Streszczenie
Proof of Work (PoW) i Proof of Stake (PoS) to dwa najczęstsze mechanizmy konsensusu, a kryptowaluty głównego nurtu wykorzystują je do zapewnienia własnego bezpieczeństwa sieci.
Bitcoin wykorzystuje dowód pracy do weryfikacji transakcji i zapewnienia bezpieczeństwa sieci. Ponadto dowód pracy może zapobiec problemom związanym z podwójnymi wydatkami. Nad bezpieczeństwem blockchainu czuwają uczestnicy zwani „górnikami”, którzy rywalizują ze sobą wykorzystując moc obliczeniową o prawo do potwierdzania nowych bloków i aktualizacji blockchainu. Odnoszący sukcesy górnicy są nagradzani przez sieć Bitcoinami. Od grudnia 2021 r. górnicy otrzymają nagrodę blokową w wysokości 6,25 Bitcoinów za każdy pomyślnie wydobyty blok Bitcoin plus opłaty transakcyjne.
Główną różnicą pomiędzy Proof of Work i Proof of Stake jest sposób wybierania walidatorów transakcji blokowych. Dowód stawki jest najpopularniejszą alternatywą dla dowodu pracy i jest mechanizmem konsensusu zaprojektowanym w celu poprawy ograniczeń dowodu pracy, takich jak kwestie skalowalności i zużycia energii. Uczestnicy dowodu stawki, zwani „walidatorami”, nie muszą używać potężnych urządzeń sprzętowych, aby konkurować o możliwość weryfikacji bloków. Wystarczy, że postawią (zablokują) natywną kryptowalutę blockchain. Następnie sieć wybiera zwycięzcę na podstawie kwoty postawionej kryptowaluty i nagradza zwycięzcę procentem opłat transakcyjnych ze zweryfikowanych bloków. Im więcej postawionych tokenów, tym większa szansa na zostanie walidatorem.
Wstęp
Aby zapewnić wymianę rekordów w łańcuchu blokowym. spośród nich najwcześniej pojawił się mechanizm Proof of Work (PoW). Mechanizm ten został stworzony przez Satoshi Nakamoto i jest uznawany za jedną z najbezpieczniejszych alternatyw. Następnie pojawił się Proof of Stake (PoS), który jest obecnie szczególnie powszechny wśród projektów altcoinowych.
Oprócz Bitcoina Proof of Work jest również używany w głównych kryptowalutach, takich jak Ethereum (ETH) i Litecoin (LTC). Natomiast dowód stawki jest używany w przypadku Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) i innych altcoinów. Warto zauważyć, że w 2022 roku Ethereum przejdzie z dowodu pracy na dowód stawki.
Co to jest Proof of Work (PoW) i jak działa?
Proof of Work (PoW) to algorytm konsensusu używany przez sieć Bitcoin i wiele innych kryptowalut w celu zapobiegania problemowi podwójnego wydatkowania. Satoshi Nakamoto zaproponował tę koncepcję w białej księdze Bitcoin opublikowanej w 2008 roku.
Dowód pracy zasadniczo określa sposób, w jaki blockchain Bitcoin osiąga rozproszony konsensus. Weryfikuje transakcje peer-to-peer w sposób bez zaufania, bez udziału zewnętrznych pośredników.
W sieci typu proof-of-work, takiej jak Bitcoin, transakcje są weryfikowane przez górników. Są uczestnikami sieci i wykorzystują znaczne zasoby, aby zapewnić dalsze bezpieczne i normalne działanie sieci. Górnicy są również odpowiedzialni za takie zadania, jak tworzenie i weryfikacja transakcji blokowych. Aby zyskać prawo do weryfikacji kolejnego bloku, górnicy wykorzystują wysokospecjalistyczny sprzęt wydobywczy do rozwiązywania skomplikowanych zagadek matematycznych.
Pierwszy górnik, który pomyślnie rozwiąże te problemy matematyczne, zdobywa prawo do dodania bloku do łańcucha bloków i otrzymuje tak zwaną nagrodę za blok. Nagrody blokowe składają się z nowo wygenerowanej kryptowaluty i opłat transakcyjnych. W zależności od warunków sieciowych ilość kryptowaluty w nagrodzie za blok będzie się również różnić. Na przykład górnik, który pomyślnie wydobędzie blok z łańcucha bloków Bitcoin, otrzyma nagrodę w wysokości 6,25 Bitcoinów oraz opłaty transakcyjne za każdy blok (stan na grudzień 2021 r.). Jednak ze względu na mechanizm halvingu co 210 000 bloków (około czterech lat) liczba nowych Bitcoinów generowanych na blok będzie zmniejszana o 50%.
Aby dowiedzieć się więcej o modelu Proof of Work, przeczytaj „Co to jest Proof of Work (PoW)?” 》.
Co to jest Proof of Stake (PoS) i jak działa?
Proof of Stake (PoS) to algorytm konsensusu uruchomiony w 2011 roku. Stanowi alternatywę dla Proof of Work i ma na celu rozwiązanie ograniczeń skalowalności Proof of Work. Proof-of-stake to drugi najpopularniejszy algorytm używany przez kryptowaluty takie jak Binance Coin (BNB), Solana (SOL) i Cardano (ADA).
