Proof-of-Work (PoW) vs Proof-of-Stake (PoS)

Proof-of-Work та Proof-of-Stake — це два найвідоміші механізми консенсусу у криптовалютному світі. Провідні криптовалюти використовують їх для підвищення продуктивності та забезпечення цілісності мережі. У цій статті ми розглянемо, як вони працюють, підкреслюючи їхні переваги та недоліки.

Що таке Proof-of-Work (PoW)?

Proof-of-Work (PoW) — це механізм консенсусу, що дозволяє майнерам (верифікаторам) підтверджувати транзакції і додавати їх до нових блоків. Для цього вони вирішують складні математичні задачі і, натомість, отримують винагороду за свої зусилля. Ця система пропонує прозорий і надійний спосіб для всієї мережі погодитися на стан блокчейну та всі транзакції, і вважається найбільш безпечною. Щоб створити дійсний блок, майнерам потрібно пройти трильйони варіантів чисел.

Як працює PoW?

Алгоритм Proof-of-Work працює таким чином: майнери змагаються, щоб швидше вирішити складні криптографічні задачі. Їхня мета — знайти правильний nonce — унікальне число, яке забезпечує відповідність хешу блоку певним умовам. Як тільки майнер знаходить його, він транслює новий блок решті мережі. Якщо інші учасники підтверджують його, блок стає частиною ланцюга, і майнер отримує винагороду.

Одна з найбільших переваг цього підходу — вирішення проблеми подвійного витрачання, коли хтось може спробувати витратити одну і ту ж криптовалюту кілька разів. Майнеру в системі PoW необхідно довести, що він справді витратив ресурси — як час, так і обчислювальну потужність — на створення кожного нового блоку. Саме тому назва “Proof-of-Work” (доведення роботи) має сенс: це доказ того, що була виконана справжня робота.

Приклади монет PoW

Деякі монети працюють за механізмом консенсусу PoW, і щоб побачити, як це працює на практиці, ознайомтесь із наступним списком:

• Биткойн (BTC): перша криптовалюта, що прийняла Proof-of-Work, використовуючи алгоритм SHA-256. Як і всі мережі PoW, Биткойн забезпечує надійну безпеку, але вимагає величезних енергетичних витрат. Що стосується швидкості, блоки з'являються кожні 10 хвилин або повільніше в періоди пікових навантажень, що обмежує швидкість транзакцій. Однак Биткойн залишається еталоном децентралізації, здобувши репутацію "цифрового золота" криптопростору.

• Kaspa (KAS): наступне покоління PoW монет з протоколом GHOSTDAG, що використовує алгоритм kHeavyHash. Kaspa підтримує паралельне оброблення блоків і забезпечує неймовірну швидкість — десятки блоків на секунду — при меншому споживанні енергії. Він оптимізований для GPU-майнінгу і виділяється своїм технологічним підходом до масштабованості.

• Litecoin (LTC): часто називають "сріблом" порівняно з "золотом" Биткойна. Litecoin також працює за механізмом PoW, але з алгоритмом Scrypt. Блоки генеруються кожні 2,5 хвилини, що означає швидші та дешевші транзакції порівняно з BTC. Його легка структура робить його популярним вибором для повсякденних платежів.

• Dogecoin (DOGE): перша мем-коїна, яка здобула популярність. Dogecoin працює на алгоритмі Scrypt і генерує блоки щомиті в мережі. Вона енергоефективніша за BTC, а майнери можуть приєднуватися до пулів, що полегшує початок майнінгу. Кожен блок дає фіксовану винагороду 10 000 DOGE — одна з причин, чому монета здобула таку вірну спільноту.

Тепер, коли ми розглянули оригінальну та найперевіренішу модель консенсусу, давайте перейдемо до її головної альтернативи — Proof-of-Stake.

Що таке Proof-of-Stake (PoS)?

