Понимание Proof of Stake: Основное определение и механизм

Определение proof of stake (доказательство доли) сосредоточено на механизме консенсуса, который позволяет участникам блокчейн-сети подтверждать транзакции и создавать новые блоки без интенсивных вычислительных требований традиционной майнинговой системы. В анонимных средах блокчейна, где доверие имеет первостепенное значение, proof of stake функционирует как система подтверждения участия — validators должны демонстрировать свою приверженность через криптовалютные активы, а не вычислительную мощность.

Что определяет proof of stake как метод консенсуса?

В своей основе proof of stake — это алгоритм консенсуса, который кардинально переосмысливает процесс достижения согласия в блокчейн-сетях относительно валидности транзакций и создания блоков. Вместо того чтобы требовать от участников решение сложных математических задач, proof of stake предлагает участникам сети заблокировать свою собственную криптовалюту в качестве залога — их «ставку» — чтобы получить право подтверждать транзакции и создавать новые блоки.

Этот подход к определению proof of stake раскрывает основной принцип: validators выбираются для предложения следующего блока на основе объема криптовалюты, которую они вкладывают в сеть. Выбор не является произвольным; validators с большими ставками статистически имеют более высокие шансы быть выбранными, что создает прямую связь между вкладом капитала и ответственностью за подтверждение. При выборе validators должны аутентифицировать все транзакции в предложенном ими блоке, обеспечивая отсутствие двойных трат и наличие у отправителей достаточного количества криптовалюты для их транзакций.

Механизм стимулирования в proof of stake работает через систему наград и штрафов. Validators, успешно подтверждающие блоки, получают в качестве вознаграждения вновь созданную криптовалюту. В то же время, те, кто действует недобросовестно или предлагает недействительные транзакции, рискуют потерять свой залог — свою ставку, что служит уникальным сдерживающим фактором для систем proof of stake. Консенсус достигается, когда большинство validators принимает и подтверждает валидность блока; отклоненные блоки приводят к потере их залога для их авторов.

Операционная структура validators и ставок в PoS

Чтобы понять определение proof of stake на практике, важно рассмотреть, как работают validators в сети. Когда validator присоединяется к сети proof of stake, он должен внести свои криптовалютные активы в смарт-контракт сети, формально закрепляя свою ставку. Эта ставка служит одновременно стимулом и залогом — validators получают прибыль, когда сеть функционирует правильно, и теряют капитал при неправильных действиях или при атаках на сеть.

Механизм выбора в сетях proof of stake обычно основан на взвешенной случайности. Хотя теоретически могут быть выбраны validators с минимальными ставками, обладатели больших криптовалютных активов имеют экспоненциально большие шансы стать validators. Это создает интересную динамику: чем больше validators ставит, тем больше они могут заработать, но и тем больше рискуют потерять. Поэтому validators должны тщательно рассчитывать оптимальный размер своей ставки, балансируя потенциальные награды и риск потери.

После выполнения своей работы — подтверждения блока и проверки всех транзакций — validators транслируют свое подтверждение в сеть. Другие validators проверяют эту работу, и если достигается консенсус относительно валидности блока, он добавляется в блокчейн. Validator, получивший награду, получает как вновь выпущенную криптовалюту, так и возможные комиссии за транзакции, в то время как его ставка остается заблокированной и доступной для будущих циклов подтверждения.

PoW и PoS: сравнение двух подходов к консенсусу

Чтобы полностью понять определение proof of stake, полезно сравнить его с proof of work, что освещает фундаментальные различия между этими механизмами. Proof of work, изначальный подход Bitcoin, требует, чтобы майнеры конкурировали в решении криптографических задач, и самый быстрый решатель получает право создать следующий блок и получить награду. Эта конкуренция потребляет огромные объемы электроэнергии, поскольку тысячи специализированных компьютеров работают одновременно по всему миру.

Proof of stake предлагает альтернативную парадигму. Вместо затрат на вычислительные ресурсы, определяющие консенсус, акцент делается на владении криптовалютой — validators, держащие больше токенов, имеют пропорционально большее влияние на подтверждение блоков и направление сети. Эта смена устраняет необходимость в энергоемком оборудовании, хотя и вводит другие вопросы безопасности.

Механизмы предотвращения двойных трат также различаются. В системах proof of work, таких как Bitcoin, безопасность обеспечивается за счет огромных вычислительных затрат на реорганизацию исторических блоков. Атакующий должен контролировать 51% совокупной вычислительной мощности сети — что чрезвычайно дорого. Защита Bitcoin также основана на полном узле, который независимо проверяет все транзакции и отвергает недопустимые блоки независимо от поведения майнеров.

Переход Ethereum на proof of stake в сентябре 2022 года ввел альтернативный метод защиты от двойных трат — «контрольные блоки», подтвержденные голосованием супербольшинства validators. Вместо вычислительных барьеров, защита основывается на экономических барьерах — validators, пытающиеся атаковать сеть, теряют свой залог.

