Алгоритм Proof of Stake (PoS): подтверждение транзакций и майнинг без мощной вычислительной техники

Консенсус – понятие из мира криптовалют, означающее достижение узлами, работающими с некоторым блокчейном, согласия по состоянию и событиям распределенного журнала транзакций. Proof of Stake, или PoS, – в переводе с английского языка «подтверждение доли», один из двух наиболее распространенных алгоритмов, используемых в криптовалютах для подтверждения и майнинга (первым по популярности остается Proof of Work, но он постепенно сдает позиции).

Суть алгоритма

Итак, Proof of Stake – что это такое?

Алгоритм PoS представляет собой альтернативу Proof of Work. Протокол появился в 2012 году и впервые реализован был в платформе PPCoin (более известной как Peercoin). Основная идея Proof of Stake – «доля» имеющихся у ноды монет, Stake, определяет, какой узел сети получит право на открытие нового блока в процессе майнинга.

В процессе майнинга по принципу PoS ноды сети, как и в PoW, производят некоторые операции хеширования, но сложность вычислений распределяется по каждому узлу пропорционально доле виртуальных монет на счету ноды. То есть, чем больше токенов валюты имеется у пользователя, держащего ноду, тем выше у него шанс открыть новый блок.

Важно: хотя выше употреблялся термин «майнинг», технически он не совсем верен. В Proof of Stake майнинг, как таковой, отсутствует – все выплаты идут за счет комиссий стейкхолдерам. Те, кто подтверждают транзакции и создают блоки, называются валидаторами. По тексту далее процесс будет называться майнингом для простоты восприятия.

Объяснить, как работает Proof of Stake и что это простыми словами, можно на следующей схеме. Итак, предположим, что у нас есть блок, который нужно подписать и добавить в цепочку.

Есть четыре валидатора с определенными долями (40, 20, 25 и 15% токенов):

Поскольку у валидатора 1 больше всего монет, блок подписывает именно он. Кроме того, он получает комиссию за все транзакции, содержащиеся в этом блоке.

Что такое алгоритм консенсуса?

Консенсус в блокчейне — процесс достижения соглашения по вопросу значения распределенных данных — необходимо, чтобы решение было одно. Это идеально вписывается в структуру распределенного регистра блокчейна.

В отличие от традиционной базы данных, контролируемой администратором, публичная цепочка блоков (блокчейн) представляет собой одноранговую децентрализованную сеть, в которую потенциально может внести свой вклад любой участник. Консенсус необходим для функционирования такой распределенной сети, учитывая потенциально тысячи операторов узлов: все они должны согласовать состояние сети, чтобы она работала должным образом.

Механизм консенсуса — это процесс, с помощью которого сеть надежно и автоматически определяет, какой представленный блок участника — который является записью последних транзакций — будет добавлен в цепочку, таким образом добывая и награждая их новой криптовалютой в процессе.

Предпосылки появления

Несколько лет «доказательство выполнения работы» оставалось единственным методом достижения консенсуса (как в сети Bitcoin). Со временем, однако, сложность майнинга (объем необходимых для открытия блока и подтверждения транзакций вычислений) растет, увеличиваются требования к оборудованию и стоимость такового. Затраты электроэнергии на добычу становятся выше, и это делает «классический» майнинг невыгодным для пользователей с небольшими возможностями, доходность процесса падает.

Несмотря на то, что высокая сложность до известной степени защищает сеть PoW от атак типа «51%», разработчики стали искать альтернативы, и одним из результатов этих поисков стал алгоритм Proof of Stake – «доказательство доли владения».

Доходность PoS майнинга

Многие майнеры не считают форжинг прибыльным занятием, в отличие от PoW майнинга. Это ошибочное мнение. Владельцы больших объемов токенов, которые постоянно держат свои кошельки онлайн, получают ощутимый пассивный доход. Преимущество еще в том, что если вы не захотите продолжать форжинг, вы можете в любой момент продать монеты и возместить затраты на майнинг. Кроме того, свою долю владения можно сдать в аренду другому валидатору, получая за это процент от вознаграждения. Вы просто делегируете свою долю и ждете начислений. Никаких дополнительных действий предпринимать не нужно. Единственное, чего необходимо опасаться в PoS майнинге, – это концентрирование большого объема средств в одних руках. Это чревато централизацией сети.

