Bevis på arbete vs. Bevis på insats

Bevis-på-arbete (PoW) och bevis-på-insats (PoS) är de två vanligaste konsensusmekanismerna som används av offentliga blockchain-nätverk. Dessa system tillhandahåller nätverkssäkerhet och incitament för en decentraliserad grupp av deltagare att samarbeta för nätverkets bästa.

Vem som helst i världen kan delta i ett offentligt blockchain-baserat system. Ingen enskild företag, centralbank eller regering hanterar hur dessa nätverk fungerar. Detta innebär att ingen har direkt kontroll över populära blockkedjor som Bitcoin, Ethereum, Dogecoin eller Monero.

Det beror på att dessa teknologier är decentraliserade. Precis som internet finns det ingen enskild person eller grupp som är ansvarig för deras underhåll och skötsel. Istället delas detta ansvar mellan tusentals individer runt om i världen. Men med decentralisering kommer några viktiga frågor:

1. Hur skapar man ett robust, tillitslöst system som är motståndskraftigt mot illvilliga aktörer?
2. Om vem som helst kan gå med i ett nätverk, hur främjar man ärlig deltagande och avskräcker dåliga aktörer?
3. Utan en övergripande chef, hur väljer man vem som får föreslå, verifiera och registrera data på blockchain?

Här är där bevis-på-arbete (PoW) och bevis-på-insats (PoS), mer allmänt kända som blockchain konsensusmekanismer, kommer in i bilden.

Konsensus hänvisar till en överenskommelse om en viss information bland ett system eller en grupp människor.

Blockchain-konsensus är ett tillstånd av överenskommelse bland ett distribuerat nätverk av datorer om ordningen och giltigheten av information som lagras i en delad databas.

Bitcoin-blockchainen och andra blockkedjor som följde var revolutionerande eftersom de löste ett långvarigt problem som kallas Byzantinska generalernas problem. 

Det byzantinska generalernas problem är ett klassiskt problem inom distribuerad databehandling som handlar om frågan om tillit. Det är ett konsensusproblem bland distribuerade plutoner, där flera generaler försöker samordna en attack mot en stad. I problemet kan generalerna inte kommunicera direkt med varandra och några av generalerna kan vara förrädare som skickar falska meddelanden till de andra generalerna.

I sammanhanget av blockkedjor är det bysantinska generalernas problem ett konsensusproblem. I ett blockkedjenätverk finns det flera noder som försöker nå konsensus om tillståndet i huvudboken. Men vissa av noderna kan vara illvilliga och försöka skicka falsk information till de andra noderna. Problemet är att de andra noderna måste kunna lita på den information de får för att nå konsensus.

Blockkedjor löser det bysantinska generalernas problemet genom att använda en konsensusalgoritm för att incitamentera alla deltagare i nätverket att enas om en enda version av sanningen. Detta görs genom att varje nod i nätverket validerar transaktionerna och når enighet om giltigheten av transaktionen. Systemet registrerar sedan denna konsensus på blockkedjan, vilket skapar en oföränderlig, säker och kollektivt delad källa till sanning. Konsensusmekanismen säkerställer att alla deltagare i nätverket har samma version av sanningen och att transaktionen är giltig.

Datavetare konstruerade detta problem på 1980-talet, men dess underliggande koncept hämtar inspiration från ett äldre område inom ekonomi som kallas spelteori. Matematikerna John Von Neumann och Oskar Morgenstern var pionjärer inom spelteori 30 år före det bysantinska generalernas problem. Deras forskning analyserade resultaten av spel baserat på spelarnas individuella beteenden, utbetalningar och straff.

Konsensusmekanismer för blockkedjor inkorporerar dessa teoretiska principer. Spelare som deltar i ett blockkedjenätverk incitamenteras att agera ärligt både för sig själva och för nätverkets större bästa. Illvilliga aktörer å sin sida står inför straff för oärligt beteende.

Det intressanta är hur PoW- och PoS-system uppnår tillitslös konsensus på helt olika sätt.

