Czym Jest Proof of Stake (PoS)?

TL;DR

Proof of Stake to popularny, alternatywny mechanizm konsensusu w porównaniu z Proof of Work. Zamiast potrzebować mocy obliczeniowej do zatwierdzania transakcji, walidatorzy muszą stakować monety. Fakt ten drastycznie zmniejsza zapotrzebowanie na energię. Proof of Stake poprawia również decentralizację, bezpieczeństwo i skalowalność.

Proof of Stake może być jednak mniej przystępny, jeśli nie ma się dostępu do krypto. Atak 51% może być również łatwy do przeprowadzenia w przypadku blockchainów o niskiej kapitalizacji rynkowej. Ponieważ Proof of Stake jest bardzo uniwersalny, istnieje wiele jego odmian dla różnych blockchainów i zastosowań.

Wprowadzenie

Proof of Stake to zdecydowanie najpopularniejszy obecnie wybór dla sieci blockchain. Jednak przy tak wielu odmianach zrozumienie podstawowych pojęć może być trudne. Dziś jest mało prawdopodobne, że zobaczysz go w jego oryginalnej formie. Niemniej jednak wszystkie rodzaje Proof of Stake charakteryzują się tymi samymi podstawowymi koncepcjami. Zrozumienie tych podobieństw pomoże Ci dokonywać lepszych wyborów dotyczących używanych przez Ciebie blockchainów i sposobu ich działania.

Co oznacza Proof of Stake?

Algorytm konsensusu Proof of Stake został wprowadzony w 2011 roku na forum Bitcointalk. Został on zaproponowany jako rozwiązanie problemów związanych z Proof of Work. Choć oba mają ten sam cel - osiągnięcie konsensusu w blockchainie - proces, który realizują, jest zupełnie inny. Zamiast przedstawiać wymagający obliczeniowo dowód, uczestnicy muszą jedynie udowodnić, że stakowali monety.

Jak działa Proof of Stake?

Algorytm Proof Of Stake wykorzystuje pseudolosowy proces wybierania walidatorów z grupy węzłów. System wykorzystuje kombinację czynników, w tym czas stakingu, element losowości oraz zamożność węzła.

W systemach Proof of Stake bloki są "forgowane", a nie wydobywane. Nadal jednak można usłyszeć termin "wydobywany". Większość kryptowalut Proof of Stake startuje z dostawą "wstępnie sforgowanych" monet, aby umożliwić węzłom natychmiastowy start.

Użytkownicy biorący udział w procesie tworzenia muszą zablokować w sieci określoną liczbę monet jako swój staking. Wielkość stakingu określa szanse na wybór węzła jako kolejnego walidatora - im większy staking, tym większe szanse. W procesie selekcji stosuje się unikalne metody, aby faworyzować nie tylko najbogatsze węzły w sieci. Dwie najczęściej stosowane metody to Randomized Block Selection i Coin Age Selection.

Randomized Block Selection

W metodzie Randomized Block Selection walidatorzy są wybierani poprzez wyszukiwanie węzłów o kombinacji najniższej wartości hash i najwyższego stakingu. Ponieważ rozmiary stakingu są jawne, następny forger może być zwykle przewidziany przez inne węzły.

Coin Age Selection

Metoda Coin Age Selection wybiera węzły na podstawie tego, jak długo ich tokeny były stakowane. Wiek monet oblicza się poprzez pomnożenie liczby dni, w których monety zostały zestakowane, przez liczbę zestakowanych monet.

Po forgowaniu bloku przez węzeł jego wiek monety zostaje wyzerowany i musi on odczekać pewien czas, aby móc forgować kolejny blok - zapobiega to zdominowaniu blockchaina przez węzły z dużą ilością zestakowanych monet.

Sprawdzanie poprawności transakcji

Każda kryptowaluta wykorzystująca algorytm Proof of Stake ma swój własny zestaw zasad i metod, połączonych w sposób, który uważa za najlepszą możliwą kombinację dla sieci i jej użytkowników.

Gdy węzeł zostanie wybrany do forgowania kolejnego bloku, sprawdza, czy transakcje w bloku są ważne. Następnie podpisuje blok i dodaje go do blockchaina. W nagrodę węzeł otrzymuje opłaty transakcyjne z danego bloku oraz, w niektórych blockchainach, nagrodę w postaci monety.

