Розуміння Proof of Stake: основне визначення та механізм

Визначення доказу ставки зосереджено навколо механізму консенсусу, який дозволяє учасникам мережі блокчейн підтверджувати транзакції та створювати нові блоки без високих обчислювальних вимог традиційного майнінгу. У анонімних середовищах блокчейну, де довіра є ключовою, доказ ставки функціонує як система підтвердження участі — де валідатори повинні демонструвати свою залученість через володіння криптовалютою, а не обчислювальну потужність.

Що визначає доказ ставки як метод консенсусу?

У своїй основі доказ ставки — це алгоритм консенсусу, який кардинально переосмислює спосіб досягнення згоди у мережах блокчейн щодо дійсності транзакцій та створення блоків. Замість того, щоб вимагати від учасників розв’язання складних математичних задач, доказ ставки запрошує учасників мережі блокчейн закріплювати свою власну криптовалюту як заставу — їх «ставку» — щоб отримати право підтверджувати транзакції та створювати нові блоки.

Цей підхід до визначення доказу ставки виявляє основний принцип: валідатори обираються для пропозиції наступного блоку на основі кількості криптовалюти, яку вони вкладають у мережу. Вибір не є випадковим; валідатори з більшими ставками мають статистично вищі шанси бути обраними, створюючи прямий зв’язок між внеском капіталу та відповідальністю за підтвердження. Обрані валідатори повинні аутентифікувати всі транзакції у своєму запропонованому блоці, забезпечуючи відсутність подвійного витрачання та наявність достатньої кількості криптовалюти у відправників для їхніх транзакцій.

Мотиваційна структура, що лежить в основі доказу ставки, працює через механізми нагороди та покарання. Валідатори, які успішно підтверджують блоки, отримують новостворену криптовалюту як винагороду. Навпаки, ті, хто діє недобросовісно або пропонує недійсні транзакції, втрачають свою поставлену криптовалюту — що є унікальним стримуючим фактором для систем доказу ставки. Консенсус досягається, коли більшість валідаторів приймає та підтверджує дійсність блоку; відхилені блоки призводять до втрати їхніх ставок для їхніх авторів.

Операційна структура валідаторів та ставок PoS

Щоб зрозуміти визначення доказу ставки у практичних термінах, важливо розглянути, як валідатори функціонують у мережі. Коли валідатор приєднується до мережі доказу ставки, він має внести свої криптовалютні активи у смарт-контракт мережі, офіційно закріплюючи свою ставку. Ця ставка слугує як стимул і застава — валідатори отримують прибуток, коли мережа працює коректно, але втрачають капітал у разі поганої поведінки або атак.

Механізм вибору у мережах доказу ставки зазвичай базується на зваженій випадковості. Хоча валідатори з мінімальними ставками теоретично можуть бути обраними, ті, що мають більші криптовалютні активи, мають експоненційно вищі шанси стати валідаторами. Це створює цікаву динаміку: чим більше валідаторів ставлять, тим більше вони можуть заробити — але й ризикують більше. Валідатори повинні ретельно обчислювати оптимальний розмір ставки, балансуючи потенційні нагороди та ризик втрати.

Після завершення роботи — підтвердження блоку та забезпечення легітимності всіх транзакцій — валідатори транслюють своє підтвердження у мережу. Інші валідатори перевіряють цю роботу, і якщо досягається консенсус щодо дійсності блоку, він додається до блокчейну. Валідатор, що отримав нагороду, отримує як новостворену криптовалюту, так і потенційно транзакційні комісії, тоді як його ставка залишається заблокованою і доступною для майбутніх циклів підтвердження.

PoW і PoS: порівняння двох підходів до консенсусу

Щоб повністю зрозуміти визначення доказу ставки, корисно порівняти його із доказом роботи, що висвітлює фундаментальні відмінності між цими механізмами. Доказ роботи, первісний підхід Bitcoin, вимагає від майнерів інтенсивної конкуренції у розв’язанні криптографічних задач, де найшвидший розв’язувач отримує право створити наступний блок і отримати нагороду. Це змагання споживає величезну кількість електроенергії, оскільки тисячі спеціалізованих комп’ютерів працюють одночасно по всьому світу.

