В блокчейне, механизм консенсуса играет ключевую роль в поддержании безопасности и легитимации содержимого, записанного в блоках. Были предложены различные механизмы консенсуса блокчейна. Однако не существует технического анализа и сравнения в качестве руководства для определения того, какой тип механизма консенсуса следует принять в конкретном сценарии/приложении. Наиболее популярными механизмами консенсуса в блокчейне являются системы Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS). Эта статья будет посвящена описанию и сравнению PoW и PoS, однако обратите внимание, что существует ряд других систем, таких как делегированное доказательство доли (DPoS) и Федеративное византийское соглашение (FBA). Определяется их производительность с точки зрения среднего времени по созданию новых блоков, задержку подтверждения, количество транзакций в секунду (TPS) и вероятность отказа.
Концепция Proof of Work существовала до криптоактивов. Идея была впервые опубликована Синтией Дворк и Мони Наор в журнальной статье 1993 года, однако только в 1999 году Маркус Якобссон придумал термин «доказательство работы».
Впоследствии эта концепция была адаптирована для защиты цифровых денег Хэлом Финни в 2004 году с помощью идеи «многоразового доказательства работы» с использованием алгоритма хеширования SHA-256.
Доказательство работы PoW (Proof of Work) — это механизм, который позволяет децентрализованной сети прийти к консенсусу или согласовать такие вещи, как баланс счета и порядок транзакций. Это предотвращает «двойную трату» пользователями своих монет и гарантирует, что сеть чрезвычайно сложно атаковать или манипулировать.
PoW описывает систему, которая требует значительных, но выполнимых усилий для предотвращения необоснованного или злонамеренного использования вычислительной мощности, такого как рассылка спама по электронной почте или запуск атак типа «отказ в обслуживании».
PoW — это наиболее классический механизм консенсуса в блокчейне, который был впервые использован Биткойном. Его основная идея заключается в том, что члены системы (майнеры) используют свои вычислительные мощности для выполнения операции хэширования (SHA-256)
Применение Proof-of-Work таким образом, возможно, является центральной идеей, необходимой для Биткойна , поскольку оно обеспечивает ненадежный и распределенный консенсус.
Как работает майнинг биткойнов:
Группа транзакций объединяется в пул памяти (mempool).
Майнеры проверяют законность каждой транзакции в мемпуле, решая математическую головоломку.
Первый майнер, решивший головоломку, получает вознаграждение в виде недавно отчеканенных биткойнов (награда за блок) и комиссии за сетевые транзакции.
Проверенный мемпул, который теперь называется блоком, присоединен к блокчейну.
Тип головоломки, которую должны решить майнеры, имеет несколько ключевых особенностей, которые определяют систему Proof of Work:
Головоломки асимметричны, то есть майнерам сложно их решить, но сеть легко проверяет правильный ответ.
Головоломки не требуют навыков, они требуют грубой силы. Это гарантирует, что одни майнеры не получат несправедливого преимущества перед другими. Единственный способ для майнера повысить свои шансы на решение головоломки — приобрести дополнительную вычислительную мощность; что-то очень энергоемкое и капиталоемкое.
Параметры головоломки периодически обновляются, чтобы поддерживать согласованное время блока. Протокол Биткойн, например, имеет целевое время генерации блока 10 минут. Так, например, если среднее время блока за две недели уменьшилось до менее 10 минут, сеть автоматически увеличит сложность. Это, в свою очередь, увеличивает количество вычислений и среднее время, необходимое для решения головоломки.
Плюсы:
-Самый старый и безопасный
-Комиссия за транзакцию не -обязательна
-Легко проверить решения
-Трудно найти решения
-Сложность поиска решений может быть точно определена количественно
-Доказуемо неотделимо от блока, который он защищает
Минусы:
-Низкая производительность
PoW использует огромное количество вычислительной мощности, что само по себе снижает мотивацию.
- Уязвим для атак, потенциальному злоумышленнику потребуется 51% ресурсов для управления сетью, хотя это сделать очень непросто.
-Уменьшение вознаграждения за блок
-Proof of Work ограничивает входные данные структурой заданного алгоритма работы блокчейнов.
Доказательство доли (PoS)
Альтернативный механизм консенсуса, впервые реализованный в 2012 году. Идея состоит в использовании «доли» (stake) в качестве ресурса, который определяет, какая именно нода получает право добычи нового блока.
Системы Proof of Stake имеют ту же цель проверки транзакций и достижения консенсуса, однако этот процесс сильно отличается от систем Proof of Work.
С Proof of Stake нет математической головоломки, вместо этого создатель нового блока выбирается детерминированным образом на основе его доли.
Идея proof-of-stake заключается в решении проблемы proof-of-work, связанной с большими тратами электроэнергии.
Вместо вычислительных мощностей участников, имеет значение количество криптовалюты, находящейся у них на счету.
Ставка — это количество монет/жетонов, которыми владеет человек. Например, если один человек поставит 10 монет, а другой поставит 50 монет, вероятность того, что человек, поставивший 50 монет, будет выбрана в качестве валидатора следующего блока, будет в 5 раз выше.
Под термином валидатор понимают узел сети — тяжелый кошелек — который принимает активное участие в построении блокчейна. Он не просто хранит монеты, но проверяет приходящие транзакции и присоединяет блоки в сети. Но как и в случае с майнингом, за эту работу выплачивается вознаграждение в нативной монете конкретного проекта.
Валидация возможна только в сетях с консенсусом proof-of-stake или доказательство владения. Право проверять транзакции и присоединять блоки получает тот участник, на счету которого заблокирована часть монет. То есть они нужны как обеспечение честности участника. В случае нарушения правил проекта они монеты изымаются в качестве компенсации.
Главное отличие валидатора от майнера в том, что первому не нужен очень мощный компьютер. То есть достаточно обычного ноутбука или ПК, который соответствует минимальным требованиям. Поэтому валидацию в частности и протокол proof-of-stake в целом считают более перспективным.
Еще одно ключевое различие между Proof of Stake и Proof of Work заключается в том, что Proof of Stake не создает новых монет (майнинг). Вместо этого все монеты создаются в самом начале. Это означает, что валидаторы должны получать полное вознаграждение за транзакционные сборы, а не за вновь отчеканенные монеты.
Плюсы:
-Блокчейны на Proof-of-Stake работают быстрее, чем на Proof-of-Work.
-Для проведения атаки требуются значительные средства, что делает её нецелесообразной с финансовой точки зрения.
-Не нужно покупать дорогостоящее и мощное оборудование. Затраты энергии на получение новых монет тоже невысоки.
-Можно зарабатывать, даже если у вас минимум монет – объединиться с другими пользователями для общего стейкинга.
Минусы:
-Есть риск централизации. Например, если кто-то владеет 51% монет сети, может получить контроль над сетью и ее участниками. Это не касается криптовалют с высокой капитализацией, например Del, но менее раскрученная валюта может от этого пострадать.
-Больше голосов у участников с большими счетами.Если образуется небольшая группа, которая соберет у себя достаточно большие средства, она сможет навязывать свои правила работы сети остальным участникам.