Proof-of-Work и Proof-of-Stake: в чём разница и как их отличить?
В этой статье рассматриваются различия между двумя типами механизмов консенсуса — Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS). Cryptonica делает обзор плюсов и минусов каждого из них, а также рисков безопасности, связанных с каждой системой.
В мире криптовалют действуют сложные системы, обеспечивающие безопасность и эффективность транзакций. Среди них можно выделить два основных механизма: Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS). PoW изначально появилась благодаря Биткоину. Здесь майнеры решают математические задачи для подтверждения транзакций и создания блоков. Этот процесс обеспечивает непревзойденную безопасность, но вызывает опасения из-за высокого энергопотребления. PoS используют другие криптовалюты, такие как Ethereum. Валидаторы выбираются на основе размера их стейкинга. Этот метод не только более энергоэффективен, но и стимулирует долгосрочные инвестиции. В данной статье мы рассмотрим тонкости Proof-of-Work и Proof-of-Stake. Вы также узнаете, чем эти системы отличаются и какая из них лучше.
Что такое Proof-of-Work (PoW)?
Proof-of-Work (PoW) — это механизм консенсуса, используемый в блокчейне для подтверждения и обеспечения безопасности транзакций. Он также поддерживает целостность децентрализованной системы. Это фундаментальная концепция впервые была представлена в Биткоине. PoW гарантирует, что участники сети согласуют порядок и достоверность транзакций без участия центрального органа.
Участники сети, майнеры, выполняют математические задачи, чтобы добавить новые блоки в сеть. Эти головоломки требуют больших вычислительных затрат и значительных вычислительных мощностей. Их сложность регулярно корректируется, чтобы поддерживать постоянную скорость создания блоков.
Другая группа участников, ноды, независимо проверяют соответствие хэш-значения по критериям. Если решение верно, блок добавляется в блокчейн, а майнер, нашедший решение, получает вознаграждение в виде заранее оговоренной суммы криптовалюты, например, биткоина.
Эта система динамически регулирует уровень сложности, обеспечивая регулярное создание блоков и делая практически невозможной попытку злоумышленников перезаписать блокчейн.
Как работает PoW?
Ключевым принципом работы системы PoW является решение сложных математических задач. Процесс начинается с того, что майнер собирает группу ожидающих транзакций в блок. Затем он добавляет к данным блока случайное значение, называемое "nonce". Это произвольное число, которое майнеры меняют до тех пор, пока не найдут результат, соответствующий определенным критериям.
Для этого майнеры многократно хэшируют данные блока, объединенные с nonce, с помощью криптографической хэш-функции, например SHA-256. Она генерирует выходной сигнал фиксированной длины. Этот сигнал и есть хэш. И он выглядит как случайная последовательность буквенно-цифровых символов. Цель майнеров — найти хэш, удовлетворяющий требованиям, и как правило, содержащий определенное количество ведущих нулей.
Результат работы криптографической хэш-функции по сути своей случаен и непредсказуем. Поэтому майнерам приходится делать множество попыток, неоднократно подставляя nonce, пока не найдут тот, что будет удовлетворять заданным критериям.
Далее майнер транслирует подходящий хэш. Его проверяют другие участники с помощью найденного nonce и сравнивают хэш с заданными критериями. Если решение верное, блок считается действительным, а майнер получает определенное вознаграждение в виде криптовалюты. В сети Биткоин, например, майнер получает вознаграждение в виде вновь намайненных биткоинов и платы за транзакции.
Плюсы и минусы PoW
Вот основные плюсы и минусы использования механизма консенсуса PoW:
Плюсы:
- Безопасность: PoW считается безопасным механизмом проверки транзакций и создания новых блоков, поскольку для успешной атаки на сеть требуется значительная вычислительная мощность.
- Разнообразие: Поскольку майнерам не нужно владеть какой-либо валютой для добычи, PoW позволяет майнерам со всего мира присоединяться к сети.
- Децентрализация: В отличие от централизованных систем, здесь нет единого органа, принимающего решения для системы.
