Що таке Proof of Stake (PoS)?
Зміст
У криптовалютах швидкість транзакцій відіграє ключову роль, і алгоритм Proof-of-Stake пропонує рішення, що усуває багато недоліків інших механізмів консенсусу. PoS покращує масштабованість і безпеку блокчейн-мереж, забезпечуючи їхній сталий розвиток. Розглянемо що таке що таке пруф оф стейк, принципи його роботи та відмінності від інших алгоритмів.
Proof of Stake — це механізм консенсусу, що використовується для підтвердження транзакцій і створення нових блоків. На відміну від Proof of Work (PoW), де майнери вирішують складні завдання через Proof of Stake майнінг, у PoS валідатори отримують право створювати блоки залежно від кількості утримуваних ними монет («ставки»). Чим більше монет, тим вища ймовірність бути обраним для створення наступного блоку. Це знижує енергоспоживання і підвищує масштабованість, роблячи PoS більш екологічною та економічно ефективною системою.
Хто придумав Proof-of-Stake і з якою метою?
Proof-of-Stake (PoS) був вперше запропонований у 2011 році розробником під псевдонімом Quantum Mechanic на форумі Bitcointalk. Однак першим проєктом, який реалізував PoS на практиці, стала криптовалюта Peercoin, яку запустили 2012 року її творці Сані Кінг і Скотт Недал. Головна мета створення алгоритму консенсусу Proof of Stake полягала у розв’язанні проблем, пов’язаних із високою енергомісткістю та обмеженою масштабованістю механізму Proof-of-Work (PoW), який застосовували в Bitcoin та інших ранніх криптовалютах.
Мета створення Proof-of-Stake полягала у розв’язанні ключових проблем Proof-of-Work, таких, як висока енергомісткість і обмежена масштабованість. Протокол Proof-of-Stake розробили для зниження енергоспоживання, оскільки він не вимагає складних обчислювальних завдань, поліпшення безпеки завдяки зменшенню ризику атак на кшталт «51%», а також для підвищення децентралізації, роблячи участь у валідації доступною для більшої кількості користувачів. Крім того, PoS Proof of Stake покращує масштабованість мереж, прискорюючи обробку транзакцій і забезпечуючи більш ефективне функціонування блокчейнів.
Як працює PoS?
Замість використання обчислювальних потужностей для підтвердження транзакцій і створення нових блоків, криптовалюта PoS ґрунтується на частці (stake) монет, якими володіє валідатор. Що більше монет в учасника, то вищі його шанси бути обраним для валідації блоку, що робить цей механізм більш енергоефективним та економічно вигідним. Робота proof of stake: перейдемо до деталей.
Рандомізований вибір блоків
У Proof of Stake ключовим елементом є випадковий вибір валідаторів для створення нових блоків, що допомагає уникнути концентрації влади в мережі. Блокчейн-технологія дає змогу впроваджувати різноманітні алгоритми, які враховують фактори часу або випадкові параметри для забезпечення чесного розподілу можливостей серед учасників, підтримуючи децентралізацію та безпеку мережі.
Вибір віку монет
Одним із ключових аспектів деяких реалізацій Proof of Stake є вибір валідаторів на основі віку монет, також званого «coin age». Валідатори з більш «старими» монетами мають більший шанс бути обраними для створення блоку, що стимулює довгострокове володіння активами. Цей метод знижує ймовірність того, що одні й ті самі учасники будуть постійно створювати блоки, забезпечуючи більш рівномірний розподіл шансів серед усіх власників монет.
Перевірка транзакцій
Валідатори в системі PoS відповідають за перевірку транзакцій перед додаванням їх у блокчейн. Вони перевіряють справжність даних, підтверджують відповідність правилам мережі та запобігають подвійному витрачанню. Після завершення перевірки та підтвердження блоку, валідатор отримує винагороду за свою роботу. Цей процес робить систему PoS не тільки більш енергоефективною порівняно з Proof of Work, а й сприяє підвищенню швидкості обробки транзакцій. Майнінг PoS відрізняється тим, що для підтвердження транзакцій не потрібно розв’язувати складні завдання, як у Proof of Work, натомість валідатори беруть участь у процесі, виходячи з кількості монет, які вони поставили на стейкінг.
Як делегування монет вплинуло на продуктивність PoS?
