Proof-of-work vs. Bewijs van aandeel

Proof-of-work (PoW) en proof-of-stake (PoS) zijn de twee meest gebruikte consensusmechanismen op openbare blockchainnetwerken. Deze systemen bieden netwerkbeveiliging en stimuleren een gedecentraliseerde groep deelnemers om samen te werken voor het grotere goed van het netwerk.

Iedereen ter wereld kan deelnemen aan een openbaar, op blockchain gebaseerd systeem. Geen enkel bedrijf, centrale bank of overheid beheert hoe deze netwerken werken. Dat betekent dat niemand directe controle heeft over populaire blockchains zoals Bitcoin, Ethereum, Dogecoin of Monero.

Dat is omdat deze technologieën gedecentraliseerd zijn. Net als het internet is er niet één persoon of groep verantwoordelijk voor het onderhoud ervan. In plaats daarvan wordt deze verantwoordelijkheid gedeeld door duizenden individuen over de hele wereld. Decentralisatie brengt echter ook een aantal belangrijke vragen met zich mee:

1. Hoe maakt u een robuust, vertrouwensloos systeem dat bestand is tegen kwaadwillenden?
2. Als iedereen lid kan worden van een netwerk, hoe bevorder je dan eerlijke deelname en hoe ontmoedig je slechte spelers?
3. Hoe kies je zonder overkoepelende beheerder wie gegevens mag voorstellen, verifiëren en vastleggen op de blockchain?

Hier komen proof-of-work (PoW) en proof-of-stake (PoS), beter bekend als consensusmechanismen voor blockchains, om de hoek kijken.

Consensus is een overeenkomst over een bepaald stuk informatie tussen een systeem of een groep mensen.

Blockchainconsensus is een staat van overeenstemming op een gedistribueerd netwerk van computers over de volgorde en geldigheid van informatie die is opgeslagen in een gedeelde database.

De Bitcoin-blockchain en andere blockchains die volgden waren revolutionair omdat ze een reeds bestaand probleem oplosten dat het Byzantijnse generaals probleem wordt genoemd. 

Het probleem van de Byzantijnse generaals is een klassiek probleem in gedistribueerd computergebruik dat te maken heeft met het probleem van vertrouwen. Het is een probleem van consensus tussen gedistribueerde pelotons, waarbij meerdere generaals een aanval op een stad proberen te coördineren. In het probleem kunnen de generaals niet rechtstreeks met elkaar communiceren en sommige generaals zijn misschien verraders die valse berichten naar de andere generaals sturen.

In de context van blockchains is het probleem van de Byzantijnse generaals een consensusprobleem. In een blockchainnetwerk zijn er meerdere knooppunten die consensus proberen te bereiken over de toestand van het grootboek. Sommige knooppunten kunnen echter kwaadaardig zijn en proberen valse informatie naar de andere knooppunten te sturen. Het probleem is dat de andere knooppunten de informatie die ze ontvangen moeten kunnen vertrouwen om consensus te bereiken.

Blockchains lossen het probleem van de Byzantijnse generaals op door een consensusalgoritme te gebruiken om alle deelnemers in het netwerk te stimuleren het eens te worden over één enkele versie van de waarheid. Dit wordt gedaan door elk knooppunt in het netwerk de transacties te laten valideren en overeenstemming te bereiken over de geldigheid van de transacties. Het systeem legt deze consensus vervolgens vast op de blockchain en creëert zo een onveranderlijke, veilige en collectief gedeelde bron van waarheid. Het consensusmechanisme zorgt ervoor dat alle deelnemers in het netwerk dezelfde versie van de waarheid hebben en dat de transactie geldig is.

Computerwetenschappers bedachten dit probleem in de jaren 80, maar de onderliggende concepten komen uit een ouder economisch vakgebied genaamd speltheorie. De wiskundigen John Von Neumann en Oskar Morgenstern pionierden 30 jaar voorafgaand aan het probleem van de Bynzantijnse generaals op het gebied van speltheorie. Hun onderzoek analyseerde de uitkomsten van spellen op basis van het individuele gedrag van spelers, beloningen en straffen.

Consensusmechanismen voor blockchains belichamen deze theoretische principes. Spelers die deelnemen aan een blockchainnetwerk worden gestimuleerd om eerlijk te handelen, zowel voor zichzelf als voor het grotere goed van het netwerk. Kwaadwillenden worden daarentegen gestraft voor oneerlijk gedrag.

Wat interessant is, is hoe PoW- en PoS-systemen op totaal verschillende manieren consensus bereiken zonder vertrouwen.

