Алгоритм консенсуса Proof of Stake

Для более быстрой и надежной работы блокчейна, снижения потребления энергии используются алгоритмы консенсуса. Это понятие означает согласие между узлами о транзакциях. Одним из популярных консенсусов является Proof of Stake, где майнеров заменяют валидаторы, значительную роль играют токены на счету клиента, а для выпуска новых блоков больше не требуется мощное специальное оборудование.

Что такое Proof of Stake

Proof of Stake (PoS) выпущен с целью устранить недочеты концепции Proof of Work (PoW). Впервые представлен Bitcointalk в 2011 году. Вместо сложной вычислительной энергозатратной работы PoW теперь нужно будет только внести коины для стейкинга.

Почему и как появился Proof of Stake

В разработке архитектуры децентрализованного блокчейна прежде всего нужно определить: кто имеет право генерировать новые блоки и как он будет это делать, как проверяются и пропускаются транзакции. На основе этого и появились консенсусы, где пользователи договаривались о решении указанных вопросов.

Proof of Work создан в 2008 году и подразумевал конкуренцию между майнерами в решении энергоемких задач по поиску блоков. Майнер, нашедший блок, добавлял его себе и качестве награды, получал новую криптовалюту. Однако этот процесс оказался весьма ресурсозатратным. Пользование мощной вычислительной техникой, к тому же, ограничивало доступ к майнингу.

В 2011 году предложен консенсус Proof of Stake. В согласии с ним, каждый участник сети получает право голоса в зависимости от размера своей доли. Впервые воплощен в криптовалюте PPC — актив раздали посредством майнинга, а переводы обрабатывались клиентами, владеющими монетами PPCoin. Без привычного «доказательства работы» в 2013 выпущен PoS-коин NXT.

Позже разработан механизм Delegated Proof of Stake, где достижение консенсуса осуществляется при помощи выбранного делегата.

Как работает алгоритм консенсуса Proof of Stake

В алгоритме PoS блокчейны заранее выпускают определенное количество коинов, чтобы ноды сразу же начали работать.

1. В основе функционирования механизма — случайный выбор валидатора. Он подбирается, исходя из длительности хранения крипты, финансовой обеспеченности и других признаков.
2. Участник для начала должен заблокировать конкретную сумму коинов и добавить их стейкинг. Больше внесено монет — больше шанс того, что система выберет именно этого стейкхолдера.
3. Во избежание постоянного выбора самых обеспеченных пользователей, сети могут применять слепой случайный выбор или исходить только из длительности стейкинга.
4. Выигравший клиент вправе сгенерировать блок, получить за него все комиссонные взносы. Процент крипты на счету равен проценту всех новых сформированных блоков.

Как делегирование монет повлияло на производительность PoS

Используя алгоритм Proof of Stake стейкхолдер получает надежный безопасный блокчейн. Но при этом у системы довольно низкая пропускная способность. Тот же механизм PoW может обрабатывать десятки отправлений за секунду, PoS — единицы.

Этой проблеме также нашлось решение в виде делегирования — передача коинов со множества кошельков некоторым выбранным нодам. Идея предложена Дэниэлом Ларимером в 2013 году и носит название Delegated Proof of Stake. Концепция нашла свое воплощение в таких популярных криптоактивах как Cardano и Tezos.

DPoS предполагает, что стейкхолдерам не нужно участвовать в работе платформы, они делегируют процедуру на валидаторов и передают им под ответственность свои монеты. Валидаторы, управляющие нодами, перечисляют владельцам вознаграждение в чистом виде или с комиссией.

Число валидаторов зависит от самого блокчейна, к примеру:

• Ethereum — больше 400 тыс.;
• Solana — больше 3 тыс.;
• Cardano — в пределах 3 тысяч;
• EOS —

Для начала работы валидатора необходимо оборудование с постоянным доступом в Интернет, а также определенное количество коинов. Сумма для каждой крипты отличается, для Эфириума она составляет 32 ETH.