Доказ ставки пропонує альтернативну парадигму. Замість обчислювальних витрат, що керують консенсусом, визначення доказу ставки наголошує на володінні криптовалютою — валідатори з більшою кількістю токенів мають пропорційно більший вплив на підтвердження блоків і напрямок мережі. Це усуває потребу у енергоємному обладнанні, хоча й вводить інші питання безпеки.

Механізми запобігання подвійного витрачання також відрізняються. У системах доказу роботи, таких як Bitcoin, безпека базується на величезних обчислювальних витратах для реорганізації історичних блоків. Атакуючий має контролювати 51% обчислювальної потужності мережі — що є надзвичайно дорогим. Водночас, у Bitcoin, захист також забезпечується повними вузлами, які незалежно перевіряють усі транзакції та відкидають недійсні блоки незалежно від поведінки майнерів.

Перехід Ethereum до доказу ставки у вересні 2022 року запровадив альтернативний метод запобігання подвійного витрачання — «контрольні блоки», підтверджені голосами валідаторів більшості. Замість криптографічних бар’єрів, що захищають блокчейн, доказ ставки покладається на економічні бар’єри — валідатори, що намагаються атакувати мережу, втрачають свою поставлену криптовалюту.

Мотиваційні філософії також суттєво різняться. Доказ ставки включає механізми штрафів поряд із нагородами, тобто валідатори стикаються з конкретними наслідками за недобросовісну поведінку. Доказ роботи здебільшого базується на позитивних стимулях: майнери, що порушують правила, просто ігноруються, а їхні недійсні блоки витрачають електроенергію. Ця філософія формує підхід до покарання за порушення.

Основні переваги та обмеження систем доказу ставки

Визначення доказу ставки часто наголошує на енергетичній ефективності як основній перевазі. Відмовляючись від енергоємних змагань, мережі доказу ставки теоретично споживають значно менше електроенергії, ніж альтернативи з доказом роботи. Однак критики стверджують, що цей порівняльний аналіз спрощує реальність, оскільки корпоративні серверні ферми та компанії, що забезпечують підтвердження доказу ставки, споживають значну кількість енергії — просто ця енергія використовується у внутрішніх дата-центрах, а не у розподілених майнингових операціях.

Кілька суттєвих обмежень кидають виклик обіцянкам доказу ставки як кращого механізму консенсусу. Найбільш очевидне — концентрація багатства. У системах доказу ставки валідатори з більшими криптовалютними активами отримують непропорційно більші нагороди, що створює саморегулюючу циклічність: багаті валідатори накопичують додатковий капітал, тоді як менші борються за виживання. Це безпосередньо суперечить принципам децентралізації, оскільки кілька добре забезпечених валідаторів з часом можуть домінувати у прийнятті рішень.

Передпродажі (pre-mining) посилюють цю нерівність. Багато проектів на основі доказу ставки, включаючи Ethereum, розподілили значні обсяги криптовалюти засновникам та раннім учасникам перед публічним запуском. Це дає цим раннім гравцям величезну перевагу у підтвердженні, яку новачки не можуть подолати, створюючи постійний дисбаланс влади у мережах доказу ставки. Хоча блокчейни з доказом роботи також можуть використовувати передпродажі, у системах доказу ставки ця практика трапляється частіше і має більший вплив через відсутність повних вузлів, що демократизують участь.

