Proof of Work vs. Proof of Stake

Proof-of-work (PoW) og proof-of-stake (PoS) er de to mest almindelige konsensusmekanismer, der anvendes af offentlige blokkædenetværk. Disse systemer giver netværkssikkerhed og incitamenter til en decentral gruppe af deltagere til at samarbejde til fordel for netværket.

Enhver person hvor som helst i verden kan deltage i et offentligt blokkædebaseret system. Ingen enkelt virksomhed, centralbank eller regering styrer, hvordan disse netværk fungerer. Det betyder, at ingen har direkte kontrol over populære blokkæder som Bitcoin, Ethereum, Dogecoin eller Monero.

Det er fordi, at disse teknologier er decentrale. Ligesom internettet er der ikke én person eller gruppe, der er ansvarlig for deres vedligeholdelse og drift. I stedet deles dette ansvar blandt tusindvis af individer over hele verden. Men med decentralisering opstår der nogle vigtige spørgsmål:

1. Hvordan skaber man et robust, tillidsløst system, der er modstandsdygtigt over for ondsindede aktører?
2. Hvis alle kan deltage i et netværk, hvordan fremmer man så ærlig deltagelse og afskrækker dårlige aktører?
3. Uden en overordnet leder, hvordan vælger man så, hvem der får lov til at foreslå, verificere og registrere data på blokkæden?

Her kommer proof-of-work (PoW) og proof-of-stake (PoS), mere generelt kendt som blokkæde konsensusmekanismer, ind i billedet.

Konsensus refererer til enighed om et bestemt stykke information blandt et system eller en gruppe mennesker.

Blokkædekonsensus er en tilstand af enighed blandt et distribueret netværk af computere om rækkefølgen og gyldigheden af information, der er gemt i en delt database.

Bitcoin-blokkæden og andre blokkæder, der fulgte, var revolutionerende, fordi de løste et langvarigt problem kaldet de byzantinske generalers problem. 

De byzantinske generalers problem er et klassisk problem inden for distribueret computing, der omhandler spørgsmålet om tillid. Det er et konsensusproblem blandt distribuerede enheder, hvor flere generaler forsøger at koordinere et angreb på en by. I problemet kan generalerne ikke kommunikere direkte med hinanden, og nogle af generalerne kan være forrædere, der sender falske beskeder til de andre generaler.

Når det handler om blokkæder, er de byzantinske generalers problem et problem, som handler om konsensus. I et blokkædenetværk er der flere noder, der forsøger at nå konsensus om tilstanden af hovedbogen. Men nogle af noderne kan være ondsindede og forsøge at sende falske oplysninger til de andre noder. Problemet er, at de andre noder skal kunne stole på de oplysninger, de modtager, for at nå konsensus.

Blokkæder løser de byzantinske generalers problem ved at bruge en konsensusalgoritme til at tilskynde alle deltagere i netværket til at blive enige om en enkelt version af sandheden. Dette gøres ved, at hver node i netværket validerer transaktionerne og når til enighed om gyldigheden af transaktionen. Systemet registrerer derefter denne konsensus på blokkæden, hvilket skaber en uforanderlig, sikker og kollektivt delt kilde til sandhed. Konsensusmekanismen sikrer, at alle deltagere i netværket har den samme version af sandheden, og at transaktionen er gyldig.

Datavidenskabsfolk koncipierede dette problem i 1980'erne, men dets underliggende koncepter trækker på et ældre felt inden for økonomi kaldet spilteori. Matematikere John Von Neumann og Oskar Morgenstern var pionerer inden for spilteori 30 år før de byzantinske generalers problem. Deres forskning analyserede resultaterne af spil baseret på de individuelle adfærdsmønstre hos spillere, gevinster og straffe.

Blokkæde-konsensusmekanismer inkorporerer disse teoretiske principper. Spillere, der deltager i et blokkædenetværk, er tilskyndet til at handle ærligt både for sig selv og for netværkets større gode. Ondsindede aktører står derimod over for straffe for uærlig adfærd.

Det interessante er, hvordan PoW- og PoS-systemer opnår tillidsløs konsensus på helt forskellige måder.

Proof-of-work er en type konsensusmekanisme, der kræver, at netværksbrugere kaldet "minearbejdere" afsætter computerkraft til at fuldføre en opgave.

Proof-of-work-konsensusmekanismen (PoW) opstod i begyndelsen af 1990'erne som et system til at forhindre spam i e-mails. Metoden krævede, at brugerne løste et kryptografisk problem, før de kunne sende en e-mail.

For legitime brugere, der kun sender en håndfuld e-mails, var det at løse dette enkelt kryptografiske puslespil en let opgave. Men for en uærlig aktør, der ønsker at sende spam-e-mails en masse, gjorde den nødvendige mængde computerkraft venture langt mere kostbar.

I januar 2009 lancerede den pseudonyme forfatter af Bitcoin-hvidpapiret, Satoshi Nakamoto, Bitcoin-protokollen. Dette peer-to-peer elektroniske kontantsystem indeholdt en tilpasset version af PoW-mekanismen til at løse de byzantinske generalers problem.

PoW-konsensusmekanismen, der anvendes i Bitcoin-protokollen, inkorporerer en konkurrence baseret på kryptografi. Brugere konkurrerer om ​​retten til at foreslå nye poster i hovedbogen ved hjælp af deres computere.

Ved hjælp af processen til minedrift med Bitcoin genererer minearbejdere tilfældige, faste længdekoder kaldet hashes. De skaber disse hashes ved at køre input tilfældigt gennem en kryptografisk hashing-algoritme. At gøre det producerer unikke, 64 hexadecimale koder (koder, der kun indeholder tal fra 0-9 og bogstaverne A-F).

Minearbejdere genererer hashes tilfældigt, indtil en har det samme antal eller flere nuller foran sammenlignet med målhashen.

Målhashen er et tal, der er fastsat af sværhedsjusteringsalgoritmen i blokkædeprotokollen.

Når en succesfuld minearbejder slår målhashen, får de retten til at foreslå et nyt blok af transaktioner til at tilslutte sig blokkæden. Hvis netværket betragter den foreslåede blok som gyldig, modtager minearbejderen en blokbelønning for deres indsats. Hvis netværket bestemmer, at blokken er ugyldig eller svigagtig, afviser noderne blokken, og minearbejderens indsats er spildt.

Hvis du er interesseret i at lære mere om kryptografien bag kryptovalutaer, kan du tjekke vores nybegynderguide til hvordan kryptovalutaer bruger kryptografi.

Som betaling for deres indsats tjener succesfulde minearbejdere nyudvundet Bitcoin og eventuelle gebyrer for de transaktioner, de tilføjede til den nye blok. Denne belønning er kendt som en blokbelønning.

Det er muligt for individuelle minearbejdere at kombinere deres computerressourcer ved hjælp af minepuljer for at øge deres chancer for at vinde minedriftkonkurrencen. Eventuelle blokbelønninger, der opnås, deles proportionalt blandt puljens deltagerne.

Blokbelønninger følger normalt en striks, foruddefineret pengepolitik, hvor belønninger systematisk reduceres over tid. Bitcoin, for eksempel, halverer antallet af nyprægede mønter, der tildeles pr. blok, hver 210.000 blokke (ca. en gang hvert fjerde år). Denne reduktion, kendt som en Bitcoin-halvering, dæmper udstedelsen af nye mønter, der kommer i cirkulation over tid.

Du kan læse mere om Bitcoin-halveringer i vores Kraken Intelligence-rapport, The Halving: Trends & Implications of Bitcoin's Supply Inflation Mechanism.

Når et nyt blok af transaktioner er blevet foreslået af den vindende minearbejder, verificerer de resterende minearbejdere i netværket derefter uafhængigt disse transaktioner. Når de når til enighed om gyldigheden af oplysningerne, der er gemt i blokken, tilføjes blokken permanent til blokkæde.

Det er næsten umuligt at bruge sin saldo to gange, for det kræves, at alle brugere i netværket uafhængigt bekræfter foreslåede transaktioner, før de bliver afsluttet. Muligheden for at bruge de samme mønter to gange bliver kun en trussel, hvis 51 % eller flere validatorer er uærlige. Men denne type angreb bliver eksponentielt sværere at gennemføre, efterhånden som blokkædenetværket vokser.

Når minedriftkonkurrencen for hver ny blok slutter, starter det hele forfra baseret på den bloktid, som hver protokol er programmeret til at følge. For Bitcoin opdages der nye blokke cirka hvert 10. minut, men bloktider varierer mellem kryptovalutaer. Andre kryptovalutaer som Litecoin og ZCash skaber nye blokke hver 2,5 minutter og 75 sekunder, henholdsvis.

Denne funktion holder ikke kun netværket sikkert, men sikrer også, at nye enheder af kryptovaluta frigives til cirkulation med en fast, forudbestemt hastighed.

En af fordelene ved at bruge et PoW-system er sikkerhed. Svindeltransaktioner på etablerede PoW-blokkæder kræver massive mængder af computerkraft for at udføre.

Uærlige aktører kan kun begå svindel, hvis de kontrollerer flertallet, eller mere end 50 procent, af netværkets computerkraft. Denne type sårbarhed er kendt som et 51 %-angreb. Hvis nogen kunne kontrollere over 51 % af netværket, kan de omarrangere transaktioner, bruge dobbelte saldi og blokere visse indgående betalinger. 

PoW-systemer er svære at angribe, fordi de kræver specialiseret udstyr og en enorm mængde energi for at udnytte netværket.

Mængden af energi, der forbruges af PoW-baserede blokkæder, er dog en almindelig kritik blandt kryptokritikere. Men det er vigtigt at bemærke, at dette forbrug er en intentionel funktion. I de fleste tilfælde gælder det, at jo større hashkraft, jo større netværkssikkerhed.

For at hjælpe med at adskille fakta om kryptovaluta-minedrift fra fiktion, se vores guide Afkræftning af kryptomyter: "Bitcoin ødelægger miljøet".

For at maksimere overskuddet skal PoW-minearbejdere i sidste ende holde deres driftsomkostninger så lave som muligt og finde billig, pålidelig energi. Mange minearbejdere bruger en bæredygtig energikilde for at holde deres omkostninger nede og mindske miljømæssige bekymringer.

• Bitcoin (BTC)
• Litecoin (LTC)
• Monero (XMR)
• Bitcoin Cash (BCH)
• Dash (DASH)
• Ethereum Classic (ETC)
• Dogecoin (DOGE)
• Siacoin (SC)

I modsætning til den direkte konkurrence i proof-of-work, bruger proof-of-stake (PoS) et andet sæt incitamenter for at sikre, at netværksdeltagerne opfører sig ærligt.

Tre år efter lanceringen af Bitcoin skabte to udviklere ved navn Scott Nadal og Sunny King PoS konsensusmekanismen. Deres hovedmål var at producere et mere energieffektivt system end proof-of-work.

Med proof-of-stake (PoS) køber og låser netværksdeltagerne en protokols indfødte tokens for at validere nye blokke af transaktioner. Til gengæld kan de tjene staking-belønninger (normalt betalt som rente på deres stakede aktiver).

Mange førende PoS-blokkæder som Ethereum, Cardano, Algorand og Polkadot anvender deres egne udvælgelsesalgoritmer for at vælge, hvilke stakere der får ret til at foreslå nye blokke.

Deltagere med flere stakede tokens er generelt mere tilbøjelige til at validere nye blokke, men der er en grad af tilfældighed programmeret ind i disse specifikke algoritmer.

Denne randomisering er designet til at forbedre retfærdigheden og betyder, at alle staking-deltagere har en chance for at tjene belønninger.

Ignite (tidligere Tendermint) er en anden populær PoS-konsensusmekanisme, hvor validatorer afgiver prevote-, precommit- og commit-stemmer for nye blokke, der tilslutter sig blokkæden. Blokke med et ⅔ flertal stemme bliver forpligtet til blokkæden.

PoS bruger en lignende tilgang til at tilskynde til ærlig adfærd som PoW ved at kræve, at validatorer investerer deres egne penge. Tilsvarende varierer denne omkostning meget mellem protokoller, herunder omkostninger til at køre validatornoder.

PoS-validatornodeudstyr er ofte langt mindre dyrt samlet set sammenlignet med det udstyr, der er nødvendigt for rentabelt at minedrive populære PoW-kryptovalutaer som Bitcoin (BTC).

Inden for de fleste PoS-blokkæder bliver netværksvalidatorer nomineret til at verificere blokke af transaktioner, snarere end at blive sat op imod hinanden for at foreslå nye blokke. Til gengæld tjener validatorer belønninger, nogle gange i form af fast årlig rente, for at hjælpe med at sikre netværket.

Folk uden den tekniske ekspertise eller minimumsaktiver, der kræves for at blive en selvstændig PoS-validator, kan kombinere deres midler med andre investorer.

I dette tilfælde kan flere mindre investorer samle midler for at danne en enkelt staking-enhed. Valgte personer eller grupper af mennesker med specialistviden vedligeholder og driver disse staking-puljer. Investorer deler derefter belønningerne proportionalt mellem sig selv og staking-puljeoperatører.

Ligesom PoS-konsensusmekanismer tilskynder validatorer til at opføre sig ærligt, kan de også straffe dem for at opføre sig uden for protokollens regler. Hvis en validator eller delegeret staking-puljeoperatør handler svigagtigt, kan nogle protokoller delvist eller helt konfiskere deres stakede aktiver. Denne mekanisme kaldes også "slashing" og tilskynder yderligere til god adfærd på netværket.

For at deltage i staking-processen kræver de fleste PoS-blokkædeprotokoller, at brugerne først låser en minimumsmængde tokens for at kvalificere sig.

For Ethereums nye PoS-blokkæde kræves der 32 ether – blokkædens indfødte kryptovaluta – for at blive validator. Dog er der opstået likvid staking-protokoller for dramatisk at reducere denne høje adgangsbarriere.

På Polkadots PoS-blokkæde kan minimumsindsatskravet være så lavt som 10 DOT eller så højt som 350 DOT. DOT er den indfødte kryptovaluta af Polkadot.

Ligesom PoW-baserede blokkæder skal netværket uafhængigt verificere nyfremstillede blokke af transaktioner på PoS-blokkæder, før de kan tilslutte sig blokkæden.

PoS-kæder følger også en gennemsigtig udstedelsesplan, der gør det muligt for hele netværket at se, hvordan nye mønter kommer i cirkulation.

Den største fordel ved proof-of-stake-blokkæder er, at de er betydeligt mere energieffektive end PoW-protokoller. Fordi PoS-validatorer er nomineret til at validere blokke i stedet for at konkurrere ved hjælp af dyre udstyr, bruger de mindre energi.

Den største ulempe ved PoS-konsensusmekanismer er problemer med centralisering af indsats.

I PoS-blokkæder bestemmer mængden af tokens, en person indsætter, primært deres sandsynlighed for at blive valgt til at validere blokke af transaktioner og tjene belønninger. På grund af dette kan PoS-systemer favorisere dem med flere tokens frem for dem med færre indsatte aktiver – hvilket nogle mener fører til centralisering af netværket.

På grund af denne fejl mener mange, at et lille antal store indsatspuljer og hval-investorer kunne få centraliseret kontrol over blokvalidering. Denne faktor går imod de grundlæggende principper for kryptovaluta og reducerer den samlede netværkssikkerhed.

Et andet problem for nogle PoS-blokkæder er illikviditet. Nogle gange kan brugere ikke få adgang til deres indsatte aktiver, før en låseperiode er slut. Dette problem reducerer markedets likviditet for den underliggende kryptovaluta og forhindrer investorer i at få adgang til deres indsatte midler under kritiske markedbevægelser.

Begge disse konsensusmekanismer løser de byzantinske generalers problem, men på meget forskellige måder. PoW-konsensusmekanismen er et kamptestet system, der kan give utrolig høje niveauer af sikkerhed. På den anden side bliver PoS-konsensusmekanismer stadig mere populære som et mere energieffektivt, skalerbart alternativ.

• Ethereum (ETH)
• Polkadot (DOT)
• Algorand ALGO
• Avalanche (AVAX)
• Cardano (ADA)
• Cosmos (ATOM)
• Solana (SOL)
• The Graph (GRT)

Nu hvor du har lært alt om forskellen mellem proof-of-work og proof-of-stake, er du så klar til at tage det næste skridt i din kryptorejse? Klik på knappen nedenfor for at købe kryptovalutaer på Kraken i dag!

Ønsker du mere dybdegående information om specifikke kryptovalutaer og blokkædeprojekter? Hvis ja, så gå til Kraken Learn Center for at videreuddanne dig inden for dette stadigt voksende område.