Jeśli węzeł chce przestać być forgerem, jego staking i zdobyte nagrody zostaną zwolnione po pewnym czasie, dając sieci czas na sprawdzenie, czy nie ma fałszywych bloków dodanych do blockchaina przez ten węzeł.

Które blockchainy wykorzystują Proof of Stake?

Większość blockchainów po Ethereum wykorzystuje mechanizmy konsensusu Proof of Stake. Zazwyczaj każdy z nich jest modyfikowany w zależności od potrzeb sieci. Warianty te zostaną omówione w dalszej części artykułu. Samo Ethereum jest obecnie w trakcie procesu przechodzenia na system Proof of Stake w wersji Ethereum 2.0.

Do sieci blockchain wykorzystujących Proof of Stake lub jedną z jej form należą:

1. BNB Chain

2. BNB Smart Chain

3. Solana

4. Avalanche

5. Polkadot

Zalety Proof of Stake

Proof of Stake ma wiele wyraźnych zalet w porównaniu z Proof of Work. Z tego powodu nowe blockchainy prawie zawsze wykorzystują Proof of Stake. Jego zalety obejmują:

Zdolność Adaptacji

W miarę jak zmieniają się potrzeby użytkowników i blockchainy, zmienia się również Proof of Stake. Widać to wyraźnie na przykładzie ogromnej liczby dostępnych adaptacji. Mechanizm ten jest wszechstronny i z łatwością można go zastosować w większości przypadków użycia blockchaina.

Decentralizacja

Większa liczba użytkowników jest zachęcana do uruchamiania węzłów, ponieważ jest to bardziej przystępne cenowo. Ta zachęta i proces randomizacji sprawiają, że sieć jest bardziej zdecentralizowana. Chociaż istnieją pule stakingu, istnieje znacznie większa szansa na to, że pojedyncza osoba z powodzeniem sforguje blok w ramach Proof of Stake. Ogólnie rzecz biorąc, zmniejsza to zapotrzebowanie na pule stakingu.

Efektywność energetyczna

Proof of Stake jest niezwykle energooszczędny w porównaniu z Proof of Work. Koszt udziału opiera się na ekonomicznym koszcie stakingu monet, a nie na obliczeniowym koszcie rozwiązywania zagadek. Mechanizm ten prowadzi do znacznego zmniejszenia ilości energii potrzebnej do uruchomienia mechanizmu konsensusu.

Skalowalność

Ponieważ Proof of Stake nie polega na fizycznych maszynach do generowania konsensusu, jest bardziej skalowalny. Nie ma potrzeby tworzenia wielkich farm wydobywczych ani pozyskiwania dużych źródeł energii. Dodanie większej liczby walidatorów do sieci jest tańsze, prostsze i bardziej dostępne.

Bezpieczeństwo

Staking działa jako motywacja finansowa dla podmiotu zatwierdzającego, aby nie przetwarzał fałszywych transakcji. Jeśli sieć wykryje transakcję o złych intencjach, osoba zatwierdzająca straci część swojego stakingu i prawo do uczestnictwa w przyszłości. Tak długo, jak staking jest wyższy niż nagroda, walidator straci więcej monet, niż zyska w wyniku oszustwa.

Aby skutecznie kontrolować sieć i zatwierdzać nieuczciwe transakcje, węzeł musiałby posiadać większościowy udział w sieci, znany również jako atak 51%. W zależności od wartości kryptowaluty, przejęcie kontroli nad siecią może być prawie niemożliwe, ponieważ trzeba by zdobyć 51% znajdującej się w obiegu podaży.

Może to być jednak również wadą, co wyjaśnimy poniżej.

Wady Proof of Stake

Chociaż Proof of Stake ma wiele zalet w porównaniu z Proof of Work, nadal ma pewne słabości:

Forkowanie

W przypadku standardowego mechanizmu Proof of Stake nie ma żadnego czynnika zniechęcającego do wydobywania po obu stronach forka. W systemie Proof of Work wydobywanie po obu stronach prowadzi do marnowania energii. W przypadku Proof of Stake koszt jest znacznie niższy, co oznacza, że ludzie mogą "stawiać" na obie strony forka.

