Назад к Articles

Что такое Proof of Stake (PoS): обзор, стейкинг, сравнение с PoW

В статье мы расскажем, как работает алгоритм Proof of Stake (PoS), кто его создал, и чем он отличается от Proof of Work.

4 августа 2020 года команда Ethereum запустила тестовую сеть Medalla, главная задача которой — обеспечить переход платформы на алгоритм Proof of Stake, или PoS.

Что такое Proof of Stake

Сравнение Централизованных и Децентрализованных систем

В отличие от централизованных систем, где источник истины определяется контролирующим субъектом, распределенные системы полагаются на большое количество автономных органов власти, узлов (или нод), которые сотрудничают для обслуживания системы. Алгоритм консенсуса — это  механизм, с помощью которого узлы в распределенных сетях приходят к соглашению о том, что является последней и точной записью данных, например, какая транзакция легитимна.

Proof of Stake, или PoS — один из таких алгоритмов. Его суть в том, что проверку легитимности транзакции осуществляют специальные узлы, валидаторы, которых выбирают на основе комбинации нескольких факторов: количество монет в кошельке валидатора (он же стейк), возраст стейка и рандомизация.

Проверка нового блока происходит так:

  1. Валидатор делает ставку: блокирует часть монет в кошельке. Обычно  система устанавливает некий минимальный порог для такой ставки.

  2. Когда системе нужно сгенерировать новый блок, она выбирает валидатора, который сделал ставку и находится в сети. Выбор валидатора может быть либо псевдослучайным (PoS), либо осуществляться по очереди (DPoS).

  3. Валидатор проверяет блок, добавляет его в цепочку и получает награду. Процесс формирования нового блока называют форжингом.

  4. Если валидатор замечен в мошенничестве, например, в попытке провести двойную трату, его ставка изымается в пользу системы.

Вознаграждение формируется не из сгенерированных монет, как в алгоритме PoW (например, в сети Биткоин), а из совокупных комиссий, которыми участники оплатили услуги валидации своих транзакций. Размер вознаграждения определяется конкретным механизмом PoS, криптовалютой и другими факторами. Процесс зарабатывания монет валидаторами получил название стейкинг.

Как появился Proof of Stake

Впервые о PoS заговорили на форуме bitcointalk.org году в 2011. Пользователь под ником QuantumMechanic создал топик Proof of stake instead of proof of work. Автор писал: «Под доказательством доли я подразумеваю то, что вместо того, чтобы ваш «голос» за принятую историю транзакций взвешивался по доле вычислительных ресурсов, которые вы привносите в сеть, он взвешивается по количеству биткоинов, которыми вы владеете». По мнению QuantumMechanic это даст следующие преимущества:

  • Более быстрое и определенное подтверждение транзакций.

  • Не нужно покупать оборудование для майнинга, которое могут конфисковать (тогда статус криптовалют еще был полулегальным).

  • Более надежная система «права голоса», которая формироваться снизу вверх, а не как сейчас: произвольно и / или централизованно.

  • PoS предоставит «право голоса» всем участникам путем делегирования их монет (т.е. голосов) доверенным узлам — делегатам.

Идея QuantumMechanic понравилась сообществу bitcointalk, которые не только ее приняли, но и развили. Кроме того, со временем в Proof of Stake увидели ряд других преимуществ, например, снижение потребления электроэнергии и большая выгода в сетях блокчейна, где все монеты уже сгенерированы.

Первое практическое воплощение Proof of Stake произошло в 2012 году в блокчейне Peercoin, который использовал гибридный алгоритм PoW / PoS, где PoW нужен был лишь для эмиссии монет, тогда как PoS отвечал за валидацию транзакций. Детально  эта модель консенсуса описана в работе Санни Кинга и Скотта Надаля PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency с Proof-of-Stake.

В 2014 году Даниель Люмьер доработал алгоритм, создав механизм Delegated Proof of Stake доказательства доли владения (DPoS). Он был впервые реализован в сети Bitshares и оказался настолько эффективным, что и другие криптовалюты стали постепенно на него переходить. Помимо Bitshares, Люмьер в последующем создал блокчейны Steem и EOS, которые также используют DPoS.

Основные разновидности PoS

PoS

DPoS

LPoS

PoI

DBFT

Dash, Stratis, BlackCoin, Cardano, NAVCoin

Bitshares, Nano, NEOGAS, Steem, EOS

Waves, Tezos

NEM

Neo

 

Сегодня есть много вариаций алгоритма PoS. Самый популярный — Delegated Proof of Stake (DPoS), суть которого в том, что пользователи сети могут делегировать свои монеты другим участникам, мастернодам, голосуя таким образом за валидаторов в обмен на долю от их прибыли. Доход голосующего обычно зависит от размера его вклада в общие голоса мастернодов — чем он больше, тем выше доход.

Другие популярные вариации алгоритма PoS:

  • Leased PoS (LPoS). Участники могут сдавать свои токены в аренду другим участникам. Переданные в аренду монеты увеличивают «вес» узла, давая ему больше шансов на генерацию нового блока и получение награды. В обмен на токены узлов-арендодателей узел-арендатор делится с ними своей наградой.

  • Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT). Отказоустойчивый византийский протокол, когда держатели монет выбирают «счетоводов», которые и отвечают за генерацию новых блоков и достижение консенсуса.

  • Proof of Importance. При выборе валидаторов используется механизм, который учитывает число монет на счету, время нахождения узла-валидатора онлайн и его активность, т. е. количество транзакций за последнее время.

  • Casper. Гибридный алгоритм Эфириум, которой должен перевести сеть с PoW на PoS с небольшими модификациями. Например, если валидатор поддержит пустую форковую цепочку блокчейна, то он будет отвечать не только своей ставкой, но и суммой, равной двойной трате транзакции.

  • Proof of Stake Velocity (PoSV). Механизм консенсуса блокчейна Reddcoin, где вознаграждение валидатора зависит не только от доли владения монетами, но и от скорости выполнения работы.

Proof of Stake vs Proof of Work

Proof of Stake

Proof of Work

Транзакции валидатора, который выбирается в зависимости от количества монет в ставке, возраста стейка и активности участника

Требуется майнинг в виде выполнения сложных вычислений с использованием мощных вычислительных устройств

Нет вознаграждения за блок. Валидаторы транзакций получают только комиссию за транзакцию. В DPoS и LPoS валидаторы делятся наградой с теми, кто их поддержал монетами (голосами)

Есть награда за новый блок в виде новых монет, ее получает первый майнер, решивший математическую головоломку. Есть награда за проверку транзакций в виде комиссий

PoS очень рентабелен для инвесторов, поскольку не нужно покупать мощные вычислительные устройства, ASIC

PoW рентабелен только при очень больших вложениях, позволяющих получить преимущество над остальными майнерами. И только если курс добываемой монеты высокий

Последнее слово

Хотя Proof of Stake имеет несколько недостатков, этот алгоритм оказался превосходным по сравнению с Proof of Work с точки зрения простоты майнинга и энергоэффективности, поэтому следует ожидать дальнейшего роста интереса к PoS. Впрочем, для того чтобы это стало действительно популярным трендом, необходимо показать эффективность алгоритма в топовом проекте, например, в Ethereum 2.0. Так что будем ждать результатов тестирования Medalla и перехода Эфира на PoS.