Proof of Work czy Proof of Stake

Proof-of-work (PoW) i proof-of-stake (PoS) to dwa najczęstsze mechanizmy konsensusu wykorzystywane przez publiczne sieci blockchain. Systemy te zapewniają bezpieczeństwo sieci i zachęcają zdecentralizowaną grupę uczestników do współpracy dla nadrzędnego dobra sieci.

Każda osoba na świecie może uczestniczyć w publicznym systemie opartym na blockchainie. Żadna pojedyncza firma, bank centralny ani rząd nie zarządza działaniem tych sieci. Oznacza to, że nikt nie ma bezpośredniej kontroli nad popularnymi blockchainami, takimi jak Bitcoin, Ethereum, Dogecoin czy Monero.

To dlatego, że technologie te są zdecentralizowane. Podobnie jak w przypadku Internetu, nie ma jednej osoby lub grupy odpowiedzialnej za ich utrzymanie i konserwację. Zamiast tego odpowiedzialność ta jest dzielona między tysiące osób na całym świecie. Jednak wraz z decentralizacją pojawiają się ważne pytania:

1. Jak stworzyć solidny, pozbawiony zaufania system, który jest odporny na złośliwe ataki?
2. Jeżeli każdy może dołączyć do sieci, jak promować uczciwe uczestnictwo i zniechęcać oszustów?
3. Bez nadrzędnego nadzoru, jak wybrać, kto może proponować, weryfikować i rejestrować dane w blockchainie?

W tym miejscu do gry wkraczają proof-of-work (PoW) i proof-of-stake (PoS), bardziej ogólnie znane jako mechanizmy konsensusu blockchain.

Konsensus odnosi się do porozumienia w sprawie określonej informacji między systemem lub grupą osób.

Konsensus blockchain to stan porozumienia między rozproszoną siecią komputerów w sprawie kolejności i ważności informacji przechowywanych we wspólnej bazie danych.

Blockchain Bitcoin i inne łańcuchy bloków, które po nim nastąpiły, były rewolucyjne, ponieważ rozwiązały długotrwały problem zwany problemem bizantyjskich generałów. 

Problem bizantyjskich generałów to klasyczny problem w obliczeniach rozproszonych, który dotyczy kwestii zaufania. Jest to problem konsensusu między rozproszonymi plutonami, gdzie wielu generałów próbuje koordynować atak na miasto. Problem polega na tym, że generałowie nie są w stanie komunikować się bezpośrednio ze sobą, a niektórzy z nich mogą być zdrajcami wysyłającymi fałszywe wiadomości do innych generałów.

W kontekście łańcuchów blokowych problem bizantyjskich generałów jest problemem konsensusu. W sieci blockchain istnieje wiele węzłów, które próbują osiągnąć konsensus na temat stanu rejestru. Jednak niektóre węzły mogą być złośliwe i próbować wysyłać fałszywe informacje do innych węzłów. Problem polega na tym, że inne węzły muszą być w stanie zaufać informacjom, które otrzymują, aby osiągnąć konsensus.

Blockchainy rozwiązują bizantyjski problem generałów, wykorzystując algorytm konsensusu, aby zachęcić wszystkich uczestników sieci do uzgodnienia jednej wersji prawdy. Odbywa się to poprzez weryfikację transakcji przez każdy węzeł w sieci i osiągnięcie porozumienia w sprawie ważności transakcji. Następnie system rejestruje ten konsensus w blockchainie, tworząc w ten sposób niezmienne, bezpieczne i wspólnie udostępniane źródło prawdy. Mechanizm konsensusu zapewnia, że wszyscy uczestnicy sieci mają tę samą wersję prawdy i że transakcja jest ważna.

Informatycy wymyślili ten problem w latach 80. XX wieku, ale jego podstawowe koncepcje wywodzą się ze starszej dziedziny ekonomii zwanej teorią gier. Matematycy John Von Neumann i Oskar Morgenstern byli pionierami teorii gier 30 lat przed problemem bizantyjskich generałów. Ich badania analizowały wyniki gier na podstawie indywidualnych zachowań graczy, nagród i kar.

Mechanizmy konsensusu blockchain włączają te teoretyczne zasady. Gracze biorący udział w sieci blockchain są zachęcani do uczciwego działania zarówno dla siebie, jak i dla dobra sieci. Z drugiej strony oszuści są karani za nieuczciwe zachowanie.

Interesujące jest to, w jaki sposób systemy PoW i PoS osiągają konsensus bez zaufania w zupełnie różny sposób.

Proof-of-work to rodzaj mechanizmu konsensusu, który wymaga od użytkowników sieci zwanych „górnikami” poświęcenia mocy obliczeniowej w celu wykonania zadania.

