Proof-of-Work vs. Proof-of-Stake: Как изменится Эфириум

Скорее всего, до недавнего времени вы даже не слышали, что Ethereum переходит с системы на Proof-of-Work на Proof-of-Stake.

Что изменится в технологиях майнинга, если сообщество Ethereum решит сменить одно на другое?

Что такое Proof-of-Work?

Это про­то­кол, глав­ная цель ко­то­ро­го — за­щи­та от ки­бе­р­атак, таких как DDoS-ата­ка, при ко­то­рой зло­умыш­лен­ни­ки пе­ре­гру­жа­ют вы­чис­ли­тель­ные ре­сур­сы си­сте­мы, по­сы­лая мно­го­чис­лен­ные лож­ные за­про­сы.

Кон­цеп­ция Proof-of-Work (PoW) су­ще­ство­ва­ла за­дол­го до бит­ко­и­на (Bitcoin), но когда Са­то­си На­ка­мо­то при­ме­нил (или при­ме­ни­ла — мы до сих пор ни­че­го не знаем о лич­но­сти со­зда­те­ля крип­то­ва­лю­ты) эту тех­ни­ку к сво­е­му изоб­ре­те­нию, это по­ло­жи­ло на­ча­ло ре­во­лю­ции в об­ла­сти циф­ро­вых тран­зак­ций.

Стро­го го­во­ря, идея PoW была пред­ло­же­на Син­ти­ей Дворк и Мони Наор еще в 1993 году, но сам тер­мин по­явил­ся го­раз­до позже, в 1999-м, в ста­тье Мар­ку­са Джей­коб­со­на и Ари Джу­эл­са.

Но вер­нем­ся в на­сто­я­щее. Не будет пре­уве­ли­че­ни­ем ска­зать, что Proof-of-Work — глав­ная идея, ле­жа­щая в ос­но­ве бит­ко­и­на: имен­но она слу­жит базой для рас­пре­де­лен­но­го ре­ест­ра.

Что такое распределенный реестр?

Это си­сте­ма, с по­мо­щью ко­то­рой вы мо­же­те со­вер­шать де­неж­ные пе­ре­во­ды на­пря­мую, не при­бе­гая к услу­гам по­сред­ни­ков.

При тра­ди­ци­он­ных ме­то­дах про­ве­де­ния фи­нан­со­вых опе­ра­ций вы фак­ти­че­ски до­ве­ря­е­те свои сред­ства тре­тьей сто­роне (на­при­мер, Visa, Mastercard, PayPal или банку), ко­то­рая и осу­ществ­ля­ет тран­зак­цию. Тре­тья сто­ро­на ведет соб­ствен­ный за­кры­тый ре­естр тран­зак­ций, вклю­ча­ю­щий за­пи­си об ис­то­рии сде­лок и дан­ные о ба­лан­се каж­до­го ак­ка­ун­та.

Од­на­ко в слу­чае бит­ко­и­на и неко­то­рых дру­гих крип­то­ва­лют копия та­ко­го ре­ест­ра фак­ти­че­ски есть у каж­до­го участ­ни­ка си­сте­мы — имен­но такой рас­пре­де­лен­ный ре­естр и на­зы­ва­ет­ся блок­чей­ном. Каж­дая сто­ро­на в тран­зак­ции может про­ве­рить всю ин­фор­ма­цию са­мо­сто­я­тель­но, по­это­му необ­хо­ди­мость в по­сред­ни­ках от­па­да­ет.

Proof-of-Work и майнинг

На более глу­бо­ком уровне Proof-of-Work пред­став­ля­ет собой набор тре­бо­ва­ний к слож­ным ком­пью­тер­ным вы­чис­ле­ни­ям, ко­то­рые необ­хо­ди­мо про­ве­сти, чтобы со­здать новую груп­пу за­ве­рен­ных тран­зак­ций (блок) и до­ба­вить ее к рас­пре­де­лен­но­му ре­ест­ру (блок­чей­ну). Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся май­нин­гом. Май­нинг пре­сле­ду­ет две глав­ные цели:

1. Верификация сделки, которая позволяет избежать так называемого двойного расходования;
2. Создание новых единиц криптовалюты (фактически, майнеры получают их в награду за выполнение предыдущей задачи).

