A Proof of Work és a Proof of Stake
Kezdők útmutatója
A proof-of-work (PoW) és a proof-of-stake (PoS) a két leggyakoribb konszenzusmechanizmus, amelyet a nyilvános blokklánchálózatok használnak. Ezek a rendszerek hálózati biztonságot biztosítanak, és arra ösztönöznek egy decentralizált résztvevői csoportot, hogy a hálózat közös érdekében működjenek együtt.
A világon bárki részt vehet egy nyilvános, blokkláncalapú rendszerben. Egyetlen vállalat, központi bank vagy kormány sem irányítja ezeknek a hálózatoknak a működését. Ez azt jelenti, hogy senki sem gyakorol közvetlen ellenőrzést az olyan népszerű blokkláncok felett, mint a Bitcoin, Ethereum, Dogecoin vagy a Monero.
Ennek oka, hogy ezek a technológiák decentralizáltak. Az internethez hasonlóan nincs egyetlen személy vagy csoport sem, aki felelős lenne a működtetésükért és karbantartásukért. Ehelyett ez a felelősség világszerte több ezer ember között oszlik meg. A decentralizáció azonban fontos kérdéseket is felvet:
- Hogyan hozol létre egy robusztus, bizalommentes rendszert, amely ellenáll a rosszindulatú szereplőknek?
- Ha bárki csatlakozhat egy hálózathoz, hogyan ösztönzöd a tisztességes részvételt, és hogyan tartod vissza a rosszhiszemű szereplőket?
- Ha nincs központi irányító, hogyan döntöd el, ki javasolhat, ellenőrizhet és rögzíthet adatokat a blokkláncon?
Itt lépnek be a képbe a proof-of-work (PoW) és a proof-of-stake (PoS), amelyek általánosabban blokklánc konszenzusmechanizmusok néven ismertek.
Mi az a konszenzusmechanizmus?
A konszenzus egy adott információval kapcsolatos megegyezést jelent egy rendszer vagy embercsoport között.
A blokklánckonszenzus egy elosztott számítógépes hálózat egyetértési állapota a megosztott adatbázisban tárolt információk sorrendjéről és érvényességéről.
A Bitcoin blokklánca és az azt követő blokkláncok forradalmi jelentőségűek voltak, mert megoldottak egy régóta fennálló problémát, az úgynevezett Bizánci tábornokok problémáját.
A Bizánci tábornokok problémája az elosztott számítástechnika egyik klasszikus problémája, amely a bizalom kérdésével foglalkozik. Ez egy konszenzusprobléma elosztott egységek között, ahol több tábornok próbál összehangolni egy támadást egy város ellen. A probléma szerint a tábornokok nem tudnak közvetlenül kommunikálni egymással, és néhányuk áruló lehet, akik hamis üzeneteket küldenek a többieknek.
A blokkláncok kontextusában a Bizánci tábornokok problémája egy konszenzusprobléma. Egy blokklánchálózatban több csomópont próbál konszenzusra jutni a főkönyv állapotáról. Ugyanakkor egyes csomópontok rosszindulatúak lehetnek, és hamis információkat próbálhatnak küldeni a többi csomópontnak. A kihívás az, hogy a többi csomópontnak meg kell tudnia bízni a kapott információban ahhoz, hogy konszenzusra jussanak.
A blokkláncok a Bizánci tábornokok problémáját egy konszenzusalgoritmus alkalmazásával oldják meg, amely arra ösztönzi a hálózat minden résztvevőjét, hogy az igazság egyetlen verziójában állapodjanak meg. Ez úgy valósul meg, hogy a hálózat minden csomópontja érvényesíti a tranzakciókat, és megegyezik azok érvényességéről. A rendszer ezt a konszenzust rögzíti a blokkláncon, ezáltal egy megváltoztathatatlan, biztonságos és közösen megosztott hiteles forrást hoz létre. A konszenzusmechanizmus biztosítja, hogy a hálózat minden résztvevője ugyanazt az „igazságverziót” lássa, és hogy a tranzakció érvényes legyen.
