Bevis på arbete kontra Bevis på insats

Bevis på arbete (PoW, proof-of-work) och bevis på insats (PoS, proof-of-stake) är de två vanligaste konsensusmekanismerna som används av offentliga blockkedjenätverk. Dessa system tillhandahåller nätverkssäkerhet och incitament för en decentraliserad grupp deltagare för att samarbeta för nätverkets bästa.

Vem som helst i världen kan delta i ett offentligt blockkedjebaserat system. Inget enskilt företag, centralbank eller regering styr hur dessa nätverk fungerar. Det innebär att ingen har direkt kontroll över populära blockkedjor som Bitcoin, Ethereum, Dogecoin eller Monero.

Det beror på att dessa tekniker är decentraliserade. Precis som internet finns det ingen enskild person eller grupp som är ansvarig för deras underhåll och skötsel. I stället delas detta ansvar mellan tusentals personer runt om i världen. Med decentralisering kommer dock några viktiga frågor:

1. Hur skapar man ett robust system där tillit inte behövs och som är motståndskraftigt mot illvilliga aktörer?
2. Om vem som helst kan gå med i ett nätverk, hur främjar man ärligt deltagande och avskräcker dåliga aktörer?
3. Utan en övergripande chef, hur väljer man vem som får föreslå, verifiera och registrera data på blockkedjan?

Det är här bevis på arbete (PoW) och bevis på insats (PoS), som kallas konsensusmekanismer för blockkedjan, kommer in i bilden.

Konsensus avser en överenskommelse om en viss information bland ett system eller en grupp människor.

Blockkedjekonsensus är en överenskommelse bland ett distribuerat nätverk av datorer om ordningen och giltigheten för information som lagras i en delad databas.

Bitcoin-blockkedjan och andra blockkedjor som följde var revolutionerande eftersom de löste ett långvarigt problem som kallas det bysantinska generalsproblemet. 

Det bysantinska generalsproblemet är ett klassiskt problem inom distribuerad databehandling som handlar om frågan om tillit. Det är ett konsensusproblem bland distribuerade plutoner, där flera generaler försöker samordna en attack mot en stad. I problemet kan generalerna inte kommunicera direkt med varandra och några av generalerna kan vara förrädare som skickar falska meddelanden till de andra generalerna.

När det gäller blockkedjor är det bysantinska generalsproblemet ett konsensusproblem. I ett blockkedjenätverk finns det flera noder som försöker nå konsensus om tillståndet i huvudboken. Vissa av noderna kan dock vara illvilliga och försöka skicka falsk information till de andra noderna. Problemet är att de andra noderna måste kunna lita på den information de får för att nå konsensus.

Blockkedjor löser det bysantinska generalsproblemet genom att använda en konsensusalgoritm för att uppmuntra alla deltagare i nätverket att enas om en enda version av sanningen. Detta görs genom att varje nod i nätverket validerar transaktionerna och kommer överens om transaktionens giltighet. Systemet registrerar sedan denna konsensus på blockkedjan, vilket skapar en oåterkallelig, säker och gemensam källa till sanning. Konsensusmekanismen säkerställer att alla deltagare i nätverket har samma version av sanningen och att transaktionen är giltig.

Datavetare föreställde sig detta problem på 1980-talet, men dess underliggande koncept kommer från ett äldre område inom ekonomi som kallas spelteori. Matematikerna John Von Neumann och Oskar Morgenstern var pionjärer inom spelteori 30 år före det bysantinska generalsproblemet. Deras forskning analyserade spelens utfall baserat på spelarnas individuella beteenden, förtjänster och straff.

Konsensusmekanismer för blockkedjan införlivar dessa teoretiska principer. Spelare som deltar i ett blockkedjenätverk uppmuntras att agera ärligt både för sig själva och för nätverkets bästa. Illvilliga aktörer å sin sida bestraffas för oärligt beteende.

Det intressanta är hur PoW- och PoS-system uppnår konsensus där inte tillit behövs på helt olika sätt.