Dostępność

Do rozpoczęcia stakowania potrzebna jest rodzima podaż tokenów danego blockchaina. Wymaga to zakupu tokena za pośrednictwem giełdy lub w inny sposób. W zależności od wymaganej kwoty, możesz potrzebować znacznej inwestycji, aby rozpocząć efektywne stakowanie.

Dzięki Proof of Work można kupić tani sprzęt górniczy, a nawet go wypożyczyć. Dzięki temu można dołączyć do puli i szybko rozpocząć walidację i zarabianie.

Atak 51%

Chociaż Proof of Work jest również podatny na ataki 51%, w przypadku Proof of Stake są one znacznie łatwiejsze. Jeśli cena tokena spada lub blockchain ma niską kapitalizację rynkową, zakup ponad 50% tokenów i kontrola nad siecią może być teoretycznie możliwa.

Proof of Work vs. Proof of Stake

Porównując te dwa mechanizmy konsensusu, można dostrzec kilka zasadniczych różnic.

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Wymagane wyposażenie	Sprzęt górniczy	Minimalna kwota lub brak
Zużycie energii	Wysokie	Niskie
Skłonność do	Centralizacji	Decentralizacja
Metoda walidacji	Dowód obliczeniowy	Stakowanie monet

Istnieje jednak wiele różnych mechanizmów Proof of Stake w różnych blockchainach. Wiele różnic będzie zależało od dokładnie zastosowanego mechanizmu.

Inne mechanizmy konsensusu oparte na Proof of Stake

Proof of Stake charakteryzuje się dużą zdolnością adaptacji. Programiści mogą zmienić dokładny mechanizm, aby dostosować go do konkretnych przypadków użycia blockchaina. Poniżej przedstawiono niektóre z najczęściej spotykanych.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Delegated Proof of Stake umożliwia użytkownikom stakowanie monet bez konieczności zostania walidatorem. W tym przypadku stakują je za walidatorem, aby mieć udział w nagrodach za blok. Im więcej delegatów stoi za danym walidatorem, tym większa jest szansa na jego wybór. Osoby zatwierdzające mogą zazwyczaj zmieniać kwotę udostępnianą delegatom w ramach zachęty. Reputacja walidatora jest również ważnym czynnikiem dla delegatów.

Nominated Proof of Stake (NPoS)

Nominated Proof of Stake to model konsensusu opracowany przez Polkadot. Ma wiele podobieństw do Delegated Proof of Stake, ale jedną kluczową różnicę. Jeśli osoba nominująca (delegat) stakuje za złośliwym walidatorem, może również stracić swój staking.

Nominowani mogą wybrać maksymalnie 16 walidatorów, za którymi będą stakować. Następnie sieć równo rozdzieli ich staking pomiędzy wybranych walidatorów. Polkadot wykorzystuje również kilka podejść z zakresu teorii gier i teorii wyborów, aby ustalić, kto forguje nowy blok.

Proof of Staked Authority (PoSA)

BNB Smart Chain wykorzystuje Proof of Staked Authority do generowania konsensusu sieci. Ten mechanizm konsensusu łączy w sobie mechanizmy Proof of Authority i Proof of Stake, pozwalając walidatorom na zmianę forgowania bloków. Do udziału w konkursie kwalifikuje się grupa 21 aktywnych walidatorów, wybranych na podstawie kwoty BNB, którą stakują lub za którą zostali oddelegowani. Zestaw ten jest ustalany codziennie, a BNB Chain przechowuje ten wybór.

Wniosek

Sposób, w jaki dodajemy bloki transakcji do sieci, zmienił się znacząco od czasu Bitcoina. Obecnie nie musimy już polegać na mocy obliczeniowej, aby wygenerować konsensus kryptowalut. System Proof of Stake ma wiele zalet, a historia pokazała, że Proof of Stake się sprawdza. W miarę upływu czasu wygląda na to, że Bitcoin będzie jedną z niewielu pozostałych sieci Proof of Work. Wszystko wskazuje na to, że Proof of Stake zostanie z nami na stałe.