Proof of Work kontra Bevis på innsats

Proof-of-work (PoW) og Proof-of-stake (PoS) er de to vanligste konsensusmekanismene som brukes av offentlige blokkjedenettverk. Disse systemene gir nettverkssikkerhet og gir insentiv til en desentralisert gruppe deltakere til å samarbeide for nettverkets beste.

Alle i verden kan delta i et offentlig blokkjede-basert system. Hverken et selskap, en sentralbank eller en statlig myndighet styrer hvordan disse nettverkene opererer. Dette betyr at ingen har direkte kontroll over populære blokkjeder som Bitcoin, Ethereum, Dogecoin eller Monero.

Det er fordi disse teknologiene er desentraliserte. I likhet med internett er det ingen enkeltpersoner eller grupper som er ansvarlig for vedlikehold og drift. I stedet deles dette ansvaret på tusenvis av enkeltpersoner over hele verden. Desentralisering fører imidlertid til noen viktige spørsmål:

1. Hvordan lager du et robust, tillitsløst system som kan tåle ondsinnede aktører?
2. Hvis alle kan bli med i et nettverk, hvordan fremmer man ærlig deltakelse og reduserer fare for ondsinnede aktører?
3. Uten en overordnet leder, hvordan velger du hvem som får foreslå, verifisere og registrere data på blokkjeden?

Det er her Proof-of-work (PoW) og Proof-of-stake (PoS) kommer inn i bildet, også kjent som konsensusmekanismer for blokkjede.

Konsensus refererer til enighet om et bestemt informasjonselement blant et system eller en gruppe mennesker.

Blokkjedekonsensus er en tilstand med enighet blant et distribuert nettverk av datamaskiner om rekkefølgen og gyldigheten av informasjon som er lagret i en felles database.

Bitcoin-blokkjeden og andre blokkjeder som kom senere, var revolusjonerende fordi de løste et langvarig problem kalt Byzantine Generals-problemstillingen. 

Byzantine Generals-problemstillingen er et klassisk problem innen distribuert databehandling som omhandler tillitsproblematikken. Det er et konsensusproblem blant distribuerte tropper, der flere generaler prøver å koordinere et angrep på en by. I problemstillingen er generalene ute av stand til å kommunisere direkte med hverandre, og noen av generalene kan være forrædere som sender falske meldinger til de andre generalene.

I konteksten av blokkjeder handler Byzantine Generals-problemstillingen om et konsensus-problem. I et blokkjedenettverk er det flere noder som prøver å oppnå konsensus om tilstanden til hovedboken. Noen av nodene kan imidlertid være ondsinnede og forsøke å sende falsk informasjon til de andre nodene. Problemet er at de andre nodene må kunne stole på informasjonen de mottar for å oppnå konsensus.

Blokkjeder løser Byzantine Generals-problemstillingen ved å bruke en konsensusalgoritme for å gi insentiver til alle deltakere i nettverket for å bli enige om én versjon av sannheten. Dette gjøres ved at hver node i nettverket validerer transaksjonene og oppnår enighet om gyldigheten av transaksjonen. Systemet registrerer deretter denne konsensusen på blokkjeden, og skaper dermed en uforanderlig, sikker og kollektiv, delt felles kilde til sannhet. Konsensusmekanismen sikrer at alle deltakere i nettverket har den samme versjonen av sannheten, og at transaksjonen er gyldig.

Dataingeniører tenkte på dette problemet i 1980-årene, men de underliggende konseptene stammer fra et eldre felt innen økonomi kalt spillteori. Matematikerne John Von Neumann og Oskar Morgenstern var pionerer innen spillteori 30 år før Byzantine Generals-problemstillingen. Forskningen deres analyserte utfallet av spill basert på spillernes individuelle atferd, gevinst og straff.

Konsensusmekanismer innen blokkjeder benytter seg av disse teoretiske prinsippene. Spillere som deltar i et blokkjedenettverk, får insentiver til å handle ærlig både for seg selv og for nettverkets beste. Ondsinnede aktører derimot, står overfor straff for uærlig atferd.

Det som er interessant, er hvordan PoW- og PoS-systemer oppnår tillitsløs konsensus på helt forskjellige måter.

