Zrozumienie zasady dowodu stawki (Proof of Stake)

Czym jest dowód stawki w głębokiej dysekcji?

Proof-of-Stake (PoS) to algorytm konsensusu blockchain, który określa, kto będzie kolejnym twórcą bloku w łańcuchu bloków. Zamiast polegać na fizycznych zasobach obliczeniowych, jak ma to miejsce w przypadku Proof-of-Work (PoW), PoS wykorzystuje w tym procesie staking monet lub „zastawianie". Istota algorytmu jest następująca: uczestnik sieci blokuje („stakuje”) określoną liczbę monet w specjalnym portfelu. Działanie to daje mu szansę na dodanie kolejnego bloku do łańcucha bloków.

Proof of Stake — jak to działa?

• Rozpoczęcie steakingu: Po pierwsze, uczestnik musi przenieść swoje monety do specjalnego portfela steakingu. Proces ten jest powszechnie określany jako "blokowanie" monet.

• Wybór walidatora: Gdy nadchodzi czas na utworzenie nowego bloku, algorytm PoS losowo wybiera jednego z uczestników, którzy przygotowali stek. Prawdopodobieństwo bycia wybranym jest proporcjonalne do wielkości steku uczestnika. Na przykład, jeśli masz 10% wszystkich monet zablokowanych do stekowania, teoretycznie powinieneś mieć 10% prawdopodobieństwa utworzenia nowego bloku.

• Tworzenie i weryfikacja bloku: Wybrany uczestnik tworzy nowy blok i umieszcza w nim transakcje. Blok ten musi następnie zostać zweryfikowany przez innych uczestników. Jeśli blok zostanie zweryfikowany, jest on dodawany do łańcucha bloków.

• Nagroda: W ramach nagrody uczestnik, który pomyślnie utworzy nowy blok, zazwyczaj otrzymuje część lub całość opłat transakcyjnych z tego bloku, a czasami dodatkowe nowe monety utworzone "z niczego" (w zależności od zasad emisji danej sieci blockchain).

• Odblokowywanie steków: Po upływie określonego czasu lub po tym, jak uczestnik przestanie pełnić rolę walidatora, stek może zostać odblokowany i powrócić do zwykłego portfela uczestnika.

Istotą Proof-of-Stake jest to, że uczestnicy są zachęcani do działania w najlepszym interesie sieci. Jeśli będą działać nieuczciwie, stracą swoje steki, co jest świetną zachętą do tego, aby sieć działała uczciwie i wydajnie.

Kontekst historyczny i początki dowodu zajęcia

Nieefektywność i ograniczenia dowodu pracy

Aby zrozumieć pochodzenie Proof-of-Stake (PoS), należy przypomnieć, że oryginalnym i najbardziej znanym algorytmem konsensusu w blockchainie był Proof-of-Work (PoW), który został spopularyzowany wraz z pojawieniem się Bitcoina w 2009 roku. PoW działa w oparciu o zadania obliczeniowe i wymaga znacznej ilości energii do tworzenia nowych bloków. Model ten napotkał szereg wyzwań, w tym wysokie koszty energii i centralizację mocy wydobywczej.

Znajdowanie alternatyw: pierwsze kroki

W świetle tych ograniczeń deweloperzy i badacze zaczęli szukać alternatywnych metod osiągnięcia konsensusu w sieciach blockchain. W latach 2011-2012 na różnych forach i w kręgach akademickich zaczęły pojawiać się pomysły, które później stały się podstawą Proof-of-Stake.

Początki i pierwsze realizacje

Jedną z pierwszych kryptowalut, która wdrożyła PoS był Peercoin, uruchomiony w 2012 roku. W Peercoin, PoS został użyty w połączeniu z PoW, aby zapewnić początkową emisję monet i późniejsze bezpieczeństwo sieci. To hybrydowe podejście zmniejszyło zależność od wydobycia i sprawiło, że system był bardziej odporny na ataki.

Przyczyny pojawienia się Proof-of-Stake

U podstaw koncepcji PoS leży kilka kluczowych zasad i celów:

• Efektywność energetyczna: PoS obiecuje znaczną redukcję kosztów energii w porównaniu do PoW.

• Decentralizacja: Ponieważ PoS nie wymaga specjalistycznego sprzętu do uczestnictwa w PoS, szerszy zakres uczestników może brać udział w utrzymaniu sieci, co sprzyja decentralizacji.

• Bezpieczeństwo: Ze względu na fakt, że atakujący musiałby zdobyć dużą część monet, aby skutecznie zaatakować sieć, PoS jest uważany za stosunkowo bezpieczny.