Proof-of-Stake (PoS) — це альтернативний механізм консенсусу і один із найпопулярніших алгоритмів у криптовалюті, де валідатори підтверджують транзакції та підтримують стабільність мережі без потреби в обчислювальних потужностях.

Основна мета PoS — забезпечити безпеку мережі з високою енергоефективністю. Замість конкурентної гонки за створення блоку, як у PoW, учасники PoS підтверджують свою зацікавленість у справедливій роботі мережі за допомогою стейкінгу — "заморожування" частини своїх токенів. Кожен користувач з мінімально необхідною кількістю монет може стати валідатором або передати свої кошти до стейкінгового пулу.

Це робить участь у підтримці мережі доступною для широкого кола користувачів і значно знижує бар'єр для входу, усуваючи потребу в дорогому обладнанні та дешевій електриці, що вимагається в PoS.

Як працює PoS?

PoS працює таким чином, що для вибору наступного валідатора (аналог майнера) на блокчейні використовується випадковий процес, заснований на комбінації факторів, таких як вік стейкінгу, випадковість та багатство вузла (кількість заблокованих токенів). Згідно з оригінальною концепцією PoS, контроль над блокчейном розподіляється серед учасників пропорційно до кількості монет, які вони мають. Користувачі стають валідаторами, блокуючи певну кількість криптовалюти в мережі.

Процес створення нових блоків називається форджингом, і винагороди для валідаторів зазвичай генеруються з комісій за транзакції. Користувачі, які хочуть брати участь у процесі форджингу, повинні розмістити певну кількість токенів — стейк своїх монет — на мережі. Розмір стейку впливає на ймовірність того, що вузол буде вибраний наступним валідатором: чим більший стейк, тим вища ймовірність. Коли вузол створює наступний блок, валідатори перевіряють транзакції та додають нові блоки до блокчейну.

Щоб запобігти домінуванню найбагатших вузлів у процесі верифікації, мережі PoS часто використовують додаткові механізми, такі як випадковий вибір блоку і вибір віку монети. Алгоритм вибирає стейкера за допомогою лотереї, заснованої на частці кожного стейкера у загальних заблокованих коштах. Наприклад, якщо один стейкер контролює 30% всіх заблокованих коштів у певній мережі, то він має 30% шансів на створення наступного блоку.

Приклади монет PoS

Тепер ви знаєте, що деякі криптовалюти працюють на основі Proof-of-Stake, і варто зазначити, що мережа може прийняти PoS як з самого початку розвитку, так і з моменту первинного продажу токенів. У деяких випадках блокчейн спочатку працює за алгоритмом Proof-of-Work, а потім переходить на Proof-of-Stake, як це сталося з Ethereum.

Тепер давайте детальніше розглянемо деякі криптовалюти на основі PoS:

• Ethereum (ETH): блокчейн спочатку працював на алгоритмі PoW (Ethash), але зіткнувся з серйозними обмеженнями у вигляді високих комісій і повільних швидкостей обробки транзакцій. З переходом на Ethereum 2.0 і введенням Proof-of-Stake, мережа відмовилася від майнінгу на користь безпеки через валідаторів. Тепер кожен користувач може стати валідатором, заблокувавши 32 ETH. Завдяки PoS, Ethereum знизив споживання енергії більш ніж на 99,95% і заклав основи для майбутніх оновлень, включаючи шардинг, що значно підвищить масштабованість.

• Avalanche (AVAX): використовує власний варіант PoS в протоколі Avalanche Consensus, що характеризується високою швидкістю та паралельною обробкою. Валідатори беруть участь у прийнятті рішень через локальне підвибірку, а не глобально, що дозволяє досягти консенсусу менш ніж за одну секунду. Щоб брати участь у стейкінгу, валідатор повинен заблокувати мінімум 2000 AVAX. Важлива різниця в тому, що валідатори не вибираються випадковим чином, а беруть участь у верифікації всіх блоків, що знижує ймовірність атак і підвищує стійкість до помилок.

