Что такое Proof-of-Work и Proof-of-Stake?

Чем отличается Proof-of-Work от Proof-of-Stake?

Proof-of-Work и Proof-of-Stakes – это два компьютерных алгоритма, которые обеспечивают консенсус в сетях криптовалют. Однако мы постараемся более подробно объяснить их суть и значение.

• Proof-of-Work
• PoW и криптовалюта
• PoW и майнинг
• Proof-of-Stakes
• Что лучше?
• Гибридные алгоритмы

Proof-of-Work

 

Proof-of-Work (Доказательство работы, POW, PoW) – это один из распространенных алгоритмов защиты блокчейн от разных сторонних вредных явлений. Сюда можно включить спам-рассылку, DDoS-атаки и прочее. Процесс основывается на длительной сложной операции вычисления, которую потом достаточно легко и быстро проверить. Задача POW – проверить наличие вычислений при создании нового блока в блокчейн.

Proof-of-Work не предусматривает вмешательство человека в процесс. Всё проверяется в автоматическом режиме, однако это энергоёмкий процесс и требует огромной вычислительной мощности. Проверка полученного результата, напротив, требует минимум времени и ресурсов. POW можно считать противоположностью капчи. Последняя не составляет труда для человека, но считается непосильной задачей для компьютера. И наоборот.

Изначально концепция Proof-of-Work была предложена в 1993 году, содержав лишь теоретическое представление.

В 1997 году идея получила практическое применение в программе Hashcash для защиты от спама. Для отправки писем необходимо было производить сложные хэш-вычисления. Если для отправки нескольких писем – это не составляло труда, то вот для спамовой рассылки требовалось очень много времени и ресурсов. Это очень сильно осложняло процесс, нагружая ресурсы компьютера и растягиваясь во времени.

А в 1999 году уже сформировался термин Proof-of-Work, который мы имеем сейчас.

PoW и криптовалюты

Proof-of-Work используется в сети Bitcoin для достижения единого мнения о том, какая версия блокчейна признается достоверной (так званый консенсус). Создатель одной из самых популярнейших криптовалют Сатоши Накамото взял концепцию, которая была использована в Hashcash, и слегка усовершенствовал её. Добавилась изменяемая сложность вычисления в зависимости от вычислительной мощности компьютеров участников сети.

Другими словами, POW заставляет ноды (узлы) проверить выполнение расчётов майнером.

Рабочий процесс представляет собой поиск части блокчейна (хэш заголовка блока), которая содержит отсылку на предыдущий блок и суммированное значение включенных в него транзакций.

Вычисления действительно являются сложным и трудоёмким процессом, однако проверка результатов является простой. И всё же система функционирует намеренно запутано, чтобы было сложнее предсказать какой из майнеров решит задачу и найдёт блок. Однако узлы могут проверить корректность таких вычислений.

Для того, чтобы блок признался достоверным, значение хэша должно быть меньшим по сравнению с поставленной целью. А блок, тем временем, должен продемонстрировать, что была проделана работа по его нахождению. Каждый следующий блок содержит значение хэша предыдущего, образуя цепочку.

Так и возникает блокчейн. Внести изменения в него практически невозможно. Именно это и защищает его от несанкционированного доступа.

Но данный алгоритм имеет свои уязвимости. На самых ранних этапах существования сети Биткоин была распространена такая уязвимость, как «Атака 51%». Проблема заключалась в том, что если злоумышленник располагал суммарной вычислительной мощность в сети более 50%, то он мог перехватить инициативу в подтверждении транзакций и одобрять только свои блоки. Это позволяло получать до 100% прибыли от совокупного майнинга биткоина, блокировать все транзакции, переписывать всю историю генерации блоков и получать содержимое с чужих пользовательских криптокошельков.

Существует проблема двойных трат, когда один и тот же актив можно было передать дважды. А также распространенным является эгоистичный майнинг, когда злоумышленник обладал суммарной вычислительной мощностью в сети менее 50%, однако заявлял, что его пул более выгодный и привлекал сторонних майнеров присоединиться к нему. При этом майнеры тратили свои ресурсы впустую, оказываясь в проигрыше.