Proof-of-Stake pojawił się zatem jako reakcja na ograniczenia i problemy związane z Proof-of-Work i od tego czasu stale ewoluuje i dostosowuje się do potrzeb różnych projektów blockchain.

Dogłębne zapoznanie się z mechanizmem Proof-of-Stake

Proof-of-Stake (PoS) to złożony ekosystem oparty na kilku kluczowych komponentach. Aby zrozumieć, jak działa ten mechanizm, przyjrzyjmy się bliżej każdej z jego części.

Inicjowanie stakowania

• Steak: Na samym początku uczestnicy sieci wysyłają określoną liczbę swoich monet do wyspecjalizowanego portfela przeznaczonego do steakowania. Ta liczba monet zdeponowanych w steaku bezpośrednio wpływa na prawdopodobieństwo, że uczestnik zostanie wybrany do utworzenia nowego bloku.

• Czas zamrożenia: W niektórych systemach istnieje okres czasu, w którym stek musi być "zamrożony" przed wzięciem udziału w procesie walidacji.

Proces walidacji

• Wybór walidatora: Gdy trzeba utworzyć nowy blok, system wybiera walidatora spośród wszystkich uczestników, którzy przygotowali stek. Proces ten może być losowy lub określony przez inny parametr, taki jak wiek steka lub jego rozmiar.

• Tworzenie bloku: Walidator zbiera kilka niepotwierdzonych transakcji z puli i tworzy nowy blok.

• Weryfikacja: Po utworzeniu bloku inne walidatory sprawdzają go pod kątem błędów lub nieuczciwych działań. Jeśli blok jest poprawny, zostaje dodany do łańcucha bloków.

Nagrody i kary

• Nagroda: walidator otrzymuje nagrodę za pomyślne utworzenie bloku. Nagroda ta może składać się z nowych monet i/lub opłat transakcyjnych.

• Kary: Jeśli walidator próbuje popełnić oszustwo lub nie wywiązuje się ze swoich obowiązków, może stracić część lub całość swoich uprawnień. Stanowi to dodatkową zachętę do uczciwego zachowania.

Delegacja i udziały

W niektórych implementacjach PoS istnieje możliwość delegacji. Oznacza to, że zwykli uczestnicy, którzy nie chcą uczestniczyć w walidacji, mogą "delegować" swoje monety walidatorowi, powierzając mu proces tworzenia bloku. Za to również otrzymują część nagrody.

Obrona przed atakiem

• Atak 51%: W PoS, aby przeprowadzić atak 51%, atakujący musi kontrolować dużą część wszystkich monet w stocku. Jest to znacznie droższe i bardziej ryzykowne niż w przypadku PoW.

• Nic nie jest zagrożone: We wczesnych wersjach PoS ten rodzaj ataku był realnym zagrożeniem, ale nowoczesne implementacje zawierają mechanizmy minimalizujące to ryzyko.

Ogólnie rzecz biorąc, Proof-of-Stake to wyrafinowany i złożony system, który stale ewoluuje. Oferuje on skuteczną i, w niektórych przypadkach, bezpieczniejszą metodę osiągania konsensusu w sieciach blockchain niż Proof-of-Work.

Odmiany i modyfikacje Proof-of-Stake: dogłębna analiza

Proof-of-Stake (PoS) nie jest statyczną ani monolityczną metodą konsensusu; jego różne iteracje i modyfikacje oferują unikalne funkcje i rozwiązania dla konkretnych problemów. Przyjrzyjmy się bliżej niektórym z nich.

Leased Proof-of-Stake (LPoS)

Ta modyfikacja PoS pozwala uczestnikom "wynająć" swoje steiny profesjonalnym walidatorom. Jest to przydatne dla tych, którzy nie chcą lub nie mogą sami uczestniczyć w procesie walidacji, ale chcą zarabiać na swoich monetach. Walidatorzy z kolei zyskują większą "wagę" w sieci, co zwiększa ich szanse na tworzenie nowych bloków. Metoda ta często zwiększa poziom bezpieczeństwa i decentralizacji sieci.

Nominowany dowód udziału (NPoS)

W NPoS uczestnicy sieci głosują na określonych walidatorów, którzy następnie uczestniczą w procesie tworzenia i weryfikacji bloków. Metoda ta próbuje rozwiązać problem centralizacji walidatorów, umożliwiając uczestnikom sieci bezpośredni wpływ na wybór tych ważnych podmiotów.