• Cardano (ADA): використовує власний алгоритм Ouroboros, перший формально перевірений механізм PoS, розроблений на основі наукових досліджень. Система поділена на епохи та слоти, де валідатори обираються для створення блоків у призначений час. Кожен користувач може делегувати ADA до стейкінгового пулу, отримуючи частину винагороди. Участь не вимагає блокування коштів блокчейну — стейкери зберігають токени вільними. Cardano робить акцент на сталу децентралізацію, широке включення та математично обґрунтовану безпеку.

• Algorand (ALGO): реалізує модель Pure Proof-of-Stake (PPoS), в якій безпека та консенсус досягаються випадковим вибором комітету з усіх власників токенів ALGO. Навіть мінімальний баланс у гаманці достатній для участі — алгоритм PPoS не вимагає блокування коштів. Завдяки легковажному алгоритму, Algorand обробляє транзакції менш ніж за 5 секунд і гарантує миттєве завершення — блоки не можна скасувати чи переписати.

Повне порівняння PoW і PoS

Proof-of-Work і Proof-of-Stake — це два основні способи перевірки транзакцій криптовалюти. Основна відмінність між PoW і PoS полягає в тому, що Proof-of-Stake вимагає від учасників надавати криптовалюту як заставу для можливості успішно підтверджувати транзакції. Proof-of-Work вимагає від майнерів обчислення складних математичних оновлень. Але що працює ефективніше? Давайте порівняємо ці два алгоритми за основними критеріями.

Споживання енергії

PoW споживає велику кількість енергії. Хоча це високий рівень енергоспоживання забезпечує безпеку блокчейну, це також уповільнює процес перевірки транзакцій і є дорогим для майнерів. Що стосується Proof-of-Stake, то він був розроблений у відповідь на високі обчислювальні витрати протоколів Proof-of-Work. Мережі PoS споживають значно менше енергії, що знижує екологічний вплив, характерний для PoW. Тоді як майнінг вимагає дорогого обладнання, яке не кожен користувач може собі дозволити, стейкінг вимагає лише блокування певної кількості монет на мережі.

Що стосується сталості, PoW має негативний вплив на навколишнє середовище. Чим більше комп'ютерів необхідно для підтримки мережі, тим більше енергії витрачається. PoW веде до проблеми електронних відходів, тому PoS є кращим і більш «зеленим» варіантом. Proof-of-Stake не вимагає стільки енергії чи високотехнологічного обладнання та програмного забезпечення.

Безпека

PoW можна критикувати за високі викиди вуглецю від майнінгу, але він довів свою надійність як алгоритм для забезпечення безпеки блокчейн-мереж. З майнерами, які вирішують складні криптографічні задачі, використовуючи PoW, значно складніше перевірити недійсні блоки або подвоїти витрати криптовалюти. Отже, підрив автентичності блокчейну зводиться до неможливості.

PoS, з іншого боку, покладається на валідаторів, які підтримують безпеку та цілісність блокчейну через економічні стимули. Якщо вони «підтверджують» некоректні транзакції чи блоки, вони стикаються з покаранням, що називається «стрижкою». Ключовий недолік полягає в тому, що деякі системи вибирають валідаторів з найбільшими статками. Це означає, що в багатьох випадках Proof-of-Stake ймовірно буде значно менш демократичним, ніж PoW.

Масштабованість

PoS обіцяє більшу масштабованість та пропускну здатність, ніж PoW, оскільки транзакції та блоки можуть бути підтверджені швидше без вирішення складних рівнянь. Теоретично це означає, що PoS може бути більш ефективним. Однак PoS є новішим і ще не був випробуваний на рівні PoW.

Щоб чіткіше показати різниці між алгоритмами, ми підготували для вас таблицю порівняння:

Отже, після прочитання цієї статті ви можете вибрати один із двох алгоритмів залежно від ваших конкретних цілей та пріоритетів блокчейн-мережі. Якщо у вас залишилися питання, задавайте їх у коментарях!