При тран­зак­ции с крип­то­ва­лю­той про­ис­хо­дит сле­ду­ю­щее:

• Транзакции случайным образом группируются в блоки;
• Майнеры подтверждают легитимность транзакций в каждом блоке;
• Для этого им приходится решить сложную математическую задачу, известную как proof-of-work problem;
• Первый майнер, решивший задачу, связанную с конкретным блоком, получает вознаграждение в виде криптовалюты;
• Заверенные транзакции добавляются к блокчейну, который доступен каждому участнику системы.

Клю­че­вая осо­бен­ность этой ма­те­ма­ти­че­ской за­да­чи — асим­мет­рия: она долж­на быть уме­рен­но слож­ной для май­не­ра, но до­ста­точ­но про­стой для сети в целом. Это до­сти­га­ет­ся с по­мо­щью крип­то­гра­фии. Каж­дый май­нер в сети пы­та­ет­ся найти ре­ше­ние за­да­чи пер­вым; при этом найти его фак­ти­че­ски можно лишь ме­то­дом пря­мо­го пе­ре­бо­ра, по­это­му для успеш­но­го ре­ше­ния тре­бу­ет­ся мно­же­ство по­пы­ток.

Когда кто-то из май­не­ров на­хо­дит ре­ше­ние, си­сте­ма опо­ве­ща­ет об этом всех участ­ни­ков сети, од­но­вре­мен­но на­чис­ляя май­не­ру воз­на­граж­де­ние со­глас­но су­ще­ству­ю­ще­му про­то­ко­лу.

Слож­ность май­нин­га поз­во­ля­ет под­дер­жи­вать его со­рев­но­ва­тель­ную при­ро­ду: чем выше рас­пре­де­лен­ная вы­чис­ли­тель­ная мощ­ность сети, тем выше ста­но­вит­ся этот па­ра­метр, — иными сло­ва­ми, воз­рас­та­ет число вы­чис­ле­ний, ко­то­рые нужно про­ве­сти, чтобы со­здать новый блок.

Метод также по­вы­ша­ет сто­и­мость со­зда­ния блока, по­буж­дая май­не­ров на­ра­щи­вать эф­фек­тив­ность своих си­стем, чтобы со­хра­нить по­ло­жи­тель­ный эко­но­ми­че­ский ба­ланс.

По­вы­ше­ние по­ро­га долж­но про­ис­хо­дить в сред­нем каж­дые 14 дней, а новый блок фор­ми­ру­ет­ся каж­дые 10 минут. Proof-of-Work ис­поль­зу­ет­ся не толь­ко в си­сте­ме бит­ко­и­на, но и в Ethereum и мно­гих дру­гих си­сте­мах, ос­но­ван­ных на блок­чейне.

В каж­дом слу­чае кон­крет­ные осо­бен­но­сти си­сте­мы Proof-of-Work могут немно­го от­ли­чать­ся, по­сколь­ку со­зда­ют­ся ин­ди­ви­ду­аль­но для каж­до­го блок­чей­на.

Раз­ра­бот­чи­ки Ethereum хотят из­ме­нить си­сте­му це­ли­ком, пе­рей­дя к новой си­сте­ме под на­зва­ни­ем Proof-of-Stake.

Что такое Proof-of-Stake?

Proof-of-Stake — дру­гой спо­соб ве­ри­фи­ци­ро­вать тран­зак­ции и обес­пе­чи­вать distributed consensus.

Это ал­го­ритм, ко­то­рый слу­жит ровно тем же целям, что и Proof-of-Work, но спо­соб до­сти­же­ния этих целей со­вер­шен­но от­ли­ча­ет­ся.
Идея Proof-of-Stake была впер­вые пред­ло­же­на на фо­ру­ме bitcointalk еще в 2011 году; год спу­стя по­яви­лись пер­вые крип­то­ва­лю­ты, ис­поль­зу­ю­щие этот метод, — Peercoin, ShadowCash, Nxt, BlackCoin, NuShares/NuBits, Qora и Nav Coin.