Czysty dowód przejęcia (PPoS)

Pure Proof-of-Stake ma na celu zminimalizowanie problemów związanych ze standardowym PoS, takich jak Nothing at Stake i inne potencjalne ataki. W PPoS każdy uczestnik sieci ma szansę zostać wybranym przez walidator zgodnie z rozmiarem swojego stosu i innymi czynnikami, ale bez możliwości wykorzystania stosu do obsługi wielu wersji łańcucha w tym samym czasie.

Skuteczny dowód przejęcia (EPoS)

EPoS to modyfikacja, która ma na celu bardziej sprawiedliwy podział nagród między walidatorami. W tradycyjnym PoS walidatorzy z większym stekiem zazwyczaj otrzymują więcej nagród. EPoS próbuje zrównoważyć tę dynamikę, ustalając górne i dolne limity nagród, aby uczynić uczestnictwo bardziej atrakcyjnym dla walidatorów z mniejszymi stekami.

Dowód autoryzacji (PoA)

Chociaż PoA nie jest rodzajem PoS, jest często porównywany do PoS ze względu na pewne podobne aspekty. PoA wykorzystuje "reputację" lub "zaufanie" do określonych węzłów zamiast steków. Węzły te lub "władze" są odpowiedzialne za walidację transakcji i tworzenie nowych bloków. PoA jest często używane w prywatnych lub korporacyjnych blockchainach, gdzie zaufanie do uczestników jest już ustalone.

Różne modyfikacje i odmiany PoS oferują interesujące i innowacyjne metody osiągania konsensusu w sieciach blockchain. Każda z nich ma swoje zalety i wady, a wybór konkretnej metody będzie zależał od unikalnych potrzeb i celów każdego konkretnego projektu.

Plusy i minusy Proof-of-Stake: przegląd

Zalety

• Efektywność energetyczna: Jedną z głównych zalet PoS jest znaczne zmniejszenie zużycia energii w porównaniu do Proof-of-Work (PoW). PoS nie wymaga skomplikowanych zadań matematycznych, więc można zrezygnować z potężnych i energochłonnych komputerów.

• Szybki konsensus: Zazwyczaj systemy PoS osiągają konsensus szybciej niż systemy PoW. Zwiększa to przepustowość sieci i skraca czas oczekiwania na potwierdzenie transakcji.

• Decentralizacja: Mechanizmy łączenia i delegowania w PoS mogą przyczynić się do większej decentralizacji, ponieważ sprawiają, że udział w procesie walidacji jest dostępny dla większej liczby uczestników.

• Bezpieczeństwo: Aby przeprowadzić atak 51% w PoS, atakujący musi kontrolować dużą część wszystkich stakowanych monet, co jest zwykle znacznie droższe i trudniejsze niż w przypadku PoW.

• Nagrody dla uczestników: Staking w systemach PoS zazwyczaj oferuje uczestnikom okresowe nagrody w postaci dodatkowych monet, co zachęca do uczestnictwa w sieci.

Wady

• Problem "Bogaty staje się bogatszy": W PoS uczestnicy z większymi stekami mają większe szanse na otrzymanie nagród, co może prowadzić do zwiększonej centralizacji i powielania bogactwa w rękach nielicznych.

• Nic nie jest zagrożone: We wczesnych wersjach PoS mógł wystąpić problem, w którym walidatory nie miały motywacji do nieobsługiwania różnych wersji łańcucha bloków, co mogłoby zagrozić bezpieczeństwu.

• Niska motywacja do uczestnictwa: Jeśli nagrody za uczestnictwo nie są wystarczająco wysokie lub proces jest zbyt złożony, uczestnicy mogą nie widzieć sensu uczestnictwa w procesie walidacji.

• Złożoność implementacji: Wiele algorytmów PoS jest znacznie bardziej złożonych w implementacji w porównaniu do PoW, co może prowadzić do błędów w kodzie lub luk w systemie.

• Okres zamrożenia: W niektórych systemach PoS stak musi zostać "zamrożony" na określony czas, co może być niewygodne dla uczestników, którzy chcą szybko uzyskać dostęp do swoich środków.

Które kryptowaluty są Proof of Stake?

1. Ethereum (ETH) przeszło na konsensus PoS w ramach aktualizacji Ethereum 2.0, opartej na algorytmie Beacon Chain. Beacon Chain koordynuje sieć oddzieloną od shardów i zapewnia wybór walidatora poprzez steaking. Został on zaprojektowany w celu poprawy wydajności i bezpieczeństwa całej sieci Ethereum.

