Proof of Work і Proof of Stake: переваги та недоліки обох

13.05.2024

5 хв.

431

У міру того, як ти розвиваєшся в трейдингу, виникає потреба дізнатися більше про активи, якими ти торгуєш. Та напевно тобі цікаво дізнатися більше про їхні алгоритми. У процесі вивчення теми ти напевно вже дізнався, що деякі криптовалюти працюють за алгоритмом Proof of Work (PoW), а деякі — за алгоритмом Proof of Stake (PoS). У цій статті ми детально розберемо відмінності між ними, включаючи всі технічні характеристики та аспекти. Ready? Читай уважно, щоб не пропустити важливе!

Що таке Proof of Work

Коли ти чуєш підтвердження роботи, на думку одразу спадає біткоїн. Написаний Сатоші Накамото, Proof of Work — це не просто алгоритм, це епохальна інновація, без якої крипта ніколи б не з’явилася. Він закладає наріжний камінь для безпеки та цілісності мереж блокчейн. Крім Bitcoin, PoW використовується в блокчейнах Litecoin, Dogecoin, Monero, Ethereum Classic і багатьох інших.

У PoW майнери змагаються у вирішенні складних математичних завдань — процес, відомий як майнінг. Той, хто першим зламає код, зможе додати наступний блок до ланцюга блоків і отримати винагороду. Щоб зламати код, потрібно вирішити криптографічну головоломку. Але не будь надто самовпевненим. Навіть якщо ти легко проходиш всі рівні в мобільних головоломках на три зірки, тобі не впораєтеся. Навіть твій персональний комп’ютер не зможе. Вирішення цих головоломок вимагає величезної обчислювальної потужності, тому тобі для майнінгу знадобиться багато дорогого та дуже потужного обладнання: сети графічних процесорів або ASIC-ів. Велике споживання енергії робить Proof of Work водночас технологічним дивом і предметом критики.

Це основна механіка — так, для початку. Детальніше про алгоритм PoW ми поговоримо трохи пізніше в цій статті.

Алгоритм Proof of Stake, дітище Санні Кінга та Скотта Надала, з’явився у 2012 році як більш екологічна альтернатива PoW. PoS повністю припиняє майнінг. Замість того, щоб розгадувати головоломки, валідатори обираються для створення нових блоків на основі кількості монет, які вони тримають і готові «поставити» як заставу. Сьогодні PoS використовують Ethereum, Cardano, Solana, Polygon та інші.

Ця, здавалося б, проста зміна має глибокі наслідки. У PoS твій вплив на мережу залежить від частки монет, яку ти маєш. Маючи особистий інтерес, валідатори вмотивовані грати за правилами.

Детальніше про механізми роботи буде трохи нижче.

Яка різниця між Proof of Work та Proof of Stake

Приклади:

Доказ роботи (PoW): Bitcoin, Litecoin, Dogecoin, Ethereum Classic тощо.
Доказ частки (PoS): Ethereum, Tron, Polygon, Solana, Cardano тощо.

Створення блоку:

PoW: Конкурентний майнінг.
PoS: Вибірковий стейкінг.

Споживання енергії:

PoW: Високе (наприклад, біткоїн споживає ~127 ТВт-год/рік).
PoS: Низьке (приблизне споживання Ethereum становить 6,56 ГВт-год/рік).

Нагороди:

PoW: Знайдені блоки (реварди) та комісії за транзакції.
PoS: Винагороди за ставку (відсоток від суми ставки) і комісія за трансакцію.

Вразливі місця:

PoW: Атака «50%+1».
PoS: Атака «Fake stake».

Початковий розподіл:

PoW: Майнінг.
PoS: Попередньо майнінг, ICO або IEO.

Стимул:

PoW: Вкладання в енергетичну потужність системи.
PoS: Тримання та ставка монет.

Масштабованість:

PoW: Нижча (наприклад, Bitcoin обробляє ~7 транзакцій/сек, Dogecoin ~70).
PoS: Вища (наприклад, Ethereum ~30 транзакцій/сек, Polygon ~7000 транзакцій/сек).

Час досягнення консенсусу:

PoW: Довгий, 10 хвилин (Bitcoin).
PoS: Зазвичай нижче, ніж PoW.

Вимоги до обладнання:

PoW: Спеціалізовані ASIC або потужні графічні процесори.
PoS: Узагальнене обчислювальне обладнання.

Участь у мережі:

PoW: Відкритий майнінг.
PoS: Часто для ставки потрібна мінімальна кількість монет.

Перевірка блоків (яку функцію виконують ноди):

PoW: Кожна нода бере участь в перевірці.
PoS: Блоки перевіряють обрані валідатори.

Довгострокова стійкість:

PoW: Є занепокоєння через споживання енергії.
PoS: Більш стійкий.

Управління:

PoW: Більш децентралізована, але важча для розвитку.
PoS: Легше впроваджувати зміни в управління.

Вартість атаки:

PoW: Надзвичайно висока.
PoS: Висока, але залежить від залучених активів.

