Proof of Work vs. Proof of Stake

Proof-of-work (PoW) a proof-of-stake (PoS) jsou dva nejběžnější konsensuální mechanismy používané veřejnými blockchainovými sítěmi. Tyto systémy zajišťují bezpečnost sítě a motivují decentralizovanou skupinu účastníků ke spolupráci ve prospěch sítě.

Kdokoli na světě se může zapojit do systému založeného na veřejném blockchainu. Žádná jednotlivá společnost, centrální banka ani vláda neřídí, jak tyto sítě fungují. To znamená, že nikdo nemá přímou kontrolu nad populárními blockchainy, jako jsou Bitcoin, Ethereum, Dogecoin nebo Monero.

To je proto, že tyto technologie jsou decentralizované. Stejně jako internet, neexistuje jedna osoba nebo skupina odpovědná za jejich údržbu a správu. Místo toho je tato odpovědnost sdílena mezi tisíci jednotlivci po celém světě. Nicméně s decentralizací přicházejí některé důležité otázky:

1. Jak vytvořit robustní, bezpečné systémy, které jsou odolné vůči útočníkům?
2. Pokud se k síti může připojit kdokoli, jak lze podpořit poctivou účast a odradit útočníky?
3. Jak bez nadřazeného správce vybíráte, kdo bude navrhovat, ověřovat a zaznamenávat data do blockchainu?

Zde vstupují do hry mechanismy proof-of-work (PoW) a proof-of-stake (PoS), obecně známé jako konsensuální mechanismy blockchainu.

Konsensus označuje dohodu ohledně určité informace mezi systémem nebo skupinou lidí.

Konsensus blockchainu je stav shody mezi distribuovanou sítí počítačů ohledně pořadí a platnosti informací uložených ve sdílené databázi.

Bitcoinový blockchain a další blockchainy, které následovaly, byly revoluční, protože vyřešily dlouhodobý problém známý jako problém byzantských generálů. 

Problém byzantských generálů je klasický problém v distribuovaném výpočtu, který se zabývá otázkou důvěry. Jedná se o problém konsensu mezi rozptýlenými četami, kde se několik generálů snaží koordinovat útok na město. V tomto problému nejsou generálové schopni komunikovat přímo mezi sebou a někteří z nich mohou být zrádci, kteří ostatním generálům posílají falešné zprávy.

V kontextu blockchainů je problém byzantských generálů problémem konsensu. V blockchainové síti existuje několik uzlů, které se snaží dosáhnout konsensu ohledně stavu účetní knihy. Některé uzly však mohou být škodlivé a pokoušet se odesílat falešné informace ostatním uzlům. Problém spočívá v tom, že ostatní uzly musí být schopny důvěřovat informacím, které dostávají, aby bylo možné dosáhnout konsensu.

Blockchainy řeší problém byzantských generálů pomocí konsensuálního algoritmu, který motivuje všechny účastníky sítě, aby se shodli na jediné verzi pravdy. Toho se dosáhne tak, že každý uzel v síti ověří transakce a dosáhne shody ohledně platnosti transakce. Systém poté zaznamená tento konsensus do blockchainu, čímž vytvoří neměnný, bezpečný a kolektivně sdílený zdroj pravdy. Konsensuální mechanismus zajišťuje, že všichni účastníci sítě mají stejnou verzi pravdy a že transakce je platná.

Počítačoví vědci tento problém vymysleli v 80. letech, ale jeho základní koncepty čerpají ze staršího oboru ekonomie zvaného teorie her. Matematici John Von Neumann a Oskar Morgenstern byli průkopníky teorie her 30 let před problémem byzantských generálů. Jejich výzkum analyzoval výsledky her na základě individuálních chování hráčů, výplat a trestů.

Konsensuální mechanismy blockchainu zahrnují tyto teoretické principy. Hráči účastnící se blockchainové sítě jsou motivováni jednat čestně jak pro sebe, tak pro větší dobro sítě. Útočníci naopak čelí postihům za nečestné chování.

Zajímavé je, jak systémy PoW a PoS dosahují bezdůvěrného konsensu zcela odlišnými způsoby.

Proof-of-work je typ konsensuálního mechanismu, který vyžaduje, aby uživatelé sítě nazývaní „těžaři“ věnovali výpočetní výkon k dokončení úkolu.