- Экономическая эффективность: Система экономически эффективна, поскольку майнеры получают вознаграждение за свою работу в виде криптовалюты и комиссии за транзакции.
Минусы:
- Энергоемкость: Для работы PoW требуется значительное количество энергии, что вызывает опасения по поводу ее влияния на окружающую среду.
- Недостаточная масштабируемость: Системы PoW не столь масштабируемы, как другие механизмы консенсуса, а время, необходимое для подтверждения транзакций, относительно велико.
- Потенциал централизации: Системы PoW могут быть склонны к централизации, если майнеры с мощным оборудованием получат преимущество над более мелкими майнерами.
Что такое Proof-of-Stake (PoS)?
Механизм консенсуса PoS был разработан с целью решения некоторых проблем, связанных с PoW. В системе PoS участники (так называемые валидаторы) должны стейкать свою криптовалюту, чтобы получить право подтверждать транзакции и создавать новые блоки. Количество криптовалюты, которую они должны отправить в стейкинг, варьируется от сети к сети.
Чем больше монет в стейкинге, тем выше шанс быть выбранным в качестве валидатора. Такая конструкция направлена на то, чтобы те, кто имеет экономическую заинтересованность в сети, с большей вероятностью были выбраны для подтверждения транзакций. Кроме того, это дополнительно стимулирует долгосрочное хранение валюты. Наконец, система также избавляет майнеров от необходимости инвестировать в дорогостоящее оборудование, поскольку для участия в создании блоков им достаточно приобрести и хранить токены.
Как работает PoS?
Когда участник сети отправляет свои токены в стейкинг, он получает право создавать новые блоки, подтверждая транзакцию. Процесс начинается с того, что валидаторы делают ставки на следующий блок. Затем из пула участников случайным образом выбирается победитель, предложивший наибольшую цену.
Выбранный валидатор отвечает за проверку транзакций в предстоящем блоке. Если он успешно подтверждает все транзакции, то получает вознаграждение в виде заранее определенной суммы криптовалюты. Это вознаграждение обычно пропорционально их сумме стейкинга и количеству токенов в стейкинге других валидаторов.
PoS ставит на то, что владельцы большого количества монет с большей вероятностью будут заинтересованны в поддержании безопасности и стабильности сети. Это объясняется тем, что валидаторы, пытающиеся скомпрометировать систему, рискуют потерять свои монеты в стейкинге в качестве меры наказания, известной как "слэш".
Плюсы и минусы PoS
Ниже приведены основные плюсы и минусы, связанные с системой PoS:
Плюсы:
- Энергоэффективность: PoS гораздо более энергоэффективна, чем PoW, поскольку не требует от майнеров использования дорогостоящего оборудования и больших затрат электроэнергии.
- Экономичность: Для участия в процессе консенсуса участникам достаточно приобрести валюту и отправить ее в стейкинг.
- Масштабируемость: Системы PoS гораздо более масштабируемы, чем PoW, поскольку они могут обрабатывать гораздо больше транзакций в секунду.
- Стимулирует холдинг: Благодаря стейкингу система стимулирует держателей монет удерживать их в течение более длительного времени.
Минусы:
- Склонность к централизации: Поскольку системы PoS поощряют тех, кто отправляет в стейкинг более крупные суммы, существует риск централизации, если количество средств окажется в меньшем количестве рук.
- Более высокие требования к стейкингу: Участие в PoS-системе обычно требует от участников большего количества монет, чем это необходимо для PoW-майнинга.
- Высокие барьеры для входа: Поскольку размеры стейкинга выше, мелким игрокам может быть сложнее участвовать в PoS.
- Отсутствие анонимности: В некоторых случаях для участия в процессе консенсуса участники должны раскрыть свою личность. Это может снизить уровень конфиденциальности и увеличить риск того, что злоумышленники будут атаковать валидаторов.