Proof-of-work er en type konsensusmekanisme som krever at nettverksbrukerne, kalt «utvinnere», bruker databehandlingskraft til å fullføre en oppgave.

Proof-of-work-konsensusmekanismen ble lansert tidlig i 1990-årene som et system for å forhindre søppelpost på nett. Metoden krevde at brukerne løste et kryptografisk problem før de kunne sende en e-post.

For legitime brukere som bare sender noen få e-poster, var det enkelt å løse dette ene kryptografiske puslespillet. Men for en uærlig aktør som ønsker å sende søppelpost i store mengder, var mengden databehandlingskraft som kreves, langt mer kostbar.

I januar 2009 lanserte forfatteren av bitcoin-utredningen, under pseudonymet Satoshi Nakamoto, Bitcoin-protokollen. Dette elektroniske P2P-kontantsystemet hadde en tilpasset versjon av PoW-mekanismen for å løse den ovennevnte Byzantine Generals-problemstillingen.

PoW-konsensusmekanismen som brukes i Bitcoin-protokollen, benytter en kryptografibasert konkurranse. Brukere konkurrerer om ​retten til å foreslå nye oppføringer i hovedboken ved å bruke datamaskinene sine.

Gjennom prosessen med bitcoin-utvinning genererer utvinnerne tilfeldige, koder med en fast lengde, kalt hasher. De lager disse hashene ved å kjøre inndata tilfeldig gjennom en kryptografisk hash-algoritme. Å gjøre dette produserer unike, 64 heksadesimale koder (koder som bare inneholder tallene 0–9 og bokstavene A–F).

Utvinnerne genererer hashene tilfeldig frem til én hash har det samme antallet eller flere nuller foran seg sammenlignet med målhashen.

Målhashen er et tall fastsatt av algoritmen for vanskelighetsjustering til blokkjede-protokollen.

Når en vellykket utvinner slår målhashen, får de retten til å foreslå en ny blokk med transaksjoner som skal bli med i blokkjeden. Hvis nettverket anser den foreslåtte blokken som gyldig, mottar utvinneren en blokkbelønning for innsatsen sin. Hvis nettverket bestemmer at blokken er ugyldig eller svindel, avviser noder blokken, og utvinnerens innsats er bortkastet.

Hvis du er interessert i å lære mer om kryptografien bak kryptovalutaer, kan du lese nybegynnerveiledningen vår om hvordan kryptovalutaer bruker kryptografi.

Som belønning for innsatsen sin tjener vellykkede utvinnere utvunnet Bitcoin og eventuelle gebyrer for transaksjonene de tilførte den nye blokken. Denne belønningen er kjent som en blokkbelønning.

Det er mulig for individuelle utvinnere å kombinere datakraften sin ved å bruke gruvegrupper for å øke sjansene sine for å vinne utvinningskonkurransen. Eventuelle blokkbelønninger som tjenes, fordeles proporsjonalt blant deltakerne i gruppen.

Blokkbelønninger følger vanligvis en streng, forhåndsdefinert pengepolitikk der belønningene systematisk reduseres over tid. For eksempel halverer Bitcoin antallet nyutstedte coins som tildeles per blokk for hver 210 000 blokker (omtrent én gang hvert fjerde år). Denne reduksjonen, kjent som en Bitcoin-halvering, reduserer utstedelsen av nye coins som kommer i sirkulasjon over tid.

Du kan lese mer om Bitcoin-halveringer i vår Kraken Intelligence report, The Halving: Trends & Implications of Bitcoin's Supply Inflation Mechanism.

Når en ny blokk med transaksjoner er foreslått av utvinneren som vant, vil de gjenværende utvinnerne i nettverket uavhengig verifisere disse transaksjonene. Når konsensus om gyldigheten av informasjonen lagret i blokken er nådd, blir blokken permanent en del av blokkjeden.

Ved å kreve at alle brukere i nettverket uavhengig bekrefter foreslåtte transaksjoner før de blir ferdigstilt, er det nesten umulig å bruke saldoen sin to ganger. Potensialet for å bruke samme coins to ganger blir bare en trussel hvis 51 % eller flere av validatorene er uærlige. Denne typen angrep blir imidlertid eksponentielt vanskeligere å gjennomføre etter hvert som blokkjedenettverket vokser.