Proof-of-work is een type consensusmechanisme waarbij netwerkgebruikers, "mijners" genaamd, rekenkracht moeten inzetten om een taak te voltooien.

Het proof-of-work (PoW) consensusmechanisme debuteerde in de vroege jaren '90 als een systeem om e-mailspam te voorkomen. De methode vereiste dat gebruikers een cryptografisch probleem oplosten voordat ze een e-mail konden versturen.

Voor legitieme gebruikers die slechts een handvol e-mails versturen, was het oplossen van deze cryptografische puzzel een eenvoudige taak. Maar voor een oneerlijke speler die massaal spam-e-mails wil versturen, maakt de vereiste hoeveelheid rekenkracht die onderneming veel kostbaarder.

In januari 2009 lanceerde de pseudonieme auteur van de Bitcoin-whitepaper, Satoshi Nakamoto, het Bitcoin-protocol. Dit peer-to-peer elektronisch geldsysteem bevatte een aangepaste versie van het PoW-mechanisme om het eerder genoemde probleem van de Byzantijnse generaals op te lossen.

Het PoW-consensusmechanisme dat wordt gebruikt in het Bitcoin-protocol bevat een op cryptografie gebaseerde competitie. Gebruikers strijden omhet recht om nieuwe toevoegingen aan het grootboek voor te stellen met behulp van hun computers.

Tijdens hetmijnproces van Bitcoin genereren mijners willekeurige codes met een vaste lengte, die hashes worden genoemd. Ze maken deze hashes door willekeurig invoer door een cryptografisch hashingalgoritme te laten lopen. Dit levert unieke, hexadecimale codes op (codes die alleen de cijfers 0 t/m 9 en de letters A t/m F bevatten).

Mijners genereren willekeurig hashes totdat er een dezelfde of meer nullen vooraan heeft in vergelijking met de doelhash.

De doelhash is een getal dat is ingesteld door het moeilijkheidsaanpassingsalgoritme van het blockchainprotocol.

Als een succesvolle mijner de doelhash haalt, krijgt deze het recht om een nieuw blok transacties voor te stellen voor de blockchain. Als het netwerk het voorgestelde blok als geldig beschouwt, ontvangt de mijner een blokbeloning voor de inspanningen. Als het netwerk bepaalt dat het blok ongeldig of frauduleus is, verwerpen de knooppunten het blok en is de inspanning van de mijner voor niets geweest.

Als je meer wilt weten over de cryptografie achter cryptocurrency's, kun je onze beginnersgids bekijken over Hoe cryptocurrency's cryptografie gebruiken.

In ruil voor hun inspanning verdienen succesvolle mijners nieuw gemunte Bitcoin en eventuele vergoedingen voor de transacties die ze aan het nieuwe blok hebben toegevoegd. Deze beloning heet een blokbeloning.

Het is mogelijk voor individuele mijners om hun computermiddelen samen te voegen met behulp van mijnpools om hun kansen op het winnen van de mijncompetitie te vergroten. Eventueel verdiende blokbeloningen worden evenredig verdeeld onder de pooldeelnemers.

Blokbeloningen houden zich meestal aan een strikt, vooraf bepaald monetair beleid waarbij beloningen in de loop van de tijd systematisch worden verlaagd. Bitcoin bijvoorbeeld halveert elke 210.000 blokken (ongeveer eens in de vier jaar) het aantal nieuw gemunte munten dat per blok wordt toegekend. Deze verlaging, die bekend staat als een Bitcoin-halvering, vermindert de uitgifte van nieuwe munten die in de loop van de tijd in omloop komen.

Meer informatie over Bitcoin-halveringen lees je in ons Kraken Intelligence-rapport De halvering: Trends en implicaties van Bitcoins voorraadinflatiemechanisme.

Wanneer een nieuw blok transacties is voorgesteld door de winnende mijner, verifiëren de overige mijners in het netwerk deze transacties onafhankelijk van elkaar. Nadat ze consensus bereiken over de geldigheid van de informatie opgeslagen in het blok, wordt het blok permanent aan de blockchain toegevoegd.

Door alle gebruikers in het netwerk te verplichten om voorgestelde transacties onafhankelijk te bevestigen voordat ze permanent worden, is het vrijwel onmogelijk om uw saldo dubbel te besteden. De mogelijkheid om dezelfde munten twee keer uit te geven wordt alleen een bedreiging als 51% of meer validators oneerlijk zijn. Dit type aanval wordt echter exponentieel moeilijker om uit te voeren naarmate het blockchainnetwerk groeit.

