Proof-of-Work проти Proof-of-Stake: у чому різниця?

Proof-of-Work і Proof-of-Stake — це консенсусні механізми або алгоритми, які забезпечують безпечну роботу блокчейнів. Ці механізми консенсусу забезпечують безпеку блокчейнів, дозволяючи лише справжнім користувачам додавати нові транзакції.

Вони працюють, змушуючи тих, хто бажає взяти участь, довести, що вони виділили якийсь ресурс, наприклад гроші чи енергію, для блокчейну. Це допомагає відфільтрувати тих, хто може бути несправжнім або прихильним до мережі. Основна відмінність між proof-of-work і proof-of-stake полягає в тому, як вони вибирають, хто може додавати транзакції до ланцюжка.

Швидкі факти:

• Proof-of-work і proof-of-stake — це алгоритми, також відомі як механізми консенсусу, які допомагають блокчейнам підтримувати синхронізацію даних і залишатися в безпеці.
• Ці алгоритми визначають, який вузол (комп’ютер) у мережі може додати наступний блок транзакцій до ланцюжка.
• Обидва механізми довели свою ефективність у підтримці блокчейнів, хоча кожен з них має компроміси.

Що таке доказ роботи?

Proof-of-work — це система, у якій комп’ютери змагаються один з одним, щоб першими розв’язати складні головоломки. 

Цей процес зазвичай називають видобутком корисних копалин, оскільки енергію та ресурси, необхідні для складання головоломки, можна вважати цифровим еквівалентом реального процесу видобутку дорогоцінних металів із землі. 

Натаніеля Поппера книга, Цифровий золото, використовує чудову аналогію для опису підтвердження роботи в системі Bitcoin:

«... відносно легко помножити 2,903 і 3,571 за допомогою аркуша паперу та олівця, але набагато, набагато важче зрозуміти, які два числа можна помножити, щоб отримати 10,366,613 XNUMX XNUMX».

Використовуючи цю аналогію, ми можемо уявити, що майнер у мережі біткойн повинен з’ясувати, які два числа можна помножити, щоб отримати 10,366,613 2,903 3,571, вгадуючи комбінації чисел, доки не знайде правильну відповідь. Коли комп’ютер визначає, що 10,366,613 можна помножити на 2,903 і отримати 3,571 10,366,613 XNUMX, він представляє це іншим комп’ютерам у мережі, які можуть легко перевірити, що XNUMX і XNUMX справді утворюють XNUMX XNUMX XNUMX після множення. 

Коли майнер вирішує цю «головоломку» раніше за інших майнерів, йому дозволяється створити новий блок (групу транзакцій) і транслювати його в мережу вузлів, які потім окремо виконуватимуть аудит існуючої книги та нового блоку. Якщо все перевірено, новий блок прив’язується до попереднього блоку, створюючи хронологічний ланцюжок транзакцій. Потім майнер отримує винагороду біткойнами за постачання своїх ресурсів (енергії).

Підтвердження роботи, майнінг і безпека

Майнінг потребує багато електроенергії та захищає мережу, гарантуючи, що лише ті, хто може підтвердити, що витратили ресурси, отримають право додавати новий набір транзакцій до блокчейну.

Через це складно, довго і дорого атакувати систему підтвердження роботи, таку як біткойн. Зловмисникам потрібно було б придбати та налаштувати обладнання для майнінгу та заплатити за електроенергію для роботи обладнання. Потім вони змагатимуться, щоб вирішити головоломку та спробувати додати до ланцюжка блок транзакцій, що містять підроблені біткойни.

Якщо зловмисний майнер першим успішно розв’яже головоломку, він спробує передати новий блок транзакцій решті мережі. Потім вузли мережі виконають аудит, щоб визначити легітимність блоку та транзакцій у ньому.

Коли вузли перевіряють новий блок на порівняння з попередньою версією книги, вони помітять підроблені біткойни, і блок буде вважатися недійсним на основі консенсусних правил. 

