Механизмы консенсуса Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS)

Консенсус блокчейна — это процедура, в ходе которой участники сети достигают согласия о текущем состоянии данных в сети. Благодаря этому алгоритмы консенсуса устанавливают надежность и доверие к самой сети.

Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) – наиболее распространенные механизмы консенсуса. Они используются для защиты сетей главных криптовалют Bitcoin (PoW) и Etherium (PoS).

Что такое Proof of Work (PoW) и как он работает?

Proof of Work (PoW) – алгоритм консенсуса, применяемый в сети биткоина и многих других криптовалют для предотвращения двойных трат. Он был представлен Сатоши Накамото в whitepaper биткоина, опубликованном в 2008 году.

По сути, PoW определяет, как блокчейн биткоина достигает распределенного консенсуса. Он используется для подтверждения одноранговых транзакций без доверия, т. е. без необходимости в сторонних посредниках.

В сети с консенсусом PoW, такой как сеть биткоина, транзакции подтверждаются майнерами. Это участники, которые используют огромное количество ресурсов для обеспечения безопасной и корректной работы сети. Помимо прочих задач, майнеры создают и подтверждают блоки транзакций. Но чтобы бороться за право валидировать следующие блоки, им необходимо использовать специализированное оборудование для майнинга, которое осуществляет решение сложных математических задач.

Первый майнер, которому удалось найти решение этих математических задач, получает право добавить свой блок в блокчейн и получить т. н. награду за блок. Награды за блок состоят из созданных единиц криптовалюты и комиссий за транзакции. Размер награды за блок в единицах криптовалюты отличается в разных сетях. Например, в блокчейне биткоина в качестве награды за блок майнер получает 6,25 BTC и комиссию.

Что такое Proof of Stake (PoS) и как он работает?

Proof of Stake (PoS) – это алгоритм консенсуса, представленный в 2011 году в качестве альтернативы алгоритму Proof of Work. Он направлен на преодоление ограничений масштабируемости сетей PoW. PoS – второй по популярности алгоритм, используемый такими криптовалютами, как Binance Coin (BNB), Solana (SOL) и Cardano (ADA).

При том, что цель у PoW и PoS одна – достижение консенсуса в цепочке блоков, PoS реализует другой способ определения участников, которые проверяют блоки транзакций. В блокчейнах PoS нет майнеров. Приоритет участника по правилам алгоритма PoS зависит не от его вычислительной мощности, а от количества криптовалюты, которой он обладает.

Чтобы иметь право на проверку блока, участникам необходимо заблокировать определенное количество монет в конкретном смарт-контракте блокчейна. Этот процесс известен как стейкинг. После этого протокол PoS может выбрать участника для валидации следующего блока. В зависимости от сети выбор может происходить случайным образом или в соответствии с количеством стейкаемой криптовалюты. В качестве вознаграждения выбранный валидатор получает комиссию за транзакцию из проверенного блока. Как правило, чем больше монет он блокирует, тем выше шанс быть выбранным.

Является ли Proof of Stake лучшим решением, чем Proof of Work?

Сторонники Proof of Stake убеждены, что PoS имеет определенные преимущества перед PoW, особенно в том, что касается масштабируемости и скорости транзакций. Кроме того, говорилось, что монеты PoS менее вредны для окружающей среды по сравнению с PoW. Напротив, многие сторонники PoW утверждают, что PoS как новая технология еще не доказала свой потенциал в том, что касается безопасности сети. Тот факт, что сети PoW требуют значительных ресурсов (оборудование для майнинга, электричество и т. д.), делает атаки на них более дорогими. Особенно это справедливо для биткоина, самого большого PoW-блокчейна.

В рамках обновления Ethereum 2.0 блокчейн перешел с PoW на PoS. ETH 2.0 – это долгожданное обновление сети Ethereum для повышения ее производительности и решения проблемы масштабируемости. После внедрения PoS в Ethereum каждый участник, имеющий как минимум 32 ETH, сможет участвовать в стейкинге, чтобы стать валидатором и получать вознаграждения.

Риски безопасности

В дополнение к риску централизации тот факт, что четыре самых крупных майнинг-пула в данный момент обладают большинством мощности хеширования в сети биткоина, ведет к риску атаки 51%. Атака 51% означает атаку злоумышленника или организации, которым удается контролировать более 50% общей мощности хеширования сети. Атакующий может переопределить алгоритм консенсуса блокчейна и для собственной выгоды совершать злонамеренные действия, такие как двойное расходование, отклонение или изменение записей транзакций и предотвращение майнинга другими участниками. Однако из-за размера сети биткоина маловероятно, что на него будет произведена такая атака.

Напротив, если бы злоумышленник захотел бы атаковать блокчейн PoS, ему пришлось бы завладеть более 50% монет в сети. Это приведет к росту рыночного спроса и стоимости монеты, поэтому затраты на сбор монет могут составить десятки миллиардов долларов. Даже если злоумышленник совершит атаку 51%, стоимость стейкаемых монет резко упадет из-за компрометации сети. Поэтому маловероятно, что на криптовалюту с консенсусом PoS и большой рыночной капитализацией может быть произведена атака 51% .

Резюме

Proof of Work и Proof of Stake занимают свои места в криптовалютной экосистеме, и трудно с уверенностью сказать, какой протокол консенсуса работает лучше. PoW можно критиковать за генерацию высоких выбросов углерода во время майнинга, но он зарекомендовал себя как безопасный алгоритм для защиты сетей блокчейна. Тем не менее, на фоне того, что Ethereum перешел от PoW к PoS, система Proof of Stake становится более предпочтительной для будущих проектов.