Nadat de mijncompetitie voor elk nieuw blok is afgelopen, begint het opnieuw op basis van de bloktijd waarvoor elk protocol is geprogrammeerd. Bij Bitcoin worden ongeveer elke 10 minuten nieuwe blokken ontdekt, maar de bloktijden verschillen per cryptocurrency. Andere cryptocurrency's zoals Litecoin en ZCash maken respectievelijk elke 2,5 minuten en elke 75 seconden nieuwe blokken.

Deze functie houdt niet alleen het netwerk veilig, maar zorgt er ook voor dat nieuwe eenheden cryptocurrency met een vaste, vooraf bepaalde snelheid in omloop worden gebracht.

Een voordeel van het gebruik van een PoW-systeem is veiligheid. Frauduleuze transacties op gevestigde PoW-blockchains vereisen enorme hoeveelheden rekenkracht om uit te voeren.

Oneerlijke personen kunnen alleen fraude plegen als ze de controle hebben over de meerderheid, of meer dan 50 procent, van de rekenkracht van het netwerk. Dit soort kwetsbaarheid staat bekend als een 51%-aanval. Als iemand de controle heeft over 51% van het netwerk, kan deze transacties opnieuw ordenen, tegoeden dubbel besteden en bepaalde inkomende betalingen blokkeren. 

PoW-systemen zijn moeilijk aan te vallen omdat ze gespecialiseerde apparatuur en een enorme hoeveelheid energie vereisen om het netwerk te misbruiken.

De hoeveelheid energie die wordt verbruikt door op PoW gebaseerde blockchains is echter een veelgehoord punt van kritiek onder cryptotegenstanders. Het is echter belangrijk om op te merken dat dit verbruik een opzettelijke eigenschap is. In de meeste gevallen geldt: hoe groter de hashkracht, hoe groter de netwerkbeveiliging.

Om je te helpen de feiten over het mijnen van crypto te onderscheiden van fictie, zie onze gids Ontkrachting van cryptomythen: "Bitcoin vernietigt het milieu" gids.

Uiteindelijk moeten PoW-mijners hun kosten zo laag mogelijk houden en goedkope, betrouwbare energie inkopen om hun winst te maximaliseren. Veel mijners gebruiken een duurzame energiemix om hun kosten laag te houden en zorgen over het milieu te verminderen.

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

In tegenstelling tot de regelrechte competitie van proof-of-work, gebruikt proof-of-stake (PoS) een andere set stimulansen om ervoor te zorgen dat netwerkdeelnemers zich eerlijk gedragen.

Drie jaar na de lancering van Bitcoin creëerden twee ontwikkelaars, Scott Nadal en Sunny King, het PoS-consensusmechanisme. Hun belangrijkste doel was om een energie-efficiënter systeem te maken dan proof-of-work.

Met proof-of-stake (PoS) kopen netwerkdeelnemers de eigen tokens van een protocol en zetten deze vast om nieuwe transactieblokken te valideren. In ruil daarvoor kunnen ze stakebeloningen verdienen (meestal betaald als rente op hun gestakete assets).

Veel toonaangevende PoS-blockchains zoals Ethereum, Cardano, Algorand en Polkadot gebruiken hun eigen selectiealgoritmes om te kiezen welke stakers het recht verdienen om nieuwe blokken voor te stellen.

Deelnemers met meer gestakete tokens hebben over het algemeen meer kans om nieuwe blokken te valideren, maar er is een zekere mate van willekeur geprogrammeerd in deze specifieke algoritmes.

Deze willekeur is ontworpen om de eerlijkheid te verbeteren en betekent dat alle deelnemers die staken een kans hebben om beloningen te verdienen.

Ignite (voorheen Tendermint) is een ander populair consensusmechanisme in PoS-stijl waarbij validators prevote-, precommit- en commit-stemmen plaatsen voor nieuwe blokken die aan de blockchain worden toegevoegd. Blokken met een twee derde meerderheid van stemmen worden vastgelegd op de blockchain.

PoS gebruikt een vergelijkbare benadering van het stimuleren van eerlijk gedrag als PoW door van validators te eisen dat ze hun eigen geld investeren. Deze kosten variëren ook sterk per protocol, inclusief de kosten om validatieknooppunten te draaien.

Apparatuur voor PoS-validatorknooppunten is vaak veel minder duur in vergelijking met de apparatuur die nodig is om winstgevend populaire PoW-cryptocurrency's zoals Bitcoin (BTC) te mijnen.