Konsensuální mechanismus proof-of-work (PoW) se poprvé objevil na počátku 90. let jako systém pro prevenci spamových e-mailů. Tato metoda vyžadovala, aby uživatelé vyřešili kryptografický problém, než mohli poslat e-mail.

Pro legitimní uživatele, kteří posílali pouze hrstku e-mailů, bylo vyřešení této jediné kryptografické hádanky snadným úkolem. Nicméně pro nepoctivého uživatele, který se snaží posílat spamové e-maily ve velkém, bylo množství potřebného výpočetního výkonu mnohem nákladnější.

V lednu 2009, pseudonymní autor bitcoinové bílé knihy, Satoshi Nakamoto, spustil bitcoinový protokol. Tento peer-to-peer elektronický platební systém obsahoval upravenou verzi mechanismu PoW k vyřešení výše zmíněného problému byzantských generálů.

Mechanismus konsensu PoW používaný v bitcoinovém protokolu zahrnuje soutěž založenou na kryptografii. Uživatelé soutěží o ​​právo navrhovat nové položky v knize pomocí svých počítačů.

Prostřednictvím bitcoinového těžebního procesu, těžaři generují náhodné, pevně dlouhé kódy nazývané hashe. Tyto hashe vytvářejí spuštěním náhodných vstupů skrze kryptografický hashovací algoritmus. Tímto způsobem se vytvoří jedinečné 64 hexadecimální kódy (kódy obsahující pouze čísla od 0 do 9 a písmena A až F).

Těžaři generují hashe náhodně, dokud jeden nemá stejný nebo více nul na začátku ve srovnání s cílovým hashem.

Cílový hash je číslo nastavené algoritmem pro úpravu obtížnosti blockchainového protokolu.

Když úspěšný těžař překoná cílový hash, získává právo navrhnout nový blok transakcí, který se připojí k blockchainu. Pokud síť považuje navrhovaný blok za platný, těžař za svou práci obdrží odměnu za blok. Pokud síť určí, že blok je neplatný nebo podvodný, uzly blok odmítnou a úsilí těžaře přijde vniveč.

Pokud máte zájem dozvědět se více o kryptografii za kryptoměnami, můžete se podívat na naši příručku pro začátečníky Jak kryptoměny používají kryptografii.

Na oplátku za své úsilí úspěšní těžaři vydělávají nově ražené bitcoiny a jakékoli poplatky za transakce, které přidali do nového bloku. Tato odměna je známa jako bloková odměna.

Je možné, aby jednotliví těžaři spojili své výpočetní zdroje dohromady pomocí těžebních poolů, aby zvýšili své šance na výhru v těžební soutěži. Jakékoli získané blokové odměny jsou rozděleny proporcionálně mezi účastníky poolu.

Blokové odměny obvykle dodržují přísnou, předem definovanou měnovou politiku, kde jsou odměny systematicky snižovány v průběhu času. Bitcoin například snižuje počet nově ražených mincí udělených za blok na polovinu každých 210 000 bloků (přibližně jednou za čtyři roky). Toto snížení, známé jako bitcoinový halving, zpomaluje vydávání nových mincí, které vstupují do oběhu v průběhu času.

O bitcoinovém halvingu se můžete dozvědět více v naší zprávě Kraken Intelligence s názvem Halving: Trendy a důsledky mechanismu inflace nabídky Bitcoinu.

Jakmile vítězný těžař navrhne nový blok transakcí, ostatní těžaři v síti tyto transakce nezávisle ověří. Jakmile dosáhnou konsensu ohledně platnosti informací uložených v bloku, blok se trvale připojí k blockchainu.

Tím, že se od všech uživatelů v síti vyžaduje, aby nezávisle potvrdili navrhované transakce před jejich finalizací, je téměř nemožné utratit svůj zůstatek dvakrát. Možnost utratit stejné mince dvakrát se stává hrozbou pouze v případě, že je nepoctivých 51 % nebo více validátorů. S rozšiřováním blockchainové sítě se však tento typ útoku stává exponenciálně obtížnějším.

Po skončení těžební soutěže o každý nový blok se vše opakuje znovu na základě doby bloku, kterou má každý protokol naprogramovanou. U bitcoinu jsou nové bloky objevovány přibližně každých 10 minut, ale doba mezi bloky se u jednotlivých kryptoměn liší. Jiné kryptoměny, jako například Litecoin a ZCash, vytvářejí nové bloky každých 2,5 minuty, respektive 75 sekund.

