Proof of Work vs. Proof of Stake

Dowód pracy (PoW) i dowód stawki (PoS) to dwa najczęściej stosowane mechanizmy konsensusu używane przez publiczne sieci blockchain. Systemy te zapewniają bezpieczeństwo sieci i motywują zdecentralizowaną grupę uczestników do współpracy dla dobra sieci.

Każdy na świecie może uczestniczyć w systemie opartym na publicznym blockchainie. Żadna pojedyncza firma, bank centralny ani rząd nie zarządza tym, jak te sieci działają. Oznacza to, że nikt nie ma bezpośredniej kontroli nad popularnymi blockchainami takimi jak Bitcoin, Ethereum, Dogecoin lub Monero.

To dlatego, że te technologie są zdecentralizowane. Podobnie jak w internecie, nie ma jednej osoby ani grupy odpowiedzialnej za ich utrzymanie i konserwację. Zamiast tego, ta odpowiedzialność jest dzielona pomiędzy tysiące osób na całym świecie. Jednak z decentralizacją pojawiają się pewne ważne pytania:

1. Jak stworzyć solidny, bezzaufany system, który jest odporny na złośliwe podmioty?
2. Jeśli ktokolwiek może dołączyć do sieci, jak promować uczciwe uczestnictwo i zniechęcać złych aktorów?
3. Bez nadrzędnego menedżera, jak wybrać, kto może proponować, weryfikować i rejestrować dane w blockchainie?

Tutaj wkraczają dowód pracy (PoW) i dowód stawki (PoS), ogólnie znane jako mechanizmy konsensusu blockchain.

Konsensus odnosi się do zgody na pewien kawałek informacji wśród systemu lub grupy ludzi.

Konsensus blockchain to stan zgody w rozproszonej sieci komputerów dotyczący kolejności i ważności informacji przechowywanych w wspólnej bazie danych.

Blockchain Bitcoin i inne blockchainy, które nastąpiły, były rewolucyjne, ponieważ rozwiązały długoletni problem zwany problemem generałów bizantyjskich. 

Problem generałów bizantyjskich to klasyczny problem w obliczeniach rozproszonych, który dotyczy kwestii zaufania. Jest to problem konsensusu wśród rozproszonych plutonów, gdzie wielu generałów próbuje skoordynować atak na miasto. W tym problemie generałowie nie mogą komunikować się bezpośrednio ze sobą, a niektórzy z generałów mogą być zdrajcami wysyłającymi fałszywe wiadomości do innych generałów.

W kontekście blockchainów problem generałów bizantyjskich jest problemem konsensusu. W sieci blockchain istnieje wiele węzłów, które próbują osiągnąć konsensus w sprawie stanu księgi. Jednak niektóre z węzłów mogą być złośliwe i próbować wysyłać fałszywe informacje do innych węzłów. Problem polega na tym, że inne węzły muszą być w stanie ufać informacjom, które otrzymują, aby osiągnąć konsensus.

Blockchainy rozwiązują problem generałów bizantyjskich, stosując algorytm konsensusu, aby zmotywować wszystkich uczestników sieci do zgody na jedną wersję prawdy. Osiąga się to poprzez to, że każdy węzeł w sieci weryfikuje transakcje i osiąga zgodę co do ważności transakcji. System następnie rejestruje ten konsensus w blockchainie, tworząc w ten sposób niezmienny, bezpieczny i wspólnie dzielony źródło prawdy. Mechanizm konsensusu zapewnia, że wszyscy uczestnicy sieci mają tę samą wersję prawdy i że transakcja jest ważna.

Naukowcy komputerowi wymyślili ten problem w latach 80-tych, ale jego podstawowe koncepcje czerpią z starszej dziedziny ekonomii zwanej teorią gier. Matematycy John Von Neumann i Oskar Morgenstern byli pionierami teorii gier 30 lat przed problemem generałów bizantyjskich. Ich badania analizowały wyniki gier w oparciu o indywidualne zachowania graczy, wypłaty i kary.

Mechanizmy konsensusu blockchaina włączają te teoretyczne zasady. Gracze uczestniczący w sieci blockchain są motywowani do działania uczciwie zarówno dla siebie, jak i dla dobra całej sieci. Złośliwi aktorzy z drugiej strony stają w obliczu kar za nieuczciwe zachowanie.

Interesujące jest to, jak systemy PoW i PoS osiągają bezzaufany konsensus w całkowicie różny sposób.

Proof-of-work to rodzaj mechanizmu konsensusu, który wymaga od użytkowników sieci zwanych „górnikami” poświęcenia mocy obliczeniowej na wykonanie zadania.

