Proof-of-Work (PoW) Vs. Proof-of-Stake (PoS)

Proof-of-Work и Proof-of-Stake — два самых известных консенсусных механизма в мире криптовалют. Ведущие криптовалюты используют их для повышения производительности и поддержания целостности сети. В этой статье мы разберём, как они работают, выделяя их плюсы и минусы.

Что такое Proof-of-Work (PoW)?

Proof-of-Work (PoW) — это консенсусный механизм, который позволяет майнерам (верификаторам) подтверждать транзакции и добавлять их в новые блоки. Для этого они решают сложные математические задачи и получают вознаграждения за свои усилия. Эта система предлагает прозрачный и надёжный способ для всей сети согласовывать состояние блокчейна и все транзакции, и считается самой безопасной. Чтобы создать действительный блок, майнеры проходят через триллионы комбинаций чисел.

Как работает PoW?

Алгоритм Proof-of-Work работает следующим образом: майнеры соревнуются, чтобы быстрее решить сложные криптографические задачи. Их цель — найти правильный нонс (nonce) — уникальное число, которое делает хеш блока соответствующим определённым условиям. Как только майнер находит его, он транслирует новый блок в сеть. Если остальные участники сети подтверждают блок, он становится частью цепочки, и майнер получает вознаграждение.

Одним из самых крупных достижений этого подхода стало решение проблемы двойных трат, когда кто-то мог попытаться потратить одну и ту же криптовалюту несколько раз. В системе PoW майнеры должны доказать, что они вложили реальные усилия — как время, так и вычислительную мощность — в создание каждого нового блока. Отсюда и название: это доказательство того, что была выполнена настоящая работа.

Примеры монет на PoW

Некоторые монеты работают на консенсусном механизме PoW, и чтобы увидеть, как это работает на практике, ознакомьтесь с следующим списком:

• Биткойн (BTC): первопроходец, который использует Proof-of-Work, применяя алгоритм SHA-256. Как и все сети на PoW, Биткойн предоставляет надёжную безопасность, но требует огромного потребления энергии. Что касается скорости, блоки появляются каждые 10 минут или медленнее в пиковые периоды, что ограничивает скорость транзакций. Тем не менее, Биткойн остаётся эталоном децентрализации и заработал репутацию "цифрового золота" криптопространства.

• Kaspa (KAS): монета нового поколения на PoW с протоколом GHOSTDAG, использующая алгоритм kHeavyHash. Kaspa поддерживает параллельную обработку блоков и предлагает молниеносную скорость — десятки блоков в секунду — при меньшем потреблении энергии. Она оптимизирована для GPU-майнинга и выделяется своим технологичным подходом к масштабируемости.

• Лайткойн (LTC): его часто называют "серебром" относительно "золота" Биткойн. Лайткойн также работает на PoW, но с алгоритмом Scrypt. Блоки создаются каждые 2,5 минуты, что означает более быстрые и дешёвые транзакции по сравнению с BTC. Лёгкая структура делает его популярным выбором для повседневных платежей.

• Догикойн (DOGE): первая мем-коина, которая завоевала широкую популярность. Догикойн работает на алгоритме Scrypt и создаёт блоки каждую минуту в сети. Он более энергоэффективен, чем BTC, и майнеры могут присоединяться к пулам, что облегчает старт. Каждый блок даёт фиксированное вознаграждение 10 000 DOGE — одна из причин, почему эта монета имеет такую преданную комьюнити.

Теперь, когда мы рассмотрели оригинальную и самую проверенную модель консенсуса, давайте перейдём к её главному конкуренту — Proof-of-Stake.

Что такое Proof-of-Stake (PoS)?

Proof-of-Stake (PoS) — это альтернативный консенсусный механизм и один из самых популярных алгоритмов в криптовалюте, где валидаторы подтверждают транзакции и поддерживают стабильность сети без необходимости в массовых вычислительных мощностях.

Основная цель PoS — обеспечить безопасность сети с высокой энергоэффективностью. Вместо того, чтобы участвовать в конкурентной гонке за создание блока, как в PoW, участники PoS подтверждают свою заинтересованность в справедливой работе сети через стейкинг — "замораживая" часть своих токенов. Любой пользователь с минимальным необходимым количеством монет может стать валидатором или передать свои средства в стейкинговый пул.

Это делает участие в поддержке сети доступным для широкого круга пользователей и значительно снижает барьер для входа, устраняя необходимость в дорогом оборудовании и дешёвой электроэнергии, как это требуется в PoW.

Как работает PoS?

PoS работает следующим образом: случайный процесс, основанный на сочетании факторов, таких как возраст стейкинга, рандомизация и богатство узла (количество заблокированных токенов), используется для выбора следующего валидатора (аналог майнеров) в блокчейне. В рамках первоначальной концепции PoS контроль над блокчейном распределяется среди участников пропорционально количеству монет, которые они держат. Пользователи становятся валидаторами, блокируя определённое количество криптовалюты в сети.

Процесс создания новых блоков называется форжингом, а вознаграждения валидаторов обычно генерируются из транзакционных сборов. Пользователи, желающие участвовать в процессе форжа, должны заблокировать определённое количество токенов — свой стейк — в сети. Размер стейка влияет на вероятность того, что узел будет выбран следующим валидатором: чем больше доля, тем выше шанс. Когда узел форжит следующий блок, валидаторы проверяют транзакции и добавляют новые блоки в блокчейн.

Чтобы предотвратить доминирование самых богатых узлов в процессе верификации, сети PoS часто используют дополнительные механизмы, такие как случайный выбор блоков и выбор возраста монет. Алгоритм выбирает ставящего через лотерею на основе доли заблокированных средств каждого ставящего. Например, если один ставящий контролирует 30% всех заблокированных средств в сети, его шанс на создание следующего блока составляет 30%.

