Om hun netwerk te beveiligen hebben grote cryptocurrencies Proof of Work (PoW) en Proof of Stake (PoS) aangenomen als de meest voorkomende consensusmechanismen. In Bitcoin wordt PoW gebruikt om transacties te valideren en de blockchain te beveiligen. Dit mechanisme voorkomt double-spending en wordt verzorgd door miners die rekenkracht inzetten om te concurreren om het recht nieuwe blokken te bevestigen en de blockchain bij te werken.
Aan de andere kant is PoS het populairste alternatief voor PoW en werkt het anders. PoS streeft ernaar enkele beperkingen van PoW aan te pakken, waaronder schaalbaarheidsproblemen en energieverbruik. Bij dit mechanisme worden deelnemers validators genoemd en hoeven ze geen krachtige hardware te gebruiken om te concurreren voor de kans een blok te valideren. In plaats daarvan moeten ze de native cryptocurrency van de blockchain staken (vastzetten). Hoe meer munten er ingezet zijn, hoe groter de kans gekozen te worden als validator. Het netwerk kiest vervolgens een winnaar op basis van de hoeveelheid ge"stakte" crypto, die een deel van de transactiekosten van het gevalideerde blok ontvangt.
Basisprincipes
Verschillende consensusmechanismen worden door blockchainnetwerken gebruikt om de geldigheid van transacties te waarborgen. PoW, het oudste mechanisme gecreëerd door Satoshi Nakamoto, wordt door velen als een veilige optie beschouwd. PoS werd later ontwikkeld maar wordt nu veel gebruikt in de meeste altcoin-projecten.
Proof of Work wordt niet alleen in Bitcoin gebruikt maar is ook overgenomen door andere belangrijke cryptocurrencies zoals Ethereum (ETH) en Litecoin (LTC). Proof of Stake daarentegen wordt gebruikt door Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) en verschillende andere altcoins. Het is vermeldenswaard dat Ethereum in 2022 overging van PoW naar PoS.
Wat is Proof of Work en hoe werkt het?
PoW is een veelgebruikt consensusalgoritme dat double-spending voorkomt in verschillende cryptocurrencies, waaronder Bitcoin. Satoshi Nakamoto introduceerde PoW in 2008 in het Bitcoin-whitepaper. Het doel is om een gedistribueerd consensus te bereiken op het blockchainnetwerk, waardoor peer-to-peer-transacties mogelijk zijn zonder tussenpersonen.
Om transacties op een PoW-netwerk te verifiëren, gebruiken deelnemers, miners genoemd, aanzienlijke middelen om de veiligheid en correctheid van het netwerk te waarborgen. Deze miners creëren en valideren blokken met transacties door gespecialiseerde mining-hardware te gebruiken om wiskundige problemen op te lossen. De miner die deze problemen als eerste oplost, verdient het recht zijn blok aan de blockchain toe te voegen en ontvangt een blokbeloning. Deze beloning bestaat uit nieuw gegenereerde cryptocurrencies plus transactiekosten. De hoogte van de blokbeloning varieert per netwerk. In het geval van Bitcoin is de huidige blokbeloning 6,25 BTC plus transactiekosten (als van 2020-2024). Deze hoeveelheid wordt echter iedere 210.000 blokken met 50% verminderd, wat ongeveer elke vier jaar plaatsvindt door het halveringsmechanisme.
Wat is Proof of Stake en hoe werkt het?
PoS is een consensusalgoritme dat in 2011 naar voren kwam als een levensvatbaar alternatief voor PoW-algoritmen, met als doel de schaalbaarheidsbeperkingen van PoW-netwerken aan te pakken. PoS is nu het op één na populairste algoritme dat door cryptocurrencies wordt gebruikt, zoals Cardano (ADA), Binance Coin (BNB) en Solana (SOL).
Hoewel PoS en PoW hetzelfde doel delen om consensus op de blockchain te bereiken, hebben ze verschillende benaderingen om te bepalen wie een blok met transacties valideert. In tegenstelling tot PoW-blockchains vereisen PoS-blockchains niet dat miners concurreren om validatierechten. In plaats daarvan moeten validators een bepaald aantal munten vergrendelen in een smart contract op de blockchain om in aanmerking te komen voor het valideren van een blok. Dit proces wordt staking genoemd. Afhankelijk van het netwerk selecteert het protocol een validator willekeurig of op basis van hun bezit. Validators ontvangen als beloning transactiekosten van het blok dat zij hebben gevalideerd. Meestal geldt: hoe meer munten een validator vastzet, hoe groter de kans dat die geselecteerd wordt.
Verschillen tussen PoW en PoS
De consensusmechanismen die het blockchainnetwerk beveiligen, PoW en PoS, verschillen in de manier waarop ze bepalen wie nieuwe transacties valideert. Een vergelijking tussen beide wordt hieronder gegeven:
Proof of Work (PoW) | Proof of Stake (PoS) | |
| Wie kan blokken minen/valideren? | Deelnemers met hogere rekenkracht hebben een grotere kans om een blok te minen. | Deelnemers met meer gestakete munten hebben een grotere kans om een nieuw blok te valideren. |
| Hoe wordt een blok gemined/gevalideerd? | Miners gebruiken gespecialiseerde hardware, zoals ASIC, CPU en GPU, om te concurreren in het oplossen van wiskundige puzzels. | Validators moeten een bepaalde hoeveelheid munten vergrendelen in een smart contract op de blockchain. |
| Mining-apparatuur | Gespecialiseerde hardware, zoals ASIC, CPU en GPU | Elke apparaat met een internetverbinding |
| Hoe worden beloningen verdeeld? | De eerste miner die de puzzel oplost ontvangt een blokbeloning. | Validators ontvangen een deel van de transactiekosten die zijn verzameld uit het blok dat zij hebben gevalideerd. |
| Hoe wordt het netwerk beveiligd? | Hoe groter de hashkracht, hoe veiliger het netwerk. | Staking vergrendelt crypto op de blockchain om het netwerk te beveiligen. |
Is Proof of Stake een betere oplossing?