В от­ли­чие от Proof-of-Work, где ал­го­ритм воз­на­граж­да­ет май­не­ров, ко­то­рые про­во­дят вы­чис­ле­ния для ва­ли­да­ции тран­зак­ций и со­зда­ния новых бло­ков, в Proof-of-Stake со­зда­тель но­во­го блока вы­би­ра­ет­ся си­сте­мой за­ра­нее на ос­но­ва­нии его со­сто­я­ния, то есть доли в общем ко­ли­че­стве крип­то­ва­лю­ты.

Никакого вознаграждения за блок

Кроме того, это озна­ча­ет, что весь объем крип­то­ва­лю­ты в си­сте­ме со­здан из­на­чаль­но и ни­ко­гда не ме­ня­ет­ся. По­это­му в си­сте­ме PoS воз­на­граж­де­ние за блок от­сут­ству­ет в прин­ци­пе. Доход май­не­ров со­став­ля­ют ис­клю­чи­тель­но ко­мис­сии с тран­зак­ций. По­это­му для май­нин­га в си­сте­ме PoS су­ще­ству­ет от­дель­ный тер­мин: фор­джинг.

Почему Ethereum хочет перейти на PoS?

Со­об­ще­ство Ethereum и со­зда­тель крип­то­ва­лю­ты Ви­та­лик Бу­те­рин пла­ни­ру­ют про­ве­сти хард­форк, чтобы пе­рей­ти с си­сте­мы Proof-of-Work на Proof-of-Stake.

Но по­че­му? Рас­пре­де­лен­ный ре­естр, ос­но­ван­ный на Proof-of-Work тре­бу­ет от май­не­ров боль­ших за­трат энер­гии. Одна тран­зак­ция с бит­ко­и­ном тре­бу­ет столь­ко же элек­тро­энер­гии, сколь­ко пол­то­ры семьи по­треб­ля­ют за целый день.

А за элек­три­че­ство май­не­рам при­хо­дит­ся пла­тить обыч­ны­ми, фи­ат­ны­ми день­га­ми, и это по­сто­ян­но сдер­жи­ва­ет рост цен­но­сти крип­то­ва­лю­ты. Недав­нее ис­сле­до­ва­ние по­ка­за­ло, что к 2020 году тран­зак­ции в сети бит­ко­и­на будут по­треб­лять столь­ко же элек­три­че­ства, сколь­ко все на­се­ле­ние Дании.

Это силь­но бес­по­ко­ит раз­ра­бот­чи­ков крип­то­ва­лют, и со­об­ще­ство Ethereum хочет ис­поль­зо­вать Proof-of-Stake как более эко­ло­гич­ную и де­ше­вую форму под­дер­жа­ния рас­пре­де­лен­но­го ре­ест­ра.

Кроме того, из­ме­нит­ся ме­ха­низм воз­на­граж­де­ния: в си­сте­ме Proof-of-Work у май­не­ра может во­об­ще не быть крип­то­ва­лю­ты, для ко­то­рой он про­во­дит вы­чис­ле­ния. В слу­чае Proof-of-Stake, фор­дже­ры все­гда вла­де­ют ка­кой-то ча­стью крип­то­ва­лю­ты.

Как стать форджером?

Если новый про­то­кол Proof-of-Stake под на­зва­ни­ем Casper будет при­ме­нен, в си­сте­ме по­явит­ся некий пул ва­ли­да­то­ров. Поль­зо­ва­те­ли смо­гут при­со­еди­нять­ся к пулу, чтобы по­лу­чить воз­мож­ность войти в число фор­дже­ров.

Сам Бу­те­рин утвер­жда­ет:

«У си­сте­мы не будет ка­ких-то пред­по­чте­ний по по­во­ду того, кто смо­жет войти в пул ва­ли­да­то­ров. Кто угод­но смо­жет при­со­еди­нить­ся на каком угод­но этапе, неза­ви­си­мо от ко­ли­че­ства дру­гих участ­ни­ков».

Воз­на­граж­де­ние для ва­ли­да­то­ров со­ста­вит «от 2% до 15% от суммы тран­зак­ции», го­во­рит Бу­те­рин, — впро­чем, по этому пунк­ту у него пока нет уве­рен­но­сти.