Bevis på arbete är en typ av konsensusmekanism som kräver att nätverksanvändare som kallas ”utvinnare” ägnar datorkraft åt att slutföra en uppgift.

PoW-koncensusmekanismen (bevis på arbete) kom i början av 1990-talet som ett system som skulle förhindra skräppost. Metoden krävde att användare löste ett kryptografiskt problem innan de kunde skicka ett e-postmeddelande.

För legitima användare som endast skickar ett fåtal e-postmeddelanden var det en enkel uppgift att lösa detta enda kryptografiska pussel. För en oärlig aktör som vill skicka skräppost i stor skala gjorde dock den mängd datorkraft som krävdes det mycket dyrare.

I januari 2009 lanserade författaren till bitcoins vitbok med pseudonymen Satoshi Nakamoto bitcoinprotokollet. Detta elektroniska peer-to-peer-kontantsystem hade en anpassad version av PoW-mekanismen för att lösa det nämnda bysantinska generalsproblemet.

PoW-konsensusmekanismen som används i bitcoinprotokollet innefattar en tävling baserad på kryptografi. Användare tävlar om ​​rätten att föreslå nya poster i huvudboken med sina datorer.

Genom processen för utvinning av bitcoin genererar utvinnare slumpmässiga koder med fast längd som kallas hashar. De skapar dessa hashar genom att köra indata slumpmässigt genom en kryptografisk hashningsalgoritm. Detta skapar unika, 64 hexadecimala koder (koder som endast innehåller siffrorna 0–9 och bokstäverna A–F).

Utvinnare genererar hashar slumpmässigt tills en har samma eller fler nollor i början jämfört med målhashen.

Målhashen är ett nummer som sätts av algoritmen för svårighetsjustering för blockkedjeprotokollet.

När en framgångsrik utvinnare överträffar målhashen får den rätt att föreslå ett nytt block av transaktioner att ansluta till blockkedjan. Om nätverket anser att det föreslagna blocket är giltigt, får utvinnaren en blockbelöning för sina ansträngningar. Om nätverket fastställer att blocket är ogiltigt eller bedrägligt, avvisar noder blocket och utvinnarens ansträngningar är förgäves.

Om du är intresserad av att lära dig mer om kryptografin bakom kryptovalutor kan du kolla in vår nybörjarguide till hur kryptovalutor använder kryptografi.

Som lön för mödan tjänar framgångsrika utvinnare nyskapade bitcoin och eventuella avgifter för de transaktioner de lade till på det nya blocket. Denna belöning kallas en blockbelöning.

Det är möjligt för individuella utvinnare att förena sina dataresurser med hjälp av utvinningspooler för att öka sina chanser att vinna utvinningstävlingen. Eventuella blockbelöningar som tjänas delas proportionellt mellan poolens deltagare.

Blockbelöningar följer vanligtvis en strikt, fördefinierad monetär policy där belöningarna systematiskt minskas över tid. Bitcoin halverar till exempel antalet nyskapade mynt som tilldelas per block var 210 000:e block (ungefär en gång vart fjärde år). Denna minskning, som kallas bitcoin-halvering, dämpar utfärdandet av nya mynt som kommer i omlopp över tid.

Du kan läsa mer om bitcoin-halvering i vår Kraken Intelligence-rapport, Halveringen: Trender och konsekvenser för bitcoins utbudsinflationsmekanism.

När ett nytt block av transaktioner har föreslagits av den vinnande utvinnaren verifierar de återstående utvinnarna i nätverket sedan dessa transaktioner oberoende. När de når konsensus om giltigheten för information som lagras i blocket, ansluts blocket permanent till blockkedjan.

Genom att kräva att alla användare i nätverket oberoende bekräftar föreslagna transaktioner innan de slutförs är det nästan omöjligt att använda sitt saldo dubbelt. Möjligheten att spendera samma mynt två gånger blir endast ett hot om 51 % eller fler validerare är oärliga. Denna typ av attack blir dock exponentiellt svårare att genomföra när blockkedjenätverket växer.