Når utvinningskonkurransen for hver ny blokk er avsluttet, starter det hele på nytt basert på blokktiden hver protokoll er programmert til å følge. For Bitcoin oppdages nye blokker omtrent hvert 10. minutt, men blokktider varierer mellom kryptovalutaer. Andre kryptovalutaer som Litecoin og ZCash lager nye blokker henholdsvis hvert 2,5. minutt og hver 75. sekund.

Denne funksjonen holder ikke bare nettverket sikkert, men sørger også for at nye enheter av kryptovaluta slippes ut i sirkulasjon til en fast, forhåndsbestemt tid.

En fordel med å bruke et PoW-system er sikkerheten. Svindeltransaksjoner på etablerte PoW-blokkjeder krever enorme mengder datakraft for å utføre.

Uærlige aktører kan bare drive med svindel dersom de styrer flertallet, mer enn 50 prosent, av nettverkets datakraft. Denne typen sårbarhet er kjent som et 51 %-angrep. Hvis noen kan styre over 51 % av nettverket, kan de omorganisere transaksjoner, bruke saldoer to ganger og blokkere visse innkommende betalinger. 

PoW-systemer er vanskelige å angripe fordi de trenger spesialisert utstyr og en enorm mengde energi for å utnytte nettverket.

Mengden energi som forbrukes av PoW-baserte blokkjeder er imidlertid en vanlig kritikk fremmet av de som er skeptiske til krypto. Men det er viktig å merke seg at dette forbruket er en bevisst funksjon. I de fleste tilfeller – jo større hashkraft, desto større nettverkssikkerhet.

For å hjelpe med å skille fakta fra fiksjon når det gjelder utvinning av kryptovaluta, kan du se veiledningen vår Busting Crypto Myths: "Bitcoin is Destroying the Environment".

For å maksimere gevinsten må PoW-utvinnere til syvende og sist holde driftskostnadene så lave som mulig og skaffe billig, pålitelig energi. Mange utvinnere bruker en bærekraftig energimiks for å holde kostnadene nede og redusere miljøbekymringer.

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

I motsetning til den direkte konkurransen i Proof-of-work bruker Proof-of-stake (PoS) et annet sett med insentiver for å sikre at nettverksdeltakere oppfører seg i god tro.

Tre år etter lanseringen av Bitcoin opprettet to utviklere ved navn Scott Nadal og Sunny King PoS-konsensusmekanismen. Deres hovedmål var å produsere et mer energieffektivt system enn Proof-of-work.

Med Proof-of-stake (PoS) kjøper og låser nettverksdeltakere protokollens egne tokener for å validere nye blokker av transaksjoner. I retur kan de tjene binding-belønninger («staking» – vanligvis betalt som rente på deres bundne eiendeler).

Mange ledende PoS-blokkjeder som Ethereum, Cardano, Algorand og Polkadot bruker sine egne utvalgsalgoritmer for å velge hvilke deltakere som får rett til å foreslå nye blokker.

Det er generelt mer sannsynlig at deltakere med flere tokener bundet kommer til å validere nye blokker, men det finnes en grad av tilfeldighet programmert inn i disse spesifikke algoritmene.

Denne tilfeldigheten er brukt for å gjøre det mer rettferdig og betyr at alle binding-deltakere har en sjanse til å tjene belønninger.

Ignite (tidligere Tendermint) er en annen populær konsensusmekanisme i PoS-stil der validatorer legger inn forhåndsstemmer, forhåndsforpliktende stemmer og forpliktende stemmer for nye blokker som skal bli med i blokkjeden. Blokker med stemmer som får to tredjedels av flertallet, blir forpliktet til blokkjeden.

PoS bruker en lignende tilnærming for å insentivere ærlig atferd i likhet med PoW ved å kreve at validatorer investerer sine egne penger. Denne kostnaden varierer sterkt mellom protokollene, inkludert kostnader for å kjøre validatornoder.

Utstyret til PoS-validatornoder er ofte langt rimeligere samlet sett sammenlignet med utstyret som trengs for å lønnsomt utvinne populære PoW-kryptovalutaer som bitcoin (BTC).

