Розбираємося в Принципі Доказу Частки (Proof of Stake)

Що таке Proof of Stake у глибокому розборі

Proof-of-Stake (PoS) - це алгоритм консенсусу в блокчейні, який визначає, хто буде наступним творцем блоку в ланцюжку. Замість того щоб покладатися на фізичні обчислювальні ресурси, як це відбувається в Proof-of-Work (PoW), PoS використовує стейкінг або "заклад" монет для цього процесу. Суть алгоритму полягає в такому: учасник мережі блокує ("ставить на стейк") певну кількість монет у спеціальному гаманці. Ця дія надає йому шанс на додавання наступного блоку в блокчейн.

Proof of Stake як працює?

• Ініціація Стейкінгу: Для початку, учасник повинен перевести свої монети в спеціальний гаманець для стейкінгу. Цей процес зазвичай називається "блокуванням" монет.

• Вибір валідатора: Коли приходить час створити новий блок, алгоритм PoS випадковим чином вибирає одного з учасників, які зробили стейк. Імовірність бути обраним пропорційна розміру стейка учасника. Наприклад, якщо у вас є 10% усіх монет, заблокованих для стейкінгу, теоретично, у вас має бути 10%-ва ймовірність створити новий блок.

• Створення та Верифікація Блоку: Обраний учасник створює новий блок і включає в нього транзакції. Потім цей блок має бути верифікований іншими учасниками. Якщо блок верифіковано, його додають до блокчейну.

• Нагорода: Як винагороду, учасник, який успішно створив новий блок, зазвичай отримує частину або всі транзакційні комісії з цього блоку, а іноді й додаткові нові монети, створені "з нічого" (залежно від правил емісії в даній блокчейн-мережі).

• Розблокування Стейка: Після певного періоду часу або після того, як учасник припинив свою роль валідатора, стейк може бути розблокований і повернуться на звичайний гаманець учасника.

Суть Proof-of-Stake полягає в тому, що учасники мотивовані діяти в інтересах мережі. Якщо вони діятимуть по-шахрайськи, вони втратять свої стейки, що є чудовим стимулом підтримувати чесне та ефективне функціонування мережі.

Історичний Контекст і походження Proof-of-Stake

Неефективність та обмеження Proof-of-Work

Для розуміння походження Proof-of-Stake (PoS), необхідно пригадати, що початковим і найбільш відомим алгоритмом консенсусу в блокчейні був Proof-of-Work (PoW), який популяризували з появою Bitcoin у 2009 році. PoW працює на основі обчислювальних завдань, і для створення нових блоків потрібна значна кількість енергії. Ця модель зіткнулася з низкою проблем, включно з високими енергетичними витратами та централізацією майнінгової потужності.

Пошук Альтернатив: Перші Кроки

У світлі цих обмежень, розробники й дослідники почали шукати альтернативні методи досягнення консенсусу в блокчейн-мережах. У 2011-2012 роках у різних форумах і академічних колах почали з'являтися ідеї, які пізніше сформували основу для Proof-of-Stake.

Походження та перші Реалізації

Однією з перших криптовалют, які впровадили PoS, був Peercoin, запущений у 2012 році. У Peercoin PoS використовувався в поєднанні з PoW для забезпечення початкової емісії монет і подальшого захисту мережі. Цей гібридний підхід дав змогу зменшити залежність від майнінгу і зробив систему більш стійкою до атак.

Причини появи Proof-of-Stake

В основі концепції PoS лежать кілька ключових принципів і цілей:

• Енергоефективність: PoS обіцяє значне зниження енергетичних витрат порівняно з PoW.

• Децентралізація: Оскільки для участі в PoS не потрібне спеціалізоване обладнання, ширше коло учасників може брати участь у підтримці мережі, що сприяє децентралізації.

• Безпека: Шляхом того, що атакувальнику потрібно буде придбати велику частку монет для успішної атаки на мережу, PoS вважається відносно безпечним.