Мотивационные философии также существенно различаются. Proof of stake включает механизмы штрафов наряду с наградами, что означает, что validators сталкиваются с конкретными последствиями за недобросовестное поведение. Proof of work в основном опирается на положительные стимулы: майнеры, нарушающие правила, просто игнорируются, а их недопустимые блоки не признаются, при этом они тратят электроэнергию. Эта философская разница формирует подходы к наказанию за нарушение правил.

Основные преимущества и ограничения систем proof of stake

Определение proof of stake часто подчеркивает энергоэффективность как основное преимущество. Исключая энергоемкие вычислительные конкурсы, сети proof of stake теоретически потребляют значительно меньше электроэнергии, чем альтернативы proof of work. Однако критики считают, что эта сравнение упрощает реальность, отмечая, что корпоративные серверные фермы и компании, обеспечивающие подтверждение proof of stake, также потребляют значительные объемы энергии — просто эта деятельность менее заметна, чем майнинг.

Несмотря на преимущества, существуют существенные ограничения, бросающие вызов обещанию proof of stake как более совершенного механизма консенсуса. Наиболее яркое — концентрация богатства. В системах proof of stake validators с большими криптовалютными активами получают непропорциональные награды, создавая самоподдерживающийся цикл: богатые validators накапливают капитал, а меньшие — испытывают трудности с конкуренцией. Эта концентрация противоречит принципам децентрализации, поскольку небольшая группа с крупными активами может в конечном итоге доминировать в управлении сетью.

Конфигурации предмайнинга усиливают это неравенство. Многие проекты proof of stake, включая Ethereum, распределяли значительные объемы криптовалюты среди основателей и ранних участников до публичного запуска. Этот старт дает этим участникам огромное преимущество в валидации, которое новым участникам трудно преодолеть, создавая постоянные дисбалансы власти внутри сетей proof of stake. В то время как блокчейны proof of work также могут использовать предмайнинг, в экосистемах proof of stake эта практика встречается чаще и с большим эффектом из-за отсутствия полноценных узлов, демократизирующих участие.

Дополнительные критические замечания касаются:

• Централизации: крупные validators с значительными ставками контролируют создание блоков и управление сетью, что может позволить небольшим группам диктовать правила и снижать безопасность и децентрализацию
• Уязвимости к 51% атакам: получение 51% токенов proof of stake для атаки кажется проще, чем контроль 51% вычислительной мощности proof of work, что делает сети более уязвимыми к скоординированным атакам
• Зависимость безопасности сети: безопасность proof of stake полностью зависит от совокупной стоимости активов validators; при сговоре крупных групп они могут манипулировать консенсусом без существенных препятствий
• Системная сложность: существует множество вариантов proof of stake — делегированное PoS, leased PoS, чистое PoS — что создает сложную экосистему, которую немногие участники полностью понимают, увеличивая риск ошибок при усложнении систем
• Проблема «ничего не ставит»: теоретически validators могут поддерживать несколько конкурирующих версий блокчейна одновременно, надеясь, что одна из них подтвердит их позицию, что может препятствовать достижению консенсуса и подрывать целостность сети

Почему Bitcoin остается приверженым proof of work

После перехода Ethereum на proof of stake в сентябре 2022 года защитники окружающей среды и корпоративные интересы неоднократно предлагали, чтобы Bitcoin тоже перешел на этот механизм. Однако сообщество разработчиков Bitcoin твердо придерживается механизма proof of work, считая его фундаментальной частью философии и модели безопасности Bitcoin.

Преимущества энергоэффективности, приписываемые proof of stake, требуют критики. Хотя Ethereum заявлял о сокращении потребления энергии на 99,95%, эта оценка игнорирует тот факт, что корпоративные структуры, обеспечивающие подтверждение proof of stake по всему миру, потребляют огромные объемы электроэнергии — просто эта деятельность происходит внутри корпоративных дата-центров, а не в распределенных майнинговых операциях.

Дизайн proof of work в Bitcoin демонстрирует явные преимущества для достижения истинной децентрализации. Механизм proof of work стимулирует развитие возобновляемых источников энергии и использует «застрявшую» или «потерянную» энергию, направляя ее на продуктивное использование, а не полностью устраняя потребление энергии. Полные узлы, функционирующие независимо по всему Bitcoin, проверяют все транзакции и блоки, предотвращая возможность validators диктовать правила сети — эта особенность децентрализации в значительной степени отсутствует в системах proof of stake.

Кодовая архитектура Bitcoin делает отказ от proof of work чрезвычайно сложным. Основные изменения в консенсусе требуют подавляющей поддержки со стороны распределенного сообщества разработчиков и пользователей Bitcoin, а не просто давления со стороны корпораций или экологических групп. Это сопротивление — не упрямство, а сознательный дизайн, гарантирующий, что Bitcoin не может быть легко перенастроен под чьи-либо интересы или повестки.