Bij de meeste PoS-blockchains worden netwerkvalidators genomineerd om blokken met transacties te verifiëren, in plaats van tegen elkaar op te boksen om nieuwe blokken voor te stellen. In ruil daarvoor verdienen validators beloningen, soms in de vorm van een vaste jaarlijkse rente, voor hun hulp bij het beveiligen van het netwerk.

Mensen zonder de technische expertise of de minimaal benodigde assets om een zelfstandige PoS-validator te worden, kunnen hun geld combineren met andere beleggers.

In dat geval kunnen meerdere kleinere beleggers geld poolen om één stakingeenheid te vormen. Gekozen individuen of groepen met specialistische kennis onderhouden en beheren deze pools. Beleggers verdelen de beloningen dan evenredig onder elkaar en de stakepoolbeheerders.

Net zoals PoS-consensusmechanismen validators stimuleren om zich eerlijk te gedragen, kunnen ze hen ook straffen als ze zich niet volgens de regels van het protocol gedragen. Als een validator of gedelegeerde stakingpoolbeheerder frauduleus handelt, kunnen sommige protocollen hun gestakete assets geheel of gedeeltelijk in beslag nemen. Dit mechanisme, bekend als "slashing," stimuleert goed gedrag op het netwerk nog meer.

Om deel te nemen aan het stakingproces, vereisen de meeste PoS-blockchainprotocollen dat gebruikers eerst een minimale hoeveelheid tokens vastzetten om zich te kwalificeren.

Voor de nieuwe PoS-blockchain van Ethereum is 32 Ether – de eigen cryptocurrency van de blockchain – nodig om een validator te worden. Er zijn echter protocollen voor het staken van liquiditeit ontstaan om deze hoge toetredingsdrempel drastisch te verlagen.

Op Polkadots PoS-blockchain kan de minimale stake zo laag zijn als 10 DOT of zo hoog als 350 DOT. DOT is de cryptocurrency van Polkadot.

Net als bij op PoW gebaseerde blockchains moet het netwerk nieuw voorgestelde transactieblokken op PoS-blockchains onafhankelijk verifiëren voordat ze aan de blockchain kunnen worden toegevoegd.

PoS-chains volgen ook een transparant uitgifteschema waardoor het hele netwerk kan zien hoe nieuwe munten in omloop komen.

Het belangrijkste voordeel van proof-of-stake blockchains is dat ze aanzienlijk energie-efficiënter zijn dan PoW-protocollen. Omdat PoS-validators genomineerd worden om blokken te valideren in plaats van te concurreren met dure apparatuur, verbruiken ze minder energie.

Het belangrijkste nadeel van PoS-consensusmechanismen is het probleem met centralisatie van staking.

Bij PoS-blockchains bepaalt hoofdzakelijk de hoeveelheid tokens die iemand staket hoe waarschijnlijk het is dat deze wordt geselecteerd om transactieblokken te valideren en beloningen te verdienen. Hierdoor kunnen PoS-systemen degenen met meer tokens bevoordelen ten opzichte van degenen met minder gestakete assets — wat volgens sommigen leidt tot centralisatie van het netwerk.

Door deze tekortkoming hebben velen het gevoel dat een klein aantal grote stakingpools en walvisbeleggers gecentraliseerde controle over de validatie van blokken zouden kunnen krijgen. Deze factor gaat in tegen de kernprincipes van cryptocurrency's en vermindert de algehele netwerkbeveiliging.

Een ander probleem voor sommige PoS-blockchains is illiquiditeit. Soms hebben gebruikers geen toegang tot hun gestakete assets totdat een vastzettingsperiode afloopt. Dit probleem vermindert de marktliquiditeit van de onderliggende cryptocurrency en verhindert dat beleggers toegang hebben tot hun gestakete geld tijdens kritieke marktbewegingen.

Beide consensusmechanismen lossen het probleem van de Byzantijnse generaals op, maar op heel verschillende manieren. Het PoW-consensusmechanisme is een beproefd systeem dat ongelooflijk hoge veiligheidsniveaus kan bieden. Aan de andere kant worden PoS-consensusmechanismen steeds populairder als een energie-efficiënter, schaalbaar alternatief.

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

Ben je, nu je alles hebt geleerd over het verschil tussen proof-of-work en proof-of-stake, klaar om de volgende stap te zetten op je cryptoreis? Klik op de knop hieronder om vandaag nog cryptocurrency's te kopen op Kraken!

Wil je meer diepgaande informatie over specifieke cryptocurrency's en blockchainprojecten? Bezoek dan ons Leercentrum om je verder te verdiepen in deze steeds groter wordende ruimte.