Innen de fleste PoS-blokkjeder blir nettverksvalidatorer nominert til å verifisere blokker av transaksjoner, i stedet for å konkurrere mot hverandre for å foreslå nye blokker. I retur tjener validatorer belønninger, noen ganger i form av en fast årlig rente, for å bidra til å sikre nettverket.

Folk uten teknisk ekspertise eller som dekker minimumskravet til eiendeler for å bli en selvstendig PoS-validator, kan kombinere midlene sine med andre investorer.

I dette tilfellet kan flere småinvestorer samle midler og danne en enkelt binding-enhet. Valgte enkeltpersoner eller grupper med spesialistkunnskap opprettholder og driver disse binding-gruppene. Investorer fordeler deretter belønningene proporsjonalt mellom seg selv og binding-gruppe-operatørene.

På samme måte som PoS-konsensusmekanismer insentiverer validatorer til å oppføre seg ærlig, kan mekanismene også straffe dem som bryter reglene i protokollen. Hvis en validator eller delegert binding-gruppe-operatør opptrer bedragersk, kan enkelte protokoller delvis eller helt konfiskere deres bundne eiendeler. Denne mekanismen er kjent som «slashing» og insentiverer videre god atferd på nettverket.

For å delta i binding-prosessen krever de fleste PoS-blokkjedeprotokoller at brukere først låser bort et minimumsbeløp av tokener for å kvalifisere seg.

For Ethereums nye PoS-blokkjede kreves 32 ether – blokkjedens egne kryptovaluta – for å bli en validator. Imidlertid har flytende binding-protokoller dukket opp for å gjøre det mye enklere å delta.

På Polkadots PoS-blokkjede kan minimumskravet til binding være så lavt som 10 DOT eller så høyt som 350 DOT. DOT er den egne kryptovalutaen til Polkadot.

I likhet med PoW-baserte blokkjeder må nettverket uavhengig verifisere nylig foreslåtte blokker av transaksjoner på PoS-blokkjeder før de kan bli med i blokkjeden.

PoS-kjeder følger også en transparent utstedelsesplan som lar hele nettverket se hvordan nye coins kommer i sirkulasjon.

Den største fordelen med Proof-of-stake-blokkjeder er at de er betydelig mer energieffektive enn PoW-protokoller. Fordi PoS-validatorer blir valgt til å validere blokker i stedet for å konkurrere ved hjelp av kostbart utstyr, bruker de mindre energi.

Den største ulempen med PoS-konsensusmekanismer er problemer med sentralisering av binding.

I PoS-blokkjeder er det hovedsakelig mengden tokener en person binder, som fastsetter sannsynligheten for å bli valgt til å validere blokker av transaksjoner og tjene belønninger. På grunn av dette kan PoS-systemer prioritere de med flere tokener fremfor de med færre bundne eiendeler – noe som enkelte mener fører til sentralisering av nettverket.

På grunn av denne feilen mener mange at et lite antall store binding-grupper og store investorer kan få sentralisert kontroll over blokkvalidering. Denne faktoren strider imot de grunnleggende prinsippene som underbygger kryptovaluta, og det reduserer den totale nettverkssikkerheten.

Et annet problem for enkelte PoS-blokkjeder er illikviditet. Noen ganger kan ikke brukere få tilgang til sine bundne eiendeler før en sperreperiode er over. Dette problemet reduserer markedslikviditeten til den underliggende kryptovalutaen og forhindrer investorer fra å få tilgang til sine bundne midler under kritiske markedsbevegelser.

Begge disse konsensusmekanismene løser Byzantine Generals-problemstillingen, men på veldig forskjellige måter. PoW-konsensusmekanismen er et velutprøvd system som kan gi utrolig høye nivåer av sikkerhet. På den annen side blir PoS-konsensusmekanismer stadig mer populære som et mer energieffektivt, skalerbart alternativ.

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

Nå som du har lært alt om forskjellen mellom Proof-of-work og Proof-of-stake, er du klar til å ta det neste steget på kryptoreisen din? Klikk på knappen nedenfor for å kjøpe kryptovalutaer på Kraken i dag!

Ønsker du mer dyptgående informasjon om spesifikke kryptovalutaer og blokkjede-prosjekter? I så fall kan du besøke vårt Læringssenter for å videreutvikle ferdighetene dine innen dette feltet i stadig vekst.