Для создания уникальных платформ используют разные критерии форжинга. Разработчики криптовалют самостоятельно определяют, сколько монет необходимо иметь на счету, чтобы пользователь мог стать валидатором. В сети Waves, например, нижний лимит составляет 10 000 токенов. В сети Ripple вообще платные адреса кошельков, для активации каждого из них нужно внести 20 XRP, которые блокируются на счету и не подлежат выводу. Таким образом, создавать разные адреса кошельков в сети невыгодно.

Для PoS майнинга проще всего использовать платформу Nxt, которая предлагает сниженный порог входа. Для участия в форжинге необходимо иметь разблокированный (открытый) аккаунт, а первая транзакция должна получить 1440 подтверждений. После этого участник получает право генерировать блоки.

Особенности

В криптовалютном мире существуют различные реализации Proof of Stake, но их объединяет общая идея: ресурс, посредством которого вычисляется «вес» голоса узла в системе – монеты той или иной криптовалюты. Чем больше монет депонировано на счету, тем выше шанс на раскрытие блока и получение вознаграждения.

Как уже понятно, для майнинга необходимо иметь некоторое количество виртуальных монет на счету – чем больше, тем лучше.

Важно: в проектах, эксплуатирующих PoS-алгоритм, майнинг можно начать лишь с приобретением некоторого количества токенов, «пустая» нода с нулевым балансом подтверждать транзакции не сможет. Так, чтобы создать полную ноду DASH, требуется не менее 1000 токенов.

Для начала майнинга нужно:

• установить клиентское программное обеспечение криптовалюты;
• пополнить баланс любым удобным способом;
• обеспечить присутствие ноды в онлайне.

Собственно, на этом в общем случае все действия заканчиваются. Теперь шансы пользователя открыть новый блок зависят только от объема имеющейся у него доли токенов.

PoS майнинг на Raspberry Pi

Чтобы максимально снизить затраты на майнинг, пользователи используют компьютеры Raspberry Pi, точнее последнюю версию Raspberry Pi 3 B. Она позволяет практически в 100 раз сократить расходы по сравнению с майнингом на среднем ПК.

Для майнинга необходимо:

1. Последняя модель Raspberry Pi 3 B, но можно и другие версии.
2. Карта MicroSDHC (можно на 6 ГБ, но если есть возможность, купите на 16 ГБ).
3. Адаптер питания или кабель Micro USB. Зарядное устройство RPi, например, будет работать круглые сутки.
4. USB-адаптер WiFi или Ethernet кабель. Для надежности советую выбирать сетевой кабель.
5. Кабель HDMI, USB-клавиатура и монитор (если вы планируете установку интерфейса).

Майнинг и заработок в PoS

В проектах, работающих на принципе Proof of Stake, майнинг новых монет производится за счет выплат определенной комиссии узлу, открывшему новый блок. Процесс происходит следующим образом:

• обладатели монет (стейкхолдеры) размещают токены на балансе;
• эти средства блокируются на какое-то время;
• после проведения голосования в системе и открытия блока пользователю, открывшему таковой, начисляется некоторое вознаграждение.

Важно: как следует из сказанного, средства на кошельке для майнинга должны находиться без движения, их нельзя тратить. Чтобы проводить собственные операции в системе, следует завести отдельный кошелек. Также участвующая в майнинге нода должна быть все время онлайн.

Кроме того, можно попытаться заработать на разнице курсов валют на бирже. В частности, современные децентрализованные биржи, или DEX – PancakeSwap, Uniswap, SushiSwap и остальные, используют алгоритмы семейства PoS.

Интересно: кроме «чистого» PoS, существуют и другие вариации этого алгоритма. Так, например, использованный в криптовалюте NEM протокол Proof of Importance (доказательство важности) использует трехкомпонентную систему подтверждения. Учитывается число монет на счету, время нахождения узла онлайн и его активность (количество транзакций). Влияние первого параметра обратно пропорционально сумме «веса» второго и третьего.

Еще один вариант – алгоритм Delegated Proof of Stake, или DPoS, когда пользователи сети выбирают некоторое количество узлов, обладающих правом подтверждать транзакции. Таков, например, созданный программистом из США Дэном Ларимером проект Bitshares.

