Алгоритмы консенсуса. Что такое Proof-of-Work и Proof-of-Stake?

Proof-of-Work (PoW)

Принцип работы: Proof-of-Work (доказательство выполнения работы) - это алгоритмы консенсуса в блокчейне, которые требуют от участников, называемых майнерами, решения сложных математических задач. Этот процесс, называемый "майнингом", обеспечивает безопасность сети: участники, решившие задачу, могут добавить новый блок и получить вознаграждение. Важной чертой PoW является то, что его выполнение требует значительного вычислительного ресурса.

Преимущества: PoW обеспечивает высокий уровень безопасности блокчейна, и его децентрализованная природа предотвращает цензуру и манипуляции.

Недостатки: Однако высокие требования к вычислительной мощности и энергопотреблению приводят к экологическим проблемам. Кроме того, существует риск 51%-ной атаки, при которой злоумышленник может контролировать большинство вычислительной мощности сети.

Алгоритм консенсуса Proof-of-Stake

Принцип работы: В отличие от PoW, алгоритм Proof-of-Stake базируется на количестве криптовалюты (стейке), которое участники, или стейкеры, держат в системе. Чем больше стейк, тем выше вероятность, что участник будет выбран для создания нового блока. Этот подход призван снизить энергозатраты, связанные с майнингом.

Преимущества: Proof-of-Stake более энергоэффективен и требует меньше вычислительной мощности. Также он снижает вероятность 51%-ной атаки.

Недостатки: Возможны проблемы с децентрализацией, особенно если крупные участники сосредотачивают большие объемы криптовалюты. Также существует потенциальный недостаток в виде "уничтожения", где богатые стейкеры становятся еще богаче.

Выбор между PoW и PoS зависит от конкретных целей и философии блокчейн-проекта, а некоторые блокчейны даже экспериментируют с комбинацией этих методов для достижения оптимального баланса.

Кто придумал термин Proof-of-Work?

Придумывание терминов и концепций в мире технологий часто представляет собой взаимодействие множества умов и идей. В случае термина "Proof-of-Work" (доказательство выполнения работы), заслуга за его предложение принадлежит Шаи Майре (Shay M. D. Mao). В 1993 году он использовал этот термин в своей статье "Toward a Simple Model of Web Security" ("К простой модели веб-безопасности"). В рамках данной статьи, Майре представил концепцию применения вычислительной работы для смягчения нежелательных явлений в сети, таких как спам и дос-атаки.

Исходно, Proof-of-Work был задуман как механизм обеспечения безопасности в контексте веб-безопасности. Однако, с течением времени эта концепция получила новый виток своего развития благодаря работе Сатоши Накамото. В своем влиятельном документе, опубликованном в 2008 году и известном как "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System" ("Биткоин: электронная система для одноранговых платежей"), Накамото адаптировал и использовал механизм Proof-of-Work в блокчейне Bitcoin для достижения консенсуса и обеспечения безопасности сети.

Таким образом, идея Proof-of-Work эволюционировала от применения в контексте веб-безопасности к широкому использованию в блокчейне, став основой для многих криптовалютных протоколов.

Какое отношение Proof-of-Work имеет к криптовалютам?

Proof-of-Work (PoW) тесно связан с развитием и функционированием криптовалют, особенно с запуском Bitcoin в 2009 году. Этот механизм консенсуса служит двум ключевым целям в контексте криптовалютных систем.

Во-первых, PoW обеспечивает механизм консенсуса, где майнеры соревнуются за право добавить новый блок транзакций в блокчейн. Решение сложной математической задачи, известной как Proof-of-Work, становится своего рода входным билетом для майнера, доказывающим его преданность и вложение вычислительной энергии в блокчейн-сеть.

Во-вторых, Proof-of-Work служит мощным инструментом обеспечения безопасности криптовалютной сети. Для успешной атаки на систему, злоумышленнику пришлось бы контролировать более 50% общей вычислительной мощности, что делает такие атаки сложными и затратными.

Несмотря на эффективность в обеспечении консенсуса и безопасности, PoW стал объектом критики из-за высокого энергопотребления. В ответ на это многие проекты начали искать более энергоэффективные альтернативы, такие как Proof-of-Stake (PoS).

Таким образом, PoW остается важным этапом в эволюции криптовалют, но современные блокчейн-проекты стремятся найти баланс между эффективностью, устойчивостью и экологической устойчивостью, рассматривая разнообразные механизмы консенсуса.

Что такое Delegated Proof-Of-Stake?

Delegated Proof-of-Stake (DPoS) представляет собой инновационный механизм консенсуса в блокчейне, который был разработан с целью повысить эффективность и масштабируемость системы. Этот подход является вариацией Proof-of-Stake (PoS) и внедряет уникальные механизмы, чтобы обеспечить более оперативное управление сетью.

Одной из ключевых особенностей DPoS является принцип делегирования, где участники сети могут передавать свои криптовалютные стейки другим участникам, известным как делегаты. Эти делегаты, в свою очередь, выбираются для создания новых блоков и проверки транзакций, исходя из объема им делегированных стейков.

DPoS также активно вовлекает делегатов в принятие стратегических решений, касающихся обновлений сети и других важных аспектов. Это обеспечивает демократичный процесс, где вес голоса каждого делегата зависит от объема делегированных им стейков.

Ориентированный на повышение эффективности, DPoS ограничивает число активных делегатов, что способствует ускорению темпов обработки транзакций и снижению энергопотребления по сравнению с Proof-of-Work. При этом система по-прежнему стремится к достижению определенного уровня децентрализации через голосование участников сети.