Делегування монет у механізмі Proof of Stake значно поліпшило продуктивність мережі, даючи змогу учасникам, які не хочуть або не можуть стати валідаторами, передавати свої монети іншим користувачам для участі у валідації блоків. Це сприяє більшому залученню учасників і підвищенню децентралізації мережі, оскільки більша кількість людей може брати участь у процесі консенсусу, не набуваючи складного обладнання або великих обсягів монет. Делегування також покращує безпеку мережі і збільшує швидкість обробки транзакцій, завдяки чому блокчейн-мережі можуть масштабуватися і підтримувати стабільну роботу при зростанні кількості користувачів.
Proof-of-Stake і стейкінг
Технологія Proof-of-Stake і стейкінг тісно взаємопов’язані, оскільки стейкінг є важливим компонентом механізму PoS. У системі PoS учасники можуть «заморожувати» свої монети на певний термін, щоб брати участь у процесі валідації транзакцій і створення нових блоків. Цей процес називається стейкінгом. Що більше монет поставлено на стейкінг, то вищі шанси стати валідатором і отримувати винагороди за підтвердження транзакцій. Стейкінг не тільки підвищує залученість користувачів до підтримки мережі, а й робить її стійкішою і безпечнішою, оскільки учасники зацікавлені в підтримці цілісності системи заради отримання доходу від стейкінга.
Види Proof of Stake
Існує кілька видів PoS, кожен з яких адаптований для різних блокчейн-мереж та їхніх потреб.
Делегований доказ частки володіння (DPoS)
Delegated Proof of Stake (DPoS) — це механізм, у якому користувачі мережі голосують за делегатів, які виступатимуть валідаторами транзакцій. Що більше монет в учасника, то більше «ваги» має його голос. Делегати, обрані більшістю голосів, отримують право на валідацію транзакцій і створення нових блоків, що робить процес демократичнішим і дає змогу підтримувати високу швидкість мережі, але знижує децентралізацію, оскільки кількість валідаторів обмежена.
Орендований доказ частки (LPoS)
Leased Proof of Stake (LPoS) — це вдосконалена версія PoS, що дозволяє власникам монет здавати їх в оренду для збільшення шансів на вибір учасника в процесі валідації. На відміну від звичайного стейкінгу, монети залишаються під контролем власників і не передаються безпосередньо. Такий підхід, застосовуваний, наприклад, у мережі Waves, сприяє підвищенню децентралізації та активному залученню спільноти.
Доказ повноважень за ставками (PoSA)
У механізмі Proof of Staked Authority (PoSA) учасники повинні стейкати токени, щоб отримати можливість валідації, при цьому вибір валідаторів ґрунтується на їхній репутації. Це забезпечує високу швидкість транзакцій і безпеку, але знижує рівень децентралізації.
Номінований доказ частки (NPoS)
Nominated Proof of Stake (NPoS) – це механізм, розроблений для мережі Polkadot, що ґрунтується на взаємодії валідаторів та їхніх підтримуючих учасників. Підтримувачі обирають валідаторів, яким довіряють, і несуть відповідальність за їхні дії: у разі порушення правил мережі вони можуть втратити свої активи. Це підвищує рівень відповідальності обох сторін і робить процес відбору валідаторів безпечнішим.
Чистий доказ частки (PPoS)
Pure Proof of Stake (PPoS) — це механізм, застосований у мережі Algorand, де учасників для валідації обирають випадковим чином на основі стейкінгу. Процес повністю децентралізований, а шанси бути обраним пропорційні кількості монет у стейкінгу, що забезпечує прозорість і справедливість для всіх учасників.
Ефективний доказ частки (EPoS)
Effective Proof of Stake (EPoS) — вдосконалена версія PoS, що враховує не тільки розмір стейкінгу, а й ефективність учасників. EPoS знижує шанси домінування великих валідаторів і збільшує можливості для менших учасників, забезпечуючи більш рівномірний розподіл ролей у мережі. Цей механізм допомагає запобігти монополії великих гравців і підтримувати децентралізацію.
Гібридний алгоритм (PoA)
Proof of Authority (PoA) — це консенсусний механізм, який фокусується на ідентичності валідаторів, а не на їхніх ставках. У PoA валідаторів обирають на підставі їхньої репутації та довіри, що робить мережу швидкою та безпечною. Однак цей механізм є менш децентралізованим, оскільки довіру в основному зосереджено на кількох валідаторах із високим рівнем повноважень.