Подробнее эти варианты будут рассмотрены ниже.

PoS пулы

Майнинг на Proof-of-Stake менее затратный, тем не менее участникам необходимо иметь на своем счету большое количество монет. Сумма депозита зависит от условий сети и стоимости монет. Чтобы быстрее набрать нужный стек, сообщество начало объединяться в пулы.

В PoS майнинге важно, чтобы нода была круглосуточно подключена в сети. Перебои сети или проблемы с электричеством могут нарушить процесс, из-за чего ваш кошелек переместится в конец очереди.

Присоединившись к пулу, пользователи получают такие преимущества:

• запуск мастерноды происходит с высокоскоростного сервиса, который круглосуточно подключен к сети;
• настройкой нод и другими техническими нюансами занимаются специалисты;
• можно работать с любого уголка мира, даже если нет постоянного доступа к интернету или случаются перебои с электричеством;
• поскольку пулы владеют большим количеством общих монет, можно прогнозировать стабильный доход.

Но у пулов есть также недостатки. Этот механизм не имеет должного регулирования. Организаторы пулов руководствуются своими принцами, и никто не защищен от мошенничества. Очень важно выбирать только крупные пулы, которые успели завоевать доверие криптовалютного сообщества.

В последнее время появилось большое количество мультивалютных PoS пулов, которые дают возможность объединять ставки. Рассмотрим самые популярные:

• SimplePoSPool: https://simplepospool.com/. Полностью автоматизированный пул с прозрачной системой вознаграждения, снятий и депозитов. Общая плата за мастерноды составляет 5 % от каждой награды. Также сервис предлагает четырехуровневую партнерскую программу. Насчитывает 20 Staking и 48 Masternode.
• Stakecube: https://stakecube.net/. 96 % вознаграждения распределяется между участниками, 1 % поступает в банк для Lottery и Airdrops и регулярно будет возвращаться всем участникам. 2 % идут на покрытие расходов для филиалов, серверов и сотрудников. 1 % идет в команду. Все отчисления прозрачны и детально описаны на официальном сайте сервиса. В листинге находится 24 монеты.
• Staking.live: https://staking.live/. Сервис снимает 2.5 % от вознаграждения за ставку. Вывод полностью автоматизирован и неограничен. Но задержки зависят от вашего ранга. Обычно это не занимает больше 8 часов. В листинге сервиса находится 32 криптовалюты.
• Stakinglab: https://stakinglab.io/. Сервис поддерживает более 70 монет. За каждый созданный блок компания забирает 3 % комиссии и еще 0.1 % за вывод ставки.
• BTCpop: https://btcpop.co/home.php. Это разнообразная платформа, которая подойдет начинающим пользователям. Большое преимущество в том, что средства пользователей хранятся в автономном режиме. Сервис предлагает большое количество монет, быстрый вывод и поддержку.

Чтобы присоединиться к пулу и начать зарабатывать, необходимо выполнить несколько действий:

1. Выбрать подходящий сервис и пройти регистрацию.
2. Выбрать монету.
3. Перевести необходимое количество монет на адрес пула, указав ID аккаунт.
4. Накопленные монеты вывести на внешний кошелек.

При выходе из пула пользователи платят небольшую комиссию.

Преимущества и минусы

Протокол «доказательства доли владения» обладает рядом существенных преимуществ для потребителя:

1. Нет нужды в дорогостоящем оборудовании для майнинга, создании фермы. Все, что нужно, – компьютер с кошельком и токены выбранной криптовалюты на балансе.
2. Не нужно думать о том, где размещать оборудование, как обеспечить его бесперебойное электропитание и охлаждение.
3. Относительно низкий «порог входа», в отличие от PoW-валют, особенно тех, чья сложность подразумевает приобретение ASIC майнеров, стоящих сотни тысяч рублей.
4. Экологический аспект – экономится электроэнергия, на производство которой уходят невосполнимые природные ресурсы, а окружающая среда в процессе генерации энергии загрязняется.
5. Нет привычной для биткоина и ему подобных проектов «гонки вооружений» оборудования – хешрейт ограничивается числом монет в кошельках стейкхолдеров.