Proof-of-work унеможливлює підробку біткойнів, якщо нечесний майнер не контролює більше 50% усієї мережі. Це означає 51% як сукупної обчислювальної потужності майнерів, відомої як хешрейт, так і вузлів у мережі. Таким чином, зловмисник міг би передати поганий блок у мережу та змусити свої вузли прийняти блок до ланцюжка. 

З огляду на те, наскільки велика мережа біткойнів зросла та скільки енергії майнери вносять у систему підтвердження роботи, сьогодні така атака була б майже неможливою. 

Якби держава, компанія чи інша організація зібрала достатньо ресурсів, щоб успішно створити понад 50% мережі з наміром атакувати її, справжні учасники мережі, ймовірно, створили б нову гілку ланцюга, також відому як форк. , роблячи попередній ланцюжок і атаку проти нього марними.

Що таке Proof-of-Stake?

У системі proof-of-stake валідатори (еквівалент майнерів proof-of-stake) вибираються для пошуку блоку на основі кількості токенів, які вони тримають, а не довільної конкуренції між майнерами, щоб визначити, який вузол може додати блокувати. 

У цій системі сума «ставки» або кількість криптовалюти, якою володіє користувач, замінює роботу майнерів у підтвердження роботи. Це захищає мережу, оскільки хтось, хто бажає взяти участь і отримати винагороду, повинен придбати криптовалюту та утримувати її, щоб бути обраним для формування блоку. 

Учасники повинні витрачати гроші та приділяти певні фінансові ресурси мережі, подібно до того, як майнери повинні витрачати електроенергію в системі підтвердження роботи. Ті, хто витратив гроші на монети, щоб заробити ці винагороди, зацікавлені в подальшому успіху мережі. 

Proof-of-stake запобігає атакам і фальшивим монетам за допомогою того самого механізму, що й proof-of-work. Замість того, щоб контролювати 51% хешрейту майнінгу та вузлів, як у випадку з підтвердженням роботи, зловмисникам системи підтвердження частки потрібно буде тримати принаймні 51% пропозиції монети та контролювати принаймні 51% вузлів мережі.

Плюси та мінуси Proof-of-Work і Proof-of-Stake

Пояснено про переваги підтвердження роботи

Здорова конкуренція та відновлювана енергія

Конкуренція у майнінгу біткойнів є жорсткою. Майнінгові компанії постійно шукають найефективніші способи видобутку, щоб знизити свої витрати. Цей процес за своєю суттю винагороджує тих, хто може знайти найдешевші види енергії та розробити нові технології для створення швидших і ефективніших чіпів для майнінгу. 

Окрім переваг майнінгу криптовалют, конкуренція між виробниками чіпів може призвести до прориву в комп’ютерному обладнанні, яке може перейти в інші галузі поза межами майнінгу криптовалют.

Затримана енергія 

Криптомайнінг дозволяє регіонам використовувати свою захоплену енергію та перетворювати її на певну форму цінності, яку потім можна передавати або використовувати для фінансування інших проектів, зрештою створюючи економічну діяльність у віддалених районах.

Реальним прикладом цього є китайські провінції Сичуань і Юньнань. Ці провінції мають інтенсивні дощові сезони, які можуть виробляти величезну кількість відновлюваної гідроелектроенергії. На жаль, провінції не мають можливості транспортувати та продавати цю енергію в інші регіони.

Зрештою провінції почали видобувати біткойни, щоб використати надлишок енергії та перетворити її на певну форму торгівлі. У вересні 2019 року був Китай відповідальний на понад 70% хешрейту біткойна завдяки цим дешевим джерелам енергії. Пізніше Китай заборонив майнінг криптовалют, оскільки намагався створити свою фіатну цифрову валюту. The рухатися змусили масовий відтік шахтарів до інших регіонів, де електроенергія дешева. В результаті, Казахстан стала гарячою точкою видобутку поряд з Іраном і Сполученими Штатами.

Безпека

Поки що підтвердження роботи було найбільш перевіреним способом підтримки консенсусу та безпеки в розподіленій загальнодоступній мережі. Це пояснюється тим, що підтвердження роботи вимагає початкової вартості апаратного забезпечення та поточних витрат ресурсів, а не єдиних попередніх витрат для участі.

