Что такое консенсус Proof of Stake (PoS) – разбираемся с майнингом, стейкигом, валидаторами и номинаторами

В этой статье разбираемся с консенсусом Proof of Stake (PoS), представляющим собой передовую технологию в области блокчейна, которая позволяет достигать согласия в сети без необходимости выполнения интенсивных вычислений, характерных для Proof of Work. Основываясь на принципе «владения доли» актива, PoS предлагает участникам возможность влиять на операции в сети пропорционально их доле. Это не только повышает энергоэффективность, но и открывает двери для более широкого участия в процессе майнинга и добавления блоков.

Что такое майнинг Proof of Stake?

Майнинг в контексте Proof of Stake (часто называемый «форджинг» или «минтинг») отличается от традиционного майнинга. Здесь «майнеры» заменяются на «валидаторы», которые выбираются для создания новых блоков на основе размера их ставок в криптовалюте сети. Чем больше ставка, тем выше вероятность быть выбранным для валидации блока, но без необходимости решения сложных вычислительных задач, что значительно снижает потребление энергии.

История появления

Proof of Stake (PoS) был предложен в 2011 году как энергоэффективная альтернатива методу Proof of Work (PoW). Один из первых значительных проектов, реализовавших PoS, — Peercoin, запущенный в 2012 году. Этот проект сочетал PoW и PoS, вводя концепцию coin age для повышения шансов на формирование блоков и обеспечения безопасности сети.

В 2014 году был запущен Nxt, полностью основанный на PoS, что исключило необходимость майнинга и перешло к стейкингу. Большой шаг в развитии PoS произошёл с анонсом перехода Ethereum на PoS, который был направлен на улучшение масштабируемости и энергоэффективности.

За прошедшее десятилетие PoS прошел путь от концепции до ключевой технологии в блокчейн-индустрии, способствуя развитию более устойчивых и доступных сетевых структур.

Как работает Proof of Stake

Механизм Proof of Stake (PoS) представляет собой процесс выбора создателя следующего блока в блокчейне на основе количества держимых участником токенов и длительности их владения. В PoS каждый участник блокчейна, желающий участвовать в процессе валидации блоков, должен заблокировать определённое количество своих токенов в качестве «ставки». Эта ставка служит как гарантия честности их действий, поскольку любые мошеннические действия или атаки на сеть могут привести к потере этой ставки.

Алгоритм выбора валидатора: В PoS не происходит вычислительных соревнований, как в PoW. Вместо этого валидаторы выбираются на основе комбинации случайности и величины их ставок, умноженной на время владения этими токенами (coin age). Система может учитывать дополнительные факторы, такие как общий период участия в сети или историю предыдущих вкладов. Некоторые системы включают механизмы для обеспечения более равномерного распределения шансов на валидацию между участниками.

Процесс создания блока: Как только валидатор выбран, он проверяет транзакции в соответствии с правилами сети и составляет новый блок. Этот блок затем распространяется среди других участников сети, которые должны его проверить и одобрить. После подтверждения блок добавляется в блокчейн.

Безопасность и мотивация: Валидаторы получают вознаграждение в виде транзакционных сборов и, в некоторых случаях, новых монет, что мотивирует их к честной работе в сети. В случае обнаружения мошеннических действий, валидатор рискует потерять свою ставку, что является сдерживающим фактором против недобросовестного поведения.

Долгосрочная децентрализация и устойчивость: PoS предназначен для того, чтобы сделать сеть более устойчивой к централизации, поскольку владение большим количеством токенов без соответствующего вклада в сеть со временем становится менее выгодным. Это стимулирует распределение возможностей создания блоков среди большего числа участников и повышает общую безопасность сети.

Каждая блокчейн-платформа, использующая PoS, может варьировать эти механизмы в зависимости от своих уникальных требований и целей, что позволяет адаптировать уровень безопасности, скорость транзакций и степень децентрализации.