Mechanizm konsensusu proof-of-work (PoW) zadebiutował na początku lat 90. jako system zapobiegania spamowi e-mailowemu. Metoda wymagała od użytkowników rozwiązania problemu kryptograficznego przed wysłaniem wiadomości e-mail.

Dla legalnych użytkowników wysyłających tylko kilka wiadomości e-mail, rozwiązanie tej pojedynczej zagadki kryptograficznej było łatwym zadaniem. Jednak dla oszusta, który chce wysłać wiadomości spamowe hurtowo, ilość wymaganej mocy obliczeniowej sprawiała, że przedsięwzięcie było znacznie bardziej kosztowne.

W styczniu 2009 roku pseudonimowy autor białej księgi Bitcoina, Satoshi Nakamoto, uruchomił protokół Bitcoin. Ten elektroniczny system gotówkowy peer-to-peer zawierał zaadaptowaną wersję mechanizmu PoW w celu rozwiązania wspomnianego wcześniej problemu generałów bizantyjskich.

Mechanizm konsensusu PoW używany w protokole Bitcoin zawiera konkurs oparty na kryptografii. Użytkownicy rywalizująo prawo do proponowania nowych wpisów w rejestrze za pomocą swoich komputerów.

W procesie kopania bitcoina górnicy generują losowe kody o stałej długości zwane haszami. Tworzą te hashy, uruchamiając dane wejściowe za pomocą kryptograficznego algorytmu haszującego. W ten sposób powstają unikalne, 64 kody szesnastkowe (kody zawierające tylko cyfry od 0-9 i litery A-F).

Górnicy generują hashe losowo, aż jeden z nich będzie miał tyle samo lub więcej zer z przodu w porównaniu do hasha docelowego.

Docelowy hash to liczba ustawiona przez algorytm dostosowywania trudności protokołu blockchain.

Gdy dany górnik pokona docelowy hash, zyskuje prawo do zaproponowania nowego bloku transakcji do dołączenia do blockchaina. Jeśli sieć uzna proponowany blok za prawidłowy, górnik otrzymuje nagrodę za swoje wysiłki. Jeśli sieć stwierdzi, że blok jest nieważny lub fałszywy, węzły odrzucają blok, a wysiłek górnika idzie na marne.

Jeżeli chcesz dowiedzieć się więcej o kryptografii kryjącej się za kryptowalutami, możesz zapoznać się z naszym przewodnikiem dla początkujących na temat tego jak kryptowaluty wykorzystują kryptografię.

W zamian za swój wysiłek, odnoszący sukcesy górnicy zarabiają nowo wybite bitcoiny i wszelkie opłaty za transakcje, które dodali do nowego bloku. Ta nagroda jest znana jako nagroda bloku.

Poszczególni górnicy mogą łączyć swoje zasoby obliczeniowe za pomocą pul kopania, aby zwiększyć swoje szanse na wygraną w konkursie górniczym. Wszelkie zarobione nagrody blokowe są podzielone proporcjonalnie między uczestników puli.

Nagrody blokowe są zwykle zgodne ze ścisłą, z góry określoną polityką pieniężną, w której nagrody są systematycznie zmniejszane z upływem czasu. Bitcoin, na przykład, zmniejsza liczbę nowo wybitych monet przyznawanych na blok o połowę co 210 000 bloków (mniej więcej raz na cztery lata). Redukcja ta, znana jako Bitcoin Halving, ogranicza z czasem emisję nowych coinów wchodzących do obiegu.

Więcej informacji na temat Bitcoin Halvings można znaleźć w naszym raporcie Kraken Intelligence, Halving: Trendy i implikacje mechanizmu inflacji podaży Bitcoina.

Gdy nowy blok transakcji zostanie zaproponowany przez zwycięskiego górnika, pozostali górnicy w sieci następnie niezależnie weryfikują te transakcje. Po osiągnięciu konsensusu co do ważności informacji przechowywanych w bloku, blok na stałe dołącza do blockchaina.

Wymagając od wszystkich użytkowników w sieci niezależnego potwierdzenia proponowanych transakcji przed ich sfinalizowaniem, prawie niemożliwe jest podwójne wydanie salda. Możliwość dwukrotnego wydania tych samych coinów staje się zagrożeniem tylko wtedy, gdy 51% lub więcej walidatorów jest nieuczciwych. Jednak ten rodzaj ataku staje się wykładniczo trudniejszy do wykonania w miarę rozwoju sieci blockchain..