Біткойн був запущений у 2009 році та мав понад 99.98% час безвідмовної роботи. На момент написання було лише два випадки простою: один раз у серпні 2010 року та ще один у березні 2013 року. Ці два інциденти було вирішено шляхом автоматичного оновлення програмного забезпечення для вузлів — оскільки завдяки механізму консенсусу всі учасники мережі вирішили ці оновлення були в інтересах колективної мережі.

Пояснення недоліків підтвердження роботи

Споживання енергії

Біткойн та інші блокчейни з підтвердженням роботи, такі як Ethereum, споживають значну кількість енергії, щоб забезпечити цю модель безпеки для своїх мереж. Біткойн споживає більше енергії, ніж країни як Україна, Норвегія та ін. Екологи мають сперечався що це абсолютно марнотратно і непотрібно. 

Спростування: хоча ці системи споживають величезну кількість енергії, багато критиків не в змозі оцінити типи енергії, що використовуються для видобутку корисних копалин, а натомість прирівнюють її високе споживання енергії до великого впливу на навколишнє середовище. Однак дослідження показали, що біткойн-майнери використовують різні джерела енергії у своїй діяльності. Деякі оцінки показали, що відновлювана енергія є домінуючою формою, що використовується, коливаючись між 50% до більш ніж 70% загальної використаної потужності. 

Важливо зазначити, що багато з цих досліджень звітують лише про гірничодобувні компанії та інші підприємства, які бажають взяти участь в опитуваннях.

E-відходи

Електронні відходи можуть бути найбільш обґрунтованою критикою споживання ресурсів мережею біткойн. Майнери Proof-of-work зазвичай працюють на повну потужність 24/7. Іноді погані умови, такі як вологість, високі температури та недостатня вентиляція, впливають на гірничі споруди та скорочують термін служби обладнання.

Крім того, виробники мікросхем ASIC постійно розробляють нові, ефективніші мікросхеми. Коли відбувається це нововведення, старі фішки стають менш ефективними у виграші блоків, ніж нові фішки. Згодом старі мікросхеми поступово виводяться з експлуатації та стають електронним сміттям. 

Спростування: Сучасні чіпи для майнінгу ASIC зазвичай служать від трьох до п’яти років. І хоча нові чіпи з часом замінять старі чіпи, вони, швидше за все, прослужать довше, оскільки стануть більш ефективними та стійкими до високих температур і тривалого хешування.

Простежуваність

Одна з проблем, пов’язаних із майнінгом криптовалют, полягає в тому, що він може піддаватися цензурі. Це вже траплялося в таких місцях, як Китай, де майнінг криптовалюти був заборонений. Величезне споживання електроенергії можна визначити за допомогою показань електроенергії або навіть теплових камер. Ця здатність відстежувати, де відбувається майнінг криптографії, дозволяє антикриптографічним режимам розправлятися з цією практикою. 

Якби країна дозволила майнінг тільки тим, хто отримав певний тип ліцензії, це могло б підірвати децентралізацію, не дозволяючи мережі бути повністю публічною.

Спростування: За межами Китаю країни в усьому світі певною мірою виступають за криптовалюту. Деякі країни можуть прагнути регулювати видобуток корисних копалин, щоб вимагалися ліцензії. Однак, якщо у віддалених районах все ще є майнери, які продовжують цю практику, це має допомогти запобігти монополізації та цензурі.

Роз’яснення щодо переваг Proof-of-Stake

Ефективність

Системи proof-of-stake значно енергоефективніші, ніж системи proof-of-work. Вимоги до апаратного забезпечення багатьох систем proof-of-stake еквівалентні середнім або нижчим за середні ноутбуки на сучасному ринку. Програмне забезпечення валідатора також не дуже вимогливе до більшості систем підтвердження частки. 

Підвищена пропускна здатність

У proof-of-stake валідатори вибираються для пошуку блоку на основі кількості токенів, які вони тримають, а не змагання між майнерами для вирішення головоломки. Час, необхідний алгоритму proof-of-stake для вибору валідатора, значно швидший, ніж конкуренція з proof-of-work, що дозволяє підвищити швидкість транзакцій.