Efter att utvinningstävlingen för varje nytt block avslutas börjar den om igen baserat på den blocktid som varje protokoll är programmerat att följa. För bitcoin upptäckts nya block ungefär var 10:e minut, men blocktider varierar mellan kryptovalutor. Andra kryptovalutor som Litecoin och ZCash skapar nya block varje 2,5 minuter respektive 75 sekunder.

Denna funktion håller inte bara nätverket säkert, utan säkerställer även att nya enheter av kryptovaluta kommer i omlopp i en fast, förutbestämd takt.

En fördel med att använda ett PoW-system är säkerhet. Bedrägliga transaktioner på etablerade PoW-blockkedjor kräver enorma mängder datorkraft för att genomföras.

Oärliga aktörer kan endast begå bedrägeri om de kontrollerar majoriteten, eller mer än 50 procent, av nätverkets datorkraft. Denna typ av sårbarhet kallas en 51 %-attack. Om någon kunde kontrollera över 51 % av nätverket, skulle den kunna återbeställa transaktioner, spendera saldon dubbelt och blockera vissa inkommande betalningar. 

PoW-system är svåra att attackera eftersom de behöver specialiserad utrustning och en enorm mängd energi för att utnyttja nätverket.

Mängden energi som förbrukas av PoW-baserade blockkedjor är dock en vanlig kritik bland kryptokritiker. Men det är viktigt att notera att denna förbrukning är en avsiktlig funktion. I de flesta fall gäller att ju större hashkraft, desto större nätverkssäkerhet.

För att hjälpa till att skilja fakta om utvinning av kryptovaluta från fiktion kan du läsa vår guide Avslöja kryptomyter: ”Bitcoin förstör miljön”.

För att maximera vinster måste PoW-utvinnare i slutändan hålla sina driftskostnader så låga som möjligt och skaffa billig, pålitlig energi. Många utvinnare använder en hållbar energimix för att hålla sina kostnader nere och minska miljöproblem.

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

Till skillnad från tävlingen i bevis på arbete använder bevis på insats (PoS) en annan uppsättning incitament för att säkerställa att nätverksdeltagare beter sig ärligt.

Tre år efter lanseringen av bitcoin skapade två utvecklare vid namn Scott Nadal och Sunny King PoS-konsensusmekanismen. Deras huvudmål var att producera ett mer energieffektivt system än bevis på arbete.

Med bevis på insats (PoS) köper och låser nätverksdeltagare ett protokolls inbyggda token för att validera nya block av transaktioner. I gengäld kan de tjäna insatsbelöningar (vanligtvis betalda som ränta på deras stakade tillgångar).

Många ledande PoS-blockkedjor som Ethereum, Cardano, Algorand och Polkadot använder sina egna urvalsalgoritmer för att välja vilka stakare som får rätt att föreslå nya block.

Deltagare med fler stakade token är generellt mer benägna att validera nya block, men det finns en grad av slumpmässighet programmerad i dessa specifika algoritmer.

Denna slumpmässighet är utformad för att förbättra rättvisan och innebär att alla stakingdeltagare har en chans att tjäna belöningar.

Ignite (tidigare Tendermint) är en annan populär konsensusmekanism i PoS-stil där validerare lämnar förhandsröst, förhandsbekräftelse och slutgiltig röst för nya block som ansluts till blockkedjan. Block med två tredjedelars majoritet bekräftas på blockkedjan.

PoS använder en liknande metod för att uppmuntra ärligt beteende som PoW genom att kräva att validerare investerar sina egna pengar. Denna kostnad varierar även kraftigt mellan protokoll, inklusive kostnader för att driva valideringsnoder.

Utrustningen för PoS-valideringsnoder är ofta mycket billigare totalt sett jämfört med den utrustning som behövs för att lönsamt utvinna populära PoW-kryptovalutor som bitcoin (BTC).