Proof-of-work är en typ av konsensusmekanism som kräver att nätverksanvändare som kallas "gruvdrift" ägnar datorkraft åt att slutföra en uppgift.

Proof-of-work (PoW) konsensusmekanismen debuterade i början av 1990-talet som ett system för att förhindra e-postspam. Metoden krävde att användare löste ett kryptografiskt problem innan de kunde skicka ett e-postmeddelande.

För legitima användare som bara skickar ett fåtal e-postmeddelanden var det en enkel uppgift att lösa detta enda kryptografiska pussel. Men för en oärlig aktör som vill skicka skräppostmejl i stor skala, gjorde den mängd datorkraft som krävdes företaget mycket dyrare.

I januari 2009 lanserade den pseudonyma författaren till bitcoin white paper, Satoshi Nakamoto, Bitcoin-protokollet. Detta peer-to-peer elektroniska kontantsystem hade en anpassad version av PoW-mekanismen för att lösa det ovan nämnda bysantinska generalproblemet.

PoW-konsensusmekanismen som används i Bitcoin-protokollet innefattar en tävling baserad på kryptografi. Användare tävlar om ​​rätten att föreslå nya poster i huvudboken med sina datorer.

Genom bitcoin mining-processen genererar gruvarbetare slumpmässiga, fasta längdkoder som kallas hashar. De skapar dessa hashar genom att köra indata slumpmässigt genom en kryptografisk hash-algoritm. Att göra så ger unika, 64 hexadecimala koder (koder som endast innehåller siffror från 0-9 och bokstäver A-F).

Gruvarbetare genererar hashar slumpmässigt tills en har samma eller fler nollor i början jämfört med målhashen.

Målhashen är ett nummer som sätts av svårighetsjusteringsalgoritmen för blockchain-protokollet.

När en framgångsrik gruvarbetare slår målhashen får de rätten att föreslå ett nytt block av transaktioner att ansluta till blockchain. Om nätverket anser att det föreslagna blocket är giltigt får gruvarbetaren en blockbelöning för sina ansträngningar. Om nätverket fastställer att blocket är ogiltigt eller bedrägligt, avvisar noder blocket och gruvarbetarens ansträngningar går förlorade.

Om du är intresserad av att lära dig mer om kryptografin bakom kryptovalutor kan du kolla in vår nybörjarguide till hur kryptovalutor använder kryptografi.

Som belöning för sina ansträngningar tjänar framgångsrika gruvarbetare nyutgivna bitcoin och eventuella avgifter för de transaktioner de lade till det nya blocket. Denna belöning kallas en blockbelöning.

Det är möjligt för individuella gruvarbetare att kombinera sina datorkällor tillsammans med hjälp av gruvpooler för att öka sina chanser att vinna gruvtävlingen. Eventuella blockbelöningar som tjänas delas proportionellt mellan poolens deltagare.

Blockbelöningar följer vanligtvis en strikt, fördefinierad penningpolitik där belöningarna systematiskt minskas över tid. Bitcoin, till exempel, halverar antalet nypräglande mynt som tilldelas per block var 210 000 block (ungefär en gång vart fjärde år). Denna minskning, känd som en Bitcoin Halvering, dämpar utgivningen av nya mynt som kommer in i cirkulation över tid.

Du kan läsa mer om Bitcoin Halveringar i vår Kraken Intelligence-rapport, The Halving: Trender och konsekvenser av Bitcoins utbudsinflationsmekanism.

När ett nytt block av transaktioner har föreslagits av den vinnande minern, verifierar de återstående minerarna i nätverket oberoende dessa transaktioner. När de når enighet om giltigheten av informationen som lagras i blocket, går blocket permanent med i blockkedjan.

Genom att kräva att alla användare i nätverket oberoende bekräftar föreslagna transaktioner innan de slutförs, är det nästan omöjligt att dubbelsöka sin balans. Möjligheten att spendera samma mynt två gånger blir endast ett hot om 51 % eller fler validerare är oärliga. Men denna typ av attack blir exponentiellt svårare att genomföra när blockkedjenätverket växer.

