Ключевые выводы
Гибридный консенсус PoW/PoS объединяет майнинг proof-of-work (PoW) со стейкингом proof-of-stake (PoS), чтобы повысить безопасность и управление блокчейна.
В гибридных системах и майнеры, и держатели токенов участвуют в валидации блоков, что усложняет возможность для любой отдельной стороны контролировать сеть.
Основное преимущество гибридного консенсуса заключается в том, что он ограничивает управляющую власть майнеров: держатели токенов могут отклонять блоки или голосовать за изменения протокола.
Гибридные системы добавляют сложность по сравнению с сетями с чистым PoW или чистым PoS, что может повлиять на распространение и удобство доступа для разработчиков.
Введение
Алгоритм консенсуса блокчейна — это набор правил, который определяет, кто может добавлять новые блоки и как сеть соглашается с текущим состоянием реестра. Два наиболее распространенных подхода — proof-of-work и proof-of-stake — у каждого есть известные сильные и слабые стороны.
Гибридные системы PoW/PoS пытаются извлечь выгоду из обоих подходов. Требуя участия и майнеров, и держателей токенов в валидации блоков, такие сети могут распределять принятие решений и сокращать некоторые векторы атак. В этой статье объясняется, как работает гибридный консенсус, на примере Decred.
Как работает Proof-of-Work
В чистом блокчейне proof-of-work майнеры соревнуются, чтобы решить математическую задачу. Первый, кто найдет валидное решение, получает право добавить следующий блок и получить награду за блок. Сеть принимает цепочку с наибольшим накопленным объемом вычислительной работы как легитимную версию.
Такой дизайн означает, что майнеры обладают значительным влиянием на сеть. Любое изменение консенсусных правил протокола требует поддержки большинства майнеров. Для soft fork нужно достаточно вычислительной мощности, чтобы гарантировать корректную обработку транзакций. Hard fork разделяет сеть, и майнеры фактически решают, какая цепочка выживет.
Главный риск безопасности в чистом PoW — атака 51%. Если одна сущность контролирует более 50% вычислительной мощности хеширования сети, она потенциально может переписать недавнюю историю транзакций, майнив альтернативную цепочку тайно и выпустив ее позже. Это дорого на крупных сетях вроде Bitcoin, но остается проблемой для небольших цепочек.
Как работает Proof-of-Stake
В консенсусе proof-of-stake (PoS) право добавить новый блок определяется тем, сколько криптовалюты участник «застейкал» или заблокировал в качестве залога. Это устраняет энергоемкий майнинг, но вводит другой набор компромиссов.
Один из распространенных вопросов к чистому PoS — проблема «nothing at stake» (ничего на кону). В сценарии форка валидаторам PoS почти нечего терять, если они валидируют несколько конкурирующих цепочек, потому что это для них почти ничего не стоит. Это может подорвать способность сети прийти к единому согласованному состоянию.
Еще один фактор — распределение токенов. Майнеры PoW обычно продают часть своих наград, чтобы покрывать затраты на оборудование и электричество, что поддерживает циркуляцию монет на рынке. Валидаторы PoS имеют гораздо более низкие расходы и со временем могут накапливать все возрастающую долю обращающегося предложения.
Как они сочетаются в гибридной системе
Гибридные системы накладывают валидацию proof-of-stake поверх базового proof-of-work. Вместо того чтобы выбирать один из подходов, эти блокчейны используют оба механизма вместе. Полезное сравнение двух подходов можно найти в статье про proof-of-work vs. proof-of-stake.
В дизайне Decred PoW-майнер находит валидный блок с помощью вычислительной работы, но этот блок не добавляется в цепочку сразу. Сначала он должен получить голоса одобрения от группы случайно выбранных держателей PoS-билетов. Блок считается валидным, если он набирает минимум 3 голоса из 5 случайно выбранных билетов.
Это создает структуру «сдержек и противовесов». Майнеры не могут в одностороннем порядке навязывать изменения или цензурировать транзакции без согласия стейкеров. При этом слой PoW сохраняет энерго-затратную стоимость, из-за которой переписывать цепочку становится дорого.
Пример Decred
Decred — один из самых заметных примеров реализации гибридного консенсуса PoW/PoS. Его компонент PoS требует от участников блокировать токены DCR, чтобы приобрести «билеты». Цена билета устанавливается рыночным механизмом, ориентированным на наличие 40 960 активных билетов в любой момент.
Когда PoW-майнер производит валидный блок, 5 билетов случайно выбираются для голосования по этому блоку. Если минимум 3 из 5 голосуют за его одобрение, блок добавляется в цепочку. Если большинство отклоняет блок, его обычные транзакции возвращаются в mempool. Важно, что избиратели PoS могут лишить майнеров награды за блок, не теряя при этом свою собственную награду, что ограничивает способность майнеров действовать против интересов сети.
В июне 2023 года заинтересованные стороны Decred одобрили два важных изменения консенсуса посредством процесса голосования в блокчейне. DCP-0011 обновил алгоритм хеширования PoW с BLAKE-256 на BLAKE3 и ввел алгоритм корректировки сложности ASERT. DCP-0012 изменил распределение награды за блок таким образом, что 1% идет майнерам PoW, 89% — голосующим за PoS, и 10% — в Казну (Treasury).
Это существенный сдвиг по сравнению с исходным распределением 60/30/10, и он отражает предпочтение сообщества в пользу более сильной модели управления, доминируемой PoS.