A számítástechnikai szakemberek az 1980-as években fogalmazták meg ezt a problémát, de az alapjául szolgáló elméletek egy régebbi közgazdasági területből, a játékelméletből erednek. Neumann János és Oskar Morgenstern matematikusok már 30 évvel a Bizánci tábornokok problémája előtt megalapozták a játékelméletet. Kutatásaik a játékok kimeneteleit vizsgálták a résztvevők egyéni viselkedése, jutalmai és büntetései alapján.
A blokklánc-konszenzusmechanizmusok ezeket az elméleti alapelveket alkalmazzák. A blokklánchálózatban részt vevő szereplőket arra ösztönzik, hogy tisztességesen járjanak el, saját érdekükben és a hálózat egészének javára is. A rosszindulatú szereplők ezzel szemben büntetésekkel szembesülnek a tisztességtelen viselkedésért.
Érdekes, hogy a PoW- és PoS-rendszerek teljesen eltérő módon érik el a bizalommentes konszenzust.
Mi az a proof-of-work (PoW)?
A proof-of-work egy olyan konszenzusmechanizmus, amely megköveteli, hogy a hálózat felhasználói – az úgynevezett „bányászok” – számítási kapacitást fordítsanak egy feladat elvégzésére.
A proof-of-work (PoW) konszenzusmechanizmus az 1990-es évek elején jelent meg, eredetileg az e-mail spam megelőzésére szolgáló rendszerként. A módszer megkövetelte, hogy a felhasználók egy kriptográfiai problémát oldjanak meg, mielőtt e-mailt küldhettek volna.
A jogszerű felhasználók számára, akik csak néhány e-mailt küldtek, ennek az egyetlen kriptográfiai feladványnak a megoldása egyszerű feladat volt. Ezzel szemben egy tisztességtelen szereplő számára, aki tömegesen akart spam e-maileket küldeni, a szükséges számítási kapacitás jelentősen megemelte a tevékenység költségeit.
Bitcoin és proof-of-work
2009 januárjában a Bitcoin fehér könyvének álneves szerzője, Satoshi Nakamoto elindította a Bitcoin-protokollt. Ez a peer-to-peer elektronikus készpénzrendszer a PoW mechanizmus egy módosított változatát alkalmazta a fent említett Bizánci tábornokok probléma megoldására.
A Bitcoin protokollban használt PoW konszenzusmechanizmus egy kriptográfián alapuló versenyt foglal magában. A felhasználók azért versenyeznek,hogy számítógépeik segítségével jogot szerezzenek új bejegyzések javaslatára a főkönyvben.
A bitcoin bányászat folyamata során a bányászok véletlenszerű, rögzített hosszúságú kódokat, úgynevezett hasheket generálnak. Ezeket a hasheket úgy hozzák létre, hogy a bemeneti adatokat véletlenszerűen futtatják át egy kriptográfiai hash-algoritmuson. Ennek eredményeként egyedi, 64 karakterből álló hexadecimális kódok jönnek létre (olyan kódok, amelyek csak 0–9 közötti számokat és A–F betűket tartalmaznak).
A bányászok addig generálnak véletlenszerűen hasheket, amíg valamelyik ugyanannyi vagy több nullával nem kezdődik, mint a cél hash.
A cél hash egy olyan szám, amelyet a blokklánc protokoll nehézségi szintet szabályozó algoritmusa határoz meg.
Amikor egy sikeres bányász túlteljesíti a cél hash-t, jogot szerez arra, hogy egy új tranzakcióblokkot javasoljon a blokklánchoz való hozzáadásra. Ha a hálózat érvényesnek tekinti a javasolt blokkot, a bányász blokkjutalmat kap az erőfeszítéséért. Ha a hálózat érvénytelennek vagy csalárdnak minősíti a blokkot, a csomópontok elutasítják azt, és a bányász munkája kárba vész.
Ha többet szeretnél megtudni a kriptovaluták mögött álló kriptográfiáról, tekintsd meg kezdőknek szóló útmutatónkat a hogyan használják a kriptovaluták a kriptográfiát témában.