Оборудование и роли участников в Proof of Stake

В архитектуре Proof of Stake (PoS), в отличие от Proof of Work (PoW), требования к оборудованию минимальны, а ключевую роль играют валидаторы и номинаторы. Это снижает порог входа и повышает энергоэффективность блокчейна. Валидаторы используют замороженные токены для создания блоков, в то время как номинаторы делегируют свои токены валидаторам, увеличивая их шансы на выбор и зарабатывая часть вознаграждений. Такая система способствует безопасности и децентрализации сети, рассмотрим ее подробнее:

Оборудование для майнинга Proof of Stake

Для участия в механизме Proof of Stake требуется значительно меньше специализированного оборудования по сравнению с Proof of Work. Вместо мощных процессоров и видеокарт, основные требования к оборудованию для PoS связаны с надежностью и стабильностью системы. Валидаторам необходимо обеспечить непрерывное подключение к интернету и бесперебойную работу компьютера, так как их задача — постоянно поддерживать синхронизацию с блокчейном и участвовать в процессах консенсуса. Хорошим выбором может стать использование выделенных серверов или облачных платформ, которые могут гарантировать высокую доступность и защиту от технических сбоев.

Валидаторы и номинаторы

В системах PoS валидаторы — это участники, которые замораживают свои токены в качестве ставки и участвуют в процессе создания блоков и поддержания сетевой безопасности. Они несут ответственность за валидацию транзакций и создание новых блоков, а в случае мошеннических действий могут потерять свою ставку в качестве наказания.

Номинаторы, с другой стороны, поддерживают работу сети, делегируя свои токены выбранным валидаторам. Это позволяет пользователям, не имеющим достаточно ресурсов или желания напрямую участвовать в процессах валидации, всё равно вносить вклад в безопасность и стабильность сети. Номинаторы получают часть вознаграждений, генерируемых их валидаторами, что делает стейкинг привлекательным способом инвестирования.

Процесс стейкинга

Стейкинг в PoS начинается с выбора криптовалюты и платформы, которая поддерживает механизм PoS. Пользователи переводят свои токены в специальные стейкинг-аккаунты на блокчейн-платформе, где эти токены замораживаются и используются для поддержания сети. Важным аспектом является выбор надежных и эффективных валидаторов, так как от их действий зависит как безопасность вложенных средств, так и размер получаемых вознаграждений.

После делегирования токенов валидатору начинается процесс участия в консенсусе. Если валидатор успешно создает блок и проходит верификацию другими участниками сети, номинаторы получают часть вознаграждений пропорционально своей доле в общей ставке валидатора. Вся эта операция происходит автоматически благодаря смарт-контрактам или встроенным механизмам платформы.

Таким образом, стейкинг в PoS не только поддерживает безопасность и стабильность блокчейна, но и предоставляет участникам возможность получения пассивного дохода на основе доли их участия в общей сетевой деятельности.

Другие вариации консенсуса Proof of Stake

Proof of Stake (PoS) включает в себя несколько уникальных модификаций, каждая из которых предлагает разные механизмы для достижения консенсуса и управления безопасностью сети. Вот некоторые из наиболее заметных вариаций:

1. Delegated Proof of Stake (DPoS): В DPoS участники сети голосуют за небольшое количество делегатов (валидаторов), которые будут отвечать за валидацию блоков и управление сетью. Это позволяет сети достигать более высокой производительности и масштабируемости. Популярные примеры, использующие DPoS, включают EOS и Tron, где выборы делегатов происходят динамично и позволяют держателям токенов напрямую участвовать в управлении сетью.
2. Leased Proof of Stake (LPoS): Эта вариация позволяет держателям токенов арендовать свои доли другим пользователям, которые затем участвуют в процессе создания блоков. Это увеличивает количество активных участников в процессе валидации, при этом не требует от держателей токенов активного участия. Пример такой системы — Waves, где пользователи могут арендовать свои токены валидаторам для участия в генерации блоков.
3. Adaptive Proof of Stake (APoS): В этом варианте алгоритм адаптируется в зависимости от текущего состояния сети для оптимизации производительности и безопасности. Это может включать адаптацию вознаграждений, требований к стейкингу и других параметров в реальном времени, чтобы поддерживать стабильность и эффективность сети. Пример такой системы отсутствует на широком рынке, но она представляет интерес с точки зрения научных исследований.
4. Proof of Stake-Velocity (PoSV): Разработанная для криптовалюты Reddcoin, эта вариация добавляет фактор «скорости», учитывая не только долю владения, но и частоту транзакций, которые пользователь совершает. Это предназначено для поощрения активного использования валюты, а не просто её накопления.
5. Casper the Friendly Finality Gadget (FFG): Casper FFG, разработанный для Ethereum, является гибридной PoW/PoS системой, в которой блоки сначала добываются с использованием PoW, а затем завершаются через PoS механизм. Это позволяет сочетать безопасность и преимущества PoW с энергоэффективностью и масштабируемостью PoS.