Таким чином, Proof-of-Stake з'явився як реакція на обмеження і проблеми, пов'язані з Proof-of-Work, і відтоді постійно розвивається й адаптується для задоволення потреб різних блокчейн-проектів.

Глибоке Занурення в Механізм Proof-of-Stake

Proof-of-Stake (PoS) - це складна екосистема, заснована на кількох ключових компонентах. Щоб розібратися, як працює цей механізм, розгляньмо кожну його частину детальніше.

Ініціалізація Стейкінга

• Стейк: На самому початку учасники мережі відправляють певну кількість своїх монет на спеціалізований гаманець, призначений для стейкінгу. Ця кількість монет, закладених у стейк, безпосередньо впливає на ймовірність того, що учасник буде обраний для створення нового блоку.

• Час Заморозки: У деяких системах існує період часу, протягом якого стейк має бути "заморожений" перед участю в процесі валідації.

Процес Валідації

• Вибір Валідатора: Коли необхідно створити новий блок, система обирає валідатора серед усіх учасників, які зробили стейк. Цей процес може бути випадковим або визначатися за якимось іншими параметрами, такими як вік стейка або його розмір.

• Створення Блоку: Валідатор збирає кілька непідтверджених транзакцій з пулу і формує новий блок.

• Верифікація: Після того, як блок створено, інші валідатори перевіряють його на наявність помилок або шахрайських дій. Якщо блок правильний, його додають у блокчейн.

Нагороди та Штрафи

• Винагорода: За успішне створення блоку валідатор отримує нагороду. Ця винагорода може складатися з нових монет і/або комісій з транзакцій.

• Штрафи: Якщо валідатор намагається вчинити шахрайські дії або не виконує свої обов'язки, він може втратити частину або весь свій стейк. Це створює додатковий стимул для чесної поведінки.

Делегування та Частки

У деяких реалізаціях PoS існує можливість делегування. Це означає, що звичайні учасники, які не бажають брати участь у валідації, можуть "делегувати" свої монети валідатору, довіряючи йому процес створення блоків. За це вони також отримують частину винагороди.

Захист від Атак

• Атака 51%: У PoS для того, щоб здійснити атаку 51%, зловмисник повинен контролювати більшу частину всіх монет у стейку. Це значно дорожче і ризикованіше, ніж у випадку з PoW.

• Нічого на Кону (Nothing at Stake): У ранніх версіях PoS цей тип атаки становив реальну загрозу, проте сучасні реалізації включають механізми для мінімізації цього ризику.

Загалом, Proof-of-Stake - це продумана і складна система, яка постійно розвивається. Вона пропонує ефективніший і, в деяких випадках, безпечніший метод досягнення консенсусу в блокчейн-мережах порівняно з Proof-of-Work.

Різновиди та Модифікації Proof-of-Stake: глибокий аналіз

Proof-of-Stake (PoS) не є статичним або монолітним методом консенсусу; його різні ітерації та модифікації пропонують унікальні функції та рішення для специфічних проблем. Розгляньмо деякі з них докладніше.

Leased Proof-of-Stake (LPoS)

Ця модифікація PoS дозволяє учасникам "орендувати" свої стейки професійним валідаторам. Це корисно для тих, хто не хоче або не може самостійно брати участь у процесі валідації, але хоче отримувати дохід від своїх монет. Валідатори, своєю чергою, отримують більше "ваги" в мережі, що збільшує їхні шанси на створення нових блоків. Цей метод часто збільшує рівень безпеки і децентралізації в мережі.

Nominated Proof-of-Stake (NPoS)

У NPoS учасники мережі голосують за певних валідаторів, які потім беруть участь у процесі створення та верифікації блоків. Цей метод намагається розв'язати проблему централізації валідаторів, дозволяючи учасникам мережі прямо впливати на вибір цих важливих акторів.

