Купить Tangem

Proof-of-Stake (PoS): что это за алгоритм и как он работает

Author logo
Tangem
Post image

Популярный механизм консенсуса Proof-of-Stake (PoS) — алгоритм, по правилам которого, для того чтобы стать валидатором, добавлять новые блоки в блокчейн, подтверждать легитимность транзакций и получать за это вознаграждение, нужно владеть токенами сети и заблокировать их некоторое количество на определенный период времени (отправить в стейкинг).  

На Proof-of-Stake работают такие известные сети, как Solana, Cardano, Toncoin, BNB Chain, BNB Smart Chain и другие популярные блокчейны, а в сентябре 2022 года с PoW на PoS перешел и второй по капитализации блокчейн Ethereum.

Механизм консенсуса: что это такое и чем он так важен

Механизм консенсуса представляет собой набор правил, по которым участники блокчейна (валидаторы) формируют новые блоки транзакций. Блокчейны не имеют единого органа управления, который подтверждал бы транзакции, так как это децентрализованные системы, и протоколы консенсуса призваны обеспечивать безопасность сети и гарантировать согласие всех ее участников одну версию блокчейна.  

Простыми словами: алгоритм консенсуса — это перечень правил, по которым живет, работает и развивается блокчейн. Каждый новый блок в цепочке формируется согласно этим правилам.

Существуют различные консенсуальные протоколы: Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS), Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), Proof of Burn (PoB) и др. Из них самые известные — PoW (доказательство выполнения работы) и PoS (доказательство доли владения).

Как появился PoS

Впервые PoS был использован в августе 2012 года в PPCoin в гибридном варианте: новые монеты распределялись через майнинг, а транзакции мог обрабатывать любой узел, который хранил PPC. Первой «чистой» криптой на PoS стал Nxt, запущенный в ноябре 2013 года.

Алгоритм Proof-of-Stake оказался очень удачным и гибким, поэтому его начали использовать во множестве блокчейнов в разных вариантах.

Proof-of-Stake: как это работает

Итак, алгоритм PoS не требует от участников сети вычисления сложных математических функций, а право на генерацию нового блока предоставляется валидатору псевдослучайным образом, в зависимости от количества монет, заблокированных им в блокчейне. Этот механизм еще называют форжингом или минтингом, а формирование блоков — чеканкой.

Простыми словами: форжинг — процесс генерации новых блоков сети с использованием механизма консенсуса PoS за вознаграждение.

Опишем принцип работы PoS.

1. Нода блокирует монеты, как только это сделано, блокчейн считает, что узел готов к работе. Минимальный порог входа в каждом блокчейне разный. В Ethereum, например, для того чтобы стать валидатором, нужно заблокировать 32 ETH.

2. Все валидаторы соревнуются за право добавления нового блока в цепь распределенного реестра.

3. Сеть случайным образом на основе определенных критериев выбирает ноду для добавления блока. Есть несколько вариантов выбора вычислительного устройства для форжинга блока.  

  • По «возрасту» монеты с учетом времени, на протяжении которого валидатор стейкал свои монеты, а также общему числу всех монет, заблокированных в виде стейка. После того, как какой-то узел выбирается валидатором, «возраст» его монет обнуляется. 
  • По показателям стейкинга, то есть количеству отправленных в стейкинг монет, и значению хэша. Чем выше показатель стейкинга и чем ниже значение хэша, тем больше у ноды шансов создать новый блок.  

4. Валидатор проверяет легитимность транзакций в блоке, подписывает его, другие узлы подтверждают легитимность блока, и если большинство из них считают его действительным, он записывается в блокчейн-цепочку.

Если блок классифицируется другими валидаторами как нелегитимный, выбранная нода теряет свой стейк (все монеты в стейкинге), и весь процесс перезапускается, а фальсификатор в будущем не сможет генерировать блоки.

5. Нода получает вознаграждение в виде комиссии за транзакции. Вознаграждение и стейк узла замораживается на некоторое время, чтобы сеть могла перепроверить легитимность транзакций.