Комбинируя механизмы консенсуса PoW и PoS, некоторые проекты разработали гибридные решения, такие как Decred, которые предлагают лучшее из двух миров. Они предназначены для использования преимуществ PoW в плане безопасности, а также для снижения энергопотребления и улучшения масштабируемости за счет использования PoS. В будущем такие системы могут стать более устойчивой моделью для блокчейнов.
Чем Proof-of-Stake отличается от Proof-of-Work?
Самое большое различие между PoW и PoS заключается в способе отбора валидаторов для подтверждения транзакций и создания новых блоков. В системе PoW майнеры соревнуются друг с другом в решении сложных математических задач, чтобы получить криптовалютное вознаграждение. В системе PoS, напротив, участникам достаточно стейкать свои средства, чтобы получить право быть выбранными в качестве валидатора.
Еще одно ключевое отличие — валидаторы в системе PoS, пытающиеся манипулировать системой, могут быть наказаны. Это стимулирует хорошее поведение и препятствует попыткам злоумышленников скомпрометировать сеть. Наконец, PoS-системы, как правило, гораздо более энергоэффективны, чем PoW-системы, благодаря отсутствию необходимости в дорогостоящем оборудовании.
PoS-системы гораздо более масштабируемы, чем PoW. Это объясняется тем, что они могут обрабатывать больше транзакций в секунду, поскольку майнерам не нужно решать сложные задачи.
Наконец, PoS стимулирует держателей монет удерживать их в течение более длительного времени. Это также помогает предотвратить резкие колебания цен на монеты.
Что лучше: Proof-of-Stake или Proof-of-Work?
Ответ на этот вопрос во многом зависит от требований конкретной сети. В целом системы PoS гораздо более энергоэффективны, чем PoW, и обеспечивают более быстрое время обработки транзакций. Это делает их идеальными для сетей, требующих скорости и масштабируемости при сохранении надежного процесса консенсуса.
С другой стороны, системы PoW обеспечивают большую безопасность за счет процесса решения задач. Это является ключевым компонентом при выборе более безопасной сети.
С точки зрения воздействия на окружающую среду системы PoS гораздо более дружелюбны к ней, чем системы PoW. Если вас заботит устойчивое развитие, то чаша весов при выборе будет склоняться к PoS-сетям.
В любом случае оба механизма консенсуса имеют свои сильные и слабые стороны. И при выборе нужного консенсуса важно учитывать специфические требования конкретной сети. Для многих проектов использование гибридной системы, такой как Decred, может стать отличным способом использования преимуществ как PoW, так и PoS. Таким образом, все зависит от потребностей конкретного пользователя и от того, какая система ему больше подходит.
В каких случаях следует использовать PoW или PoS?
Выбор между системой Proof-of-Work и системой Proof-of-Stake зависит от целей и задач, стоящих перед блокчейн-сетью.
Система PoW лучше всего подходит для проектов, требующих безопасных транзакций. Требования к энергопотреблению, связанные с PoW, также считаются мерой безопасности, делая процесс более дорогим и трудным для атак злоумышленников.
Proof-of-Stake лучше подходят для проектов, ориентированных на масштабируемость. Как было сказано выше, такие сети обрабатывают наибольшее число транзакций в секунду и потреблять меньше энергии.
Кроме того, PoS используется в странах с сильно ограниченным электроснабжением.
Важно отметить, вам необязательно выбирать только одну или другую систему. Вы можете внедрить в свой проект обе системы и получить максимальную выгоду от преимуществ каждой из них. Все зависит от конкретных целей проекта.
Риск централизации
Риск централизации является существенной проблемой для обеих систем. В PoW этот риск обусловлен концентрацией вычислительных мощностей в руках нескольких майнеров. По мере того как майнинг становится все более ресурсоемким, мелким участникам становится все труднее конкурировать, что приводит к появлению нескольких доминирующих игроков.
В PoS риск также обусловлен концентрацией. Однако она заключается в количестве монет в стейкинге валидаторов. Возникает ситуация, когда небольшое количество участников с наибольшей долей в стейкинге могут быть выбраны для подтверждения транзакций и получению вознаграждений. Это может привести к консолидации власти в руках нескольких состоятельных физических или юридических лиц.