Po zakończeniu konkursu wydobywczego dla każdego nowego bloku, wszystko zaczyna się od nowa w oparciu o czas bloku, do którego każdy protokół jest zaprogramowany. W przypadku Bitcoin, nowe bloki są odkrywane mniej więcej co 10 minut, ale czasy bloków różnią się między kryptowalutami. Inne kryptowaluty, takie jak Litecoin i ZCash, tworzą nowe bloki odpowiednio co 2,5 minuty i 75 sekund.

Ta funkcja nie tylko zapewnia bezpieczeństwo sieci, ale także zapewnia, że nowe jednostki kryptowalut są wprowadzane do obiegu w ustalonym, z góry określonym tempie.

Zaletą korzystania z systemu PoW jest bezpieczeństwo. Nieuczciwe transakcje na ustalonych blockchainach PoW wymagają ogromnej ilości mocy obliczeniowej do ich przeprowadzenia.

Nieuczciwi gracze mogą popełniać oszustwa tylko wtedy, gdy kontrolują większość lub ponad 50 procent mocy obliczeniowej sieci. Ten rodzaj luki jest znany jako atak 51%. Gdyby ktoś mógł kontrolować 51% sieci, mógłby zmieniać kolejność transakcji, podwajać salda i blokować niektóre płatności przychodzące. 

Systemy PoW są trudne do zaatakowania, ponieważ wymagają specjalistycznego sprzętu i ogromnej ilości energii do eksploatacji sieci.

Ilość energii zużywanej przez blockchainy oparte na mechanizmie PoW jest jednak powszechnie krytykowana przez przeciwników kryptowalut. Należy jednak pamiętać, że to spożycie jest celową funkcją. W większości przypadków im większa moc obliczeniowa, tym większe bezpieczeństwo sieci.

W celu oddzielenia faktów dotyczących wydobywania kryptowalut od fikcji, zapoznaj się z naszym przewodnikiem Obalanie kryptowalutowych mitów: „Bitcoin niszczy środowisko”.

Ostatecznie, aby zmaksymalizować zyski, górnicy PoW muszą utrzymywać swoje koszty operacyjne na jak najniższym poziomie i pozyskiwać tanią, niezawodną energię. Wielu górników korzysta ze zrównoważonej mieszanki energetycznej, aby obniżyć koszty i złagodzić obawy związane z ochroną środowiska.

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

W przeciwieństwie do bezpośredniej konkurencji proof-of-work, proof-of-stake (PoS) wykorzystuje inny zestaw zachęt, aby upewnić się, że uczestnicy sieci zachowują się uczciwie.

Trzy lata po uruchomieniu bitcoina, dwaj deweloperzy o imieniu Scott Nadal i Sunny King stworzyli mechanizm konsensusu PoS. Ich głównym celem było stworzenie systemu bardziej energooszczędnego niż proof-of-work.

Dzięki systemowi proof-of-stake (PoS) uczestnicy sieci kupują i blokują natywne tokeny protokołu w celu walidacji nowych bloków transakcji. W zamian mogą zarabiać nagrody za stakowanie (zwykle wypłacane jako odsetki od stakowanych aktywów).

Wiele przodujących systemów PoS blockchain, takich jak Ethereum, Cardano, Algorand i Polkadot, stosuje własne algorytmy selekcji, aby wybierać, które osoby stakujące zyskują prawo do proponowania nowych bloków.

Uczestnicy z większą liczbą stakowanych tokenów zazwyczaj mają większe szanse na walidację nowych bloków, ale te konkretne algorytmy mają również zaprogramowany pewien stopień losowości.

Ta randomizacja ma na celu zwiększenie uczciwości i oznacza, że wszyscy stakujący uczestnicy mają szansę na zdobycie nagród.

Ignite (dawniej Tendermint) to kolejny popularny mechanizm konsensusu w stylu PoS, w którym osoby walidujące umieszczają głosy prevot, precommit i commit dla nowych bloków dołączających do łańcucha blockchain. Bloki z ⅔ większością głosów są dołączane do blockchaina.

PoS wykorzystuje podobne podejście do motywowania uczciwego zachowania jak PoW, wymagając od walidatorów inwestowania własnych pieniędzy. Podobnie, koszt ten różni się znacznie w zależności od protokołu, w tym koszty uruchomienia węzłów walidatora.

Wyposażenie w węzła walidacyjnego PoS jest często znacznie tańsze w porównaniu do sprzętu potrzebnego do wydobycia popularnych kryptowalut PoW, takich jak bitcoin (BTC).

W większości blockchainów PoS, walidatorzy sieci są nominowani do weryfikacji bloków transakcji, a nie rywalizują ze sobą w celu zaproponowania nowych bloków. W zamian walidatorzy otrzymują nagrody, czasami w postaci stałych rocznych odsetek, za pomoc w zabezpieczeniu sieci.