Використання:

PoW: Переважно реалізовано в блокчейнах «старої школи».
PoS: Переважно використовується в нових блокчейнах.

Який тип торгівлі є традиційним та найменш ризикованим:

PoW є більш традиційним та більш безпечним
PoS є сучаснішим, більш ризиковим, але все ж достатньо безпечним

*Перевіряй актуальні дані про біткоїн на Look Into Bitcoin

Як працює Proof of Stake (PoS)

Отже, настав час зануритися глибше. За своєю суттю, Proof of Stake спирається на валідаторів і стейкінг. Замість майнерів, які змагаються за обчислювальну потужність, як у PoW, PoS-мережі обирають валідаторів детермінованим способом.

Валідатори обираються для створення нових блоків на основі різних алгоритмів відбору, які, як правило, враховують суму криптовалюти, поставленої на ставку, та інші фактори.

Рандомний вибір блоку. Деякі алгоритми PoS використовують комбінацію таких факторів, як багатство учасника і рандомізований процес для вибору валідатора блоку. Наприклад, вірогідніше буде обрано валідатор із більшою кількістю поставлених монет, але випадковість компенсує це, щоб влада найбагатших валідаторів не була абсолютною.
Вибір віку монети. У цьому варіанті процес відбору враховує, як довго монети були на стейкінгу. Вік монети — це кількість монет, помножена на кількість днів, протягом яких монети зберігалися. Валідатори зі старішими монетами мають пріоритет. Після підтвердження блоку вік монети скидається.

Коли валідатор обирається для підробки блоку, він перевіряє транзакції, поміщає їх у блок і додає його до ланцюжка блокчейну. В обмін на це валідатор отримує комісію за транзакції, пов’язану з цим блоком, як винагороду. Блокчейни використовують лаунчпади для взаємодії з валідаторами. Наприклад, Ethereum має свій Ethereum Launchpad.

У PoS валідатори зацікавлені в належному підтвердженні транзакцій, оскільки вони мають щось на кону — власні активи. Однак, якщо вони раптом підтверджують шахрайські транзакції, вони втрачають частину своєї частки та право брати участь у якості валідатора в майбутньому. Цей фінансовий стимул має вирішальне значення для забезпечення цілісності мережі. То ж в майнінгу понад 50% майнерів повинні підтвердити транзакцію, а в стейкінгу — один випадково обраний стейкер. Може здатися, що PoS менш надійний, і це дійсно так. Однак на практиці майже неможливо скомпрометувати жоден із цих алгоритмів, тому обом методам можна довіряти.

Цікаво і те, що PoS відкриває двері для різноманітних гібридних моделей, таких як Delegated Proof of Stake (DPoS), де зацікавлені сторони голосують за кількох представників, які перевірятимуть від їхнього імені, спрощуючи процес. DPoS використовується в Tron, EOS та деяких інших коїнах. Немало з цих токенів доступні для трейдингу на WhiteSwap DEX.

Як працює Proof of Work (PoW)

Proof of Work, навпаки, надає перевагу грубій обчислювальній силі. Як вже було написано вище, доказ роботи обертається навколо концепції розв’язання криптографічної головоломки для створення нового блоку. «Робота» — це, по суті, обчислення, яке виконують майнери за допомогою апаратного забезпечення для розв’язання складних математичних задач.

Процес майнінгу. Процес майнінгу починається, коли майнери збирають транзакції з пулу, який є набором транзакцій, що очікують на підтвердження. Потім вони структурують їх у тимчасовий «блок-кандидат».
Розгадування головоломки. Основне завдання майнерів — знайти хеш, який задовольняє певні умови, що, по суті, і є розв’язанням криптографічної головоломки. Хеш — це рядок символів фіксованого розміру, створений хеш-функцією з використанням вмісту блоку. Головоломка зазвичай передбачає пошук хеша, нижчого за певне цільове значення. Оскільки результат хеш-функції є непередбачуваним, єдиний спосіб розв'язати цю проблему — грубою силою — спробувати різні вхідні дані, доки не буде знайдено потрібний хеш. Приклад хешу біткоїна: 000000000020x6679c085ag166831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f.
Блокування перевірки. Коли майнер вирішує головоломку, він транслює блок у мережу для перевірки. Інші вузли в мережі перевірять, чи справді хеш задовольняє необхідним умовам.
Додавання блоку. Якщо мережа підтверджує правильність рішення, новий блок додається до блокчейну. Цей процес відомий як пошук або видобуток блоку.
Винагорода за блок. Майнер, який успішно видобув блок, отримує винагороду певною кількістю щойно викарбуваної криптовалюти (називається винагородою за блок) і комісіями за транзакції, включені в блок. Це є стимулом для майнерів надати свою обчислювальну потужність мережі. На момент написання статті нагорода за блок біткоїна становить 6.25 BTC, а сума комісій є непостійною.

Дані майнінгу публічні, і кожен може відстежувати їх через explorer.