Efter att gruvtävlingen för varje nytt block avslutas, börjar den om igen baserat på blocktiden som varje protokoll är programmerat att följa. För Bitcoin upptäckts nya block ungefär var 10:e minut, men blocktider varierar mellan kryptovalutor. Andra kryptovalutor som Litecoin och ZCash skapar nya block var 2,5 minuter och 75 sekunder, respektive.

Denna funktion håller inte bara nätverket säkert, utan säkerställer också att nya enheter av kryptovaluta släpps ut i cirkulation i en fast, förutbestämd takt.

En fördel med att använda ett PoW-system är säkerhet. Bedrägliga transaktioner på etablerade PoW-blockkedjor kräver enorma mängder datorkraft för att genomföra.

Oärliga aktörer kan endast begå bedrägeri om de kontrollerar majoriteten, eller mer än 50 procent, av nätverkets datorkraft. Denna typ av sårbarhet kallas för en 51% attack. Om någon kunde kontrollera över 51% av nätverket, skulle de kunna omordna transaktioner, dubbelspara saldon och blockera vissa inkommande betalningar. 

PoW-system är svåra att attackera eftersom de behöver specialiserad utrustning och en enorm mängd energi för att utnyttja nätverket.

Mängden energi som förbrukas av PoW-baserade blockkedjor är dock en vanlig kritik bland kryptokritiker. Men det är viktigt att notera att denna konsumtion är en avsiktlig funktion. I de flesta fall, ju större hashkraft, desto större nätverkssäkerhet.

För att hjälpa till att separera fakta om kryptovaluta-mining från fiktion, se vår Avslöja kryptomyter: "Bitcoin förstör miljön" guide.

I slutändan, för att maximera vinster, måste PoW-gruvdrivare hålla sina driftskostnader så låga som möjligt och skaffa billig, pålitlig energi. Många gruvdrivare använder en hållbar energimix för att hålla sina kostnader nere och mildra miljöproblem.

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

Till skillnad från den direkta konkurrensen i proof-of-work, använder proof-of-stake (PoS) en annan uppsättning incitament för att säkerställa att nätverksdeltagare beter sig ärligt.

Tre år efter lanseringen av Bitcoin skapade två utvecklare vid namn Scott Nadal och Sunny King PoS-konsensusmekanismen. Deras huvudmål var att producera ett mer energieffektivt system än proof-of-work.

Med proof-of-stake (PoS) köper och låser nätverksdeltagare en protokolls inhemska tokens för att validera nya block av transaktioner. I gengäld kan de tjäna staking-belöningar (vanligtvis betalda som ränta på deras stakade tillgångar).

Många ledande PoS-blockkedjor som Ethereum, Cardano, Algorand och Polkadot använder sina egna urvalsalgoritmer för att välja vilka stakare som får rätt att föreslå nya block.

Deltagare med fler stakade tokens är generellt mer benägna att validera nya block, men det finns en grad av slumpmässighet programmerad i dessa specifika algoritmer.

Denna randomisering är utformad för att förbättra rättvisan och innebär att alla stakande deltagare har en chans att tjäna belöningar.

Ignite (tidigare Tendermint) är en annan populär PoS-stil konsensusmekanism där validatorer lägger prevote, precommit och commit röster för nya block som går med i blockkedjan. Block med en ⅔ majoritetsröst bekräftas på blockkedjan.

PoS använder en liknande metod för att incitamentera ärligt beteende som PoW genom att kräva att validatorer investerar sina egna pengar. På samma sätt varierar denna kostnad kraftigt mellan protokoll, inklusive kostnader för att driva validatornoder.

Utrustningen för PoS-validatornoder är ofta mycket billigare totalt sett jämfört med den utrustning som behövs för att lönsamt bryta populära PoW-kryptovalutor som bitcoin (BTC).

