Что такое Proof of Stake (PoS)?

Кто придумал Proof-of-Stake и с какой целью?

Proof-of-Stake (PoS) был впервые предложен в 2011 году разработчиком под псевдонимом Quantum Mechanic на форуме Bitcointalk. Однако первым проектом, который реализовал PoS на практике, стала криптовалюта Peercoin, запущенная в 2012 году ее создателями Сани Кингом и Скоттом Нэдалом. Главная цель создания алгоритм консенсуса Proof of Stake заключалась в решении проблем, связанных с высокой энергоемкостью и ограниченной масштабируемостью механизма Proof-of-Work (PoW), который применялся в Bitcoin и других ранних криптовалютах.

Цель создания Proof-of-Stake заключалась в решении ключевых проблем Proof-of-Work, таких, как высокая энергоемкость и ограниченная масштабируемость. Протокол Proof-of-Stake был разработан для снижения энергопотребления, так как не требует сложных вычислительных задач, улучшения безопасности за счет уменьшения риска атак типа «51%», а также для повышения децентрализации, делая участие в валидации доступным для большего числа пользователей. Кроме того, PoS Proof of Stake улучшает масштабируемость сетей, ускоряя обработку транзакций и обеспечивая более эффективное функционирование блокчейнов.

Как работает PoS?

Вместо использования вычислительных мощностей для подтверждения транзакций и создания новых блоков, криптовалюта PoS основывается на доле (stake) монет, которые владеет валидатор. Чем больше монет у участника, тем выше его шансы быть выбранным для валидации блока, что делает этот механизм более энергоэффективным и экономически выгодным. Работа proof of stake: перейдем к деталям.

Рандомизированный выбор блоков

В Proof of Stake ключевым элементом является случайный выбор валидаторов для создания новых блоков, что помогает избежать концентрации власти в сети. Блокчейн технология позволяет внедрять различные алгоритмы, которые учитывают факторы времени или случайные параметры для обеспечения честного распределения возможностей среди участников, поддерживая децентрализацию и безопасность сети.

Выбор возраста монет

Одним из ключевых аспектов некоторых реализаций Proof of Stake является выбор валидаторов на основе возраста монет, также называемого «coin age». Валидаторы с более «старыми» монетами имеют больший шанс быть выбраны для создания блока, что стимулирует долгосрочное владение активами. Этот метод снижает вероятность того, что одни и те же участники будут постоянно создавать блоки, обеспечивая более равномерное распределение шансов среди всех держателей монет.

Проверка транзакций

Валидаторы в системе PoS отвечают за проверку транзакций перед добавлением их в блокчейн. Они проверяют подлинность данных, подтверждают соответствие правил сети и предотвращают двойное расходование. После завершения проверки и подтверждения блока, валидатор получает вознаграждение за свою работу. Этот процесс делает систему PoS не только более энергоэффективной по сравнению с Proof of Work, но и способствует повышению скорости обработки транзакций. Майнинг PoS отличается тем, что для подтверждения транзакций не требуется решать сложные задачи, как в Proof of Work, вместо этого валидаторы участвуют в процессе, исходя из количества монет, которые они поставили на стейкинг.

Как делегирование монет повлияло на производительность PoS?

Делегирование монет в механизме Proof of Stake значительно улучшило производительность сети, позволяя участникам, которые не хотят или не могут стать валидаторами, передавать свои монеты другим пользователям для участия в валидации блоков. Это способствует большему вовлечению участников и повышению децентрализации сети, так как большее количество людей может участвовать в процессе консенсуса, не приобретая сложное оборудование или большие объемы монет. Делегирование также улучшает безопасность сети и увеличивает скорость обработки транзакций, благодаря чему блокчейн-сети могут масштабироваться и поддерживать стабильную работу при росте числа пользователей.

Proof-of-Stake и стейкинг

Технология Proof-of-Stake и стейкинг тесно взаимосвязаны, так как стейкинг является важным компонентом механизма PoS. В системе PoS участники могут «замораживать» свои монеты на определенный срок, чтобы участвовать в процессе валидации транзакций и создания новых блоков. Этот процесс называется стейкингом. Чем больше монет поставлено на стейкинг, тем выше шансы стать валидатором и получать вознаграждения за подтверждение транзакций. Стейкинг не только повышает вовлеченность пользователей в поддержку сети, но и делает ее более устойчивой и безопасной, так как участники заинтересованы в поддержании целостности системы ради получения дохода от стейкинга.

Виды Proof of Stake

Существует несколько видов PoS, каждый из которых адаптирован для различных блокчейн-сетей и их нужд.

Делегированное доказательство доли владения (DPoS)

Delegated Proof of Stake (DPoS) — это механизм, в котором пользователи сети голосуют за делегатов, которые будут выступать валидаторами транзакций. Чем больше монет у участника, тем больше «веса» имеет его голос. Делегаты, избранные большинством голосов, получают право на валидацию транзакций и создание новых блоков, что делает процесс более демократичным и позволяет поддерживать высокую скорость сети, но снижает децентрализацию, так как число валидаторов ограничено.

Арендованное доказательство доли (LPoS)

Leased Proof of Stake (LPoS) — это усовершенствованная версия PoS, позволяющая владельцам монет сдавать их в аренду для увеличения шансов на выбор участника в процессе валидации. В отличие от обычного стейкинга, монеты остаются под контролем владельцев и не передаются напрямую. Такой подход, применяемый, например, в сети Waves, способствует повышению децентрализации и активному вовлечению сообщества.

Доказательство полномочий по ставкам (PoSA)

В механизме Proof of Staked Authority (PoSA) участники должны стейкать токены, чтобы получить возможность валидации, при этом выбор валидаторов основывается на их репутации. Это обеспечивает высокую скорость транзакций и безопасность, но снижает уровень децентрализации.

