Proof of work a proof of stake: jak działa każdy z nich

Proof of work a proof of stake to centralny wybór projektowy stojący za każdym publicznym blockchainem. Blockchain nie ma centralnej władzy decydującej, które transakcje są ważne i w jakiej kolejności. Zamiast tego muszą się zgodzić tysiące niezależnych komputerów, choć część z nich może próbować oszukiwać. Metodę, jaką stosują, by dojść do zgody, nazywa się mechanizmem konsensusu. Proof of work sprawia, że oszukiwanie jest kosztowne, wymagając realnego wysiłku obliczeniowego. Proof of stake sprawia, że jest kosztowne, wymagając od uczestników wpłacenia depozytu, który mogą stracić. Oba działają; zawodzą na różne sposoby.

Ten artykuł wyjaśnia, jaki problem rozwiązują oba mechanizmy, jak działa każdy z nich, skąd się wzięły, co zmieniło się, gdy Ethereum przeszło na nowy mechanizm, oraz jakie są kompromisy. Opisuje mechanizm i nie jest poradą finansową.

Jaki problem rozwiązują oba mechanizmy

Wspólny rejestr, do którego każdy może cokolwiek dodać, staje w obliczu oczywistego ataku: ktoś wydaje monetę, a potem próbuje przepisać rejestr tak, jakby wydanie nigdy nie miało miejsca, i wydaje ją ponownie. To problem podwójnego wydania. Istnieje też subtelniejszy: jeśli dołączenie do sieci jest darmowe, atakujący może stworzyć tysiące fałszywych uczestników, by przegłosować wszystkich innych.

Mechanizm konsensusu rozwiązuje oba problemy, sprawiając, że prawo do dodania kolejnego bloku jest kosztowne. Jeśli wpływ na rejestr wymaga czegoś rzadkiego, czy to energii i sprzętu, czy dużego stake'u monet, fałszywe tożsamości nic nie kosztują, ale też nic nie dają, a przepisanie historii staje się droższe, niż mogłoby się kiedykolwiek opłacać. Szczegóły dotyczące bloków i haszy opisuje artykuł jak działa blockchain.

Jak działa proof of work

W proof of work uczestnicy zwani górnikami (miners) rywalizują o dodanie kolejnego bloku. Żeby wygrać, górnik musi znaleźć liczbę, która połączona z zawartością bloku i przepuszczona przez funkcję haszującą daje wynik poniżej wartości docelowej. Nie ma skrótu: jedynym sposobem jest wypróbowanie ogromnej liczby odgadnięć. Pierwszy górnik, który znajdzie prawidłową odpowiedź, rozgłasza blok, wszyscy inni mogą go natychmiast zweryfikować, a zwycięzca otrzymuje nowo utworzone monety i opłaty transakcyjne.

Ten pomysł jest starszy niż kryptowaluty. W 1992 roku Cynthia Dwork i Moni Naor zaproponowały, by zmuszać komputery do wykonywania pracy jako sposób na wyeliminowanie spamu, a w 1997 roku Adam Back opisał Hashcash, praktyczną wersję tego samego pomysłu. Biała księga Bitcoina z 2008 roku powoływała się na Hashcash, a Bitcoin wystartował w styczniu 2009 roku jako pierwszy blockchain oparty na proof of work.

Bitcoin dostosowuje trudność zagadki co 2016 bloków, mniej więcej co dwa tygodnie, tak by nowy blok był znajdowany co około dziesięć minut, niezależnie od tego, ile mocy obliczeniowej dołączy. Żeby przepisać wcześniejsze bloki, atakujący musiałby powtórzyć całą tę pracę szybciej niż reszta sieci razem wzięta, co zwykle opisuje się jako kontrolowanie ponad połowy mocy obliczeniowej sieci: atak 51 procent.

Jak działa proof of stake

Proof of stake zastępuje wysiłek obliczeniowy depozytem finansowym. Uczestnicy zwani walidatorami blokują, czyli stakują, pewną ilość monet danej sieci. Protokół wybiera walidatorów, w przybliżeniu proporcjonalnie do ich stake'u, do proponowania nowych bloków, a inni potwierdzają, że te bloki są prawidłowe.

Uczciwe zachowanie jest nagradzane nowymi monetami i opłatami. Nieuczciwe zachowanie, na przykład podpisanie dwóch sprzecznych bloków, może zostać ukarane przez slashing: protokół niszczy część stake'u oszusta i usuwa go ze zbioru walidatorów. Koszt zaatakowania sieci to więc nie energia elektryczna, lecz wartość monet, które musiałby zdobyć atakujący i które mógłby stracić.