Podczas gdy Proof-of-Work i Proof-of-Stake mają ten sam cel, jakim jest osiągnięcie konsensusu w łańcuchu blokowym, Proof-of-Stake wykorzystuje różne metody w celu określenia walidatorów transakcji blokowych. W łańcuchu bloków typu proof-of-stake nie ma górników. Walidatorzy Proof-of-stake konkurują o prawa do sprawdzania poprawności bloków w oparciu o swoje indywidualne zasoby kryptowalut, a nie poleganie na wydajności komputera.
Uczestnicy mogą uzyskać uprawnienia do weryfikacji blokowej poprzez zablokowanie określonej liczby tokenów w konkretnej inteligentnej umowie blockchain. Proces ten nazywany jest „stakowaniem”. Protokół dowodu stawki przypisze następnie walidatory do sprawdzenia następnego bloku. W zależności od sieci proces selekcji będzie losowy lub ustalany na podstawie gospodarstw (kwota stawki). Wybrani walidatorzy są nagradzani opłatami transakcyjnymi z bloków, które walidują. Ogólnie rzecz biorąc, im więcej postawionych tokenów, tym większa szansa, że zostaniesz wybrany na walidatora.
Aby uzyskać szczegółowe informacje, przeczytaj „Szczegółowe wyjaśnienie dowodu stawki (PoS)”.
Różnica między Proof of Work (PoW) a Proof of Stake (PoS)
Chociaż oba należą do mechanizmu konsensusu zapewniającego bezpieczeństwo sieci blockchain, istnieją między nimi pewne różnice. Oczywiście główną różnicą pomiędzy Proof-of-Work i Proof-of-Stake jest wybrany sposób weryfikacji nowych uczestników transakcji. Aby ułatwić Ci zrozumienie, spójrzmy na poniższą tabelę:
Czy Proof of Stake jest lepszy od Proof of Work?
Zwolennicy Proof-of-Stake uważają, że Proof-of-Stake ma przewagę nad Proof-of-Work, zwłaszcza pod względem skalowalności i szybkości transakcji. Niektórzy twierdzą, że tokeny typu proof-of-stake są mniej szkodliwe dla środowiska niż dowód pracy. Z kolei wielu zwolenników dowodu pracy uważa, że dowód stawki, jako nowsza technologia, nie został jeszcze określony pod kątem jej potencjału w zakresie bezpieczeństwa sieci. Sieć typu proof-of-work wymaga wsparcia dużej liczby zasobów, takich jak sprzęt wydobywczy i energia elektryczna. W rezultacie koszt ataku będzie wyższy. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku Bitcoina, największego łańcucha bloków typu proof-of-work.
Jak wspomniano wcześniej, Ethereum (ETH) przejdzie z Proof-of-Work na Proof-of-Stake po aktualizacji do Ethereum 2.0. Ethereum 2.0 to długo oczekiwana aktualizacja sieci Ethereum, zaprojektowana w celu poprawy wydajności sieci i rozwiązania problemów ze skalowalnością. Po wdrożeniu przez Ethereum Proof of Stake wszyscy użytkownicy posiadający 32 monety Ether będą mogli wziąć udział w obstawianiu, aby zostać walidatorem i otrzymać nagrody.
Czy Proof of Stake jest lepszy od Proof of Work? Jaki jest powód, dla którego druga co do wielkości kryptowaluta pod względem kapitalizacji rynkowej przyjęła ten nowy mechanizm konsensusu?
Ryzyko centralizacji
Wydobywanie w łańcuchu bloków typu proof-of-work wymaga wykorzystania mocy obliczeniowej do wielokrotnego sprawdzania danych blokowych, aż do znalezienia skutecznego rozwiązania. Znalezienie rozwiązań stanowi coraz większe wyzwanie w przypadku obecnych kryptowalut głównego nurtu. Proces wyczerpującego obliczania skrótów wymaga drogiego sprzętu i energii elektrycznej.
Dlatego niektórzy górnicy wolą koncentrować zasoby wydobywcze w basenach wydobywczych, aby zwiększyć swoje szanse na otrzymanie nagród za bloki. Niektóre duże koncerny wydobywcze inwestują miliony dolarów i kontrolują dziesiątki tysięcy sprzętu wydobywczego z układami scalonymi specyficznymi dla aplikacji (ASIC), aby wygenerować jak najwięcej mocy obliczeniowej.
Według stanu na grudzień 2021 r. 4 największe pule wydobywcze wspólnie kontrolują prawie 50% całkowitej mocy obliczeniowej Bitcoina. Kiedy baseny wydobywcze są zmonopolizowane, entuzjastom kryptowalut niezwykle trudno jest samodzielnie wydobywać bloki.