Хоча це правда, усі блокчейни, незалежно від того, є вони proof-of-stake чи ні, сповільнюються процесом вузлів, які демократично досягають консенсусу після того, як валідатор транслює їм щойно знайдений блок. 

Опір цензурі

На відміну від proof-of-work, який потребує багато енергії та значної фізичної присутності, валідатори proof-of-stake можуть працювати на маленьких ноутбуках. Це означає, що може існувати валідатор, який керуватиме третиною глобально розподіленої грошової мережі, яка працює в кутку кав’ярні, а не як склад, наповнений тисячами комп’ютерів, що дзижчать.

Нижній бар'єр входу

Для участі валідаторам Proof-of-Stake потрібно витратити гроші лише один раз. Все, що їм потрібно зробити, це купити достатню кількість токенів, щоб виграти блоки в моделі підтвердження ставки. Навпаки, майнер у системі proof-of-work повинен придбати обладнання для майнінгу та підтримувати його в роботі необмежений час, несучи витрати на електроенергію, які можуть коливатися. Це дає змогу брати участь більшій кількості людей, які інакше не змогли б.

Пояснення недоліків Proof-of-stake 

Недоведено у великих масштабах

Ще не існує системи підтвердження частки для масштабування до розміру біткойна чи ефіріуму. З цієї причини системи proof-of-stake ще не настільки децентралізовані чи безпечні, як провідні системи proof-of-work.

Спростування: Хоча системи proof-of-stake ще не досягли розміру таких мереж, як біткойн, немає причин, щоб вони згодом могли це зробити. Системи proof-of-stake можуть мати потенціал для масштабування, що перевищує те, на що здатні системи proof-of-work, враховуючи, що існує нижчий бар’єр для входу та для їх запуску не потрібне спеціальне обладнання.

Консолідація монет

Консолідація монет серед лише кількох валідаторів є найпоширенішим аргументом проти систем підтвердження частки. Природа proof-of-stake стимулює накопичення монет, щоб збільшити шанси виграти блок і отримати винагороду. 

Ринки токенів також можуть бути загнані в кут суб’єктами з глибокими кишенями, що дозволяє їм зібрати більшість токенів. Більшість систем proof-of-stake дозволяють окремим організаціям створювати будь-яку кількість валідаторів, і оскільки попередні фінансові витрати на створення валідаторів невеликі, той, хто контролює більшість токенів, може контролювати більшість усієї мережі.

Це робить початкове розповсюдження монет із підтвердженням частки надзвичайно важливим. Деякі нові монети proof-of-stake продають токени інвесторам до того, як вони стануть загальнодоступними. У деяких випадках ці продажі токенів становили 40% або більше від максимального обсягу поставок токенів, що дає компаніям венчурного капіталу та іншим першим інвесторам значну перевагу над іншими в отриманні мережевих винагород.

Спростування: Це правда, що proof-of-stake вибирає розробників блоків головним чином за розміром їхньої частки, але деякі блокчейни вже починають впроваджувати методи для зменшення ризику централізації. Деякі з них включають додавання «віку монети» або тривалості ставки, а також ступінь рандомізації в алгоритм. Це гарантує, що розмір ставки не є єдиним фактором, що визначає формування блоку, і що менші валідатори мають шанси на перемогу. 

Деякі блокчейни також зробили так, що валідатори, які перевищують певний поріг монет, починають отримувати все менше винагород. Це стимулює стейкерів делегувати свою частку меншим валідаторам, допомагаючи поширювати токени між більшою кількістю валідаторів, підвищуючи децентралізацію та безпеку.

Менш надійний захист

Як згадувалося вище, низький бар’єр входу для учасників мережі може допомогти збільшити кількість валідаторів і, як наслідок, децентралізацію, але полегшення приєднання до мережі також може знизити її безпеку. 

Якщо зловмисник намагатиметься атакувати мережу з підтвердженням роботи, йому доведеться купити достатньо апаратного забезпечення, щоб представити більшість мережі, а потім заплатити за його роботу. Подвійна система захисту початкової вартості обладнання та поточних витрат на електроенергію робить атаку на мережу менш реалістичною. Системи підтвердження частки мають лише початкові початкові витрати на участь, що робить їх більш відкритими для атак.