De adoptie van PoS door Ethereum in de ETH 2.0-upgrade heeft discussies doen oplaaien over de superioriteit ten opzichte van PoW. Voorstanders van PoS benadrukken de voordelen op het gebied van schaalbaarheid en transactiesnelheid en beweren dat het minder schadelijk is voor het milieu vergeleken met PoW. Tegenstanders van PoW stellen echter dat PoS zijn potentie op het gebied van netwerkbeveiliging nog moet bewijzen, aangezien PoW-netwerken aanzienlijke middelen vereisen waardoor ze duurder zijn om aan te vallen. Met de overgang naar PoS kan iedereen met ten minste 32 ETH deelnemen aan staking en validator worden om beloningen te ontvangen.
Risico op centralisatie
Het Proof of Work-consensusmechanisme vereist dat miners blockdata hashen totdat een geldige oplossing wordt gevonden, wat moeilijker en duurder wordt naarmate cryptocurrency populairder wordt. Miners kunnen zich aansluiten bij pools om hun kans op het ontvangen van de blokbeloning te vergroten. In maart 2023 controleerden de vier grootste miningpools ongeveer 50% van de totale Bitcoin-hashkracht. Deze concentratie van macht is voor sommigen zorgwekkend omdat het de decentralisatie van het netwerk vermindert.
Het Proof of Stake-consensusmechanisme vervangt miningkracht door staking, waardoor individuen transacties kunnen bevestigen zonder gespecialiseerde apparatuur of een specifieke locatie. Het runnen van een validatornode kan echter nog steeds duur zijn. Gebruikers kunnen tokens staken achter bepaalde validators, vergelijkbaar met miningpools. Hoewel Proof of Stake gemakkelijker is om aan deel te nemen, kan het nog steeds centralisatieproblemen kennen doordat grote validators een aanzienlijk deel van de gestakete tokens controleren. Ondanks deze uitdagingen streven zowel PoW als PoS ernaar een veilig en gedecentraliseerd netwerk te behouden.
Beveiligingsrisico's
Het risico van een 51%-aanval bestaat op Proof of Work-blockchains, waarbij de vier grootste miningpools rond de 50% van de totale Bitcoin-hashkracht beheersen. Dit type aanval houdt in dat kwaadaardige actoren of organisaties de controle krijgen over meer dan 50% van de hashkracht van het netwerk, waardoor ze het consensusalgoritme van de blockchain kunnen overrulen en kwaadaardige handelingen kunnen uitvoeren voor persoonlijk gewin, zoals double spending of het wijzigen van transactierecords. Ondanks dit risico is het onwaarschijnlijk dat dit op Bitcoin gebeurt vanwege het grote netwerk.
Aan de andere kant zou een 51%-aanval op een Proof of Stake-blockchain vereisen dat de aanvaller meer dan 50% van de munten op het netwerk bezit, wat kan leiden tot een stijging van de vraag en een muntprijs ter waarde van miljarden dollars. Dit is echter ook onwaarschijnlijk omdat de waarde van de ingezette munten van de aanvaller drastisch zou dalen als het netwerk werd aangetast. Daardoor is het niet erg waarschijnlijk dat een 51%-aanval plaatsvindt op een PoS-blockchain, met name één met een hoge marktkapitalisatie.
Nadelen van Proof of Stake
Proof of Stake wordt gezien als een alternatief voor Proof of Work, maar het heeft ook zijn nadelen. Validators met meer gestakete activa hebben door het beloningsmechanisme hogere kansen om het volgende blok te valideren. Sommigen bekritiseren dit omdat het kan leiden tot het "rijken worden rijker"-effect en hen bestuurlijke rechten kan geven in PoS-blockchains.
Er zijn ook beveiligingsrisico's voor kleinere crypto's met een lage marktwaarde die PoS gebruiken, omdat ze vatbaarder zijn voor aanvallen. Terwijl populaire cryptocurrencies zoals ETH minder snel een 51%-aanval zullen ervaren, kunnen kleinere digitale activa met een lagere waarde doelwit worden. Aanvallers kunnen voldoende munten verwerven om een voordeel te krijgen ten opzichte van andere validators en het PoS-systeem uitbuiten door vaak validator te worden. De beloningen die ze verdienen kunnen vervolgens weer ingezet worden om hun kans bij de volgende ronde te vergroten.
Conclusie
Het is moeilijk te bepalen welk consensusprotocol beter werkt tussen Proof of Work en Proof of Stake, aangezien beide hun voor- en nadelen hebben. Terwijl PoW veilig en betrouwbaar is, wordt het ook bekritiseerd vanwege de hoge CO2-uitstoot tijdens het minen. Ethereum is recentelijk overgestapt op PoS, wat gezien wordt als een milieuvriendelijker alternatief. Als gevolg hiervan zullen nieuwe projecten mogelijk steeds vaker de voorkeur geven aan PoS in de toekomst.