Ösztönzők és jutalmak elosztása
Erőfeszítéseikért cserébe a sikeres bányászok újonnan kibocsátott Bitcoint és az általuk az új blokkhoz hozzáadott tranzakciók díjait kapják meg. Ezt a jutalmat blokkjutalomnak nevezik.
Az egyéni bányászok bányászpoolok segítségével összevonhatják számítási kapacitásukat, hogy növeljék esélyeiket a bányászati verseny megnyerésére. A megszerzett blokkjutalmakat arányosan osztják szét a pool résztvevői között.
A blokkjutalmak általában egy szigorú, előre meghatározott monetáris politikát követnek, amely szerint a jutalmak idővel fokozatosan csökkennek. A Bitcoin például minden 210 000 blokk után (nagyjából négyévente) felére csökkenti az egy blokkért járó újonnan kibocsátott coinok számát. Ez a csökkentés – amelyet Bitcoin felezésnek (halving) neveznek – idővel mérsékli az új coinok forgalomba kerülésének ütemét.
A Bitcoin-felezésekről bővebben a Kraken Intelligence jelentésünkben, A felezés: A Bitcoin kínálati inflációs mechanizmusának trendjei és következményei című anyagban olvashatsz.
Ellenőrzés és kibocsátás
Miután a nyertes bányász javaslatot tett egy új tranzakcióblokkra, a hálózat többi bányásza egymástól függetlenül ellenőrzi ezeket a tranzakciókat. Amint konszenzusra jutnak a blokkban tárolt információ érvényességéről, a blokk véglegesen csatlakozik a blokklánchoz.
Azáltal, hogy a hálózat minden felhasználójának függetlenül meg kell erősítenie a javasolt tranzakciókat azok véglegesítése előtt, szinte lehetetlenné válik ugyanannak az egyenlegnek a kétszeri elköltése. Annak lehetősége, hogy ugyanazokat a coinokat kétszer költsék el, csak akkor jelent valós fenyegetést, ha a validátorok legalább 51%-a tisztességtelen. Az ilyen típusú támadás azonban exponenciálisan nehezebbé válik a blokklánchálózat növekedésével.
Miután az adott blokkért zajló bányászati verseny lezárul, a folyamat az adott protokoll által meghatározott blokkidő alapján újraindul. A Bitcoin esetében az új blokkok nagyjából 10 percenként jönnek létre, de a blokkidő kriptovalutánként eltérő. Más kriptovaluták, például a Litecoin és a ZCash, rendre 2,5 percenként, illetve 75 másodpercenként hoznak létre új blokkokat.
Ez a mechanizmus nemcsak a hálózat biztonságát szolgálja, hanem azt is biztosítja, hogy az új kriptovaluta-egységek rögzített, előre meghatározott ütemben kerüljenek forgalomba.
A PoW előnyei és hátrányai
A PoW rendszer egyik előnye a biztonság. A már működő PoW-alapú blokkláncokon a csalárd tranzakciók végrehajtásához hatalmas számítási kapacitás szükséges.
A tisztességtelen szereplők csak akkor tudnak csalást elkövetni, ha a hálózat számítási kapacitásának többségét, azaz több mint 50%-át ellenőrzik. Ezt a sérülékenységet 51%-os támadásnak nevezik. Ha valaki a hálózat több mint 51%-át irányítaná, képes lenne tranzakciók sorrendjét módosítani, egyenlegeket kétszer elkölteni, illetve bizonyos bejövő kifizetéseket blokkolni.
A PoW rendszereket nehéz megtámadni, mivel a hálózat kihasználásához speciális berendezésekre és óriási mennyiségű energiára van szükség.
A PoW-alapú blokkláncok energiafogyasztása ugyanakkor gyakori kritika a kriptovaluták bírálói részéről. Fontos azonban megjegyezni, hogy ez a fogyasztás szándékos tervezési elem. A legtöbb esetben minél nagyobb a hash-erő (hashpower), annál nagyobb a hálózat biztonsága.
Ha szeretnéd elválasztani a kriptobányászattal kapcsolatos tényeket a tévhitektől, olvasd el a Kriptomítoszok megdöntése: „A Bitcoin tönkreteszi a környezetet” című útmutatónkat.