Tato funkce nejen zajišťuje bezpečnost sítě, ale také garantuje, že nové jednotky kryptoměny jsou uvolňovány do oběhu pevnou, předem stanovenou rychlostí.

Výhodou používání systému PoW je bezpečnost. Podvodné transakce na zavedených PoW blockchainových sítích vyžadují k provedení obrovské množství výpočetní síly.

Nečestní uživatelé mohou podvádět pouze tehdy, pokud kontrolují většinu, neboli více než 50 procent, výpočetní síly sítě. Tento typ zranitelnosti je známý jako útok 51 %. Pokud by někdo ovládal více než 51 % sítě, mohl by měnit pořadí transakcí, provádět dvojí výdaje zůstatků a blokovat určité příchozí platby. 

Systémy PoW jsou obtížně napadnutelné, protože k jejich zneužití je zapotřebí speciální vybavení a obrovské množství energie.

Množství energie spotřebované blockchainy založenými na PoW je však častým terčem kritiky ze strany odpůrců kryptoměn. Je však důležité poznamenat, že tato spotřeba je záměrnou funkcí. Ve většině případů platí, že čím větší je hashpower, tím větší je bezpečnost sítě.

Abychom oddělili fakta o těžbě kryptoměn od fikce, přečtěte si našeho Průvodce vyvracením mýtů o kryptoměnách: „Bitcoin ničí životní prostředí“.

Aby maximalizovali zisky, musí těžaři PoW udržovat své provozní náklady na co nejnižší úrovni a zajistit si levnou a spolehlivou energii. Mnoho těžařů používá udržitelnou energetickou směs, aby snížili své náklady a zmírnili obavy o životní prostředí.

• Bitcoin (BTC)
• Litecoin (LTC)
• Monero (XMR)
• Bitcoin Cash (BCH)
• Dash (DASH)
• Ethereum Classic (ETC)
• Dogecoin (DOGE)
• Siacoin (SC)

Na rozdíl od přímé soutěže typu proof-of-work využívá proof-of-stake (PoS) jinou sadu pobídek, aby zajistil, že se účastníci sítě chovají čestně.

Tři roky po spuštění bitcoinu vytvořili dva vývojáři jménem Scott Nadal a Sunny King konsensuální mechanismus PoS. Jejich hlavním cílem bylo vytvořit energeticky účinnější systém než proof-of-work.

S proof-of-stake (PoS) účastníci sítě nakupují a uzamykají nativní tokeny protokolu, aby ověřili nové bloky transakcí. Na oplátku mohou získat odměny za stakování (obvykle vyplácené jako úrok z jejich vložené aktiva).

Mnoho předních PoS blockchainů, jako jsou Ethereum, Cardano, Algorand a Polkadot, používá vlastní výběrové algoritmy k výběru stakerů, kteří získají právo navrhovat nové bloky.

Účastníci s větším počtem stakovaných tokenů mají obecně větší šanci na ověření nových bloků, ale do těchto konkrétních algoritmů je naprogramována určitá míra náhodnosti.

Tato randomizace je navržena tak, aby zvýšila spravedlnost a znamenala, že odměny mají šanci získat všichni účastníci stakování.

Ignite (dříve Tendermint) je další populární konsensuální mechanismus typu PoS, v rámci kterého validátoři zadávají předběžné hlasy, předběžné závazky a závazné hlasy pro nové bloky připojující se k blockchainu. Bloky s ⅔ většinou hlasů jsou zapsány do blockchainu.

PoS používá podobný přístup k motivování poctivého chování jako PoW tím, že vyžaduje, aby validátoři investovali své vlastní peníze. Stejně tak se tyto náklady mezi jednotlivými protokoly značně liší, včetně nákladů na provoz validátorových uzlů.

Zařízení validátoru PoS je často celkově mnohem levnější ve srovnání se zařízením potřebným k ziskové těžbě populárních kryptoměn PoW, jako je bitcoin (BTC).

Ve většině blockchainů PoS jsou validátoři sítě jmenováni za účelem ověřování bloků transakcí, nikoli aby mezi sebou soutěžili o navrhování nových bloků. Na oplátku validátoři získávají odměny, někdy ve formě pevného ročního úroku, za pomoc při zabezpečení sítě.