Inom de flesta PoS-blockkedjor nomineras nätverksvalidatorer för att verifiera block av transaktioner, snarare än att ställas mot varandra för att föreslå nya block. I gengäld tjänar validatorer belöningar, ibland i form av fast årlig ränta, för att hjälpa till att säkra nätverket.

Personer utan teknisk expertis eller minimikrav på tillgångar för att bli en fristående PoS-validator kan kombinera sina medel med andra investerare.

I detta fall kan flera mindre investerare slå ihop sina medel för att bilda en enda staking-enhet. Valda individer eller grupper av personer med specialistkunskap underhåller och driver dessa stakingpooler. Investerare delar sedan belöningarna proportionellt mellan sig själva och stakingpooloperatörerna.

Precis som PoS-konsensusmekanismer incitamenterar validatorer att bete sig ärligt, kan de också straffa dem för att bete sig utanför protokollets regler. Om en validator eller delegerad stakingpooloperatör agerar bedrägligt kan vissa protokoll delvis eller helt konfiskera deras stakade tillgångar. Känt som "slashing", incitamenterar denna mekanism ytterligare gott beteende på nätverket.

För att delta i stakingprocessen kräver de flesta PoS-blockkedjeprotokoll att användare först låser en minimi mängd tokens för att kvalificera sig.

För Ethereums nya PoS-blockkedja krävs 32 ether – blockkedjans inhemska kryptovaluta – för att bli en validator. Men likvid stakingprotokoll har uppstått för att dramatiskt minska denna höga inträdesbarriär.

På Polkadots PoS-blockkedja kan det minimi stakingkravet vara så lågt som 10 DOT eller så högt som 350 DOT. DOT är den inhemska kryptovalutan för Polkadot.

Precis som PoW-baserade blockkedjor måste nätverket oberoende verifiera nyproposerade block av transaktioner på PoS-blockkedjor innan de kan gå med i blockkedjan.

PoS-kedjor följer också ett transparent utgivningsschema som gör att hela nätverket kan se hur nya mynt kommer in i cirkulation.

Den största fördelen med proof-of-stake-blockkedjor är att de är betydligt mer energieffektiva än PoW-protokoll. Eftersom PoS-validerare nomineras för att validera block istället för att tävla med kostsam utrustning, använder de mindre energi.

Den största nackdelen med PoS-konsensusmekanismer är problem med centralisering av insatser.

I PoS-blockkedjor bestämmer mängden tokens en person satsar främst deras sannolikhet att bli utvald för att validera block av transaktioner och tjäna belöningar. På grund av detta kan PoS-systemen gynna dem med fler tokens över dem med färre satsade tillgångar - vilket vissa anser leder till centralisering av nätverket.

På grund av denna brist anser många att ett litet antal stora stakingpooler och valinvestorer kan få centraliserad kontroll över blockvalidering. Denna faktor går emot kärnprinciperna för kryptovaluta och minskar den övergripande nätverkssäkerheten.

Ett annat problem för vissa PoS-blockkedjor är illikviditet. Ibland kan användare inte få tillgång till sina satsade tillgångar förrän en låsperiod är över. Detta problem minskar marknadens likviditet för den underliggande kryptovalutan och förhindrar investerare från att få tillgång till sina satsade medel under kritiska marknadsrörelser.

Båda dessa konsensusmekanismer löser det bysantinska generalproblemet, men på mycket olika sätt. PoW-konsensusmekanismen är ett stridstestat system som kan ge otroligt höga nivåer av säkerhet. Å andra sidan blir PoS-konsensusmekanismer alltmer populära som ett mer energieffektivt, skalbart alternativ.

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

Nu när du har lärt dig allt om skillnaden mellan proof-of-work och proof-of-stake, är du redo att ta nästa steg i din kryptoresa? Klicka på knappen nedan för att köpa kryptovalutor på Kraken idag!

Vill du ha mer djupgående information om specifika kryptovalutor och blockchain-projekt? I så fall, besök vårt Lärandecenter för att vidareutveckla din utbildning inom detta ständigt växande område.