PoW и PoS майнинг

PoW и PoS майнинг: алгоритмы консенсуса в криптовалютах

Proof-of-Work и Proof-of-Stake — наиболее часто используемые в криптовалютах алгоритмы консенсуса. Они являются одной из основных криптовалютных характеристик, которая косвенно указывает на то, какой тип майнинга присущ той или иной криптовалюте, и являются своего рода методом защиты блокчейна от постороннего вмешательства и атак. PoS считается более совершенным, потому разработчики этот алгоритм выбирают все чаще и чаще, но и он не дает абсолютной уверенности в том, что монета будет полностью защищена. О том, что такое алгоритмы консенсуса, какие они бывают, в чем преимущества и недостатки PoW и PoS майнинга, читайте в этой статье.

Что такое алгоритм консенсуса

Важно! Я веду этот блог уже почти 10 лет. Все это время я регулярно публикую отчеты о результатах публичных инвестиций. Сейчас мой публичный инвестпортфель - более 5 000 000 рублей.

Со временем этот сайт стал больше базой знаний для читателей, а все актуальные события в портфеле и не только я публикую в открытом телеграм-канале. Подписывайтесь, если хотите быть в курсе того, куда я инвестирую.

В любой сети, построенной на блокчейне, происходит передача двух видов сообщений: транзакции (например, передача криптовалюты от одного участника сети к другому) и блоков, которые состоят из этих транзакций. Чтобы перечислить криптовалюту, отправитель должен ввести ключ (пароль), который идентифицирует собственника кошелька. То есть согласия всего криптовалютного сообщества не требуется. С блоками ситуация иная – здесь необходимо согласие всех участников сети, что и является консенсусом.

Пример. У Владислава есть один Биткоин, который он пытается одновременно отправить Антону и Олегу. Если бы речь шла об обычной сделке с помощью банковской карты, то такое перечисление было бы невозможным, однако в криптовалютной сети теоретически данная ситуация допустима. И, если Антон и Олег не общаются между собой и не знают об одновременной отправке, то в сети возникает проблема. Это называется «двойным расходованием». Чтобы избежать подобной ситуации, все участники сети согласовывают между собой журналы транзакций. И в таком случае действительной будет признана только первая транзакция, вторая станет некорректной.

Суть проблемы понятна. Вопрос лишь в том, как этот процесс взаимосвязи между всеми участниками сети организовать технически. И дело даже не столько в обмене информацией, сколько в том, каким образом отделить благонадежных участников сети от тех, кто будет вносить в систему дезинформацию.

Атака Сибиллы. Одна из самых распространенных в криптовалютах атак, которая заключается в том, что злоумышленник пытается окружить узел «жертвы», то есть получает контроль над соседними узлами сети. Контролируя их, атакующий может передавать «жертве» ложные данные и блокировать исходящие транзакции.

Византийский консенсус

Византийский консенсус – общее определение задачи взаимодействия участников сети, которые расположены друг от друга на расстоянии, но получают информацию из одного центра. Суть проблемы в том, что участники должны не только общаться между собой, но и предусматривать, что кто-то из них может передавать ложную информацию. И сам центр способен разным участникам сети отправлять неодинаковые данные. Задача участников определить, какая информация ложная, и исключить злоумышленников из системы принятия решений.

Проблема византийских генералов в криптографии была озвучена еще в 80-х годах и её решение стало стартом для алгоритма консенсуса, называемого майнингом PoW. Её суть заключается в следующем: есть византийская армия, состоящая, например, из 4 легионов, расположенных на расстоянии друг от друга. Командный центр в определенный момент рассылает генералам приказ о том, отступать или начинать наступление. Есть следующие варианты развития событий:

если все честные легионы атакуют, они побеждают;
если все честные легионы отступают, исход также считается благоприятным;
если среди честных легионов единство отсутствует, армия терпит поражение.

Задача генералов определить, кто из них является предателем, и исключить его легион из системы принятия решений. Правда, и сам центр может специально отправить генералам разную информацию.

Задача решается следующим образом:

каждый генерал отправляет трем другим генералам информацию о количестве воинов в его легионе. Предполагается, что предатель для дезинформации отправит разные данные. В криптовалютах это можно сравнить с фиктивными транзакциями или DDoS — атаками;
каждый генерал из четырех имеющихся цифр (то есть, данных обо всех легионах) формирует пакет, который снова рассылает трем генералам;
каждый генерал получает четыре пакета с имеющимся набором цифр. Дальше им остается только лишь сравнить данные в пакетах и определить, по кому из генералов будут расхождения.

Таким образом генералы находят предателя и, исключая его мнение, договариваются между собой о дальнейших действиях.

