Proof of Work kontra Proof of Stake: Przewodnik dla początkujących po konsensusie w kryptowalutach

Proof of Work i Proof of Stake to dwa różne sposoby, w jakie blockchain może osiągnąć konsensus , czyli szerokie porozumienie między niezależnymi komputerami co do ważności transakcji i tego, która wersja rejestru powinna być traktowana jako aktualna. Często określa się je mianem „mechanizmów konsensusu”, choć w praktyce pełny system konsensusu blockchaina obejmuje więcej niż tylko PoW lub PoS: obejmuje on również reguły sieciowe, reguły walidacji bloków, reguły wyboru forka, zachęty i kary.

Jeśli dopiero zaczynasz swoją przygodę z kryptowalutami, najbardziej przydatnym punktem wyjścia jest: Proof of Work wymaga od uczestników udowodnienia, że ​​włożyli wysiłek obliczeniowy; Proof of Stake wymaga od uczestników narażenia na ryzyko cennych kryptowalut. Bitcoin jest najbardziej znaną siecią Proof of Work. Ethereum korzystało z Proof of Work w przeszłości, ale przeszło na Proof of Stake w 2022 roku.

Co powinien wiedzieć początkujący, zanim porówna PoW i PoS?

Nie musisz znać zaawansowanej kryptografii, ale cztery pojęcia mają znaczenie.

• Blok: pakiet prawidłowych transakcji i powiązanych danych dodanych do łańcucha bloków.
• Węzeł: oprogramowanie, które przestrzega reguł sieci i weryfikuje dane. Węzeł nie jest automatycznie górnikiem ani walidatorem.
• Konsensus: proces, w którym rozproszeni uczestnicy dochodzą do jednego, akceptowanego stanu łańcucha bloków.
• Rozwidlenie: tymczasowa lub długotrwała sytuacja, w której istnieje więcej niż jedna kandydująca wersja łańcucha.

Oficjalna dokumentacja Ethereum wprowadza istotne rozróżnienie: Proof of Work i Proof of Stake są elementami szerszego mechanizmu konsensusu, a nie całym mechanizmem osobno. To rozróżnienie jest istotne, ponieważ bezpieczeństwo zależy nie tylko od tego, kto proponuje bloki, ale także od sposobu ich walidacji przez węzły, sposobu rozwiązywania historii konkurujących łańcuchów i tego, jak kosztowne są nieuczciwe zachowania. Zobacz dokumentację mechanizmów konsensusu Ethereum .

Jak działa Proof of Work

Proof of Work, czyli PoW, to system, w którym górnicy rywalizują o znalezienie poprawnego hasha kryptograficznego dla proponowanego bloku. Hash to wynik funkcji matematycznej, która konwertuje dane wejściowe na wynik o stałej długości. W Bitcoinie górnicy wielokrotnie zmieniają dane w nagłówku bloku i haszują je, aż uzyskana wartość będzie niższa od wartości docelowej zdefiniowanej w protokole.

Oryginalny dokument Bitcoina opisuje to zjawisko jako wielokrotne testowanie wartości, aż do uzyskania wyniku spełniającego wymagania dotyczące trudności sieci. Gdy górnik znajdzie prawidłowy dowód pracy, blok może zostać rozesłany do innych węzłów. Węzły te nie ufają automatycznie górnikowi; nadal niezależnie weryfikują, czy blok spełnia zasady konsensusu Bitcoina. Oryginalny dokument Bitcoina wyjaśnia istotę projektu, a przewodnik dla programistów Bitcoina zawiera bardziej techniczny opis.

Dlaczego „praca” jest ważna?

Ta praca sprawia, że ​​zmiana historii jest kosztowna. Każdy blok Bitcoina zawiera odniesienie do poprzedniego bloku. Gdyby ktoś próbował zmodyfikować starszą transakcję, zmieniłby hash tego bloku i musiałby ponownie przeprowadzić Proof of Work dla tego bloku i kolejnych bloków zbudowanych na nim, aby dogonić uczciwą sieć.