Proof of Stake и стейкинг

В алгоритме консенсуса предусмотрена награда участникам, компенсирующая траты на проверку транзакций, создание блоков. На каждой платформе вознаграждение отличается. Так, например, Tron выплачивает валидатору, сгенерировавшему блок, 32 криптовалюты TRX. Награжденный представитель распределяет криптомонеты по тем стейкхолдерам, которые за него проголосовали.

Доход от стейкинга зависит:

• быстротой выпуска новых монет за каждый криптоблок;
• долей коинов, фиксированных в стейкинге.

Ключевые различия механизмов PoS и PoW

Механизмы «Доказательства работы» и «Доказательства владения» одинаково стремятся к консенсусу на блокчейне, однако достигают своей цели они по-разному.

Какие разновидности Proof of Stake существуют

На основании технологии разработано много других алгоритмов, различающихся между собой. С помощью Proof of Stake разработаны:

1. Leased (LPoS) — применяется в сети Waves. Клиенты за награду отдают свои активы валидатору в аренду.
2. Nominated (NPoS) для Polkadot. Отличается присутствием номинаторов, вносящих за представителей залоги и несущие ответственность за их добросовестность.
3. Pure (PPoS) — платформа Algoranf. Валидатор для генерируемого блока выбирается тайно из всех пользователей, владеющих более чем 1 ALGO.
4. Effective (EPoS) для Harmony. Система одобряет и вознаграждает создание множества небольших валидаторов, а не крупных — это способствует децентрализации.
5. Proof-of-Authority — сочетание доказательства владения и репутации представителей с одобрения разработчиков. Для этого производится верификация, схожая с KYC.

Возможен ли переход на Proof of Stake биткоина и других криптовалют

Одной из главных причин перехода на консенсус PoS стала чрезмерная энергозатратность PoW. За выброс антропогенного углекислого газа майнинг блокчейна пытались запретить во многих странах. В некоторых, к примеру, в Китае, так и случилось. В 2022 году в Европарламенте стартовало голосование по поводу отмены «Доказательства работы».

Однако после перехода Ethereum на Proof of Stake в сентябре 2022, трата энергии упала почти на 100%. Так началось обсуждение перехода цифровых активов в данную систему. При этом уже в 2021 году изменить алгоритм собрались создатели Dogecoin, в этом им помогал Виталик Бутерин, сооснователь Эфириума.

Многие разработчики высказались в поддержу перехода, так как это повышает безопасность и эффективность сети. Но возникли сомнения по поводу смены системы Bitcoin так как:

• нет конкретного разработчика, между соучредителями возникают споры;
• не т поддержки совместного майнинга (mining pool), так как для них это означает потерю средств;
• участники на стороне PoW утверждают, что эта система наиболее безопасна и не подвержена внешним атакам.

Как работает PoS Ethereum

Сеть Ethereum запланировала обновление The Merge с целью усовершенствовать блокчейн, сделать его более масштабным и защищенным. Апгрейд начался с Bellatrix, а после стартовал уже сам The Merge, перестроивший платформу под нужный консенсус.

Вместе майнеров также будут валидаторы, подтверждающие транзакции. Вознаграждение выплачивается в виде ETH, доход стейкинга составляет 4-5%.

Как майнить Ethereum 2.0

Майнерам стоит подготовиться к полному переходу на Ethereum 2.0. Со второй половины следующего года ASIC перестанет приносить доход. Уже сейчас нужно запастись ETH для последующего стейкинга, отказаться от использования видеокарт.

Чтобы обрести статус валидатора на новой платформе 2.0 необходимо заблокировать на счету минимум 32 эфира (по курсу USD — 140 тыс.) и настроить узел. Несоблюдение требований представителем влечет утрату всех коинов, что не выгодно участникам.

Стимулированию пользователей к работе в Ethereum 2.0 поспособствовал процесс сжигания токенов на основе ETH и снижение количества криптовалюты в обороте.