Osoby bez wiedzy technicznej lub niespełniające minimalnych wymogów dotyczących aktywów, aby stać się samodzielnym walidatorem PoS mogą łączyć swoje fundusze z innymi inwestorami.

W tym przypadku, wielu mniejszych inwestorów może połączyć fundusze w celu utworzenia jednej jednostki stakowania. Wybrane osoby lub grupy osób posiadających specjalistyczną wiedzę utrzymują i obsługują te pule stakowania. Następnie inwestorzy dzielą nagrody proporcjonalnie między siebie i operatorów puli stakowania.

Podobnie jak mechanizmy konsensusu PoS zachęcają walidatorów do uczciwego zachowania, ale mogą również karać ich za zachowanie niespełniające zasad protokołu. W przypadku gdy walidator lub wybrany operator puli stakowania działa w nieuczciwy sposób, niektóre protokoły mogą częściowo lub całkowicie skonfiskować jego stakowane aktywa. Mechanizm ten znany jako „slashing” dodatkowo zachęca do uczciwego zachowania w sieci.

Aby wziąć udział w procesie stakowania, większość protokołów blockchain PoS wymaga od użytkowników zablokowania minimalnej ilości tokenów w celu zakwalifikowania się.

W przypadku nowego blockchaina PoS Ethereum, aby zostać walidatorem wymagane są 32 ETH — natywna kryptowaluta blockchaina. Pojawiły się jednak płynne protokoły stakowania, aby znacznie obniżyć ten wysoki próg wejścia.

W systemie PoS łańcucha Polkadot, minimalne wymagania dotyczące stakowania mogą być tak niskie, jak 10 DOT lub tak wysokie, jak 350 DOT. DOT to natywna kryptowaluta łańcucha Polkadot.

Podobnie jak w przypadku blockchainów opartych na mechanizmie PoW, sieć musi niezależnie zweryfikować nowo zaproponowane bloki transakcji na blockchainach PoS, zanim będą one mogły dołączyć do blockchaina.

Łańcuchy PoS są również zgodne z przejrzystym harmonogramem emisji, który pozwala całej sieci zobaczyć, w jaki sposób nowe coiny wchodzą do obiegu.

Główną zaletą blockchainów typu proof-of-stake jest fakt, że są one znacznie bardziej energooszczędne niż protokoły PoW. Ponieważ walidatorzy PoS są wybierani do walidacji bloków, a nie konkurowania przy użyciu kosztownego sprzętu, zużywają mniej energii.

Główną wadą mechanizmów konsensusu PoS są kwestie centralizacji stakowania.

W blockchainach PoS liczba tokenów stakowanych przez daną osobę określa przede wszystkim prawdopodobieństwo, że zostanie ona wybrana do walidacji bloków transakcji i zdobywania nagród. Z tego powodu systemy PoS mogą sprzyjać tym, którzy mają więcej tokenów, niż tym, którzy mają mniej stakowanych aktywów — niektórzy uważają, że prowadzi to do centralizacji sieci.

W związku z tym, wiele osób uważa, że niewielka liczba dużych puli stakowania i inwestorów posiadających znaczną część aktywów może uzyskać scentralizowaną kontrolę nad walidacją bloków. Jest to sprzeczne z podstawowymi zasadami kryptowalut i zmniejsza ogólne bezpieczeństwo sieci.

Kolejnym problemem niektórych blockchainów PoS jest brak płynności. Czasami użytkownicy nie mogą uzyskać dostępu do swoich stakowanych aktywów do momentu zakończenia okresu blokady. Problem ten zmniejsza płynność rynkową kryptowaluty bazowej i uniemożliwia inwestorom dostęp do stakowanych środków podczas krytycznych ruchów rynkowych.

Oba te mechanizmy konsensusu rozwiązują problem bizantyjskich generałów, ale w bardzo odmienny sposób. Mechanizm konsensusu PoW to sprawdzony w boju system, który może zapewnić niewiarygodnie wysoki poziom bezpieczeństwa. Z drugiej strony mechanizmy konsensusu PoS stają się coraz bardziej popularne jako bardziej energooszczędna i skalowalna alternatywa.

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

Teraz, gdy znasz już różnicę między mechanizmami proof-of-work i proof-of-stake, możesz zrobić kolejny krok w swojej podróży po świecie krypto. Kliknij poniższy przycisk, aby już dziś kupić kryptowaluty na platformie Kraken!

Chcesz uzyskać więcej szczegółowych informacji na temat konkretnych kryptowalut i projektów związanych z blockchainem? Jeśli tak, zajrzyj do naszego Centrum Wiedzy, aby zwiększyć swoją wiedzę na temat tej nieustannie rosnącej przestrzeni.