Преимущества и недостатки Proof-of-Stake

Среди главных преимуществ Proof-of-Stake можно выделить:

  • отсутствие необходимости в дорогостоящем оборудовании;
  • значительно более низкие энергозатраты по сравнению с алгоритмом PoW;
  • высокий уровень безопасности (чтобы совершить атаку 51%, придется завладеть более чем половиной всей криптовалюты сети, а это огромные деньги, и даже если злоумышленники наберут такую сумму, атака станет финансово нецелесообразной);
  • высокая скорость проведения транзакций;
  • прекратить свою деятельность как валидатора в PoS очень просто, достаточно разблокировать и продать свои монеты; 
  • полученное вознаграждение можно реинвестировать, и его прибыльность будет возрастать в долгосрочной перспективе, в PoW это сделать сложнее, так как майнерам приходится вкладывать деньги в оборудование.

Есть у Proof-of-Stake и минусы. Главный — это, в некотором роде, тяготение к централизации, ведь чем больше у валидатора монет, тем больший вес имеет его голос. Наконец, несмотря на то, что атака 51% невыгодна, она вполне возможна.

Разновидности Proof-of-Stake

На принципах классического PoS разработано большое количество алгоритмов консенсуса, которые отличаются друг от друга определенными деталями. Вот некоторые из них.

  • Делегированное доказательство доли (DPoS, Delegated Proof-of-Stake). Участники сети используют свои токены для того, чтобы выбрать валидаторов. Используется, например, в сети Bitshares.
  • Арендованное доказательство доли (LPoS, Leased Proof-of-Stake). Валидатор арендует у участников сети их криптовалюту и выплачивает им за это вознаграждение. Применяется, например, в сети Waves.
  • Номинированное доказательство доли (NPoS, Nominated Proof-of-Stake). Среди участников блокчейна присутствуют так называемые номинаторы, которые вносят залоги за валидаторов и несут ответственность за их добропорядочность. Используется, например, в блокчейне Polkadot.
  • Чистое доказательство доли (PPoS, Pure Proof-of-Stake). Используется в сети Algorand. Суть механизма в том, что валидатора нового блока случайным образом и анонимно выбирают из криптокошельков, на которых есть более 1 ALGO.
  • Доказательство авторитета (PoA, Proof-of-Authority). Механизм, при котором каждый валидатор должен быть утвержден разработчиками блокчейна. То есть это доказательство доли + репутация. Валидаторы проходят верификацию. Алгоритм используется в сети BNB Chain.

Виды стейкинга

Поучаствовать в поддержании работы блокчейна на PoS можно разными способами.

  1. Классический стейкинг (самостоятельный технический). Пользователь сам выступает валидатором. Самая большая проблема такого способа — минимальная сумма, которую нужно заморозить на кошельке. Она может оказаться неподъемной для многих. Это, например, 32 ETH в сети Ethereum (приблизительно $44 600 на момент написания статьи), 1 000 DASH в одноименном блокчейне ($47 820),10 000 XTZ в Tezos ($8400). Что же касается сроков стейкинга, то они могут колебаться от нескольких дней до нескольких лет. Если валидатор уйдет в офлайн, его ждет штраф.
  2. Холодный стейкинг. Монеты блокируются на балансе холодного кошелька, постоянно находиться онлайн не нужно, начисления прекращаются сразу после разморозки и вывода монет.
  3. Делегированный стейкинг. Монеты переводятся посреднику, а он размещает их вместе с криптовалютой других клиентов. Если клиентов много, посредник аккумулирует большое количество монет и, соответственно, получает высокие шансы на право генерации блока и получение дохода.

Заключение

Алгоритм консенсуса Proof-of-Stake имеет большой потенциал. Он значительно доступнее для людей, которые хотят стать валидаторами, чем Proof-of-Work для тех, кто хочет майнить. 

Но самое главное его достоинство — экологичность, поскольку он не требует сверхмощного оборудования и, как следствие, высоких энергетических затрат.

Author logo
Авторы Tangem

Мы — небольшая команда пользователей криптовалюты и Tangem, которая работает над тем, чтобы сделать самостоятельное хранение простым и безопасным для всех.