Pierwszą działającą siecią proof of stake był Peercoin, uruchomiony w sierpniu 2012 roku przez pseudonimowego Sunny'ego Kinga i Scotta Nadala, wprost po to, by obniżyć energetyczny koszt miningu. W dzisiejszym Ethereum prowadzenie pełnego walidatora wymaga zastakowania 32 eterów.

Jak Astra Trainer uczy tego zagadnienia

Kierunek Krypto w świecie Biznes i finanse obejmuje jedenaście kursów, w tym Decentralizację, o sieci węzłów i konsensusie, które utrzymują blockchain w ruchu, obok Podstaw blockchaina, The Wallet Illusion oraz Coins vs Tokens.

Konsensus to część, którą większość ludzi pomija, a to właśnie ona wyjaśnia, dlaczego różne blockchainy tak różnie się zachowują. Lekcje trwają około pięciu minut, a przewodnik wyjaśnia wszystko, co wydaje się niejasne.

Proof of work a proof of stake: zestawienie

Co się zmieniło, gdy Ethereum przeszło na proof of stake

Ethereum wystartowało w 2015 roku, korzystając z proof of work. 15 września 2022 roku, w aktualizacji znanej jako Merge, połączyło swój pierwotny łańcuch z osobnym łańcuchem proof of stake, Beacon Chain, który działał równolegle od 2020 roku. Od tego momentu mining na Ethereum się zatrzymał.

Ethereum Foundation oszacowała, że Merge obniżył zużycie energii przez sieć o około 99,95 procent. Zmiana została przeprowadzona na żywej sieci przechowującej bardzo dużą wartość, bez jej zatrzymywania, co było jedną z najbardziej obserwowanych zmian inżynieryjnych w historii tej dziedziny.

Kompromisy

Energia. Najwyraźniejsza różnica. Bezpieczeństwo proof of work bierze się ze zużycia energii elektrycznej; krytycy nazywają to marnotrawstwem, zwolennicy twierdzą, że właśnie realny koszt sprawia, że rejestr trudno przepisać. Proof of stake potrzebuje ułamka tej energii.

Rozproszenie kontroli. W proof of work wpływ idzie za dostępem do taniej energii i wyspecjalizowanego sprzętu, a mining skoncentrował się w dużych operacjach i pulach. W proof of stake wpływ idzie za posiadaniem monet, a krytycy obawiają się, że najwięcej zyskują ci, którzy już posiadają najwięcej, podczas gdy duże usługi stakingowe mogą koncentrować walidację.

Historia działania. Proof of work Bitcoina działa od 2009 roku. Proof of stake na dużą skalę jest młodsze i bardziej złożone, z większą liczbą reguł, które muszą zadziałać zgodnie z projektem, choć Ethereum działa na nim już od kilku lat.

Odzyskiwanie po ataku. Sieć proof of stake może zniszczyć stake atakującego przez slashing. Sieć proof of work nie może skonfiskować sprzętu atakującego, który może zostać użyty ponownie.

Dlaczego warto rozumieć konsensus

Spory o to, który blockchain jest lepszy, często okazują się sporami o konsensus: komu się ufa, ile kosztuje oszukiwanie i kto zyskuje kontrolę. Zrozumienie dwóch głównych mechanizmów znacznie ułatwia śledzenie tych sporów.

Astra Trainer jest zbudowany tak, by to zrozumienie zostało z tobą na dłużej. Po każdym temacie czeka quiz, a każdy kurs kończy się egzaminem końcowym z dziesięcioma pytaniami, a codzienne zadania, punkty i seria podtrzymują pięciominutowe lekcje. Krąg daje ci małą grupę ze wspólnym celem tygodniowym i sesjami na żywo, przydatnymi przy temacie, który łatwiej zrozumieć, gdy ktoś go wyjaśni na głos.

Co warto zapamiętać

Proof of work i proof of stake to mechanizmy konsensusu, które pozwalają niezaufanym sobie komputerom zgodzić się na jeden wspólny rejestr, czyniąc prawo do dodawania bloków kosztownym.

Proof of work sprawia, że tym kosztem jest wysiłek obliczeniowy i energia elektryczna. Sięga do pomysłów z 1992 i 1997 roku i zabezpiecza Bitcoina od 2009 roku.

Proof of stake sprawia, że tym kosztem jest depozyt monet, który można zniszczyć przez slashing. Po raz pierwszy użyto go w 2012 roku, a Ethereum przyjęło go we wrześniu 2022 roku, obniżając zużycie energii o szacowane 99,95 procent.

Dlatego najbardziej użyteczny sposób myślenia o proof of work a proof of stake to nie pytanie, który jest lepszy, lecz co każdy z nich każe ci zaufać: kosztowi energii i sprzętu albo wartości zastakowanych monet.