Pure Proof-of-Stake (PPoS)

Pure Proof-of-Stake прагне мінімізувати проблеми стандартного PoS, такі як "Nothing at Stake" та інші потенційні атаки. У PPoS кожен учасник мережі має шанси бути обраним валідатором відповідно до розміру його стейка та інших чинників, але без можливості використання стейка для підтримки кількох версій ланцюжка одночасно.

Ефективний Proof-of-Stake (EPoS)

EPoS - це модифікація, яка ставить за мету більш справедливий розподіл винагород між валідаторами. У традиційному PoS валідатори з більшим стейком зазвичай отримують більше винагород. EPoS намагається збалансувати цю динаміку, встановлюючи верхні та нижні межі для винагород, щоб зробити участь більш привабливою для валідаторів з меншим стейком.

Proof-of-Authority (PoA)

Хоча PoA не є різновидом PoS, його часто порівнюють з PoS через деякі схожі аспекти. У PoA замість стейка використовується "репутація" або "довіра" до певних вузлів. Ці вузли, або "авторитети", відповідають за валідацію транзакцій і створення нових блоків. PoA часто застосовується в приватних або корпоративних блокчейнах, де довіру до учасників уже встановлено.

Різні модифікації та різновиди PoS пропонують цікаві та інноваційні методи досягнення консенсусу в блокчейн-мережах. Кожна з них має свої переваги та недоліки, і вибір певного методу залежатиме від унікальних потреб і цілей кожного конкретного проєкту.

Переваги та Недоліки Proof-of-Stake: Огляд

Переваги

• Енергоефективність: Однією з головних переваг PoS є значне зниження енергоспоживання порівняно з Proof-of-Work (PoW). У PoS не потрібне виконання складних математичних завдань, тому можна обійтися без потужних і енергомістких комп'ютерів.

• Швидкий Консенсус: Зазвичай у PoS-системах досягнення консенсусу відбувається швидше, ніж у PoW. Це збільшує пропускну здатність мережі та скорочує час очікування підтвердження транзакцій.

• Децентралізація: Механізми стейкінгу та делегування в PoS можуть сприяти більшій децентралізації, оскільки вони роблять участь у процесі валідації доступною для більшої кількості учасників.

• Безпека: Щоб здійснити атаку 51% у PoS, зловмиснику необхідно контролювати більшу частину всіх застейканих монет, що зазвичай набагато дорожче і складніше, ніж у випадку з PoW.

• Винагороди для Учасників: Стейкінг у PoS-системах зазвичай пропонує учасникам періодичні винагороди у вигляді додаткових монет, що стимулює участь у мережі.

Недоліки

• Проблема "Багатий стає багатшим": У PoS учасники з більшими стейками мають більше шансів на отримання винагород, що може призвести до посилення централізації та копіювання багатства в руках небагатьох.

• Nothing at Stake: У ранніх версіях PoS могла існувати проблема, за якої валідатори не мали стимулів не підтримувати різні версії блокчейн-ланцюжка, що могло загрожувати безпеці.

• Низька Мотивація для Участі: Якщо винагороди за стейкінг недостатньо високі або процес занадто складний, учасники можуть не бачити сенсу брати участь у процесі валідації.

• Складність Реалізації: Багато PoS-алгоритмів набагато складніші в реалізації порівняно з PoW, що може призвести до помилок у коді або вразливостей у системі.

• Період Заморозки: У деяких PoS-системах стейк має бути "заморожений" на певний період, що може бути незручно для учасників, які бажають швидко отримати доступ до своїх коштів.

Які криптовалюти Proof of Stake?

1. Ethereum (ETH) перейшов на консенсус PoS у рамках оновлення Ethereum 2.0, заснований на алгоритмі Beacon Chain. Beacon Chain координує роботу розділеної на шарди мережі та забезпечує вибір валідаторів за допомогою стейкінгу. Це покликане поліпшити ефективність і безпеку всієї мережі Ethereum.