Важное преимущество PoS – затруднение атаки «51%». Чтобы осуществить таковую, злоумышленник должен не обеспечить превосходство в вычислительных мощностях, а закупить 51% токенов криптовалюты, что оказывается финансово невыгодным. Кроме того, от такой атаки нарушится баланс в сети и устойчивость криптовалюты, то есть пострадает сам атакующий.

Но есть и некоторые недостатки, вызывающие опасения у специалистов:

• тенденция к централизации, проистекающая из сути алгоритма: он стимулирует стейкхолдеров накапливать и удерживать средства на балансе;
• достаточно большая группа токеновладельцев, аккумулировавшая на счетах значительный объем монет, способна начать диктовать правила работы сети;
• теоретически возможная проблема Nothing-as-Stake, или «пустого стека»: злоумышленник может, использовав несуществующие «виртуальные» ресурсы, создать форк блокчейна, осуществив, например, атаку «двойного расходования», отклонение операций и т.д.;
• низкая активность пользователей. Примером служит Curve Finance, пользователи которой заблокировали для участия в голосовании лишь чуть более 6% своих токенов.

Почему Proof of Work продолжает развиваться и существовать?

В то время как PoS определенно лучше своего соперника, мы считаем, что PoW не исчезнет ближайший десяток лет, его потребность во время майнинга будет увеличиваться.PoW предоставляет множество преимуществ для участников и отрасли, которых нет в PoS.

Распределение предложения. Proof of Work намного лучше своего оппонента подходит для распределения продажи валют. Хотя майнерам и платят за свою работу, расходы, связанные с проверкой найденных решений, требуют, чтобы они продавали свой запас монет, а не хранили их. Это создает более равномерное распределение и ликвидность на рынке. Накопление активов не выгодно для майнера, как в алгоритме Proof of Stake, поэтому майнер получит большую прибыль за покупку и продажу, а не за холдинг.

Консенсус и клиенты SPV. В Proof of Work, когда блок-цепочка делится на две цепи из-за проблем социального или технического характера, намного легче определить, какая из них имеет лучшую поддержку майнинга. Майнеры, как правило, следуют за той цепочкой, которая имеет большее количество выполненных работ. Это создает более стойкую блок-цепочку с меньшей вероятностью двойной оплаты или проверки.

Управление инфляцией. Алгоритм Proof of Work отлично подходит для развития раздуваемых валют, он в любой момент может изменить сложность уравнения для корректировки создания новых монет. В алгоритме Proof of Stake не существует никакого сотрудничества между технологиями и рынками для регулирования и поддерживания дефляционного предложения.

Добыча определяется балансами в кошельках обладателей монет. Блоки производятся по установленному графику, распределение новых монет определяется пропорционально, исходя из того, сколько у обладателей криптоактивов есть неизрасходованных монет. По существу, «Proof of Stake» не оставляет возможности рыночному механизму регулировать инфляцию. Теоретически, развитие монет через алгоритм PoS происходит стабильно, независимо от их стоимости и рентабельности, однако это полностью разрушает любые рыночные правила, которые контролируют развитие.

В результате, даже при общей нехватке предложения, ошибки в поставках будут наносить ущерб денежной системе на основе PoS, не оставляя места для стабильности и затрудняя надежный экономический рост.

Качество оборудования. Во время работы с протоколом PoW, сообщество майнеров постоянно совершенствует используемое оборудование и ищет менее энергоемкие решения. Использование наилучшего оборудования часто экспоненциально лучше, чем менее дорогостоящие аналоги при работе через алгоритм PoS.

Уменьшение возможности глобальной атаки. PoW поощряет силы в экосистеме, работающие для улучшения сообщества, стимулируя инвестиции в систему — майнеры, которые используют больше вычислительной аппаратуры для блокчейна, зарабатывают больше криптовалюты. Прежде всего, это стимулирует честность, потому что обеспечение целостности транзакций также гарантирует вознаграждение майнеров.

Кроме того, по мере ввода в эксплуатацию большего числа мощностей и внедрения лучшего технологического оборудования, в интересах майнера инвестировать больше средств в данную отрасль, чтобы конкурировать на рынке. Хотя майнеры все еще получают комиссионные за каждую транзакцию, которую они обрабатывают, им все также необходимо конкурировать за часть сети, чтобы получить более высокий шанс на добычу, например, биткойнов.