Кроме того, Бу­те­рин за­явил, что, хотя число ва­ли­да­то­ров (фор­дже­ров) не будет огра­ни­чи­вать­ся про­грамм­но, его можно будет ре­гу­ли­ро­вать эко­но­ми­че­ски, со­кра­щая раз­мер ко­мис­сии, если же­ла­ю­щих ста­нет слиш­ком много, или уве­ли­чи­вая, если их будет не хва­тать.

Более надежная система?

Любая ком­пью­тер­ная си­сте­ма нуж­да­ет­ся за­щи­те от ха­кер­ских атак, осо­бен­но если она как-то свя­за­на с день­га­ми. По­это­му глав­ный во­прос сво­дит­ся к сле­ду­ю­ще­му: будет ли Proof-of-Stake без­опас­нее, чем Proof-of-Work?

Он бес­по­ко­ит не толь­ко экс­пер­тов — скеп­ти­ки на­хо­дят­ся и в самом со­об­ще­стве. В слу­чае Proof-of-Work зло­умыш­лен­ни­кам труд­но по­лу­чить до­ступ к си­сте­ме из-за вы­со­ко­го тех­но­ло­ги­че­ско­го и эко­но­ми­че­ско­го по­ро­га вхож­де­ния.

Атаки в си­сте­ме PoW об­хо­дят­ся очень до­ро­го — чаще всего для этого вам по­на­до­бит­ся боль­ше денег, чем вы в итоге смо­же­те украсть.

Си­сте­ме PoS, на­про­тив, по­на­до­бят­ся до­пол­ни­тель­ные сред­ства за­щи­ты — без этого ата­ко­вать ее будет го­раз­до проще.

Чтобы раз­ре­шить этот во­прос, Бу­те­рин со­здал про­то­кол Casper, —ал­го­ритм, спо­соб­ный опре­де­лять об­сто­я­тель­ства, при ко­то­рых небла­го­на­деж­ный ва­ли­да­тор может по­те­рять свой де­по­зит. Он по­яс­ня­ет: «Casper тре­бу­ет, чтобы ва­ли­да­то­ры вно­си­ли вклад для уча­стия. Участ­ник те­ря­ет де­по­зит, если про­то­кол опре­де­ля­ет, что он на­ру­шил неко­то­рый набор пра­вил».

Вывод

Бла­го­да­ря PoS ва­ли­да­то­рам не нужно ис­поль­зо­вать свою вы­чис­ли­тель­ную мощ­ность, — един­ствен­ны­ми фак­то­ра­ми, вли­я­ю­щи­ми на успех, яв­ля­ет­ся общее ко­ли­че­ство их соб­ствен­ных монет и те­ку­щая слож­ность си­сте­мы.

Таким об­ра­зом, пе­ре­ход от PoW к PoS может обес­пе­чить сле­ду­ю­щие пре­иму­ще­ства:

• Экономия энергии;
• Более безопасная сеть, поскольку атаки станут более дорогими: если хакер захочет купить 51% от общего количества монет, рынок отреагирует быстрым повышением цен.

Узлы сети, (или ва­ли­да­то­ры), долж­ны за­пла­тить залог, чтобы стать ча­стью рас­пре­де­лен­но­го ре­ест­ра. Casper опре­де­лит кон­крет­ную сумму воз­на­граж­де­ний, при­чи­та­ю­щих­ся ва­ли­да­то­рам, ис­хо­дя из вне­сен­ных ими сумм.

Если некий ва­ли­да­тор со­здаст «недо­пу­сти­мый» блок, его залог будет уда­лен, а сам он ли­шит­ся воз­мож­но­сти уча­стия в си­сте­ме.

Дру­ги­ми сло­ва­ми, си­сте­ма без­опас­но­сти Casper ос­но­ва­на на чем-то вроде ста­вок. В си­сте­ме PoS ва­ли­да­тор как бы де­ла­ет став­ку на тран­зак­цию и по­лу­ча­ет де­неж­ный приз, про­пор­ци­о­наль­ный сво­е­му вкла­ду.

Под­го­то­ви­ла Тая Аря­но­ва

Источник: Blockgeeks