Когда эфир перейдет на PoS

Апгрейд стартовал с 6 сентября 2022, начав с Bellatrix. С 15 сентября запущен The Merge. Уже в июне этого года с новым алгоритмом консенсуса объединили Ropsten и Sepolia, в августе — Goerli Testnet.

Затем Ethereum полностью сольется с сигнальной цепью, Beacon Chain, переведенной на Proof of Stake. В ней уже работают сотни тысяч валидаторов, сумма монет в стейке достигает 14 миллионов криптомонет. Однако совершать переводы и заключать смарт-сделки там еще нельзя.

Что будет, когда Ethereum перейдет на PoS

С переходом на PoS принцип работы стейкинга в Эфириуме изменится.

1. Значимость голоса валидатора будет зависеть от числа замороженных монет (минимум — 32 ETH). Остальные участники могут вложить меньше — криптоактивы делегируются представителю.
2. Стейкхолдеры случайным выбором разделяются на комитеты — для эффективности. В них присутствуют валидаторы. Комитеты вправе объединять усилия для генерации блоков.
3. Алгоритм включает в себя эпохи, за которые достигается консенсус. Одна эпоха длится чуть больше 6 минут. За 12 секунд в рамках таймслота создается 1 блок.
4. Представитель предлагает элемент цепи, другие голосуют. Победа определяется большинством голосов. Выбранный элемент встраивается в блокчейн.
5. Со сменой эпохи участники комитетов перемешиваются. Число пользователей в группах не должно превышать максимального уровня эмиссии эфира.

Что майнить после перехода Ethereum на PoS

После обновления The Merge майнинг станет недоступным. Майнеры могут остаться в форке Ethereum Classic, однако активность и вычислительная мощность там невелики. Еще один вариант — RavenCoin, который значительно вырос в цене. Другие площадки для майнинга:

• Flux;
• Conflux;
• Ergo.

После апгрейда The Merge сообщество майнеров объявило об активации собственного форка — ETHW на базе PoW. Однако инвесторы не поддержали проект, от инвестиций отказались и крупные площадки, такие как OpenSea.

Как начать PoS майнинг

Заработок на майнинге по новому алгоритму складывается из комиссионных взносов узлу, который открыл новый элемент цепи. Процедура заключается в нескольких этапах:

• владельцы криптомонет вносят активы на счет;
• эти средства замораживаются;
• после голосования пользователь, открывший блок, получает награду.

При этом нод всегда должен быть онлайн. Заблокированными криптоактивами пользоваться нельзя, для сторонних финансовых операций лучше зарегистрировать новый отдельный кошелек.

Перспективы Proof of Stake

У протокола Proof of Stake еще есть недочеты, над которыми разработчикам еще предстоит поработать. Но уже сейчас база заявила о себе, как о многообещающем, выгодном проекте. Предшествующая PoW стала сложна в применении для участников крипторынка. «Доказательство владения долей» в скором времени сместит «Доказательство работы» также из-за других причин:

• энергосбережение;
• децентрализация;
• защищенность;
• доступность для стейкхолдеров с оборудованием любой мощности.

Преимущества и минусы

Консенсус обладает некоторым значительными преимуществами для пользователей:

• нет необходимости в дорогой вычислительной технике — достаточны компьютер с доступом к Интернету и криптошелек;
• за счет снижения электропотребления не нужно беспокоиться о состоянии оборудования, его охлаждении;
• экономия энергии благоприятно влияет на окружающую среду;
• нет соревнований между майнерами — выигрыш зависит от вложенной суммы криптовалюты;
• снижение «Атаки 51%» — для захвата контроля злоумышленнику нужно приобрести 51% криптоактивов, что не выгодно для него самого.

Однако есть и некоторые недостатки, которые вызывают сомнения в надежности протокола:

• перетекание в централизацию за счет замораживания участниками коинов на счету;
• владельцы, сосредоточившие большое количество крипты, способны в дальнейшем влиять на всю работу сети;
• существует опасность «Nothing as Stake», когда мошенник создает форк блокчейна, использовав пустые крипторесурсы для этого;
• низкая активность стейкхолдеров.