Безпека Proof-of-Stake
Безпека Proof-of-Stake (PoS) забезпечується завдяки кільком ключовим механізмам, які роблять його ефективною альтернативою традиційним методам, таким як Proof-of-Work (PoW). Ось основні аспекти безпеки PoS:
- Економічні стимули та штрафи: валідатори відправляють свої монети в стейкінг криптовалюти, і якщо вони порушують правила, їхні кошти можуть бути конфісковані («slashing»). Це стимулює чесну поведінку.
- Складність атаки 51%: атака вимагає володіння більш ніж половиною монет мережі, що робить її економічно невигідною, оскільки зловмисник ризикує своїми активами.
- Делегування та розподіл часток: делегування дає змогу більшій кількості учасників впливати на вибір валідаторів, що знижує ризик централізації.
- Прозорість: усі транзакції та вибори валідаторів публічні, що дає змогу швидко виявляти недобросовісну поведінку.
- Заблоковані кошти: кошти валідаторів можуть бути заблоковані на певний термін, що запобігає короткостроковому шахрайству і підвищує їхню відповідальність.
Приклади криптовалют, що використовують Proof-of-Stake
Різні види криптовалют використовують Proof of Stake для підвищення масштабованості та зниження енергоспоживання. Розглянемо найпопулярніші PoS криптовалюти.
Ethereum
Ethereum (ETH) перейшов на Proof-of-Stake під час оновлення Ethereum 2.0, яке завершилося 2022 року. Цей перехід був спрямований на поліпшення масштабованості мережі та зниження енерговитрат. Тепер валідатори в Ефіріум отримують право на підтвердження транзакцій і створення блоків залежно від кількості ETH, які вони поставили на стейкінг. Цей механізм робить мережу енергоефективнішою і безпечнішою, оскільки валідатори зацікавлені в чесній роботі для збереження своїх коштів. Історія ефіріуму охоплює перехід від Proof of Work до Proof of Stake, завдяки якому валідатори тепер отримують право підтверджувати транзакції та створювати блоки на основі кількості ETH, поставлених на стейкінг, що підвищило енергоефективність і безпеку мережі.
Solana
Solana (SOL) — це високопродуктивна блокчейн-мережа, яка використовує гібридну модель досягнення консенсусу Proof of Stake і Proof of History (PoH). Валідатори в Solana обираються на основі кількості SOL, які вони поставили на стейкінг, і підтверджують транзакції з неймовірною швидкістю. Особливістю Solana є її здатність обробляти тисячі транзакцій на секунду, зберігаючи при цьому децентралізацію завдяки розподілу обов’язків серед безлічі валідаторів.
Toncoin
Toncoin (TON) — це криптовалюта блокчейну The Open Network (TON), яка також використовує механізм Proof of Stake. Валідатори в мережі TON підтверджують транзакції й створюють блоки, отримуючи винагороду на основі стейкінгу TON. Цей блокчейн спочатку був розроблений Telegram для створення швидкої та децентралізованої мережі, орієнтованої на масштабованість і зручність використання. У мережі TON використовується багаторівнева архітектура, що забезпечує високу пропускну здатність і низькі комісії.
Переваги та недоліки Proof-of-Stake
| Плюси Proof of Stake | Мінуси Proof of Stake |
| Низьке енергоспоживання порівняно з Proof-of-Work | Загроза централізації через концентрацію монет у великих власників |
| Підвищена масштабованість і швидкість транзакцій | Необхідність блокування коштів на стейкінгу |
| Зниження бар’єра для участі у валідації | Ризик атак 51%, якщо зловмисник контролює більшу частину монет |
| Стимули для довгострокового володіння активами | Менша перевірена історія безпеки порівняно з Proof-of-Work |
Майбутнє PoS
Майбутнє Proof of Stake (PoS) виглядає перспективним, оскільки дедалі більше блокчейн-проєктів переходять на цей енергоефективний і масштабований механізм консенсусу. Зі зростанням популярності криптовалют і збільшенням кількості користувачів, PoS продовжує розвиватися, пропонуючи нові моделі, як-от Delegated і Nominated PoS, які підвищують безпеку і децентралізацію. Крім того, впровадження PoS сприяє зниженню екологічного впливу блокчейнів, що особливо важливо в умовах глобальної боротьби зі зміною клімату. У міру вдосконалення технологій PoS може стати домінантним стандартом для більшості блокчейн-мереж.
Висновки
PoS — це нова ера в криптовалютних мережах. Він пропонує ефективний, безпечний та екологічно чистий спосіб досягнення консенсусу. Цей механізм забезпечує сталий розвиток блокчейн-індустрії та стимулює інновації, які формуватимуть майбутнє фінансових систем.