Это значительно усложняется получение достаточной хэш-ставки (51%) для совершения атаки на систему — данное действие становится слишком дорогостоящим для хакера, дает очень мало вознаграждения, особенно по сравнению с майнингом. Сегодня, по оценкам экспертов, такая атака будет стоить более миллиарда долларов.

Безопасность. Алгоритм PoS создает более высокие угрозы безопасности системе, которые не присущи системе PoW. Консенсус PoS не закреплен в физическом мире (с хеширующим оборудованием в PoW). Большинство валют, полагающихся на PoS, также используют дополнительные механизмы для решения проблем безопасности, часто это комбинация как PoS, так и PoW.

Форкинг и двойной платеж. Proof of Stake имеет серьезную проблему: если есть вилка в блочной цепи (случайная или преднамеренная), рациональное поведение пользователей данной сети заключается в разделении блоков на обеих ветвях. С помощью алгоритма PoW такое поведение является иррациональным. Разбивая ресурсы на несколько ветвей, майнер уменьшает вероятность нахождения блока.

Оптимальная стратегия в системе PoW всегда должна выполняться на одной ветви, так как рациональное поведение в системе PoS состоит в том, чтобы отбирать блоки поверх всех ветвей, о которых знает пользователь. Эта проблема позволяет легко осуществлять двойные платежи или другие виды атак, которые приходят с разветвлением цепочки блоков.

Богатые получают больше. В отличие от PoW, где майнер получает деньги за выполнение работы, в мире PoS, чем большим количеством активов вы владеете, тем больше вы зарабатываете. Кроме того, в соответствии с этим алгоритмом, изменения кода протокола не определяются соглашением майнера, они определяются голосованием кошельков. Протокол взвешивает голоса, основываясь на запасах кошельков.

Поэтому тот, кто имеет наибольшее количество денег, оказывает наибольшее влияние на голосование. Это означает, что небольшая группа состоятельных майнеров может контролировать всю майнерскую сеть, голосуя за изменения, которые приносят им пользу. В рамках такой системы крупная организация или богатая группа людей, например центральный банк, могут использовать денежные средства для покупки огромных количеств монет в алгоритме PoS, удерживая их до тех пор, пока их кошельки не будут иметь право на участие в голосовании.

Захватив власть в системе, контроль интересов в сети PoS мог бы проголосовать за снятие ограничения на поставку. И поскольку у них есть самые высокие запасы монет, они получают наивысший доход во всей системе — они имеют контроль над всей денежной массой. Такое голосование, по сути, создало бы центральный банк, позволяющий контролерам использовать и распространять недавно выпущенные монеты по своему усмотрению. Другими словами, они могут проводить денежно-кредитную политику центрального банка. Следовательно, экономические циклы, политика и коррупция войдут в систему, превратив основанную на PoS экономику в тотальный хаос.

Апатия участников. В делегированной PoS одной из главных проблем является апатия избирателей. Многие люди голосуют один раз, забывают изменить свой голос или проголосовать за прокси, забывают следить за результатами. Наличие апатии избирателей является признаком того, что стимулы не установлены должным образом в системе.

Когда власть находится в руках пользователей, у которых есть долгосрочная приверженность капитала к проекту, у них есть больше стимулов для голосования, потому что они не могут продавать в течение нескольких месяцев или лет. Согласно существующей системе делегированных доказательств, большинство пользователей предпочитают пассивно принимать решения, принятые другими, а затем голосуют, продавая токен. Когда пользователи имеют возможность «голосовать без обязательств», полностью меняется расклад сил.

Накопление активов. POS поощряет накопление активов, что отлично подходит для спекуляций, но не для развития валют или ех ликвидности. Поскольку PoS вознаграждает людей за количество монет, которые у них есть, естественным было бы держать монеты, а не распространять их. Это означает, что ликвидность уменьшится, и майнеры, имеющие большинство токенов, будут контролировать процесс валидации. Это противоречит всей основе децентрализованной системы и удаляет самую важную часть блокчейна — фактор доверия.