2. Polkadot (DOT) wykorzystuje konsensus Nominated Proof-of-Stake, który łączy wybór walidatorów z systemem nominacji. Użytkownicy mogą nominować walidatorów, a na podstawie tych nominacji wybierani są ci, którzy będą tworzyć bloki. System ten sprawia, że sieć Polkadot jest bardziej demokratyczna i otwarta.

3. Cosmos (ATOM) stosuje konsensus PoS oparty na algorytmie Tendermint. W Tendermint walidatory są wybierane na podstawie steakingu i uczestniczą w szybkim procesie głosowania w celu osiągnięcia konsensusu. Takie podejście zapewnia szybkość i bezpieczeństwo sieci Cosmos.

4. Binance Coin (BNB) na Binance Chain wykorzystuje wariant PoS, w którym nacisk kładziony jest na scentralizowane walidatory. W tej sieci walidatory są wstępnie wybierane i są głównie odpowiedzialne za tworzenie bloków. Dzięki temu sieć jest szybka, ale mniej zdecentralizowana.

5. Avalanche (AVAX) wykorzystuje zastrzeżony wariant PoS, który łączy elementy klasycznego PoS z innowacyjnymi mechanizmami konsensusu. W systemie tym walidatory mogą uczestniczyć w wielu podsieciach, co zapewnia wysoki stopień decentralizacji i skalowalności.

6. NEO wykorzystuje delegowaną bizantyjską tolerancję błędów (dBFT), delegowany wariant PoS. W tym systemie niewielka liczba walidatorów jest wybierana do udziału w konsensusie, dzięki czemu sieć jest szybka, ale potencjalnie mniej zdecentralizowana.

7. TRON (TRX) wykorzystuje Delegated Proof-of-Stake, w którym walidatorzy (Super Representatives) są wybierani w drodze głosowania wśród posiadaczy tokenów. System ten zapewnia wysoką wydajność i możliwość udziału społeczności w zarządzaniu siecią.

8. Algorand (ALGO) stosuje konsensus oparty na algorytmie Pure Proof-of-Stake (PPoS). W tym podejściu każdy posiadacz tokena ALGO ma szansę zostać walidatorem w zależności od liczby posiadanych tokenów. PPoS wykorzystuje algorytmy probabilistyczne do wyboru walidatorów, dzięki czemu proces jest losowy, a tym samym bardziej zdecentralizowany i bezpieczny. Algorand zapewnia szybki i skuteczny konsensus bez uszczerbku dla bezpieczeństwa.

9. Solana (SOL) wykorzystuje unikalny konsensus oparty na algorytmie Proof-of-History (PoH). W przeciwieństwie do tradycyjnych łańcuchów bloków, które zależą od znaczników czasu w celu sekwencjonowania transakcji, PoH tworzy chronologiczną sekwencję zdarzeń, która pozwala walidatorom zweryfikować czas pochodzenia każdej transakcji. Wraz z PoS, metoda ta zapewnia wysoką szybkość i niezawodność sieci.

10. Tezos (XTZ) wykorzystuje konsensus oparty na algorytmie Tendermint, który jest wariantem PoS. W tej sieci posiadacze tokenów mogą "zamrozić" swoje monety w stakingu lub przekazać je innym uczestnikom, aby wzięli udział w procesie walidacji. W ten sposób Tezos umożliwia szeroki udział w głosowaniu i procesie blockchain, dzięki czemu sieć jest bardziej wydajna i skalowalna.

Wnioski

Proof-of-Stake (PoS) stanowi jedną z kluczowych innowacji w technologii blockchain, oferując alternatywę dla energochłonnej metody Proof-of-Work. Umożliwia ona sieciom szybsze i bardziej wydajne osiąganie konsensusu, zapewniając jednocześnie zachęty do uczestnictwa w postaci nagród za staking.

Niemniej jednak PoS nie jest pozbawiony wad. Kwestie dystrybucji bogactwa, potencjalnej centralizacji i technicznej złożoności wdrożenia to aspekty, które wymagają dalszej uwagi i rozwoju. Istnieje wiele odmian i modyfikacji PoS, z których każda próbuje rozwiązać określone problemy lub ulepszyć pewne aspekty systemu.

Wybór między PoS a innymi metodami konsensusu będzie zależał od konkretnych celów i potrzeb projektu blockchain. PoS jest już ważnym i istotnym obszarem w rozwoju zdecentralizowanych sieci, a jego rola w przyszłości przestrzeni blockchain będzie tylko rosnąć.

FAQ