Jak bardzo zdecentralizowane jest wydobycie? Po pierwsze, żaden pojedynczy podmiot nie ma pełnej kontroli nad walidacją sieci. Jeśli tak się stanie, może nastąpić atak 51% i sieć straci na wartości. Niektórzy twierdzą, że choć górnictwo jest nadal zdecentralizowane, to nie jest już w tym samym stopniu. W pewnym sensie producenci sprzętu wydobywczego i energii nadal kontrolują siłę napędową górnictwa, zmniejszając ogólny stopień decentralizacji łańcucha bloków odpornego na obciążenie pracą.
Mechanizm konsensusu typu „proof-of-stake” wykorzystuje inne podejście, zastępując siłę wydobywczą stakingiem. Mechanizm ten obniża bariery wejścia dla osób fizycznych w celu potwierdzenia transakcji, zmniejszając zależność od lokalizacji, urządzenia i innych czynników. Stawka zależy po prostu od liczby posiadanych tokenów.
Jednak większość sieci typu proof-of-stake wymaga, aby węzły walidacyjne rozpoczęły sprawdzanie transakcji. Może to być kosztowne w eksploatacji, ale nie jest warte kosztów kilku maszyn górniczych. Użytkownicy powierzają tokeny konkretnym weryfikatorom, tworząc model przypominający pulę wydobywczą. Dlatego też, choć zwykłym użytkownikom łatwiej jest uczestniczyć w programie Proof of Stake, nadal jest on podatny na problemy związane z centralizacją, takie jak pule wydobywcze.
Zagrożenie dla bezpieczeństwa
Oprócz ryzyka centralizacji, cztery największe pule wydobywcze kontrolują większość mocy obliczeniowej sieci Bitcoin, co zwiększa ryzyko ataku o 51%. Atak 51% oznacza, że złośliwa osoba lub organizacja może przeprowadzić atak bezpieczeństwa na system blockchain po przejęciu kontroli nad ponad 50% całkowitej mocy obliczeniowej całej sieci. Osoby atakujące będą całkowicie kontrolować algorytm konsensusu blockchain i wykonywać złośliwe działania dla osobistych korzyści, takie jak powodowanie problemów z podwójnymi wydatkami, odrzucanie lub zmienianie zapisów transakcji lub uniemożliwianie innym wydobywania. Jednak biorąc pod uwagę rozmiar sieci Bitcoin, szanse na wystąpienie takiego ataku są niezwykle małe.
Dla porównania, jeśli ktoś zaatakuje blockchain typu proof-of-stake, będzie musiał posiadać ponad 50% tokenów w sieci. Spowodowałoby to wzrost popytu na rynku i cen tokenów, a także kosztowałoby dziesiątki miliardów dolarów. Nawet jeśli atak 51% zostanie pomyślnie przeprowadzony, wartość tokenów postawionych przez atakującego gwałtownie spadnie z powodu naruszenia bezpieczeństwa sieci. Dlatego kryptowaluty korzystające z konsensusu typu proof-of-stake, zwłaszcza jeśli mają dużą kapitalizację rynkową, są prawie odporne na ataki 51%.
Wady dowodu stawki
Wiele osób uważa, że Proof of Stake jest optymalną alternatywą dla Proof of Work, jednak warto zaznaczyć, że algorytm Proof of Stake ma również wady. Pod wpływem mechanizmu dystrybucji nagród im więcej aktywów stawia walidator, tym większe jest prawdopodobieństwo, że otrzyma możliwość weryfikacji kolejnego bloku. Im więcej tokenów zgromadzi walidator, tym więcej tokenów może postawić i zarobić, dlatego wiele osób oskarża to o „bogaci się bogacą”. Ponieważ łańcuchy bloków typu proof-of-stake zazwyczaj przypisują walidatorom prawa do zarządzania, ci „bogatsi” walidatorzy wpływają również na siłę głosu w sieci.
Inną obawą są zagrożenia bezpieczeństwa, na jakie narażone są kryptowaluty o mniejszej kapitalizacji rynkowej korzystające z dowodu stawki. Jak wspomniano powyżej, bardziej popularne kryptowaluty, takie jak Ethereum czy Binance Coin, są praktycznie odporne na ataki 51%. Jednak mniejsze zasoby cyfrowe o niższych wartościach są bardziej podatne na ataki. Osoba atakująca, która zdobędzie wystarczającą liczbę tokenów, może zyskać przewagę w konkurencji z innymi walidatorami. O ile są często wybierani na walidatorów, mogą korzystać z systemu dowodu stawki. Następnie ponownie stawiają zdobyte nagrody, aby zwiększyć swoje szanse na wybranie w następnej rundzie.
Podsumować
Zarówno dowód pracy, jak i dowód stawki mają swoje miejsce w ekosystemie kryptowalut i może być trudno stwierdzić, który protokół konsensusu jest bardziej skuteczny. Ze względu na wysoką emisję dwutlenku węgla podczas procesu wydobycia, dowód obciążenia został skrytykowany, ale nadal jest to uznany algorytm bezpieczeństwa do ochrony sieci blockchain. Niemniej jednak, w miarę jak Ethereum przejdzie z dowodu pracy na dowód stawki, system dowodu stawki zyska na popularności wraz z większą liczbą nowych projektów w przyszłości.