Консенсус Proof-of-Work

У решения проблемы византийских генералов есть существенный недостаток – отсутствие анонимности. Каждый из них знает, от кого пришла информация. В 1990-х годах был разработан новый алгоритм, учитывающий анонимность участников сети. В общих чертах его суть сводится к тому, что каждый новый участник должен выполнить определенные расчеты, которые непосильны человеку, но возможны для компьютера. Выполнение расчетов доказывает реальность пользователя, впуская его в сеть. Этот алгоритм консенсуса (вычислительные действия, блокирующие ложные цепочки) получил название Proof-of-Work, доказательство работы.

Особенности алгоритма Proof-of-Work:

PoW предотвращает возможность полного окружения узла жертвы. Хотя атака Сибиллы вероятна, осуществить её очень сложно;
доказательство не переносится на другие блоки. То есть, исключена его кража. Так как в результате вычислений пользователь получает криптовалюту, вероятность её кражи уменьшается;
доказательство нельзя получить заранее. В каждом новом блоке содержится ссылка на предыдущий блок, потому вычисления проводятся поочередно;
в PoW предусмотрено справедливое распределение награды в зависимости от мощности компьютера. Если майнер своими вычислениями обеспечивает создание 1% блока, то и награда составляет 1%;
на эмиссию криптовалюты затрачиваются реальные ресурсы (электроэнергия).

Консенсус Proof-of-Stake

Майнинг PoS в последнее время становится все более популярным, постепенно заменяя алгоритм PoW. Проблемой доказательства работы является сложность расчетов. Количество участников сети растет. И чем их больше, тем сложнее и дольше требуются расчеты. Вот только пользы от этих расчетов, кроме добычи монет, нет. Попытки использовать эти вычисления делались, например, изначально для майнинга Ripple проводились расчеты, нужные для наукоемких отраслей (медицины, космонавтики и т. д.), но в целом данный вариант не прижился.

Еще одна проблема PoW — неограниченность эмиссии. И если, например, у ВТС она есть, то у ЕТН её нет. В обоих случаях для майнеров это проблема. При ограниченной эмиссии с каждым блоком расчеты усложняются, для чего нужно все более совершенное оборудование (например, ASIC – схемы, предназначенные исключительно для майнинга). В случае неограниченной эмиссии происходит постепенное обесценивание криптовалюты.

Что такое PoS майнинг. Это алгоритм консенсуса (доказательство доли), где подтверждение осуществляется не благодаря вычислениям, а за счет владения некоторым количеством криптовалюты. В отличие от предыдущего алгоритма, здесь все монеты выпускаются полностью, а не добываются постепенно. Свое присутствие в системе участник сети доказывает владением криптовалютой, на которую начисляется процент. Иными словами, криптовалюты PoS не имеют привычного майнинга.

Хотя монеты с PoS майнингом лучше защищены и не требуют затрат на ресурсы, но имеются некоторые опасения. Например, криптовалюты с PoW алгоритмом вряд ли будут стоить дешевле, чем их себестоимость (то есть, цена, затраченная на электричество и оборудование). В случае коррекции рынка монеты на алгоритме PoS могут упасть в цене практически до нуля. Но разработчиков это не останавливает. Например, появилась информация, что предполагается смена алгоритма с PoW на PoS у Ethereum. Правда, каковы будут последствия, пока предугадать сложно.

Другие алгоритмы доказательств

PoW и PoS алгоритмы используются у большей части криптовалют. Но есть и другие алгоритмы, которые отчасти похожи на PoW и PoS, но имеют свои отличительные черты:

Proof-of-Activity. Модель, которая представляет собой симбиоз алгоритмов PoW и PoS, используется редко;
Delegated Proof-of-Stake. Делегированное доказательство доли. По сути, это тот же алгоритм PoS, только здесь сообщество выбирает тех, кто станет формировать блоки. То есть, передает им это право;
Proof-of-Burn. Модель, в которой майнер отправляет монеты на адрес, с которого их потом невозможно снять. «Сжигая» монеты, пользователь получает шанс на право майнинга следующего блока. Это своего рода краткосрочная потеря для получения прибыли в будущем.
Proof-of-Capacity. Модель, в которой участник сети, чтобы влиться в неё, должен предоставить часть памяти компьютера;
Proof-of-Storage. Похожий алгоритм с небольшим отличием: предоставленная майнером память является составной частью одного крупного облачного хранилища.

Все эти алгоритмы по зрелости идеи и реализации отстают от PoW и PoS, потому используются редко и особой эффективностью не отличаются.

В итоге PoS в майнинге – это алгоритм консенсуса, который обеспечивает безопасность в сети и эффективность функционирования. Если майнер хранит на кошельке 1% всех монет, то он будет принимать участие в проверке и формировании 1% создающихся блоков. В отличие от алгоритма PoW, здесь не нужно дорогостоящее оборудование и затраты на энергоресурсы. Чтобы начать зарабатывать, требуется лишь приобрести криптовалюту и хранить её как можно дольше. Остались вопросы – предлагаю их обсудить в комментариях.

Пожалуйста, оцените статью, мне важно ваше мнение: