Отличия механизмов консенсуса PoW и PoS

Для защиты своих сетей ведущие криптовалюты используют Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) как наиболее распространённые механизмы консенсуса. В Bitcoin PoW применяется для валидации транзакций и защиты блокчейна. Этот механизм предотвращает двойную траты и обеспечивается майнерами, которые используют вычислительные мощности, чтобы соревноваться за право подтверждать новые блоки и обновлять блокчейн.

С другой стороны, PoS — это наиболее популярная альтернатива PoW и работает иначе. PoS направлен на решение некоторых ограничений PoW, включая проблемы масштабируемости и энергопотребления. В этом механизме участники называются валидаторами и не нуждаются в мощном оборудовании для конкуренции за шанс валидации блока. Вместо этого им нужно застейкать (заблокировать) нативную криптовалюту блокчейна. Чем больше монет застейкано, тем выше шанс быть выбранным валидатором. Сеть затем выбирает победителя на основе объёма застейканной криптовалюты, и он получает долю комиссий за транзакции из блока, который он верифицировал.

Основы

Различные механизмы консенсуса используются блокчейн-сетями для обеспечения корректности транзакций. PoW, самый старый механизм, созданный Сатоши Накамото, многими считается надёжным вариантом. PoS был разработан позже, но сейчас широко применяется в большинстве альткоин-проектах.

Proof of Work используется не только в Bitcoin, но и был принят другими крупными криптовалютами, такими как Ethereum (ETH) и Litecoin (LTC). Proof of Stake, в свою очередь, применяется в Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) и ряде других альткоинов. Стоит отметить, что Ethereum перешёл с PoW на PoS в 2022 году.

Что такое Proof of Work и как он работает?

PoW — это широко используемый алгоритм консенсуса, который предотвращает двойную трату в различных криптовалютах, включая Bitcoin. Сатоши Накамото представил PoW в 2008 году в whitepaper Bitcoin. Его цель — добиться распределённого консенсуса в блокчейн-сети, позволяя проводить p2p-транзакции без посредников.

Для верификации транзакций в сети PoW участники, называемые майнерами, используют значительные ресурсы, чтобы обеспечить безопасность и корректность сети. Эти майнеры создают и подтверждают блоки транзакций, используя специализированное майнинговое оборудование для решения математических задач. Майнер, который первым решает эти задачи, получает право добавить свой блок в блокчейн и получить вознаграждение за блок. Это вознаграждение состоит из вновь сгенерированных монет и комиссий за транзакции. Размер вознаграждения за блок варьируется в разных сетях. В случае Bitcoin текущее вознаграждение составляет 6.25 BTC плюс комиссии (на период 2020–2024). Однако эта сумма уменьшается вдвое каждые 210 000 блоков, что происходит примерно каждые четыре года, из‑за механизма халвинга.

Что такое Proof of Stake и как он работает?

PoS — это алгоритм консенсуса, появившийся в 2011 году как жизнеспособная альтернатива PoW, с целью решения проблем масштабируемости PoW‑сетей. Сейчас PoS — второй по популярности алгоритм, используемый такими криптовалютами, как Cardano (ADA), Binance Coin (BNB) и Solana (SOL).

Хотя у PoS и PoW общая цель — достижение консенсуса в блокчейне, их подходы к выбору валидатора блока различаются. В отличие от PoW‑блокчейнов, PoS‑блокчейнам не требуются майнеры, соперничающие за право валидации блока. Вместо этого валидаторам необходимо иметь определённое количество монет, заблокированных в смарт‑контракте на блокчейне, чтобы стать правомочными для валидации блока. Этот процесс называется стейкингом. В зависимости от сети протокол выбирает валидатора либо случайным образом, либо на основе их доли. Валидаторы получают комиссии за транзакции из блока, который они подтвердили, в качестве вознаграждения. Как правило, чем больше монет валидатор блокирует, тем выше его шанс быть выбранным.

Отличия между PoW и PoS

Механизмы консенсуса, обеспечивающие безопасность блокчейн‑сети, PoW и PoS, различаются по способу определения того, кто подтверждает новые транзакции. Сравнение приведено ниже:

Является ли Proof of Stake лучшим решением?

Переход Ethereum на PoS в рамках обновления ETH 2.0 вызвал дебаты о превосходстве PoS над PoW. Сторонники PoS подчёркивают его преимущества в масштабе и скорости транзакций и утверждают, что он менее вреден для окружающей среды по сравнению с PoW. Однако защитники PoW утверждают, что PoS ещё должен доказать свою надёжность с точки зрения безопасности сети, тогда как PoW‑сети требуют значительных ресурсов, делая их дороже для атак. После перехода на PoS любой желающий с минимум 32 ETH может участвовать в стейкинге и стать валидатором, получая вознаграждения.

Риск централизации

Механизм Proof of Work требует от майнеров многократно хешировать данные блока до тех пор, пока не будет найдено валидное решение, что становится всё сложнее и дороже по мере роста популярности криптовалюты. Майнеры могут объединяться в пулы, чтобы увеличить шансы получить вознаграждение. По состоянию на март 2023 года четыре крупнейших майнинговых пула контролировали 50% общей хеш‑мощности Bitcoin. Такая концентрация власти вызывает беспокойство у некоторых, так как снижает децентрализацию сети.

Механизм Proof of Stake заменяет майнинговую мощность стейкингом, позволяя людям подтверждать транзакции без специализированного оборудования или привязки к локации. Тем не менее, запуск ноды‑валидатора всё ещё может быть дорогостоящим. Пользователи могут ставить токены за отдельных валидаторов, аналогично майнинговым пулам. Несмотря на то, что PoS облегчает участие, он также подвержен рискам централизации из‑за крупных валидаторов, контролирующих значительную долю застейканных токенов. Несмотря на эти вызовы, и PoW, и PoS стремятся поддерживать безопасную и децентрализованную сеть.

Риски безопасности

Риск атаки 51% присутствует в PoW‑блокчейнах, где четыре крупнейших пула контролируют около 50% общей хеш‑мощности Bitcoin. Такая атака подразумевает, что злоумышленники или организации получают контроль более 50% мощности сети, что позволяет им переопределить консенсус и совершать вредоносные действия ради собственной выгоды, например двойную трату или изменение записей транзакций. Несмотря на этот риск, маловероятно, что это произойдёт в Bitcoin из‑за размера его сети.

С другой стороны, атака 51% на PoS‑блокчейн потребует от атакующего владения более 50% монет в сети, что может привести к росту спроса и стоимости монеты на миллиарды долларов. Однако это также маловероятно, поскольку стоимость застейканных монет атакующего резко упадёт в случае компрометации сети. Следовательно, атака 51% на PoS‑сеть, особенно с высоким рыночным капиталом, маловероятна.

Недостатки Proof of Stake

Proof of Stake рассматривается как альтернатива Proof of Work, но у него есть и недостатки. Валидаторы с большим объемом застейканных активов имеют более высокие шансы подтвердить следующий блок из‑за механизма распределения наград. Некоторые критикуют это как эффект «богатые становятся богаче» и отмечают, что такие участники могут получить больше прав управления в PoS‑блокчейнах.

Также существуют риски безопасности для криптовалют с меньшей капитализацией, использующих PoS, так как они более уязвимы к атакам. В то время как популярные криптовалюты, такие как ETH, в меньшей степени подвержены атаке 51%, более мелкие цифровые активы с низкой стоимостью могут стать целью. Злоумышленники могут приобрести достаточное количество монет, чтобы получить преимущество над другими валидаторами и эксплуатировать систему PoS, часто становясь валидаторами. Полученные вознаграждения они затем могут использовать для дальнейшего стейкинга и повышения шансов быть выбранными в следующем раунде.

Вывод

Трудно однозначно определить, какой протокол консенсуса лучше — Proof of Work или Proof of Stake, так как у каждого есть свои плюсы и минусы. PoW надёжен и безопасен, но критикуется за высокий углеродный след при майнинге. Ethereum недавно перешёл на PoS, который рассматривается как более экологичная альтернатива. В результате новые проекты могут всё чаще выбирать PoS в будущем.