PoW и майнинг

Майнинг появился благодаря POW. Необходимость произведения сложных вычислений породило нужду в специальном оборудовании. Для этих вычислений прекрасно подходили ресурсы чипов центральных и графических процессоров.

Но вместе с тем, появились такие проблемы как колоссальное потребление электроэнергии. В 2013 году суммарная мощность сети Биткоин превзошла суммарную мощность всех существовавших на тот момент суперкомпьютеров мира.

В 2017 году для проведения одной транзакции в сети требовалось около 163 Квт-ч электроэнергии. Для сравнения столько электроэнергии тратит среднестатистическая семья за неделю. И процесс потребления растёт. Уже сейчас эта цифра суммарно сопоставима с потреблением электроэнергии странами ЕС.

Proof-of-Stakes

На смену сложному и энергоёмкому процессу POW пришла альтернатива в виде Proof-of-Stakes. Это также алгоритм поиска консенсуса, однако внутри него заложен другой механизм. Впервые PoS был применён в криптовалюте PPCoin (Peercoin). Для определения узла, получившего право использовать следующий блок используется так званые «доли» (Stakes).

Процесс выполняет практически ту же функцию, что и PoW, однако нагрузка и сложность разделяется пропорционально. Например, за основу берётся количество цифровых монет на счету пользователя. То есть, создать следующий блок с большой вероятностью сможет пользователь, у кого токенов на балансе больше.

Такая схема является более прогрессивной и усовершенствованной по сравнению с Proof-of-Work, поскольку она менее требовательна к ресурсам и мощности компьютеров. И защищенность такого алгоритма не вызывает сомнений, поскольку для атаки злоумышленника нужно иметь на балансе значительный капитал, больше чем у остальных участников сети. Кроме того, он сам может пострадать при совершении своего злого умысла, поскольку это нарушит баланс и устойчивость криптовалюты.

Но «обратной стороной медали» является накопление гигантских активов в одних руках, что пагубно влияет на децентрализацию сети. Лицо или группа лиц, у которых активов окажется суммарно больше, могут навязать свой порядок и правила. А это уже серьёзная проблема для любой криптовалюты.

Уязвимость такого алгоритма кроется в форке. Когда пользователи создают свою цепочку из несуществующих ресурсов и расходуют нереальные активы. При форке можно отклонять транзакции и осуществлять «двойные траты».

Что лучше?

Единого мнения нет и споры вокруг наиболее практичного алгоритма не утихают. В принципе, на фоне PoW, Proof-of-Stakes выглядит предпочтительнее. На такой алгоритм нужно меньше электроэнергии, он прост в применении и относительно безопаснее. Но более серьёзные криптовалюты вряд ли смогут отказаться от PoW-проверок.

Впрочем, уже существуют гибридные решения, которые сочетают преимущества двух подходов и перекрывают уязвимости друг друга. Таких схем целое множество, потому мы перечислим самые основные и актуальные.

Гибридные алгоритмы

Proof-of-Burn (доказательство сжигания) – гибридный алгоритм, который предусматривает отправку токенов на адрес, с которого их будет невозможно потратить. Взамен пользователь получает право на пожизненный майнинг криптовалюты среди таких же пользователей, как он. Сжигание – это термин, определяющий невозвратный POS-депозит или инвестиции в облачное оборудование для POW-майнинга.

Proof-of-Activity (доказательство активности) – нереализованный прототип алгоритма, совмещающий механизмы POW и POS.

Proof-of-Capacity (доказательство мощности) – алгоритм, который предусматривает пожертвование значительной доли дискового пространства (физической памяти компьютера) для присоединения к майнингу.

Proof-of-Storage (доказательство хранения) – схожий с последним алгоритм, при котором выделенное дисковое пространство используется как общедоступное облачное хранилище.

Читайте также: Что такое токен стандарта ERC20?

Читайте также: Что такое криптовалюта простыми словами?