A maximális profit érdekében a PoW-bányászoknak működési költségeiket a lehető legalacsonyabban kell tartaniuk, és olcsó, megbízható energiaforrásokat kell használniuk. Sok bányász fenntartható energiamixet alkalmaz a költségek csökkentése és a környezeti aggályok mérséklése érdekében.
Példák proof-of-work alapú blokkláncokra
Mi az a proof-of-stake (PoS)?
A proof-of-work közvetlen versenyével ellentétben a proof-of-stake (PoS) eltérő ösztönzőrendszert alkalmaz annak biztosítására, hogy a hálózat résztvevői tisztességesen viselkedjenek.
A Bitcoin indulása után három évvel két fejlesztő, Scott Nadal és Sunny King létrehozta a PoS konszenzusmechanizmust. Fő céljuk egy energiahatékonyabb rendszer létrehozása volt a proof-of-worknél.
A proof-of-stake (PoS) esetében a hálózat résztvevői megvásárolják és zárolják a protokoll natív tokenjeit az új tranzakcióblokkok érvényesítéséhez. Cserébe staking jutalmat kaphatnak (amelyet általában a stakelt eszközök után járó kamat formájában fizetnek).
Számos vezető PoS-alapú blokklánc, például az Ethereum, a Cardano, az Algorand és a Polkadot saját kiválasztási algoritmust alkalmaz annak meghatározására, mely stakerek kapják meg az új blokkok javaslatának jogát.
Azok a résztvevők, akik több tokent stakelnek, általában nagyobb eséllyel érvényesítenek új blokkokat, ugyanakkor ezekbe az algoritmusokba bizonyos fokú véletlenszerűség is be van építve.
Ez a randomizáció a méltányosság növelését szolgálja, és azt jelenti, hogy a staking minden résztvevőjének esélye van jutalmat szerezni.
Az Ignite (korábban Tendermint) egy másik népszerű, PoS-stílusú konszenzusmechanizmus, amelyben a validátorok előszavazási, előkötelezési és kötelezési szavazatokat adnak le az új blokkok blokklánchoz való csatlakozásáról. A kétharmados (⅔) többségi szavazattal elfogadott blokkok kerülnek véglegesen rögzítésre a blokkláncon.
A PoS a PoW-hoz hasonlóan azzal ösztönzi a tisztességes viselkedést, hogy a validátoroknak saját tőkét kell befektetniük. Ugyanakkor ezek a költségek jelentősen eltérhetnek a különböző protokollok esetében, beleértve a validátorcsomópontok működtetésének költségeit is.
A PoS validátorcsomópontokhoz szükséges eszközök összességében gyakran jóval olcsóbbak, mint a népszerű PoW-kriptovaluták, például a Bitcoin (BTC) nyereséges bányászatához szükséges berendezések.
Ösztönzők és jutalmak elosztása
A legtöbb PoS-alapú blokkláncban a hálózat validátorait kijelölik a tranzakcióblokkok ellenőrzésére, nem pedig egymással versenyeztetik őket az új blokkok javaslatáért. Cserébe a validátorok jutalmat kapnak, amely időnként fix éves kamat formájában jelenik meg, a hálózat biztonságának fenntartásáért.
Azok, akik nem rendelkeznek a szükséges technikai szakértelemmel vagy minimális eszközállománnyal ahhoz, hogy önálló PoS-validátorrá váljanak, más befektetőkkel összevonhatják a forrásaikat.
Ebben az esetben több kisebb befektető összevonhatja a forrásait, hogy egyetlen staking egységet hozzon létre. A megfelelő szakértelemmel rendelkező, megválasztott személyek vagy csoportok tartják fenn és működtetik ezeket a staking poolokat. A befektetők ezután arányosan osztják fel a jutalmakat egymás és a staking pool üzemeltetői között.