Поточний хешрейт біткойна становить майже 200 мільйонів терахешів на секунду. Найкращий ASIC-майнер Bitmain S19J, може виконувати 88 тера хешів за секунду. За цими показниками знадобиться приблизно 1.2 мільйона цих мікросхем, щоб скласти лише половину мережі Bitcoin. Поточна ціна цього ASIC становить 10,390 12.5 доларів США за одиницю, тобто придбання достатньої кількості майнерів, щоб скласти половину мережі біткойн, щоб потім заплатити величезні комісії за роботу машин, обійдеться приблизно в XNUMX мільярдів доларів. 

На противагу цьому, якби нечесний гравець забажав атакувати ланцюжок доказів частки, візьмемо, наприклад, Avalanche, йому потрібно було б купити більше половини токенів (приблизно 19 мільярдів доларів за поточними цінами) і встановити достатньо валідаторів, щоб компенсувати більше половини мережі (630 валідаторів на поточному валідаторі Avalanche вважати). Оскільки для роботи валідаторів proof-of-stake необов’язково потрібне дороге обладнання чи багато енергії, зловмисники несуть лише початкові витрати на придбання токенів, а не поточні витрати на електроенергію. 

Спростування: Початкова початкова вартість атаки на мережу proof-of-stake достатнього розміру стає настільки великою, що проблема відсутності поточних витрат поступово стає неактуальною. Наприклад, щоб стати мажоритарним пакетом акцій Avalanche, уже потрібно майже 20 мільярдів доларів за сьогоднішніми цінами. Чим популярнішими стають ці блокчейни і чим більше власників монети мережі proof-of-stake, тим важче її атакувати. 

Часті питання 

Що таке підтвердження роботи? 

Proof-of-Work — це інструмент, який захищає блокчейн і допомагає йому зберігати точну інформацію (транзакції). Він використовує перегони між комп’ютерами, щоб побачити, хто першим розгадає складну головоломку. Потім переможці цієї гонки можуть додати новий блок транзакцій до ланцюжка. Щоб розв’язати цю головоломку, потрібно багато енергії, тому учасники, швидше за все, будуть справжніми. Ті, хто виграє, винагороджуються біткойнами.

Що таке біткойн майнер? 

Біткойн-майнер — це комп’ютер, який бере участь у змаганнях із вирішення головоломок у блокчейнах із підтвердженням роботи. Вони витрачають велику кількість енергії на цей процес і отримують винагороду біткойнами, коли перемагають усіх у розв’язанні головоломки. Його називають майнінгом, оскільки необхідну енергію та ресурси можна вважати цифровим еквівалентом реального процесу видобутку дорогоцінних металів із землі.

Що таке Proof-of-Stake?

Proof-of-Stake — це інструмент для захисту блокчейну та підтримки точної інформації. Він використовує алгоритм, який вибирає, хто може додати наступний блок транзакцій до ланцюжка на основі кількості токенів, які утримуються.  

Що таке валідатор у proof-of-stake?

Валідатор є еквівалентом доказу частки майнера в доказі роботи. Валідатори — це вузли в мережі блокчейну, які «ставлять» або передають свої токени в мережу. Валідатори вибираються для створення нових блоків транзакцій на основі кількості токенів, які вони мають. Інші власники токенів, які не є валідаторами, можуть делегувати свої права валідатору, щоб отримати частку винагороди, яку валідатор отримує, коли їх вибирають для створення нового блоку транзакцій.

Повідомлення Proof-of-Work проти Proof-of-Stake: у чому різниця? вперше з'явився на Блокверки.

• Coinsmart. Найкраща в Європі біржа біткойн та криптовалют.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. БЕЗКОШТОВНИЙ ДОСТУП.
• CryptoHawk. Альткойн Радар. Безкоштовне випробування.
• Джерело: https://blockworks.co/proof-of-work-vs-proof-of-stake-whats-the-difference/