Mechanizm konsensusu proof-of-work (PoW) zadebiutował na początku lat 90-tych jako system zapobiegający spamowi w e-mailach. Metoda wymagała od użytkowników rozwiązania problemu kryptograficznego przed wysłaniem e-maila.

Dla uczciwych użytkowników wysyłających tylko garść e-maili, rozwiązanie tej pojedynczej zagadki kryptograficznej było łatwym zadaniem. Jednak dla nieuczciwego gracza, który chce wysyłać spamowe e-maile masowo, ilość wymaganej mocy obliczeniowej sprawiła, że przedsięwzięcie stało się znacznie droższe.

W styczniu 2009 roku, pseudonimowy autor białej księgi bitcoina, Satoshi Nakamoto, uruchomił protokół Bitcoin. Ten system elektronicznych pieniędzy typu peer-to-peer zawierał dostosowaną wersję mechanizmu PoW, aby rozwiązać wspomniany problem generałów bizantyjskich.

Mechanizm konsensusu PoW używany w protokole Bitcoin opiera się na konkurencji opartej na kryptografii. Użytkownicy konkurują o ​​prawo do proponowania nowych wpisów w księdze za pomocą swoich komputerów.

Poprzez proces wydobywania bitcoina, górnicy generują losowe, stałej długości kody zwane hashami. Tworzą te hashe, uruchamiając losowe dane wejściowe przez algorytm kryptograficznego haszowania. Robiąc to, produkują unikalne, 64-znakowe kody szesnastkowe (kody zawierające tylko liczby od 0-9 i litery A-F).

Górnicy generują hashe losowo, aż jeden z nich będzie miał tyle samo lub więcej zer na początku w porównaniu do docelowego hasha.

Docelowy hash to liczba ustalona przez algorytm dostosowujący trudność protokołu blockchain.

Kiedy udany górnik pokona docelowy hash, zyskuje prawo do zaproponowania nowego bloku transakcji do dołączenia do blockchaina. Jeśli sieć uzna zaproponowany blok za ważny, górnik otrzymuje nagrodę za blok za swoje wysiłki. Jeśli sieć uzna blok za nieważny lub oszukańczy, węzły odrzucają blok, a wysiłek górnika jest zmarnowany.

Jeśli jesteś zainteresowany nauką więcej o kryptografii stojącej za kryptowalutami, możesz sprawdzić nasz przewodnik dla początkujących na temat jak kryptowaluty wykorzystują kryptografię.

W zamian za swoje wysiłki, udani górnicy zarabiają nowo wybite bitcoiny oraz wszelkie opłaty za transakcje, które dodali do nowego bloku. Ta nagroda znana jest jako nagroda za blok.

Możliwe jest, aby poszczególni górnicy połączyli swoje zasoby obliczeniowe w grupy wydobywcze, aby zwiększyć swoje szanse na wygranie rywalizacji wydobywczej. Wszystkie nagrody blokowe są dzielone proporcjonalnie wśród uczestników puli.

Nagrody blokowe zazwyczaj przestrzegają ścisłej, z góry określonej polityki monetarnej, w której nagrody są systematycznie redukowane w czasie. Bitcoin, na przykład, zmniejsza liczbę nowo wybitych monet przyznawanych za blok o połowę co 210 000 bloków (około raz na cztery lata). Ta redukcja, znana jako Halving Bitcoina, ogranicza emisję nowych monet wchodzących do obiegu w czasie.

Możesz przeczytać więcej o Halvingach Bitcoina w naszym raporcie Kraken Intelligence, Halving: Trendy i implikacje mechanizmu inflacji podaży Bitcoina.

Gdy nowy blok transakcji zostanie zaproponowany przez zwycięskiego górnika, pozostali górnicy w sieci niezależnie weryfikują te transakcje. Gdy osiągną konsensus w sprawie ważności informacji przechowywanych w bloku, blok na stałe dołącza do blockchaina.

Wymagając od wszystkich użytkowników w sieci niezależnego potwierdzenia proponowanych transakcji przed ich sfinalizowaniem, niemal niemożliwe jest podwójne wydanie swojego salda. Możliwość wydania tych samych monet dwa razy staje się zagrożeniem tylko wtedy, gdy 51% lub więcej walidatorów jest nieuczciwych. Jednak ten typ ataku staje się wykładniczo trudniejszy do zrealizowania w miarę rozwoju sieci blockchain.