Ahogyan a PoS konszenzusmechanizmusok ösztönzik a validátorokat a tisztességes viselkedésre, úgy büntethetik is őket, ha megszegik a protokoll szabályait. Ha egy validátor vagy delegált staking pool üzemeltető csalárd módon jár el, egyes protokollok részben vagy teljes egészében elkobozhatják a stakelt eszközeit. Az úgynevezett „slashing” mechanizmus tovább erősíti a hálózaton belüli helyes viselkedés ösztönzését.
Ellenőrzés és kibocsátás
A staking folyamatban való részvételhez a legtöbb PoS blokkláncprotokoll megköveteli, hogy a felhasználók először egy minimális mennyiségű tokent zároljanak a jogosultság megszerzéséhez.
Az Ethereum új PoS-alapú blokkláncán például 32 ether – a blokklánc natív kriptovalutája – szükséges ahhoz, hogy valaki validátorrá váljon. Ugyanakkor megjelentek a likvid staking protokollok, amelyek jelentősen csökkentik ezt a magas belépési küszöböt.
A Polkadot PoS blokkláncán a minimális stake követelmény akár 10 DOT is lehet, de elérheti a 350 DOT-ot is. A DOT a Polkadot natív kriptovalutája.
A PoW-alapú blokkláncokhoz hasonlóan a hálózatnak a PoS blokkláncokon is függetlenül ellenőriznie kell az újonnan javasolt tranzakcióblokkokat, mielőtt azok csatlakozhatnak a blokklánchoz.
A PoS láncok átlátható kibocsátási ütemtervet is követnek, amely lehetővé teszi az egész hálózat számára, hogy nyomon kövesse, hogyan kerülnek az új coinok forgalomba.
A PoS előnyei és hátrányai
A proof-of-stake blokkláncok legfőbb előnye, hogy jelentősen energiahatékonyabbak, mint a PoW protokollok. Mivel a PoS validátorokat kijelölik a blokkok érvényesítésére ahelyett, hogy költséges berendezésekkel versenyeznének, kevesebb energiát használnak fel.
A PoS konszenzusmechanizmusok fő hátránya a stake centralizáció problémája.
A PoS blokkláncokon az, hogy valakit kiválasztanak-e tranzakcióblokkok érvényesítésére és jutalomszerzésre, elsősorban attól függ, mennyi tokent stakelt. Emiatt a PoS rendszerek előnyben részesíthetik a több tokennel rendelkezőket a kevesebb stakelt eszközzel rendelkezőkkel szemben – ami egyesek szerint a hálózat centralizációjához vezethet.
E hiányosság miatt sokan úgy vélik, hogy néhány nagy staking pool és „bálna” befektető központosított irányítást szerezhet a blokkok érvényesítése felett. Ez a tényező ellentétes a kriptovaluták alapelveivel, és csökkentheti a hálózat általános biztonságát.
Egy másik probléma néhány PoS-blokklánc esetében az illikviditás. Előfordulhat, hogy a felhasználók nem férnek hozzá a stakelt eszközeikhez, amíg a zárolási időszak le nem jár. Ez csökkenti az adott kriptovaluta piaci likviditását, és megakadályozza, hogy a befektetők kritikus piaci mozgások idején hozzáférjenek a stakelt forrásaikhoz.
Mindkét konszenzusmechanizmus megoldja a Bizánci tábornokok problémáját, de teljesen eltérő módon. A PoW-konszenzusmechanizmus egy hosszú ideje bevált rendszer, amely rendkívül magas szintű biztonságot képes nyújtani. Ezzel szemben a PoS-konszenzusmechanizmusok egyre népszerűbbé válnak, mint energiahatékonyabb és jobban skálázható alternatívák.
Proof-of-stake kriptovaluták
Kezdj el kriptovalutát vásárolni
Most, hogy megismerted a proof-of-work és a proof-of-stake közötti különbségeket, készen állsz a következő lépésre a kriptós utadon? Kattints az alábbi gombra, és vásárolj kriptovalutát a Krakenen még ma!
Hasznos források
Szeretnél még részletesebb információkat konkrét kriptovalutákról és blokklánc-projektekről? Ha igen, látogass el a Tanulási központ oldalára, és mélyítsd tovább a tudásodat ezen a folyamatosan fejlődő területen.