Безпека мереж Proof of Work підтримується величезним обсягом роботи, необхідною для додавання нових блоків. Потенційному зловмиснику потрібно буде контролювати понад 50% загальної потужності хешування мережі, щоб успішно маніпулювати блокчейном. Це відоме як атака 51% і є економічно недоцільною у великих мережах, таких як біткоїн, і саме тому біткоїн ще ніколи в історії з цим не стикався. Отже, попри те, що споживання енергії залишається проблемою, PoW довів свою надійність і безпечність для досягнення консенсусу в децентралізованих мережах.

За і проти обох алгоритмів

Proof of Work і Proof of Stake мають унікальний набір переваг і недоліків. Як про трейдеру, тобі потрібно запам’ятати та брати до уваги ці аспекти.

Доказ роботи (PoW): плюси

Надійна безпека. Атака 50%+1, коли суб’єкту потрібно буде контролювати більш ніж половину потужності мережі, практично нездійсненна через високі витрати.

Доказ роботи (PoW): мінуси

Енергоємність. Величезна кількість електроенергії, яка споживається мережами PoW, особливо біткоїнами, викликає критику та занепокоєння щодо навколишнього середовища. У 2023 один лише Bitcoin споживає більше електроенергії, ніж вся Чехія.
Вартість обладнання. Потреба в спеціалізованих ASIC або графічних процесорах для майнінгу створює високий бар’єр для входу.

Доказ частки (PoS): плюси

Енергоефективність. PoS споживає значно менше енергії, що робить його екологічнішим.
Масштабованість. Завдяки відсутності майнінгу мережі PoS можуть обробляти транзакції швидше та в більшому обсязі.
Нижній вхідний бар'єр. Учасникам не потрібне спеціальне обладнання, тому стати валідатором легше.

Доказ частки (PoS): мінуси

“Nothing to Stake” Problem. У валідаторів може бути замало стимулів брати участь в валідації блоків.
Ризик централізації. Кіти, що володіють значною часткою криптовалюти, можуть мати непропорційну владу в мережі.

Коли слід використовувати Proof of Work або Proof of Stake

Вибір між PoW і PoS не є універсальним сценарієм. Це залежить від цілей твого блокчейн-проєкту. Якщо безпека є головним пріоритетом, Proof of Work підходить більше. З іншого боку, якщо ти прагнеш вищої енергоефективності, масштабованості та нижчого бар'єра, PoS є більш привабливим.

Сьогодні PoW стає все менш популярним. Більшість популярних блокчейнів на основі майнінгу (а саме Bitcoin, Litecoin і Dogecoin) були запущені в 00-х або на початку 10-х років, до того, як PoS набув популярності.

Інші алгоритми консенсусу

У тебе могла виникнути думка, що PoW і PoS є єдиними можливими консенсусними алгоритмами, але це не так. Станом на липень 2023 року монети на базі PoW займають близько 50% криптовалютного ринку, монети на основі PoS займають близько 30%, а решта 20% є монетами з іншими типами алгоритмів консенсусу.

Proof of Authority (PoA)

Це більш централізований варіант PoS. PoA надає права перевірки блоку призначеним органам (валідаторам). Найкраще підходить для приватних мереж. PoA рекламує швидкість і енергоефективність, але ціною децентралізації.

Proof of Space (PoSpace) або Proof of Capacity (PoC)

Тут процес майнінгу залежить від обсягу дискового простору, виділеного майнерами. Такі мережі, як Chia, йдуть цим шляхом, і потенційно є більш екологічною альтернативою PoW.

Proof of Elapsed Time (PoET)

Алгоритм, в основному пов’язаний з блокчейн-платформою Intel Sawtooth, PoET розподіляє права на майнінг на основі закінчення випадково призначеного часу. Це вважається справедливим і енергоефективним підходом.

Proof of Burn (PoB)

Цей цікавий алгоритм передбачає «спалювання» або перетворення монет у непридатні для використання. Він імітує витрати ресурсів PoW, але без потреби у великій обчислювальній роботі. На відміну від багатьох алгоритмів, які з часом збільшують кількість токенів в обігу, PoB, навпаки, зменшує їх обіг шляхом спалювання. Це, звичайно, подобається довгостроковим холдерам.

Які алгоритми використовуються в Ethereum, Tron і Polygon

Ethereum і Polygon використовують алгоритм PoS, а Tron використовує DPoS. Однак, коли мова йде про торгівлю, для трейдера немає різниці. На WhiteSwap ти можеш перемикатися між цими блокчейнами та однаково легко конвертувати токени в будь-якій мережі.

Висновок: PoW vs PoS

Підсумуємо, що таке Proof of Stake та Work. Proof of Work започаткував революцію блокчейну з неприборканою безпекою, але шляхом масштабованості та споживання енергії. Proof of Stake з’явився як спритний наступник, який зменшив проблеми з енергією та запропонував кращу масштабованість. Однак це не позбавлено власного набору труднощів, таких як проблема «Нічого не поставлено на карту» та потенційна централізація.

Зростаючий набір альтернатив демонструє невпинний пошук діаманта серед консенсусних алгоритмів. То може одного дня таки знайдемо. Що думаєш?

Трейди токенами на WhiteSwap DEX! Your DEX. Your Rules.