Примеры монет на PoS

Теперь вы знаете, что некоторые криптовалюты работают на Proof-of-Stake, и стоит отметить, что сеть может внедрить PoS как на ранней стадии разработки, так и с момента первичной продажи токенов. В некоторых случаях блокчейн изначально работает на алгоритме Proof-of-Work, а затем переходит на Proof-of-Stake, как это было с Ethereum.

Теперь давайте подробнее рассмотрим некоторые криптовалюты, работающие на PoS:

• Ethereum (ETH): блокчейн изначально работал на PoW (Ethash) алгоритме, но столкнулся с серьёзными ограничениями в виде высоких сборов и медленных скоростей обработки переводов. С переходом на Ethereum 2.0 и внедрением Proof-of-Stake сеть отказалась от майнинга в пользу безопасности, основанной на валидаторах. Теперь любой пользователь может стать валидатором, сделав стейк в 32 ETH. С PoS Ethereum снизил потребление энергии более чем на 99,95% и заложил основу для будущих обновлений, включая шардинг, который значительно увеличит масштабируемость.

• Avalanche (AVAX): использует собственную разновидность PoS в рамках протокола Avalanche Consensus, который характеризуется высокой скоростью и параллельной обработкой. Валидаторы участвуют в принятии решений через локальное подвыборку, а не глобально, что позволяет достичь консенсуса менее чем за секунду. Для участия в стейкинге валидатор должен заблокировать минимум 2000 AVAX. Важное отличие заключается в том, что валидаторы не выбираются случайным образом, а участвуют в верификации всех блоков, что снижает вероятность атак и увеличивает отказоустойчивость.

• Cardano (ADA): использует собственный алгоритм Ouroboros, первый формально проверенный PoS механизм, разработанный на основе научных исследований. Система структурирована в эпохи и слоты, где валидаторы выбираются для создания блоков в назначенное время. Любой пользователь может делегировать ADA в стейкинговый пул, получая долю от вознаграждения. Участие не требует замораживания средств в блокчейне — ставящие могут оставлять токены ликвидными. Cardano акцентирует внимание на устойчивой децентрализации, широком вовлечении и математически обоснованной безопасности.

• Algorand (ALGO): реализует модель Pure Proof-of-Stake (PPoS), в которой безопасность и консенсус достигаются путём случайного выбора комитета из всех держателей токенов ALGO. Даже минимальный баланс в кошельке достаточно для участия — алгоритм PPoS не требует замораживания средств. Благодаря лёгкому алгоритму, Algorand обрабатывает транзакции за менее чем 5 секунд и гарантирует мгновенную финализацию — блоки нельзя отменить или переписать.

Полное сравнение PoW и PoS

Proof-of-Work и Proof-of-Stake — два основных способа подтверждения транзакций криптовалют. Основное различие между PoW и PoS заключается в том, что Proof-of-Stake требует от участников предоставить криптовалюту в качестве залога для успешного одобрения транзакций. Proof-of-Work требует, чтобы майнеры рассчитывали сложные математические задачи. Но что работает более эффективно? Давайте более подробно сравним два алгоритма по ключевым критериям.

Потребление энергии

PoW потребляет большое количество энергии. Хотя это высокое потребление энергии обеспечивает безопасность блокчейна, оно также замедляет процесс подтверждения транзакций и является дорогим для майнеров. Что касается Proof-of-Stake, то он был разработан в ответ на высокие вычислительные затраты протоколов Proof-of-Work. Сети PoS потребляют значительно меньше энергии, снижая экологическое воздействие, типичное для PoW. В то время как майнинг требует дорогого оборудования, которое не может позволить себе каждый пользователь, стейкинг включает только блокировку определённого количества монет в сети.

Что касается устойчивости, PoW оказывает негативное влияние на окружающую среду. Чем больше компьютеров требуется для поддержания работы сети, тем больше потребляется энергии. PoW ведёт к проблеме электронных отходов, поэтому PoS является лучшим и более "зелёным" вариантом. Proof-of-Stake не требует столько энергии или высокотехнологичного оборудования и программного обеспечения.

Безопасность

PoW можно критиковать за высокие углеродные выбросы от майнинга, но он зарекомендовал себя как надёжный алгоритм для обеспечения безопасности сетей блокчейн. Когда майнеры решают сложные криптографические задачи, используя PoW, они делают намного труднее для себя верификацию недействительных блоков или двойных трат криптовалюты. Таким образом, подделка аутентичности блокчейна сводится к невозможности.

С другой стороны, PoS зависит от валидаторов, которые поддерживают безопасность и целостность блокчейна через экономические стимулы. Если они "валидируют" неправильные транзакции или блоки, их ждет наказание, известное как "шеринг". Основной недостаток в том, что некоторые системы выбирают валидаторов с наибольшими средствами. Это означает, что в многих случаях Proof-of-Stake будет значительно менее демократичным, чем PoW.

Масштабируемость

PoS обещает большую масштабируемость и пропускную способность, чем PoW, потому что транзакции и блоки могут быть подтверждены быстрее без решения сложных уравнений. Теоретически это означает, что PoS может быть более эффективным. Однако PoS новее и ещё не был испытан на масштабах, как PoW.

Чтобы более чётко показать различия между алгоритмами, мы подготовили для вас таблицу сравнения:

Теперь, прочитав эту статью, вы можете сделать выбор между двумя алгоритмами, в зависимости от ваших конкретных целей и приоритетов блокчейн-сети. Если у вас остались вопросы, задавайте их в комментариях!