Proof of Work против Proof of Stake: как работает каждый

Proof of work против proof of stake — центральный выбор в устройстве любого публичного блокчейна. У блокчейна нет центрального органа, который решает, какие транзакции верны и в каком порядке. Вместо этого тысячам независимых компьютеров нужно договориться друг с другом, хотя некоторые из них могут пытаться смошенничать. Способ, которым они достигают согласия, называют механизмом консенсуса. Proof of work делает обман дорогим, требуя реальных вычислительных затрат. Proof of stake делает его дорогим, требуя от участников внести залог, который можно потерять. Оба механизма работают — просто ломаются они по-разному.

В этой статье разбирается, какую проблему решают оба механизма, как работает каждый, откуда они взялись, что изменилось при переходе Ethereum и какие у них компромиссы. Это объяснение механизма, а не финансовая консультация.

Какую проблему решают оба механизма

Общую запись, в которую может добавлять данные кто угодно, ждёт очевидная атака: кто-то тратит монету, потом пытается переписать запись так, будто траты не было, и тратит её снова. Это проблема двойной траты. Есть и более тонкая проблема: если присоединиться к сети бесплатно, атакующий может создать тысячи фейковых участников, чтобы «перевесить» голосами всех остальных.

Механизм консенсуса решает обе проблемы, делая право добавить следующий блок затратным. Если влияние на запись требует чего-то дефицитного — электричества и оборудования либо крупной доли монет, — то поддельные личности ничего не стоят, но и ничего не дают, а переписать историю становится дороже, чем это когда-либо могло окупиться. Подробности про блоки и хеши разобраны в статье как работает блокчейн.

Как работает proof of work

В proof of work участники, которых называют майнерами, соревнуются за право добавить следующий блок. Чтобы победить, майнер должен найти число, которое вместе с содержимым блока, пропущенное через хеш-функцию, даёт результат ниже целевого значения. Обходного пути нет: единственный способ — перебирать огромное количество вариантов. Первый майнер, нашедший верный ответ, рассылает блок сети, все остальные могут мгновенно его проверить, а победитель получает новые монеты и комиссии за транзакции.

Идея старше криптовалют. В 1992 году Синтия Дворк и Мони Наор предложили заставлять компьютеры выполнять работу как способ отсечь спам-письма, а в 1997 году Адам Бэк описал Hashcash — практическую версию той же идеи. В белой книге Bitcoin 2008 года на Hashcash ссылались, а сам Bitcoin запустился в январе 2009 года как первый блокчейн на proof of work.

Bitcoin подстраивает сложность задачи каждые 2016 блоков, примерно раз в две недели, так что новый блок находится примерно каждые десять минут независимо от того, сколько мощностей присоединилось. Чтобы переписать прошлые блоки, атакующему пришлось бы проделать всю эту работу быстрее, чем остальная сеть вместе взятая, — обычно это описывают как контроль над более чем половиной вычислительных мощностей сети, атаку 51 процента.

Как работает proof of stake

Proof of stake заменяет вычислительные затраты финансовым залогом. Участники, которых называют валидаторами, блокируют — ставят в залог, или «стейкают», — определённое количество собственных монет сети. Протокол выбирает валидаторов, в целом пропорционально их доле, чтобы предлагать новые блоки, а остальные подтверждают их действительность.

Честное поведение вознаграждается новыми монетами и комиссиями. Нечестное поведение — например, подписание двух конфликтующих блоков — может наказываться слэшингом: протокол уничтожает часть залога мошенника и исключает его из числа валидаторов. Поэтому стоимость атаки на сеть — не электричество, а стоимость монет, которые атакующему пришлось бы приобрести и которые он рискует потерять.

Первой работающей сетью на proof of stake стал Peercoin, запущенный в августе 2012 года псевдонимными Санни Кингом и Скоттом Надалом — специально для того, чтобы снизить энергозатраты майнинга. В Ethereum сегодня для запуска полноценного валидатора нужно застейкать 32 ether.

Как этому учат в Astra Trainer

Направление «Криптовалюты» в мире «Бизнес и финансы» включает одиннадцать курсов, в том числе «Децентрализацию» — о сети узлов и консенсусе, который поддерживает работу блокчейна, — рядом с «Основами блокчейна», «Иллюзией кошелька» и «Монетами против токенов».

Консенсус — это то, что большинство людей пропускает, и именно он объясняет, почему разные блокчейны ведут себя так по-разному. Уроки занимают около пяти минут, а проводник помогает разобраться во всём непривычном.

Proof of work и proof of stake: сравнение

Что изменилось при переходе Ethereum

Ethereum запустился в 2015 году на proof of work. 15 сентября 2022 года, в обновлении под названием the Merge, его исходная цепочка объединилась с отдельной цепочкой на proof of stake — Beacon Chain, которая работала параллельно с 2020 года. С этого момента майнинг в Ethereum прекратился.

По оценке Ethereum Foundation, the Merge сократил энергопотребление сети примерно на 99,95 процента. Переход провели на живой сети, в которой хранилась очень большая стоимость, не останавливая её работу, — это было одно из самых пристально наблюдаемых инженерных изменений в истории отрасли.

Компромиссы

Энергия. Самое очевидное отличие. Безопасность proof of work обеспечивается потреблением электричества; критики называют это тратой, сторонники утверждают, что именно реальная стоимость в мире и делает запись трудной для переписывания. Proof of stake требует лишь малую долю этой энергии.

Распределение контроля. В proof of work влияние зависит от доступа к дешёвому электричеству и специализированному оборудованию, и майнинг сосредоточился в крупных операциях и пулах. В proof of stake влияние зависит от владения монетами, и критики опасаются, что больше всего выигрывают те, у кого их больше всего, а крупные сервисы стейкинга могут концентрировать валидацию.

Опыт эксплуатации. Proof of work Bitcoin работает с 2009 года. Масштабный proof of stake моложе и сложнее, с большим числом правил, которые должны работать так, как задумано, хотя Ethereum на нём уже работает несколько лет.

Восстановление после атаки. Сеть на proof of stake может уничтожить залог атакующего с помощью слэшинга. Сеть на proof of work не может конфисковать оборудование атакующего — его можно использовать снова.

Почему консенсус стоит понимать

Споры о том, какой блокчейн лучше, часто на самом деле оказываются спорами о консенсусе: кому доверяют, сколько стоит обмануть систему и у кого в итоге оказывается контроль. Понимание двух главных механизмов делает эти споры намного проще для восприятия.

Astra Trainer построен так, чтобы это понимание закрепилось. После каждой темы — квизы, каждый курс завершается итоговым экзаменом из десяти вопросов, а ежедневные задания, очки и серия занятий поддерживают пятиминутные уроки. «Круг» даёт небольшую группу с общей недельной целью и живыми занятиями — полезно для темы, которую легче понять, когда её объясняют вслух.

Что важно запомнить

Proof of work и proof of stake — механизмы консенсуса, которые позволяют не доверяющим друг другу компьютерам договориться об одной общей записи, делая право добавлять блоки затратным.

Proof of work делает этой стоимостью вычислительные затраты и электричество. Идея восходит к работам 1992 и 1997 годов и защищает Bitcoin с 2009 года.

Proof of stake делает этой стоимостью залог монет, который можно потерять при слэшинге. Впервые он был применён в 2012 году, а Ethereum перешёл на него в сентябре 2022-го, сократив энергопотребление примерно на 99,95 процента.

Поэтому самый полезный способ думать о выборе между proof of work и proof of stake — не какой из них лучше, а чему именно каждый просит тебя довериться: стоимости энергии и оборудования или стоимости монет в залоге.