Het valideren van transacties met rekenkracht is niet langer de enige manier om consensus in de blockchain te bereiken. Proof of Stake (PoS) is als populair alternatief naar voren gekomen. PoS vereist dat validators hun munten staken in plaats van complexe berekeningen uit te voeren. Dit vermindert het energieverbruik aanzienlijk en verbetert tegelijk decentralisatie, beveiliging en schaalbaarheid.
Ondanks deze voordelen brengt PoS ook uitdagingen met zich mee. Toegang tot cryptocurrency kan het voor sommige mensen moeilijk maken om deel te nemen aan staking. Daarnaast kunnen blockchains met een kleinere marktkapitalisatie kwetsbaarder zijn voor een 51%-aanval, waarbij één gebruiker meer dan de helft van de gestakeerde munten van het netwerk controleert. Desondanks blijft PoS een zeer veelzijdig consensusmechanisme dat kan worden aangepast aan verschillende blockchains en use-cases.
Tegenwoordig wordt Proof of Stake veel gebruikt in blockchainnetwerken, maar de vele varianten kunnen het lastig maken om de fundamentele principes te doorgronden. Hoewel PoS zich heeft ontwikkeld, deelt het nog steeds gemeenschappelijke kernconcepten in al zijn vormen. Een duidelijk begrip van deze kernconcepten is cruciaal om weloverwogen beslissingen te nemen over welke blockchains te gebruiken en hoe ze werken.
In 2011 beschreef een gebruiker op het Bitcointalk-forum het Proof of Stake-consensusalgoritme als een alternatief voor het Proof of Work-algoritme. PoS is ontworpen om de beperkingen van PoW bij het bereiken van blockchainconsensus aan te pakken. In tegenstelling tot PoW, waar gebruikers computationeel bewijs moeten leveren, hoeven deelnemers in PoS alleen te bewijzen dat ze munten hebben gestaked.
In PoS-algoritmen worden validators gekozen via een pseudo-willekeurig verkiezingsproces dat factoren meeneemt zoals stakingleeftijd, het vermogen van de node en een element van willekeurigheid. In plaats van blokken te minen, "smeedt" PoS blokken, hoewel de term "minen" soms nog steeds wordt gebruikt. Om directe deelname mogelijk te maken, starten de meeste PoS-cryptocurrencies met een voorraad "pre-forged" munten.
Om deel te nemen aan het smeden moet een gebruiker een bepaald aantal munten in het netwerk vergrendelen als zijn stake. De grootte van de stake bepaalt de kans dat een node geselecteerd wordt als de volgende validator; hoe groter de stake, hoe groter de kans. Om te voorkomen dat de rijkste nodes het selectiesysteem domineren, worden unieke methoden toegepast zoals Randomized Block Selection en Coin Age Selection.
In Proof of Stake-systemen worden nodes op verschillende manieren geselecteerd om blokken te valideren, waaronder Randomized Block Selection. Deze methode selecteert validators door te zoeken naar nodes met de laagste hashwaarde en de hoogste stake. De omvang van de stake is openbare informatie, waardoor andere nodes de volgende validator kunnen voorspellen.
Nodes die volgens de Coin Age Selection-methode worden gekozen, worden geselecteerd op basis van hoe lang hun tokens gestaked zijn, berekend door het aantal dagen dat de munten gestaked zijn te vermenigvuldigen met het aantal gestakete munten. Na het smeden van een blok wordt de coin age van de node teruggezet naar nul en moet deze een bepaalde periode wachten voordat hij opnieuw kan smeden. Deze wachttijd zorgt ervoor dat nodes met grote stakes de blockchain niet domineren.
Het Proof of Stake-algoritme is uniek voor elke cryptocurrency en ontworpen om de best mogelijke combinatie voor het netwerk en zijn gebruikers te bieden. Wanneer een node wordt geselecteerd om het volgende blok te smeden, controleert deze de transacties in het blok op geldigheid, ondertekent het blok en voegt het toe aan de blockchain. De node wordt vervolgens beloond met de transactiekosten van het blok en in sommige blockchains ook met een muntbeloning. Als een node besluit te stoppen met smeden, worden zijn stake en beloningen na een specifieke periode vrijgegeven, zodat het netwerk kan verifiëren dat er geen frauduleuze blokken zijn toegevoegd.
Het consensusmechanisme Proof of Stake is prevalent in veel blockchains die na Ethereum zijn ontstaan. Elk netwerk past het mechanisme aan om aan zijn specifieke behoeften te voldoen. Ethereum is al overgestapt op Proof of Stake via Ethereum 2.0. Verschillende blockchains, zoals BNB Smart Chain, Solana, Avalanche en Polkadot, gebruiken een versie van het Proof of Stake-consensusmechanisme.
Proof of Stake wordt vaak verkozen boven Proof of Work vanwege de vele voordelen. Deze omvatten aanpasbaarheid, decentralisatie, energie-efficiëntie, schaalbaarheid en beveiliging.
Een van de grootste voordelen van Proof of Stake is de aanpasbaarheid. Het kan worden aangepast aan de veranderende behoeften van gebruikers en blockchains, waardoor het een veelzijdig consensusmechanisme is. Als gevolg hiervan zijn er veel varianten van Proof of Stake ontstaan die inspelen op verschillende blockchain-use-cases.
Een ander voordeel is de decentralisatie die Proof of Stake biedt. Omdat het goedkoper is voor gebruikers om nodes te draaien, worden meer mensen gestimuleerd dit te doen. Het randomisatieproces bevordert ook decentralisatie en vermindert de noodzaak voor stakingpools. Hoewel stakingpools bestaan, is de kans voor een individu om succesvol een blok te smeden onder Proof of Stake veel groter.