2. Polkadot (DOT) застосовує консенсус Nominated Proof-of-Stake, який поєднує вибір валідаторів із системою номінування. Користувачі можуть номінувати валідаторів, і на основі цих номінацій обирають тих, хто створюватиме блоки. Ця система робить мережу Polkadot більш демократичною та відкритою.

3. Cosmos (ATOM) застосовує консенсус PoS, заснований на алгоритмі Tendermint. У системі Tendermint валідатори обираються на основі стейкінгу, і вони беруть участь у швидкому процесі голосування для досягнення консенсусу. Цей підхід забезпечує швидкодію і безпеку мережі Cosmos.

4. Binance Coin (BNB) на Binance Chain використовує варіант PoS, де акцент зроблено на централізованих валідаторах. У цій мережі валідатори попередньо обрані, і вони несуть основну відповідальність за створення блоків. Це робить мережу швидкою, але менш децентралізованою.

5. Avalanche (AVAX) використовує власний варіант PoS, який поєднує елементи класичного PoS і новаторських механізмів досягнення консенсусу. У цій системі валідатори можуть брати участь у кількох підмережах, що забезпечує високий ступінь децентралізації та масштабованості.

6. NEO застосовує Delegated Byzantine Fault Tolerance (dBFT), делегований варіант PoS. У цій системі невелика кількість валідаторів обирається для участі в консенсусі, що робить мережу швидкою, але потенційно менш децентралізованою.

7. TRON (TRX) використовує Delegated Proof-of-Stake, де валідаторів (Super Representatives) обирають шляхом голосування серед власників токенів. Ця система забезпечує високу продуктивність і можливість участі спільноти в управлінні мережею.

8. Algorand (ALGO) застосовує консенсус, заснований на алгоритмі Pure Proof-of-Stake (PPoS). У цьому підході кожен власник токенів ALGO має шанс стати валідатором залежно від кількості утримуваних ним токенів. PPoS використовує ймовірнісні алгоритми для вибору валідаторів, що робить процес випадковим і, отже, більш децентралізованим і безпечним. Цей алгоритм дозволяє Algorand забезпечувати швидкий та ефективний консенсус без компромісів у безпеці.

9. Solana (SOL) використовує унікальний консенсус, заснований на алгоритмі Proof-of-History (PoH). На відміну від традиційних блокчейнів, які залежні від часових міток для впорядкування транзакцій, PoH створює хронологічну послідовність подій, що дає змогу валідаторам упевнитися в часі походження кожної транзакції. Спільно з PoS, цей метод забезпечує високу швидкість і надійність мережі.

10. Tezos (XTZ) використовує консенсус на основі алгоритму Tendermint, який являє собою варіант PoS. У цій мережі власники токенів можуть "заморожувати" свої монети в стейкінгу або делегувати їх іншим учасникам для участі в процесі валідації. Таким чином, Tezos забезпечує широку участь у процесі голосування і створення блоків, що робить мережу більш ефективною і масштабованою.

Висновки

Proof-of-Stake (PoS) являє собою одну з ключових інновацій у сфері блокчейн-технологій, запропонувавши альтернативу енергомісткому методу Proof-of-Work. З його допомогою мережі можуть досягати консенсусу швидше й ефективніше, при цьому надаючи стимули для участі у вигляді стейкінгових винагород.

Проте PoS не позбавлений недоліків. Питання розподілу багатства, потенційна централізація і технічна складність реалізації — все це аспекти, які потребують подальшої уваги та розробки. Існує безліч різновидів і модифікацій PoS, кожна з яких намагається розв'язати конкретні проблеми або поліпшити певні аспекти системи.

Вибір між PoS та іншими методами консенсусу залежатиме від конкретних цілей і потреб блокчейн-проєкту. PoS уже зараз є важливим і актуальним напрямом у розвитку децентралізованих мереж, і його роль у майбутньому блокчейн-простору тільки посилиться.

FAQ