Po zakończeniu rywalizacji górniczej o każdy nowy blok, wszystko zaczyna się od nowa w oparciu o czas bloku, który każdy protokół jest zaprogramowany do przestrzegania. Dla Bitcoina nowe bloki są odkrywane mniej więcej co 10 minut, ale czasy bloków różnią się między kryptowalutami. Inne kryptowaluty, takie jak Litecoin i ZCash, tworzą nowe bloki co 2,5 minuty i 75 sekund, odpowiednio.

Ta funkcja nie tylko zapewnia bezpieczeństwo sieci, ale także zapewnia, że nowe jednostki kryptowaluty są wprowadzane do obiegu w stałym, z góry określonym tempie.

Zaletą korzystania z systemu PoW jest bezpieczeństwo. Fałszywe transakcje na ustalonych blockchainach PoW wymagają ogromnych ilości mocy obliczeniowej do wykonania.

Nieuczciwi aktorzy mogą popełniać oszustwa tylko wtedy, gdy kontrolują większość, czyli ponad 50 procent, mocy obliczeniowej sieci. Tego rodzaju luka jest znana jako atak 51% Jeśli ktoś mógłby kontrolować ponad 51% sieci, mógłby zmieniać kolejność transakcji, podwajać salda i blokować niektóre przychodzące płatności. 

Systemy PoW są trudne do zaatakowania, ponieważ potrzebują specjalistycznego sprzętu i ogromnej ilości energii, aby wykorzystać sieć.

Jednak ilość energii zużywanej przez blockchainy oparte na PoW jest powszechną krytyką wśród krytyków kryptowalut. Jednak ważne jest, aby zauważyć, że to zużycie jest zamierzonym elementem. W większości przypadków im większa moc obliczeniowa, tym większe bezpieczeństwo sieci.

Aby pomóc oddzielić fakty dotyczące wydobywania kryptowalut od fikcji, zobacz nasz Przewodnik po obalaniu mitów kryptowalutowych: "Bitcoin niszczy środowisko" przewodnik.

Ostatecznie, aby zmaksymalizować zyski, górnicy PoW muszą utrzymywać swoje koszty operacyjne jak najniżej i pozyskiwać tanią, niezawodną energię. Wielu górników używa zrównoważonego miksu energii, aby obniżyć koszty i złagodzić obawy dotyczące środowiska.

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

W przeciwieństwie do bezpośredniej konkurencji dowodu pracy, dowód stawki (PoS) używa innego zestawu zachęt, aby upewnić się, że uczestnicy sieci zachowują się uczciwie.

Trzy lata po uruchomieniu Bitcoina, dwóch deweloperów o imionach Scott Nadal i Sunny King stworzyło mechanizm konsensusu PoS. Ich głównym celem było stworzenie bardziej energooszczędnego systemu niż dowód pracy.

W przypadku dowodu stawki (PoS) uczestnicy sieci kupują i blokują natywne tokeny protokołu, aby walidować nowe bloki transakcji. W zamian mogą zarabiać nagrody za stakowanie (zwykle wypłacane jako odsetki od ich stakowanych aktywów).

Wiele wiodących blockchainów PoS, takich jak Ethereum, Cardano, Algorand i Polkadot, stosuje własne algorytmy selekcji, aby wybrać, którzy stakerzy mają prawo do proponowania nowych bloków.

Uczestnicy z większą liczbą stakowanych tokenów są zazwyczaj bardziej skłonni do walidacji nowych bloków, ale w tych szczególnych algorytmach wprowadzono pewien stopień losowości.

Ta losowość ma na celu poprawę sprawiedliwości i oznacza, że wszyscy uczestnicy stakowania mają szansę na zdobycie nagród.

Ignite (wcześniej Tendermint) to kolejny popularny mechanizm konsensusu w stylu PoS, w którym walidatorzy składają głosy prevote, precommit i commit na nowe bloki dołączające do blockchaina. Bloki z głosami większości ⅔ są zatwierdzane w blockchainie.

PoS stosuje podobne podejście do motywowania uczciwego zachowania jak PoW, wymagając od walidatorów zainwestowania własnych pieniędzy. Podobnie, koszty te znacznie różnią się w zależności od protokołów, w tym kosztów uruchamiania węzłów walidatorów.

Sprzęt węzłów walidatorów PoS jest często znacznie tańszy w porównaniu do sprzętu potrzebnego do opłacalnego wydobywania popularnych kryptowalut PoW, takich jak bitcoin (BTC).

W większości blockchainów PoS, walidatorzy sieci są nominowani do weryfikacji bloków transakcji, zamiast rywalizować ze sobą w proponowaniu nowych bloków. W zamian walidatorzy otrzymują nagrody, czasami w formie stałego rocznego oprocentowania, za pomoc w zabezpieczeniu sieci.