Отличия PoW от PoS

Споры об отличиях, преимуществах и недостатках одной системы консенсуса от другой не утихают, и обе стороны приводят массу аргументации. Инфографика ниже приводит ключевые отличия:

Как видно, основных различий несколько:

• в методе подтверждения транзакций и выборе узла, делающего это;
• в механизме начисления доходов валидатору;
• в энергоэффективности за счет отсутствия необходимости в мощном оборудовании.

Виды протоколов

Не все блокчейны создаются одинаковыми, и многие сильно различаются в зависимости от типа алгоритма консенсуса, который они используют.

Proof-of-Work

Вкратце:

• Proof-of-Work — это алгоритм консенсуса, который защищает децентрализованную сеть блокчейна биткойн.
• Биткойн-майнеры пытаются решать сложные математические уравнения с помощью энергоемкого процесса, чтобы генерировать новые блоки и получать вознаграждения в биткойнах.

Самый известный алгоритм консенсуса — Proof-of-Work (PoW). Он представлен такими монетами, как Bitcoin, Ethereum и Litecoin. Подход PoW стал первым подобным алгоритмом и сегодня он продолжает широко использоваться.

PoW — это простая конструкция, которая, как известно, обладает высокой устойчивостью к кибератакам. Этот подход полностью зависит от вычислительных мощностей каждого члена сети для решения проблем и достижения консенсуса при проведении транзакции.

Тот факт, что он требует ввода данных в своей сети, делает PoW очень трудным для взлома (любая успешная атака потребует, по крайней мере, 50% мощности хеширования всей сети), но это также делает его чрезвычайно затратным с точки зрения энергопотребления. По некоторым оценкам, Биткойн использует 32 ТВтч энергии в год, что примерно равно количеству электроэнергии, используемой всей Данией.

В результате, многие отраслевые эксперты считают, что, хотя PoW и является надежным, но этот протокол уже по-немного начинает терять актуальность, и, как говорят, монеты, подобные Ethereum, изучают альтернативные меры по защите своих децентрализованных сетей. К тому же FOTON подсчитали, что вся криптоиндустрия может сэкономить около 36 миллиардов долларов в год, отказавшись от PoW.

Proof-of-Stake

Proof-of-Stake (PoS) рассматривается, по крайней мере Ethereum, как наследник трона блокчейна. PoS действует как гораздо более энергоэффективное и децентрализованное воплощение алгоритма консенсуса.

Переход крипто-гиганта Ethereum из PoW в PoS показывает потенциал, которым обладает альтернативный подход.

В тех случаях, когда PoW требует участия сети для совместной работы в создании узлов, PoS работает с вероятностями. Совет блокчейн определяет PoS следующим образом:

«Proof of Stake опирается на вероятностную модель для выбора валидаторов, где вероятность того, что валидатор получит блок для решения, прямо пропорциональна количеству монет, внесенных им в качестве залога для защиты сети. Этот залог может быть изъят, если было замечено какое-либо нарушение со стороны валидатора. Основная математическая головоломка похожа на ту, что используется в Proof of Work. Однако ее сложность значительно снижается»

Byzantine Fault Tolerance (BFT)

Byzantine Fault Tolerance (BFT) назван в честь старой математической загадки Задача византийских генералов. В известной загадке несколько византийских генералов окружили город своими армиями — они должны договориться о действиях при атаке или отступлении. Если решение не будет согласовано генералами, то операция приведет к катастрофе.

Создатели алгоритма консенсуса увидели связь между проблемой византийских генералов и проблемой поиска консенсуса в распределенной базе данных блокчейна. В некоторых приложениях, где целостность цепочки является обязательной, как, например, в платформах управления цифровыми активами, создание быстрой связи между сетями является краеугольным камнем использования блокчейна. Этот подход к алгоритму консенсуса основан на массовой координации.

Подробнее читайте в нашей статье.

Преимущества BFT-подхода в том, что это недорогое решение, которое можно масштабировать. Тем не менее, этот подход еще не завоевал доверие сообщества.

Список PoS монет

Ниже приведен список некоторых криптовалют, использующих «чистый» PoS и его вариации.

Таблица 1. Примеры PoS криптовалют.