Lidé, kteří nemají technické znalosti nebo minimální požadavky na aktiva, aby se mohli stát samostatným validátorem PoS, mohou spojit své prostředky s jinými investory.

V tomto případě může více menších investorů spojit své prostředky a vytvořit tak jednu stakovací jednotku. Tyto stakovací fondy spravují a provozují zvolené osoby nebo skupiny osob s odbornými znalostmi. Investoři poté rozdělí odměny proporcionálně mezi sebe a provozovatele stakovacích fondů.

Stejně jako mechanismy konsensu PoS motivují validátory k poctivému chování, mohou je také potrestat za chování, které je v rozporu s pravidly protokolu. Pokud validátor nebo provozovatel delegovaného stakovacího fondu jedná podvodně, některé protokoly mohou částečně nebo zcela zabavit jejich vložené prostředky. Tento mechanismus, známý jako „slashing“, dále motivuje k dobrému chování v síti.

Aby se uživatelé mohli účastnit procesu stakování, většina protokolů blockchainu PoS vyžaduje, aby nejprve uzamkli minimální množství tokenů, aby se kvalifikovali.

U nového blockchainu PoS Ethereum je k tomu, abyste se stali validátorem, zapotřebí 32 etherů – nativní kryptoměny blockchainu. Objevily se však protokoly pro likvidní stakování, které tuto vysokou vstupní bariéru výrazně snižují.

Na blockchainu PoS Polkadot může být minimální požadavek na vklad od 10 DOT až po 350 DOT. DOT je nativní kryptoměna Polkadotu.

Stejně jako u blockchainů založených na PoW musí síť nezávisle ověřit nově navrhované bloky transakcí na blockchainu PoS, než se mohou připojit k blockchainu.

Řetězce PoS také dodržují transparentní harmonogram vydávání, který umožňuje celé síti sledovat, jak se nové mince dostávají do oběhu.

Hlavní výhodou blockchainů typu proof-of-stake je, že jsou výrazně energeticky účinnější než protokoly PoW. Vzhledem k tomu, že validátoři PoS jsou nominováni k ověřování bloků, namísto aby soutěžili pomocí nákladného vybavení, spotřebovávají méně energie.

Hlavní nevýhodou konsensuálních mechanismů PoS jsou problémy s centralizací podílu.

V blockchainových sítích PoS určuje množství tokenů, které daná osoba vsadí, především pravděpodobnost, s jakou bude vybrána k ověření bloků transakcí a získání odměn. Z tohoto důvodu mohou systémy PoS upřednostňovat ty, kteří mají více tokenů, před těmi, kteří mají méně vkladů – což podle některých vede k centralizaci sítě.

Kvůli této chybě má mnoho lidí pocit, že malý počet velkých stakovacích fondů a velkých investorů by mohl získat centralizovanou kontrolu nad validací bloků. Tento faktor je v rozporu se základními principy kryptoměny a snižuje celkovou bezpečnost sítě.

Dalším problémem některých blockchainů PoS je nelikvidita. Někdy uživatelé nemají přístup ke svým vkladům až do skončení blokovacího období. Tento problém snižuje tržní likviditu podkladové kryptoměny a brání investorům v přístupu k jejich vkladům během kritických pohybů na trhu.

Oba tyto konsensuální mechanismy řeší problém byzantských generálů, ale velmi odlišnými způsoby. Konsensuální mechanismus PoW je prověřený systém, který může poskytnout neuvěřitelně vysokou úroveň zabezpečení. Na druhou stranu se konsensuální mechanismy PoS stávají stále populárnějšími jako energeticky účinnější a škálovatelnější alternativa.

• Ethereum (ETH)
• Polkadot (DOT)
• Algorand (ALGO)
• Avalanche (AVAX)
• Cardano (ADA)
• Cosmos (ATOM)
• Solana (SOL)
• The Graph (GRT)

Nyní, když jste se dozvěděli vše o rozdílu mezi proof-of-work a proof-of-stake, jste připraveni udělat další krok na své kryptoměnové cestě? Klikněte na tlačítko níže a kupte si kryptoměny na Krakenu ještě dnes!

Chcete podrobnější informace o konkrétních kryptoměnách a blockchainových projektech? Pokud ano, navštivte naše centrum znalostí, kde se můžete dále vzdělávat v této neustále se rozvíjející oblasti.