stake

Специалисты в области криптовалют справедливо отмечают, что Proof of Work становится слишком сложным, дорогим и невыгодным для конечного пользователя. Поэтому у Proof of Stake и его вариаций в новых криптовалютных проектах, скорее всего, большое будущее, несмотря на некоторые имеющиеся недостатки, над устранением которых активно работают авторы проектов. И даже текущие криптосистемы переходят на PoS – такие как эфир.

Существует большая вероятность, что количество PoS-проектов в криптовалютном мире будет увеличиваться, а доказательство выполнения работы станет постепенно устаревать и отходить на второй план, особенно в долгосрочной перспективе благодаря очевидным преимуществам:

  • энергоэффективность;
  • стоимость «входа» и работы;
  • безопасность;
  • децентрализация, не зависящая от вычислительных мощностей.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Комментариев: 1
  1. TraderHelp.Info

    Proof-of-Work биткоина породил целую индустрию майнинга и стал импульсом к разработке специализированного оборудования, поскольку вычислительные ресурсы, расходуемые на хеширование блоков, огромны и намного превышают мощности крупнейших суперкомпьютеров.

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: