Инвест Рейтинг » Финансовая энциклопедия » Proof of Stake и Proof of Work: что это такое и в чем их различия?
Обновлено 02/01/2022
Рынок криптовалют продолжает активно развиваться в международном масштабе. Цифровые активы признаны материальными ценностями в большинстве стран мира.
В Сальвадоре биткоин стал официальным платежным средством наряду с долларом США. Криптовалютные системы создаются с опорой на передовые достижения в сфере информационных технологий. Рассмотрим некоторые базовые принципы, которые являются основой функционирования платежных пиринговых сетей.
Содержание статьи
Технологии блокчейна предоставляют пользователям доступ к децентрализованному реестру транзакций, который функционирует без участия доверенной третьей стороны. Для сохранения целостности, упорядочивания транзакций и обновления цепочки информационных блоков используют различные механизмы консенсуса.
Разработанные алгоритмы защищают пользователей от атак хакеров, гарантируют безотзывность сделок и обеспечивают высокую масштабируемость пиринговой сети. В настоящий момент наибольшее распространение получили консенсус-технологии Proof of work и Proof of stake.
Компьютерные сети и интернет-сайты регулярно подвергаются DDoS-атакам. Кроме того, мошенники и недобросовестные предприниматели организовывают спам-рассылки и совершают иные нежелательные действия.
Для защиты серверов и сетей от виртуальных атак разработана специальная технология, которая называется Proof of Work (доказательство сделанной работы). Доступ к нужной услуге или веб-странице осуществляется только после того, как компьютер клиента решает сложную вычислительную задачу.
Полученный результат должен быстро верифицироваться сервером. Именно асимметрия временных трат на решение задачи и распознавание результата является основной особенностью подхода Proof of Work (POW).
Метод POW получил широкое применение в криптовалютных сетях. В качестве доказательства выполненной работы могут использоваться результаты расчетов по следующим функциям:
Алгоритм POW обеспечивает возможность проверки фактического выполнения расчетов, которые произвел участник криптовалютной сети. Блок признается валидным, если величина его хеша меньше значения, соответствующего текущей цели.
В каждом последующем информационном сегменте содержится хеш предыдущего. Для взлома блокчейна необходимо проделать вычисления, требующие больших вычислительных мощностей. Сложность расчетов является своеобразной защитой платежной системы от несанкционированного доступа.
В качестве примера использования технологии POW можно привести сеть биткоин. В указанной пиринговой системе доказательство выполненной работы применяется с целью существенного усложнения двойного расходования. Вычисление хеша блока проводится с использованием функции SHA-256.
Доказательство сделанной работы не является разновидностью капчи. Технология POW предполагает решение задачи по заранее заданному алгоритму в течение ограниченного срока. Для математических расчетов может использовать любой ПК, обладающий требуемой производительностью. Тест капча практически неразрешим для машины, но легко проходится человеком.
Пиринговые платежные системы, базирующиеся на технологии POW, могут быть захвачены хакерами. Описанная ситуация возникнет, если преступники возьмут под контроль более половины вычислительных ресурсов компьютерной сети. При таком развитии событий хакеры получат все эмитированные цифровые монеты и смогут блокировать любые транзакции в системе.
Еще одной проблемой является двойное расходование одних и тех же активов при оплате товаров. Мошенниками могут оказаться и владельцы майнинговых пулов. Они могут вводить в заблуждение участников системы путем распространения недостоверных рекламных сообщений. После этого блоки начинают публиковаться таким образом, чтобы вычислительные мощности сторонних пулов были потрачены впустую.
В этом случае пул злоумышленника получает преимущество перед другими участниками системы (так называемый «эгоистичный майнинг»). Подобная схема может быть реализована киберпреступниками, которые владеют менее 50 % вычислительных мощностей платежной системы.
В соответствии с правилами механизма POW для добычи новых цифровых активов нужно использовать все больше и больше вычислительных мощностей. Постоянный рост сложности вычислений приводит к росту потребления электроэнергии, которая необходима мощным компьютерным системам.
По оценкам исследователей из Кембриджского университета расход на майнинг биткоина оцениваются в 98 Твт/ч. Данная цифра сопоставима с энергопотреблением Филиппин или Казахстана. Использование углеводородного топлива для питания майнинговых ферм приводит к росту экологической нагрузки на окружающую среду.
Решением проблемы может стать использование альтернативных источников энергии. Примером подобного решения является крупная майнинговая ферма Genesis Mining Enigma, которая работает на геотермальной энергии.
Противники криптовалют считают, что огромные вычислительные мощности пиринговых сетей можно направить на разрешение фундаментальных научных и промышленных задач. Критики справедливо указывают на тот факт, что результаты вычисления специфических математических функций можно использовать только внутри конкретного блокчейна.
Механизм Proof of stake (POS) представляет собой алгоритм формирования информационных массивов в блокчейне. Впервые метод POS был применен в 2012 г. Вероятность генерации очередного блока напрямую зависит от числа цифровых монет, находящихся в электронном кошельке пользователя.
Например, участник, владеющий 2 % выпущенной криптовалюты, будет в среднем генерировать такое же количество новых блоков. Серверы сети хешируют информацию в поисках результата, который меньше определенного уровня. Сложность вычислений распределяется пропорционально балансу узла. Данный алгоритм представляет собой альтернативу технологии POW. При использовании указанного метода не потребуется использование высокопроизводительного компьютерного оборудования.
Главным преимуществом технологии POS является энергонезависимость. Участникам системы не требуется постоянно наращивать вычислительные мощности. Серьезным недостатком алгоритма является риск централизации и накопление средств в руках узкой группы людей.
Если подобная ситуация возникнет, то владельцы «блокирующего пакета» цифровых активов начнут контролировать форжинг и диктовать другим участникам системы свои условия. Для эффективного противодействия централизации технология POS позволяет применять алгоритмы теории игр.
Система, построенная на алгоритме Proof of stake, может подвергаться атаке хакеров, которые попытаются провести форк блокчейна. В этом случае в результате двойной траты ресурсов образуется альтернативная цепочка блоков. В указанный процесс могут вовлекаться сторонние майнеры. В результате двойного расходования средств часть криптовалюты будет украдена.
При использовании алгоритма POS криптоинвестор может получать пассивный доход за хранение монет в своем кошельке. Размер вознаграждения определяется типом криптовалюты и временем ее удержания. Стейкинг доступен для владельцев следующих типов монет:
Стейкинг является своеобразной альтернативой традиционного майнинга. Хранение монет позволяет получать процентный доход без использования дорогостоящего ASIC-оборудования. В этом смысле стейкинг чем-то напоминает банковский депозит. Помимо базовой схемы пользователь может выбрать следующие виды хранения монет:
Если инвестор хочет получать прибыль за счет стейкинга, то ему следует выбирать криптовалюты с низким уровнем волатильности. В этом случае владелец счета сможет снизить вероятность финансовых потерь, возникающих при резком падении рыночной стоимости цифрового актива.
Помимо волатильности нужно обращать внимание на минимальную стоимость контракта. Дело в том, что в некоторых системах установлен достаточно высокий порог входа. Например, для стейкинга в сети Ethereum 2.0 потребуется заблокировать не менее 32 монет. Данная сумма эквивалентна 9 млн рублей (по состоянию на конец 2021 года).
Помимо технологий POS и POW существуют иные программные механизмы, обеспечивающие работу блокчейн-платформ. В качестве альтернативного программного механизма рассмотрим подход Delegated proof of stake (DPOS). Данный механизм консенсуса был создан в 2014 г. DPOS применяется в блокчейнах Bitshares, Lisk, Steem и пр.
Механизм консенсуса функционирует благодаря наличию системы голосования. Стейкхолдеры могут отдавать свои голоса делегатам, которые осуществляют проверку транзакций, гарантируют неприкосновенность информации и подписывают сгенерированные блоки закрытыми ключами.
Число голосов пропорционально количеству монет, которыми владеет участник платежной системы. Средства, полученные делегатами, делятся пропорционально поданным голосам. Система голосования позволяет быстро избавляться от неэффективных и неверно работающих узлов. Скорость обработки транзакций в системах DPOS выше, чем в блокчейнах на основе POS.
В качестве альтернативы DPOS может применяться механизм консенсуса Proof of elapsed time (POET), разработанный компанией Intel. Данный алгоритм работает по принципу POW, но потребляет намного меньше электроэнергии. Математические расчеты проводятся в среде SGX.
Механизм POET работает следующим образом: каждый узел блокчейна должен находиться в режиме ожидания в течение случайного временного интервала. Первый, кто выждет обозначенный период, получит преимущество. После этого узлы сети переходят в спящий режим. Длительность периода ожидания рассчитывается случайным образом. Узел с наиболее коротким периодом спящего режима получает право на создание нового блока. Соответствующая информация транслируется по всей сети, затем цикл обнаружения блока повторяется.
Если блокчейн построен на алгоритме Proof of burn (POB), то для получения новых монет нужно «сжечь» определенное количество криптовалюты. Данный процесс представляет собой отправку активов на публичный верифицированный адрес, который навсегда блокирует поступившие средства. Чем больше криптовалюты будет «сожжено» пользователем, тем больше у него шансов стать валидатором блока.
В большинстве современных блокчейнов используется как технология POS, так и метод POW. В качестве примера комплексного применения механизмов консенсуса можно привести сети PeerCoin, BlackCoin, NovaCoin и пр. Комбинированные системы состоят из блоков обоих типов. Такой способ построения блокчейна значительно затрудняет переписывание лога транзакций и повышает общую защищенность сети.
При одновременном использовании обоих алгоритмов POW-блоки играют роль своеобразных контрольных точек (при рассмотрении суммарной сложности вычислений во всей цепочке). Данные информационные массивы могут использоваться для эмиссии криптоактивов. POS-блоки можно рассматривать в качестве процентного дохода по цифровому депозиту.
Технологии блокчейн постоянно совершенствуются. В ближайшем будущем мы можем увидеть более эффективные и надежные алгоритмы генерации информационных блоков. Инновации упростят интеграцию цифровых активов в мировую финансовую систему и повысят роль криптовалют в мировой экономике. Экологичные цифровые активы составят достойную конкуренцию традиционным фиатным валютам.