Osoby bez wiedzy technicznej lub minimalnych wymagań majątkowych, aby stać się samodzielnym walidatorem PoS, mogą połączyć swoje fundusze z innymi inwestorami.

W takim przypadku wielu mniejszych inwestorów może połączyć fundusze, aby utworzyć jednostkę stakującą. Wybrane osoby lub grupy ludzi z wiedzą specjalistyczną utrzymują i obsługują te pule stakujące. Inwestorzy dzielą następnie nagrody proporcjonalnie między sobą a operatorów puli stakującej.

Podobnie jak mechanizmy konsensusu PoS motywują walidatorów do uczciwego zachowania, mogą również karać ich za działanie poza zasadami protokołu. Jeśli walidator lub delegowany operator puli stakującej działa w sposób oszukańczy, niektóre protokoły mogą częściowo lub całkowicie skonfiskować ich stakowane aktywa. Znane jako "slashing", ten mechanizm dodatkowo motywuje do dobrego zachowania w sieci.

Aby uczestniczyć w procesie stakowania, większość protokołów blockchain PoS wymaga, aby użytkownicy najpierw zablokowali minimalną ilość tokenów, aby się zakwalifikować.

Dla nowego blockchaina PoS Ethereum wymagane jest 32 ether – natywna kryptowaluta blockchaina – aby stać się walidatorem. Jednakże, pojawiły się protokoły płynnego stakowania, które dramatycznie obniżają tę wysoką barierę wejścia.

Na blockchainie PoS Polkadot minimalny wymóg stakowania może wynosić zaledwie 10 DOT lub aż 350 DOT. DOT to natywna kryptowaluta Polkadot.

Podobnie jak w przypadku blockchainów opartych na PoW, sieć musi niezależnie weryfikować nowo proponowane bloki transakcji w blockchainach PoS, zanim dołączą do blockchaina.

Łańcuchy PoS również przestrzegają przejrzystego harmonogramu emisji, który pozwala całej sieci zobaczyć, jak nowe monety wchodzą do obiegu.

Główną zaletą blockchainów opartych na dowodzie stawki jest to, że są one znacznie bardziej energooszczędne niż protokoły PoW. Ponieważ walidatorzy PoS są nominowani do weryfikacji bloków, a nie konkurują przy użyciu kosztownego sprzętu, zużywają mniej energii.

Główną wadą mechanizmów konsensusu PoS są problemy z centralizacją stawki.

W blockchainach PoS ilość tokenów, które osoba stawia, głównie określa jej prawdopodobieństwo bycia wybraną do weryfikacji bloków transakcji i zarabiania nagród. Z tego powodu systemy PoS mogą faworyzować tych, którzy mają więcej tokenów, nad tymi, którzy mają mniej stawianych aktywów — co niektórzy uważają za prowadzące do centralizacji sieci.

Z powodu tej wady wielu uważa, że niewielka liczba dużych pul stakujących i inwestorów wielorybów może uzyskać scentralizowaną kontrolę nad weryfikacją bloków. Ten czynnik stoi w sprzeczności z podstawowymi zasadami kryptowalut i zmniejsza ogólne bezpieczeństwo sieci.

Innym problemem dla niektórych blockchainów PoS jest brak płynności. Czasami użytkownicy nie mogą uzyskać dostępu do swoich stakowanych aktywów, dopóki nie zakończy się okres blokady. Ten problem zmniejsza płynność rynkową podstawowej kryptowaluty i uniemożliwia inwestorom dostęp do ich stakowanych funduszy podczas krytycznych ruchów rynkowych.

Oba te mechanizmy konsensusu rozwiązują problem generałów bizantyjskich, ale w bardzo różny sposób. Mechanizm konsensusu PoW to system sprawdzony w boju, który może zapewnić niezwykle wysoki poziom bezpieczeństwa. Z drugiej strony mechanizmy konsensusu PoS stają się coraz bardziej popularne jako bardziej energooszczędna, skalowalna alternatywa.

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

Teraz, gdy nauczyłeś się wszystkiego o różnicy między dowodem pracy a dowodem stawki, czy jesteś gotowy, aby zrobić kolejny krok w swojej kryptowalutowej podróży? Kliknij przycisk poniżej, aby już dziś kupić kryptowaluty na platformie Kraken!

Chcesz uzyskać więcej szczegółowych informacji na temat konkretnych kryptowalut i projektów związanych z blockchainem? Jeśli tak, zajrzyj do naszego Centrum Wiedzy, aby zwiększyć swoją wiedzę na temat tej nieustannie rosnącej przestrzeni.