Inom de flesta PoS-blockkedjor nomineras nätverksvaliderare för att verifiera block av transaktioner i stället för att tävla mot varandra för att föreslå nya block. I gengäld tjänar validerare belöningar, ibland i form av fast årlig ränta, för att hjälpa till att säkra nätverket.

Personer utan teknisk expertis eller minimikrav på tillgångar för att bli en fristående PoS-validerare kan slå ihop sina medel med andra investerare.

I detta fall kan flera mindre investerare slå ihop sina medel för att bilda en enda stakingenhet. Utvalda personer eller grupper av personer med specialistkunskap underhåller och driver dessa stakingpooler. Investerare delar sedan belöningarna proportionellt mellan sig själva och stakingpooloperatörerna.

Precis som PoS-konsensusmekanismer uppmuntrar validerare att bete sig ärligt kan de även straffa dem om de inte följer protokollets regler. Om en validerare eller delegerad stakingpooloperatör agerar bedrägligt kan vissa protokoll delvis eller helt konfiskera deras stakade tillgångar. Denna mekanism, som kallas ”slashing”, uppmuntrar bra beteende på nätverket.

För att delta i stakingprocessen kräver de flesta PoS-blockkedjeprotokoll att användare först låser en minimimängd token för att kvalificera sig.

För Ethereums nya PoS-blockkedja krävs 32 ether – blockkedjans inbyggda kryptovaluta – för att bli en validerare. Likvida stakingprotokoll har dock uppstått för att dramatiskt minska denna höga inträdesbarriär.

På Polkadots PoS-blockkedja kan minimikravet för staking vara ned till 10 DOT eller upp till 350 DOT. DOT är den inbyggda kryptovalutan för Polkadot.

Precis som PoW-baserade blockkedjor måste nätverket oberoende verifiera nyligen föreslagna block av transaktioner på PoS-blockkedjor innan de kan ansluta sig till blockkedjan.

PoS-kedjor följer även ett transparent schema för utfärdande som gör att hela nätverket kan se hur nya mynt kommer i omlopp.

Den största fördelen med blockkedjor med bevis på insats är att de är betydligt mer energieffektiva än PoW-protokoll. Eftersom PoS-validerare nomineras för att validera block i stället för att tävla med dyr utrustning, använder de mindre energi.

Den största nackdelen med PoS-konsensusmekanismer är problem med centralisering av staking.

I PoS-blockkedjor bestämmer mängden token som en person stakar främst sannolikheten att bli utvald att validera block av transaktioner och tjäna belöningar. På grund av detta kan PoS-systemen gynna dem med fler token framför dem med färre stakade tillgångar, vilket enligt vissa leder till centralisering av nätverket.

På grund av denna brist anser många att ett litet antal stora stakingpooler och stora investerare kan få centraliserad kontroll över blockvalidering. Denna faktor går emot kärnprinciperna för kryptovaluta och minskar den övergripande nätverkssäkerheten.

Ett annat problem för vissa PoS-blockkedjor är illikviditet. Ibland får användare inte tillgång till sina stakade tillgångar förrän en inlåsningsperiod är slut. Detta problem minskar marknadslikviditeten för den underliggande kryptovalutan och hindrar investerare att få tillgång till sina stakade medel under kritiska marknadsrörelser.

Båda dessa konsensusmekanismer löser det bysantinska generalsproblemet, men på mycket olika sätt. PoW-konsensusmekanismen är ett beprövat system som kan ge otroligt höga nivåer av säkerhet. Å andra sidan blir PoS-konsensusmekanismer alltmer populära som ett mer energieffektivt, skalbart alternativ.

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

Nu när du har lärt dig allt om skillnaden mellan bevis på arbete och bevis på insats, är du redo att ta nästa steg i din kryptoresa? Klicka på knappen nedan för att köpa kryptovalutor på Kraken i dag!

Vill du ha mer djupgående information om specifika kryptovalutor och blockkedjeprojekt? Besök i så fall vårt kunskapscenter för att utveckla dina kunskaper inom detta ständigt växande område.