Номинированное доказательство доли (NPoS)

Nominated Proof of Stake (NPoS) — это механизм, разработанный для сети Polkadot, который основывается на взаимодействии валидаторов и их поддерживающих участников. Поддерживающие выбирают валидаторов, которым доверяют, и несут ответственность за их действия: в случае нарушения правил сети они могут потерять свои активы. Это повышает уровень ответственности обеих сторон и делает процесс отбора валидаторов более безопасным.

Чистое доказательство доли (PPoS)

Pure Proof of Stake (PPoS) — это механизм, применяемый в сети Algorand, где участники для валидации выбираются случайным образом на основе стейкинга. Процесс полностью децентрализован, а шансы быть выбранным пропорциональны количеству монет в стейкинге, что обеспечивает прозрачность и справедливость для всех участников.

Эффективное доказательство доли (EPoS)

Effective Proof of Stake (EPoS) — усовершенствованная версия PoS, учитывающая не только размер стейкинга, но и эффективность участников. EPoS снижает шансы доминирования крупных валидаторов и увеличивает возможности для меньших участников, обеспечивая более равномерное распределение ролей в сети. Этот механизм помогает предотвратить монополию крупных игроков и поддерживать децентрализацию.

Гибридный алгоритм (PoA)

Proof of Authority (PoA) — это консенсусный механизм, который фокусируется на идентичности валидаторов, а не на их ставках. В PoA валидаторы избираются на основании их репутации и доверия, что делает сеть быстрой и безопасной. Однако этот механизм менее децентрализован, поскольку доверие в основном сосредоточено на нескольких валидаторах с высоким уровнем полномочий.

Безопасность Proof-of-Stake

Безопасность Proof-of-Stake (PoS) обеспечивается за счет нескольких ключевых механизмов, которые делают его эффективной альтернативой традиционным методам, таким как Proof-of-Work (PoW). Вот основные аспекты безопасности PoS:

1. Экономические стимулы и штрафы: валидаторы отправляют свои монеты в стейкинг криптовалюты, и если они нарушают правила, их средства могут быть конфискованы («slashing»). Это стимулирует честное поведение.
2. Сложность атаки 51%: атака требует владения более половиной монет сети, что делает ее экономически невыгодной, так как злоумышленник рискует своими активами.
3. Делегирование и распределение долей: делегирование позволяет большему числу участников влиять на выбор валидаторов, что снижает риск централизации.
4. Прозрачность: все транзакции и выборы валидаторов публичны, что позволяет быстро выявлять недобросовестное поведение.
5. Заблокированные средства: средства валидаторов могут быть заблокированы на определенный срок, что предотвращает краткосрочное мошенничество и повышает их ответственность.

Примеры криптовалют использующих Proof-of-Stake

Различные виды криптовалют используют Proof of Stake для повышения масштабируемости и снижения энергопотребления. Рассмотрим самые популярные PoS криптовалюты.

Ethereum

Ethereum (ETH) перешел на Proof-of-Stake в ходе обновления Ethereum 2.0, которое завершилось в 2022 году. Этот переход был направлен на улучшение масштабируемости сети и снижение энергозатрат. Теперь валидаторы в Эфириум получают право на подтверждение транзакций и создание блоков в зависимости от количества ETH, которые они поставили на стейкинг. Этот механизм делает сеть более энергоэффективной и безопасной, так как валидаторы заинтересованы в честной работе для сохранения своих средств. История эфириума включает в себя переход от Proof of Work к Proof of Stake, благодаря которому валидаторы теперь получают право подтверждать транзакции и создавать блоки на основе количества ETH, поставленных на стейкинг, что повысило энергоэффективность и безопасность сети.

Solana

Solana (SOL) — это высокопроизводительная блокчейн-сеть, которая использует гибридную модель достижение консенсуса Proof of Stake и Proof of History (PoH). Валидаторы в Solana выбираются на основе количества SOL, которые они поставили на стейкинг, и подтверждают транзакции с невероятной скоростью. Особенностью Solana является ее способность обрабатывать тысячи транзакций в секунду, сохраняя при этом децентрализацию благодаря распределению обязанностей среди множества валидаторов.

Toncoin

Toncoin (TON) — это криптовалюта блокчейна The Open Network (TON), которая также использует механизм Proof of Stake. Валидаторы в сети TON подтверждают транзакции и создают блоки, получая вознаграждение на основе стейкинга TON. Этот блокчейн изначально был разработан Telegram для создания быстрой и децентрализованной сети, ориентированной на масштабируемость и удобство использования. В сети TON используется многоуровневая архитектура, обеспечивающая высокую пропускную способность и низкие комиссии.

Преимущества и недостатки Proof-of-Stake

Будущее PoS

Будущее Proof of Stake (PoS) выглядит многообещающе, поскольку все больше блокчейн-проектов переходят на этот энергоэффективный и масштабируемый механизм консенсуса. С ростом популярности криптовалют и увеличением числа пользователей, PoS продолжает развиваться, предлагая новые модели, такие как Delegated и Nominated PoS, которые повышают безопасность и децентрализацию. Кроме того, внедрение PoS способствует снижению экологического воздействия блокчейнов, что особенно важно в условиях глобальной борьбы с изменением климата. По мере совершенствования технологий PoS может стать доминирующим стандартом для большинства блокчейн-сетей.

Выводы

PoS — это новая эра в криптовалютных сетях. Он предлагает эффективный, безопасный и экологически чистый способ достижения консенсуса. Этот механизм обеспечивает устойчивое развитие блокчейн-индустрии и стимулирует инновации, которые будут формировать будущее финансовых систем.