Примером блокчейн-платформы, реализующей DPoS, является EOS.IO, где сообщество избирает делегатов для активного участия в управлении сетью и обеспечения ее эффективного функционирования.

Криптовалюты Proof-of-Work

На момент завершения августа 2022 года, выдающиеся представители криптовалют, применяющих механизм Proof-of-Work (PoW), по данным CoinMarketCap, включали в себя следующие проекты с наивысшей рыночной капитализацией:

• Биткоин (BTC): Олицетворение криптовалюты и первопроходец в этом мире, консенсус Биткоин остается неоспоримым лидером среди PoW-криптовалют, продолжая привлекать внимание как инвесторов, так и обывателей.
• Ethereum (ETH): Хотя Ethereum запланировал переход на механизм Proof-of-Stake (PoS), на момент упомянутой даты его криптовалюта ETH все еще функционировала на PoW, предоставляя широкий спектр возможностей для смарт-контрактов и децентрализованных приложений.
• Dogecoin (DOGE): Начав свой путь как шутка, Dogecoin стал ярким представителем PoW-проектов, привлекая внимание своим общественным характером и неожиданной популярностью.
• Ethereum Classic (ETC): Разветвление Ethereum после взлома DAO, Ethereum Classic продолжает существовать как отдельный PoW-проект, сохраняя свою неповторимость и независимость.
• Litecoin (LTC): Созданный Чарльзом Ли как "серебро" к "золоту" Биткоина, Litecoin остается одним из старейших и наиболее устойчивых PoW-проектов, предлагая быстрые транзакции и другие инновации.
• Monero (XMR): Сфокусированный на конфиденциальности и анонимности, Monero является лидером в области приватных PoW-транзакций, предоставляя пользователям возможность сохранять свою финансовую конфиденциальность.
• Bitcoin Cash (BCH): Разветвление Биткоина, Bitcoin Cash предлагает улучшенные характеристики масштабируемости и низкие комиссии, утверждая свою позицию в качестве PoW-криптовалюты для повседневных транзакций.
• Bitcoin SV (BSV): Возникнув после разделения Bitcoin Cash, Bitcoin SV стремится к улучшению протокола, увеличивая размер блока и поддерживая целостность и оригинальные принципы Биткоина.
• Zcash (ZEC): Защищенный протоколом zk-SNARKs, Zcash выделяется среди PoW-проектов, обеспечивая высокий уровень конфиденциальности для своих пользователей.
• Kadena (KDA): Представляя собой новаторский PoW-проект, Kadena ориентирован на высокую производительность и масштабируемость, предлагая уникальные решения для бизнес-сферы.

Эти криптовалюты на конец августа 2022 года продолжали формировать фундаментальный ландшафт PoW-технологий, предоставляя разнообразные возможности и решения для широкого круга пользователей и инвесторов.

Заключение

Технология Proof-of-Stake (PoS) представляет инновационный метод формирования консенсуса, где ответственность за создание новых блоков возлагается на узлы сети, обладающие определенным количеством монет криптовалюты. Этот подход отличается от традиционного алгоритма Proof-of-Work (PoW), который требует выполнения сложных математических вычислений. Преимущества PoS включают в себя существенное снижение энергопотребления и возможность заработка путем простого удержания криптовалюты в личном кошельке.

В отличие от майнинга в Proof-of-Stake, который отсутствует, PoS использует концепцию форжинга. Роль ходлера (удерживающего монеты) в PoS обретает особое значение, поскольку чем больше монет находится на его счете, тем больше привилегий и прав он может иметь в сети. Эта система стимулирует участников удерживать свои активы, обеспечивая стабильность и безопасность сети, и, что не менее важно, обеспечивая им возможность пассивного заработка. Таким образом, технология Proof of Stake не только эффективно сокращает потребление энергии, но и создает экосистему, в которой владение криптовалютой превращается в активный механизм участия и управления в блокчейн-сети.

Обеспечение консенсуса – ключевой аспект для нормальной работы децентрализованных систем. Многие считают, что одним из величайших инноваций в мире биткоина стало внедрение механизма Proof-of-Work (PoW), который позволил пользователям согласовывать общий набор фактов.

Современные алгоритмы консенсуса не только поддерживают цифровые валюты, но также применяются в блокчейнах, предоставляя разработчикам возможность запускать код в децентрализованных сетях. В настоящее время они являются неотъемлемой частью технологии блокчейн и играют решающую роль в долгосрочной жизнеспособности различных существующих сетей.

Среди разнообразных алгоритмов консенсуса Proof-of-Work остается ведущим, и это обусловлено несложной причиной: на данный момент не предложено альтернативы, которая была бы более надежной и безопасной. Тем не менее, исследования и разработки по замене PoW активно продолжаются, и, вероятно, мы будем свидетелями роста их числа в ближайшем будущем.

Потенциал блокчейн-технологии не вызывает сомнений в том, что ее внедрение и эволюция будут продолжаться с возрастающей интенсивностью. Для публичных блокчейнов неотъемлемо существование активного сообщества участников, которые являются стержнем, обеспечивающим жизнеспособность всей сети. Разработчики, стремясь решить дилемму блокчейна, усердно работают над улучшением алгоритмов консенсуса и создают новые подходы. В связи с этим можно утверждать, что нас ждут увлекательные и перспективные моменты в развитии блокчейн-технологии.