Додаткові критики доказу ставки включають:

• Централізація: великі валідатори з значними ставками контролюють створення блоків і управління мережею, потенційно дозволяючи невеликим групам диктувати правила та підривати безпеку і децентралізацію
• Уразливість до атаки 51%: здобуття 51% токенів доказу ставки для атаки мережі здається легшим, ніж здобуття 51% обчислювальної потужності доказу роботи, що робить мережі доказу ставки потенційно більш вразливими до скоординованих атак
• Залежність безпеки мережі: безпека доказу ставки цілком залежить від загальної вартості активів валідаторів; якщо великі групи валідаторів зкооперуються, вони можуть маніпулювати консенсусом без значних перешкод
• Системна складність: існує кілька варіантів доказу ставки — делегований PoS, орендований PoS, чистий PoS — що створює складну екосистему, яку мало хто повністю розуміє, збільшуючи ризик збоїв через ускладнення систем
• Проблема «нічого за ставкою»: теоретично валідатори можуть підтримувати кілька суперечливих версій блокчейну одночасно, сподіваючись, що одна з них підтвердить їхню позицію, що може перешкоджати досягненню консенсусу та підривати цілісність мережі

Чому Bitcoin залишається прихильником доказу роботи

Після переходу Ethereum у вересні 2022 року на доказ ставки, екологічні активісти та корпоративні інтереси неодноразово пропонували Bitcoin також перейти на цей механізм. Однак спільнота розробників Bitcoin залишається твердо прихильною до механізму доказу роботи, вважаючи його фундаментальним для філософії та безпеки Bitcoin.

Очевидні переваги енергетичної ефективності доказу ставки заслуговують на критику. Хоча Ethereum заявляв, що його перехід зменшить споживання енергії на 99,95%, ця оцінка ігнорує реальність — корпорації, що забезпечують підтвердження доказу ставки у світі, споживають величезну кількість електроенергії — ця енергія використовується у корпоративних дата-центрах, а не у розподілених майнингових фермах.

Bitcoin з механізмом доказу роботи демонструє явні переваги для досягнення справжньої децентралізації. Механізм стимулює інновації у використанні відновлюваної енергії та використовує «застряглу» або «марну» енергію, спрямовуючи її у продуктивне використання, а не зменшуючи споживання енергії взагалі. Повні вузли, що працюють незалежно по всій мережі Bitcoin, перевіряють усі транзакції та блоки, запобігаючи можливості валідаторів диктувати правила мережі — ця децентралізація значною мірою відсутня у системах доказу ставки.

Архітектура коду Bitcoin ускладнює відмову від доказу роботи. Зміни у фундаментальній згоді вимагають переважної підтримки розподіленої спільноти розробників і користувачів Bitcoin, а не просто корпоративного або екологічного тиску. Це не впертість, а свідомий дизайн, що гарантує, що Bitcoin не може бути легко переналаштований під будь-які інтереси або цілі однієї сторони.

Висновок: вибір між механізмами консенсусу

Визначення доказу ставки охоплює як справжні інновації, так і суттєві компроміси у порівнянні з доказом роботи. Хоча системи доказу ставки пропонують певні переваги — особливо у плані обчислювальної ефективності та доступності для участі у підтвердженні — вони вводять виклики щодо концентрації багатства, децентралізації та безпеки, які потребують ретельного аналізу.

Обидва механізми консенсусу виконують різні функції у криптовалютній екосистемі. Доказ роботи ставить пріоритет на незмінність, децентралізацію та безпеку через обчислювальні бар’єри та повні вузли. Доказ ставки наголошує на доступності та зменшенні ресурсних вимог, водночас вводячи економічні бар’єри та концентрацію зацікавлених сторін. Вільний ринок вигідно дозволяє обом підходам співіснувати, розвиватися та обслуговувати свої спільноти.

Для Bitcoin свідомий вибір зберегти доказ роботи відображає фундаментальні зобов’язання щодо децентралізації, монетарної суверенності та екологічних інновацій. Розуміння визначення доказу ставки вимагає врахування як його операційних механізмів, так і компромісів — жоден механізм консенсусу не є універсально переважним, але їхні різні характеристики підходять для різних філософій і цілей мереж.