Консенсус	Криптовалюта
PoS	DASH; Stratis; BlackCoin; PIVX; OkCash; QTUM; OmiseGO; Cardano; NAVCoin.
LPoS	NXT; Waves.
DPoS	Bitshares; EOS; Tron (частично относится и к PoW); Raiblocks; NEOGAS.
PoI	NEM.
PoA	UMI; VeChain.
DBFT	NEO (ограниченно относится и к DPoS, см. NEOGAS).

Интересно: на 2022 г. командой Виталика Бутерина был запланирован переход сети Ethereum на протокол PoS. Решение перевода криптовалюты на Proof of Stake было принято, чтобы уйти от негативных последствий дальнейшего роста сложности на текущем консенсусе Proof of Work. Релиз нового протокола Casper, который должен был помочь в трансформации, состоялся еще осенью 2017 года. Однако, событие было отложено. В недавних интервью Бутерин отметил, что переход на PoS все же может состояться в 2022 году.

Другие проекты на алгоритме PoS:

• Komodo, работающая на протоколе dPoW, гибриде PoS и PoW;
• гибридный принцип реализовывал Bitconnect;
• платформа SP8DE, проводившая ICO в феврале-марте 2022 г.

Кто и когда создал технологию Пруф оф Стейк

Впервые технология Proof of Stake была описана программистом Санни Кингом, который пытался решить проблему чрезмерного потребления классическим блокчейном электроэнергии. Произошло это в 2011 г. и на тот момент поддержание работы сети биткоина обходилось в сумму около $150 тыс. В следующем 2012 г. предстоял халвинг (снижение вдвое награды за генерацию каждого блока), что еще больше мотивировало Санни и его коллег на создание альтернативного блокчейна. Новая криптовалюта, в которой впервые был применен алгоритм Proof of Stake, получила название Peercoin. Она увидела свет в 2013 г. и использовала не только PoS, но и элементы PoW

В 2013-14 гг. стали появляться первые криптовалюты Proof of Stake, где используется только эта технология. Среди них монеты NXT и Blackcoin, которые решали несколько важных проблем PoS. В этот же период к разработке данной технологии подключился Виталик Бутерин, основатель криптовалюты эфириум. Он поставил цель – полностью перевести свой платформу на Proof of Stake, в результате чего данная технология вскоре стала доминирующей в мире криптовалют. Новая платформа носит имя Ethereum 2.0 и внедряется в несколько этапов.

Различия PoS-like консенсусов

Рассмотрим вариации методик доказательства доли владения:

1. Алгоритм PoS – рассмотрен выше, шанс на открытие блока и получение вознаграждения зависит от доли монет на счету любого пользователя системы.
2. Leased PoS (LPoS) – механизм, позволяющий пользователям сдавать токены в аренду другим узлам. Переданные в аренду средства увеличивают «вес» ноды, давая ей больше шансов открыть блок и получить вознаграждение. В обмен на токены узел-арендатор делится доходом с арендодателями.
3. DPoS – Delegated Proof of Stake. Принцип делегированного подтверждения доли подразумевает, что стейкхолдеры выбирают некоторые узлы, которые создают новые блоки и добавляют их в цепочку.
4. Proof of Importance, или подтверждение важности. Этот принцип был рассмотрен выше, основывается он на комбинации параметров узла – его баланса, активности и сетевого аптайма.
5. Proof of Authority, или подтверждение полномочности. Вместо стеков токенов валидаторы используют собственную репутацию.
6. DBFT. Под аббревиатурой скрыто понятие Delegated Byzantine Fault Tolerance, переосмысляющего консенсус PoS. Отказоустойчивый византийский протокол позволяет держателям токенов криптовалюты выбирать т. н. «счетовода» (bookkeeper), а группа нескольких, избранных всей сетью счетоводов будет генерировать новые блоки и отвечать за достижение консенсуса.