Каждая из этих вариаций предлагает разные подходы к вопросу, как обеспечить безопасность блокчейн сетей и как оптимизировать их производительность и управляемость. Изучение и применение различных форм PoS помогает улучшить децентрализацию, безопасность и эффективность в эпоху цифровых технологий.

Проекты, использующие PoS

Множество современных блокчейн-проектов используют Proof of Stake, привлекая внимание своими уникальными решениями и адаптациями классической модели PoS. Ниже приведены несколько заметных примеров:

1. Ethereum (ETH) : Ethereum перешел на PoS в рамках обновления сети, известного как Ethereum 2.0, для улучшения масштабируемости и энергоэффективности. Вместо майнинга пользователи теперь могут участвовать в поддержке сети путем стейкинга ETH, что способствует общей безопасности и стабильности платформы.
2. Cardano (ADA): Разработанный с акцентом на исследования и академическую ригорозность, Cardano использует уникальный вариант PoS под названием Ouroboros. Эта система обеспечивает высокий уровень безопасности и энергоэффективности, позволяя держателям ADA участвовать в операциях сети.
3. Tezos (XTZ): Tezos применяет алгоритм PoS, который позволяет держателям токенов участвовать в управлении и обновлениях сети, что способствует децентрализации и гибкости. Система стейкинга в Tezos называется «baking», где пользователи «запекают» блоки, участвуя в процессе валидации.
4. Polkadot (DOT): Polkadot разработан для поддержки межцепочечных трансферов данных и активов, используя вариант PoS, который способствует безопасной и эффективной обработке транзакций между различными блокчейнами. Это стимулирует участников к активному взаимодействию и поддержанию сетевых операций.
5. Algorand (ALGO): Algorand использует Pure Proof of Stake (PPoS), где безопасность сети обеспечивается случайным выбором валидаторов из группы пользователей, стейкингующих ALGO. Эта модель поощряет широкое распределение и участие, минимизируя возможность централизации власти.

Эти проекты демонстрируют разнообразие подходов к использованию PoS, каждый из которых вносит свой вклад в развитие технологии блокчейн и предлагает свои уникальные механизмы для обеспечения сетевой безопасности и участия сообщества.

Плюсы и минусы Proof of Stake

Механизм Proof of Stake (PoS) имеет ряд преимуществ и недостатков, которые делают его привлекательным, но также и вызывают определенные опасения. Вот более детализированный анализ:

Плюсы Proof of Stake:

1. Энергоэффективность: PoS значительно снижает энергопотребление по сравнению с PoW, поскольку не требует интенсивных вычислительных операций для майнинга блоков.
2. Безопасность через стейкинг: Участники мотивированы поддерживать сетевую безопасность, так как любые попытки атаки могут привести к потере их ставок.
3. Снижение централизации майнинга: По сравнению с PoW, где большие майнинговые фермы доминируют, PoS позволяет более равномерное распределение возможности генерации блоков среди пользователей.
4. Масштабируемость: PoS-системы часто могут обрабатывать больше транзакций за секунду благодаря более эффективным алгоритмам валидации.

Минусы Proof of Stake:

1. Проблема «ничего на кону» (Nothing at Stake): В PoS нет стимула не поддерживать форки сети, поскольку это не требует дополнительных ресурсов, что потенциально может привести к безопасностным рискам.
2. Возможность централизации: Крупные держатели токенов могут оказывать непропорционально большое влияние на сеть, увеличивая риски централизации власти.
3. Ограниченное участие: В начале работы сети или при высокой стоимости токенов участие может быть ограничено, что создает барьеры для новых пользователей.
4. Сложность выбора валидаторов: Процесс случайного выбора валидаторов и их честность могут быть трудными для контроля и могут привести к уязвимостям.

Изучение и устранение недостатков PoS критически важно для дальнейшего развития и широкого принятия этого метода консенсуса в блокчейн-сообществе.

Заключение

Механизм Proof of Stake зарекомендовал себя как значительно более энергоэффективная и потенциально более безопасная альтернатива традиционному Proof of Work. С его помощью блокчейн-сообщества могут достигать масштабируемости и децентрализации без чрезмерного потребления ресурсов. Несмотря на определённые технические и безопасностные вызовы, PoS продолжает развиваться, предлагая новые решения для повышения стабильности и участия в сетевых операциях. В будущем PoS может стать ключевым драйвером в эволюции блокчейн-технологий, способствуя созданию более устойчивых и доступных финансовых систем.