Риски централизации в PoW и PoS могут подорвать децентрализованную природу блокчейна. Централизованный контроль может привести к потере доверия, повышению уязвимости к атакам и снижению устойчивости системы. В настоящее время предпринимаются попытки решить эти проблемы путем регулирования майнинговых пулов, разнообразия аппаратного обеспечения и создания гибридных механизмов консенсуса.
Риски безопасности
Безопасность — один из важнейших аспектов любой сети блокчейн, поскольку она позволяет обеспечить целостность данных и защитить пользователей от злоумышленников или взлома. Системы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS) представляют собой уникальные риски безопасности, которые необходимо учитывать при проектировании сети блокчейн.
В PoW та же концентрация майнинговых мощностей в руках нескольких организаци может привести к рискам безопасности. Предположим, что один субъект может контролировать более 51% вычислительных мощностей сети. В этом случае он может нарушить или даже отменить транзакции, дважды потратить монеты и в целом подорвать безопасность сети.
В сетях Proof-of-Stake риск безопасности в меньшей степени связан с вычислительной мощностью и в большей — с состоянием. Здесь те, кто обладает большим количеством монет, имеют больше шансов стать валидаторами и потенциально контролировать сеть. Это может привести к централизации власти и создать неравные условия для мелких пользователей.
Итоги
Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) имеют свои уникальные преимущества и недостатки. Системы PoW обеспечивают большую безопасность из-за своей энергоемкости, в то время как сети PoS более масштабируемы и энергоэффективны. Централизация представляет собой риск для обоих типов систем, но его можно уменьшить с помощью определенных методов. В конечном итоге выбор оптимальной системы для проекта зависит от его потребностей и задач. Любая система должна обеспечивать безопасный и справедливый процесс консенсуса в сети.
Ответы на вопросы
Применяется ли по-прежнему Proof-of-Work (PoW)?
Да, система Proof-of-Work (PoW) по-прежнему используется во многих блокчейн-сетях, таких как Биткоин. Это безопасный механизм консенсуса, который требует от майнеров решения сложных математических задач для подтверждения транзакций и создания новых блоков.
Почему Proof-of-Work лучше?
Proof-of-Work (PoW) лучше подходит для проектов, требующих безопасных транзакций. Энергозатраты, связанные с PoW, делают его более дорогим и трудным для атак, обеспечивая дополнительный уровень безопасности. Кроме того, тот факт, что майнеры получают вознаграждение за свою работу, является ключевым стимулом для обеспечения безопасности сети.
Можно ли перевести Биткоин на Proof-of-Stake?
Перевод Биткоина в систему Proof-of-Stake (PoS) возможен, но маловероятен. Это связано с тем, что такой переход потребует внесения фундаментальных изменений в существующую сеть, что может оказаться нецелесообразным с учетом ее нынешних размеров и сложности. Кроме того, неясно, сможет ли PoS обеспечить тот же уровень безопасности, что и PoW в данном случае. Наконец, необходимо решить вопросы, связанные с управлением, например, как выбираются новые валидаторы и как распределяются вознаграждения. В результате этот переход в ближайшем будущем маловероятен.
Как зарабатывать в системе Proof-of-Stake?
В механизмах консенсуса Proof-of-Stake (PoS) валидаторы должны стейкать определенное количество монет, чтобы получить право на вознаграждение за блок. Количество монет зависит от конкретного проекта, но обычно оно составляет около 1% или более от общего объема циркулирующих монет. Как только вы начнете стейкать достаточное количество монет, вы сможете стать валидатором и начать получать вознаграждения. Однако следует помнить, что монеты в стейкинге блокируются на определенное время, поэтому перед этим убедитесь, что можете себе это позволить. Кроме того, перед инвестированием необходимо тщательно изучить проект, поскольку стейкинг может быть сопряжен с определенными рисками.