Proof of Stake is extreem energie-efficiënt vergeleken met Proof of Work. De kosten van deelname zijn gebaseerd op de economische kost van het staken van munten, in plaats van de computationele kost van het oplossen van puzzels. Dit maakt het minder middelenintensief en goedkoper om het consensusmechanisme te draaien.
Proof of Stake is ook beter schaalbaar omdat het niet afhankelijk is van fysieke machines om consensus te genereren. Het toevoegen van meer validators aan het netwerk is eenvoudiger, goedkoper en toegankelijker. Er is geen behoefte aan enorme mijnbouwfarmen of grote energievoorzieningen.
Proof of Stake biedt een hoog beveiligingsniveau voor het netwerk. Staken werkt als een financiële prikkel voor validators om geen frauduleuze transacties te verwerken. Validators verliezen een deel van hun stake en hun recht om in de toekomst deel te nemen als het netwerk een frauduleuze transactie detecteert. Om het netwerk te controleren en frauduleuze transacties goed te keuren, zou een node een meerderheidsstake in het netwerk moeten bezitten, ook wel een 51%-aanval genoemd. Voor een cryptocurrency met hoge waarde is dit echter bijna onmogelijk, aangezien het verwerven van 51% van de circulerende voorraad kostbaar zou zijn.
Proof of Stake heeft ondanks de voordelen enkele zwakke punten in vergelijking met Proof of Work.
Een nadeel van Proof of Stake is het probleem van forks. Terwijl het bij Proof of Work veel energie kost om aan beide zijden van een fork te minen, brengt dat bij Proof of Stake veel minder kosten met zich mee, waardoor het mogelijk wordt om op beide zijden van de fork te "wedden".
Een ander probleem met Proof of Stake is de toegankelijkheid. Om deel te nemen aan staking moet je de native token van de blockchain bezitten. Dit kan aanzienlijke investeringen vereisen, afhankelijk van de benodigde hoeveelheid, omdat de tokens via een exchange of andere middelen moeten worden gekocht. Bij Proof of Work kun je snel beginnen met het verdienen van beloningen door goedkope miningapparatuur te kopen of te huren en je bij een pool aan te sluiten.
Een 51%-aanval is een potentiële bedreiging voor zowel Proof of Work- als Proof of Stake-netwerken, maar het kan makkelijker uit te voeren zijn op een Proof of Stake-netwerk. Als de waarde van een token daalt of het netwerk een lage marktkapitalisatie heeft, kan het relatief goedkoop zijn om meer dan 50% van de tokens te kopen en de controle over het netwerk over te nemen.
Een vergelijking van de twee consensusmechanismen, Proof of Work en Proof of Stake, toont fundamentele verschillen.
Proof of Work vereist miningapparatuur, terwijl Proof of Stake minimale apparatuur of geen apparatuur vereist. Het energieverbruik is hoog bij Proof of Work, maar laag bij Proof of Stake. Proof of Work neigt naar centralisatie, terwijl Proof of Stake neigt naar decentralisatie.
De validatiemethode voor Proof of Work is computationeel bewijs, terwijl Proof of Stake afhankelijk is van het staken van munten. Ondanks deze verschillen zijn er veel variaties van Proof of Stake-mechanismen over blockchains en zal het exacte mechanisme dat wordt gebruikt veel van de verschillen bepalen.
Het Proof of Stake-mechanisme is zeer aanpasbaar om aan de specifieke behoeften van een blockchain te voldoen. Verschillende aanpassingen komen vaak voor, waarvan enkele hieronder zijn opgesomd:
Gebruikers kunnen deelnemen aan het staken van munten in Delegated Proof of Stake zonder zelf validators te worden. Ze kunnen hun munten delegeren aan een validator en delen in de blockbeloningen. De selectiekans van een validator neemt toe met het aantal delegators dat achter hen staket. Validators kunnen het bedrag dat wordt gedeeld met delegators aanpassen als stimulans, en hun reputatie is ook cruciaal om delegators aan te trekken.
Polkadots Nominated Proof of Stake is een consensusmechanisme dat vergelijkbaar is met Delegated Proof of Stake, maar met één belangrijk verschil. In NPoS loopt een nominator het risico zijn stake te verliezen als hij achter een kwaadaardige validator staat. Nominators kunnen tot 16 validators kiezen om achter te staan. Het netwerk verdeelt hun stake vervolgens gelijkmatig over de gekozen validators. Polkadot gebruikt spel- en verkiezingstheorieën om te bepalen wie een nieuw blok smeedt.
De BNB Smart Chain implementeert het Proof of Staked Authority-mechanisme om consensus in het netwerk te bereiken. Dit consensusmodel is een combinatie van Proof of Authority en Proof of Stake, waarbij validators om de beurt blokken smeden. 21 actieve validators, die een aanzienlijk bedrag aan BNB hebben gestaked of gedelegeerd, komen in aanmerking om aan het consensusproces deel te nemen. De set validators wordt dagelijks geselecteerd en opgeslagen door BNB Chain.
De toevoeging van transactiebakken aan een netwerk is getransformeerd sinds de komst van Bitcoin. Het Proof of Stake-systeem heeft de noodzaak van rekenkracht voor het vaststellen van crypto-consensus geëlimineerd en biedt tal van voordelen. De geschiedenis heeft het succes van Proof of Stake bewezen, wat aangeeft dat Proof of Work-netwerken, waaronder Bitcoin, in de toekomst zeldzamer kunnen worden. De toekomst lijkt van Proof of Stake te zijn, dat een blijvende plek op de markt lijkt te hebben.