Особенности алгоритма PoS

Proof-of-Stake прошел разные этапы развития. Сейчас алгоритм разделился на несколько вариантов, появились усовершенствованные протоколы DPoS и Casper. Последний используется в сети Ethereum. Рассмотрим их подробнее:

1. DPoS (Delegated Proof-of-Stake) – протокол достижения консенсуса в децентрализованной среде. Проще говоря, это разделение участников. Владельцы долей не принимают участие в подтверждении транзакций, а лишь голосуют за тех, кто будет формировать блоки. Условия между алгоритмами DPoS и PoS отличаются. В первом случае пользователи должны раскрыть свою личность и заявить о готовности бесперебойно поддерживать сеть.
2. Casper – оптимизированный протокол сети Эфириум, разработкой которого занимался Виталик Бутерин. Он перевел сеть из механизма PoW на PoS, разновидностью которого он является. При этом алгоритм гибридный, то есть он не вытесняет полностью протокол Proof-of-Work, а объединяет его с чистой версией PoS, где не предусмотрен классический майнинг. Casper имеет структурные отличия от Proof-of-Stake. При верификации блоков происходит блокировка части средств. Если выясняется, что валидатор поддержал форковую пустую цепь, помимо заблокированных средств дополнительно он теряет сумму, аналогичную двойной трате.

На сложность PoS майнинга влияют поставленные задачи и время, затраченное на их обработку. Доход валидаторов зависит от многих факторов: разновидность криптовалюты, ее курс, дальнейшие перспективы, количество монет на счету. Отмечу, что для каждого узла определяется индивидуальный уровень сложности. Он зависит от доли владения. Например, если разработчики проекта создадут пул, где будет находиться более 50 % монет от общей эмиссии, сложность майнинга будет минимальной. Это позволяет спрогнозировать, какой узел создаст новый блок.

PoS майнинг не требует загрузки мощностей, в отличие от стандартной добычи монет на алгоритме PoW. Вознаграждения начисляются из комиссионных сборов, которые пользователи платят за услуги сети. Объем вознаграждений напрямую зависит от «возраста монет».

Интеграция алгоритма PoS связана с необходимостью увеличения энергетической эффективности майнинга. Многие PoW-криптовалюты не окупаются из-за дороговизны оборудования и больших затрат на электроэнергию. Вычисления на алгоритме PoS позволяют сократить затраты, но это касается не всех криптовалют.

Участников PoS пулов называют форджерами. Они должны владеть большим количеством монет. Такой механизм защищает сеть от «случайных людей», которые хаотично переключают мощности между проектами. Владельцы большого количества токенов заинтересованы в стабильной работе сети и готовы поддерживать монеты на криптовалютных биржах, продвигать проект в социальных сетях и т. д.

Особенность алгоритма PoS заключается в защите от «атаки 51 %». Чтобы достичь лидирующего положения, мошеннику необходимо выкупить большую часть предоставленных активов. Такие манипуляции невыгодны хакерам.

Перспективы Proof of Stake

Специалисты в области криптовалют справедливо отмечают, что Proof of Work становится слишком сложным, дорогим и невыгодным для конечного пользователя. Поэтому у Proof of Stake и его вариаций в новых криптовалютных проектах, скорее всего, большое будущее, несмотря на некоторые имеющиеся недостатки, над устранением которых активно работают авторы проектов. И даже текущие криптосистемы переходят на PoS – такие как эфир.

Существует большая вероятность, что количество PoS-проектов в криптовалютном мире будет увеличиваться, а доказательство выполнения работы станет постепенно устаревать и отходить на второй план, особенно в долгосрочной перспективе, благодаря очевидным преимуществам:

• энергоэффективность;
• стоимость «входа» и работы;
• безопасность;
• децентрализация, не зависящая от вычислительных мощностей.

Как осуществляется защита технологии POS

Криптовалюты на PoS алгоритме построены на принципе полной децентрализации. Сети этого типа не предполагают наличие единого центра управления для принятия решений относительно последующего развития системы и внесения корректив в ее работу. Пруф оф Стейк максимально неудобен для мошенников и хакеров. Они не смогут получить доступ к сведениям об истинной версии базы данных Blockchain. Соответственно совершение противоправных действий становится невозможным.

Сеть Proof of Stake устроена таким образом, что для взлома хакерам потребуется техника с колоссальной вычислительной мощностью. Затраты на приобретение оборудования не покроют вероятный профит, который можно извлечь из взлома криптовалюты. Bitcoin работает по иному принципу. Для обеспечения безопасности сети, расходуются физические ресурсы и огромные вычислительные мощности.

В перспективе Proof of Stake криптовалюты станут популярнее монет BTC.