Управление Decred также выходит за рамки валидации блоков. Заинтересованные стороны голосуют за обновления протокола через процесс ончейн-ратификации: изменение может активироваться только в том случае, если как минимум 75% голосовых билетов одобрят его в течение четырехнедельного периода. Решения о расходах на уровне проекта принимаются с помощью системы предложений Politeia, финансируемой за счет выделения 10% из Казны (Treasury).
Преимущества гибридного консенсуса в области безопасности
Гибридная модель заметно повышает стоимость атаки, направленной на захват большинства. В сети с чистым PoW злоумышленнику нужно контролировать более 50% вычислительной мощности хеширования. В гибридной системе он также должен контролировать значительную долю активных стейкинг-билетов.
В случае Decred приобрести достаточно билетов, чтобы стабильно переопределять голосование PoS, сложно. Билеты можно покупать лишь в ограниченном количестве на один блок, а приобретение больших объемов приводит к росту цены билетов. После покупки средства, использованные для билета, блокируются до тех пор, пока билет не проголосует или не истечет срок, что подвергает атакующего риску любого обесценивания DCR, которое может произойти в результате неудачной атаки.
Еще одно преимущество безопасности — прозрачность. Поскольку каждый блок должен быть отправлен в сеть и проголосован случайно выбранными держателями билетов, майнеры не могут строить цепочку втайне. Это исключает возможность атаки «майнить приватно, выпустить позже», которая является ключевым механизмом двойных трат в PoW.
Ограничения и соображения
Гибридные системы добавляют архитектурную сложность. Разработчикам, которые создают решения на базе гибридной цепочки PoW/PoS или интегрируются с ней, нужно учитывать дополнительный уровень валидации, что может замедлить разработку и сократить доступный пул инструментов и экспертности.
Требование двух факторов также может вносить задержки. Блоки должны ожидать голосов по билетам, прежде чем они будут окончательно подтверждены, что может привести к чуть более длительному времени подтверждений по сравнению со сравнимой цепочкой с чистым PoW.
Кроме того, гибридный консенсус как категория дизайна включает широкий спектр реализаций. Например, сети мастернод комбинируют PoW-майнинг со стейкинг-подобной ролью для специальных узлов, но они работают иначе, чем подход Decred. Не все гибридные системы обеспечивают одинаковые свойства управления или гарантии безопасности.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Что такое гибридный консенсус PoW/PoS?
Гибридный консенсус PoW/PoS — это дизайн блокчейна, который требует участия и майнеров (использующих вычислительную работу), и стейкеров (которые блокируют токены в качестве залога) в процессе валидации блоков. Цель — объединить свойства безопасности proof-of-work с преимуществами управления, присущими proof-of-stake.
Какая блокчейн-сеть использует гибридный консенсус PoW/PoS?
Decred — самый известный пример. В его дизайне требуется, чтобы майнеры PoW находили валидные блоки, а держатели PoS-билетов голосовали за эти блоки до того, как они будут добавлены в цепочку. В 2023 году заинтересованные стороны Decred проголосовали за перенос награды за блок на 1% PoW, 89% PoS и 10% в Казну (Treasury).
Как гибридный консенсус улучшает безопасность?
Требуя для добавления валидного блока и вычислительной мощности майнинга, и стейкинг-билетов, гибридные системы повышают стоимость атаки на захват большинства. Злоумышленнику нужно одновременно контролировать существенную долю обоих ресурсов, что намного дороже, чем контроль только одного из них.
Делегированный proof-of-stake использует токеновладельцев для избрания фиксированного набора валидаторов блоков без какой-либо майнинговой компоненты. Гибридный PoW/PoS сохраняет энергоемкий майнинговый слой и добавляет поверх него голосование PoS, давая заинтересованным сторонам право вето в отношении майнеров. Структуры управления и предположения о безопасности различаются между этими двумя подходами.
Заключительные мысли
Гибридный консенсус proof-of-work/proof-of-stake — один из подходов к балансированию власти майнеров и стейкхолдеров в управлении блокчейном. Объединяя оба механизма, такие системы могут обеспечивать более сильное сопротивление определенным типам атак и более демократичные процессы обновления по сравнению с чистыми PoW-цепочками.
Дополнительные материалы
Что такое Proof of Work (PoW)?
Что такое Proof of Stake (PoS)?
Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)
Что такое алгоритм консенсуса блокчейна?
Что такое атака 51%?
Отказ от ответственности: этот материал предоставлен вам «как есть» только для общей информации и образовательных целей, без каких-либо заверений или гарантий. Его нельзя рассматривать как финансовый, юридический или иной профессиональный совет, а также он не предназначен для рекомендации покупки каких-либо конкретных продуктов или услуг. Вам следует получить собственные консультации у соответствующих профессиональных специалистов. Если контент предоставлен третьим лицом, пожалуйста, обратите внимание, что выраженные там взгляды принадлежат этому третьему лицу и не обязательно отражают позиции Binance Academy. Цены цифровых активов могут быть волатильными. Стоимость ваших инвестиций может снижаться или расти, и вы можете не вернуть вложенную сумму. Вы несете единоличную ответственность за свои инвестиционные решения, а Binance Academy не несет ответственности за любые убытки, которые вы можете понести. Для получения дополнительной информации см. наши Условия использования, Предупреждение о рисках и Условия Binance Academy.