Pełne węzły Bitcoina preferują prawidłowy łańcuch z największym skumulowanym dowodem pracy (Proof of Work). Jest to bardziej precyzyjne niż stwierdzenie „wygrywa najdłuższy łańcuch”. Łańcuch musi być najpierw prawidłowy zgodnie z zasadami protokołu, a liczy się jego skumulowana praca.

Czego właściwie potrzebuje górnik?

Współczesne kopanie bitcoinów zazwyczaj wymaga specjalistycznego sprzętu, zwanego układami ASIC ( ang. Application-Specific Integrated Circuits). Maszyny te są zbudowane z myślą o wydajnym wykonywaniu zadań haszujących SHA-256 bitcoina. Wydobycie wiąże się zatem z kosztami sprzętu, energii elektrycznej, chłodzenia, łączności sieciowej i zarządzania operacyjnego.

Początkujący powinien unikać częstego błędu, jakim jest myślenie, że „uruchomienie węzła Bitcoin” i „wydobycie Bitcoinów” to to samo. Zwykły pełny węzeł może walidować bloki bez przeprowadzania konkurencyjnego wydobycia.

Jak działa Proof of Stake

Proof of Stake, czyli PoS, zastępuje konkurencję obliczeniową zabezpieczeniem ekonomicznym. Zamiast udowadniać, że wydali energię na wykonywanie haszów, walidatorzy blokują kryptowalutę w protokole. Ta zablokowana kwota nazywana jest stawką .

Obecny system Ethereum jest tego doskonałym przykładem. Samodzielny walidator Ethereum wpłaca ETH do protokołu i uruchamia oprogramowanie walidacyjne. Walidatory sprawdzają proponowane bloki, wysyłają głosy zwane poświadczeniami i czasami mogą zostać wybrane do zaproponowania bloku. Oficjalna dokumentacja PoS Ethereum podaje, że samodzielny walidator wymaga obecnie 32 ETH. Zobacz dokumentację Ethereum Proof of Stake .

Dlaczego staking zapewnia bezpieczeństwo?

Chodzi o to, że walidator ma coś cennego do stracenia. Uczciwe uczestnictwo może przynieść nagrody. Nieprawidłowe lub niedostępne zachowanie może prowadzić do utraty nagród lub kar, a niektóre poważne naruszenia protokołu mogą skutkować nałożeniem kary slash , co oznacza utratę części udziału walidatora i usunięcie go z aktywnego uczestnictwa.

Ethereum wymienia działania, które można slashować, takie jak proponowanie kolidujących bloków dla tego samego slotu lub przesyłanie kolidujących atestów. Nie są one tym samym, co zwykłe przestoje. Slashowanie jest zarezerwowane dla określonych naruszeń protokołu. Oficjalne szczegóły znajdują się w dokumentacji Ethereum dotyczącej nagród i kar .

Proof of Work kontra Proof of Stake w skrócie

Co należy przygotować przed korzystaniem z sieci PoW lub PoS?

Zwykły użytkownik, który chce jedynie wysyłać, odbierać lub przechowywać kryptowaluty, zazwyczaj nie musi niczego kopać ani weryfikować. Twoim głównym zadaniem jest zrozumienie sieci, z której korzystasz, i jej mechanizmu potwierdzania.

Przed wysłaniem środków sprawdź, w którym łańcuchu znajduje się dany zasób. Token z tym samym tickerem może występować w kilku sieciach z różnymi systemami konsensusu i różnymi adresami wypłat. Sprawdź również, ile potwierdzeń wymaga giełda lub usługa przed zaksięgowaniem wpłaty.

Jeśli chcesz uczestniczyć bezpośrednio w procesie konsensusu, wymagania są bardzo zróżnicowane. Udział w Proof of Work może wymagać specjalistycznego sprzętu wydobywczego, odpowiedniej mocy, chłodzenia i realistycznych obliczeń rentowności. Udział w Proof of Stake może wymagać minimalnego udziału, niezawodnego czasu pracy walidatora, bezpiecznego zarządzania kluczami i dokładnego zrozumienia zasad cięcia.

Jak początkujący powinni podchodzić do potwierdzania transakcji?

Potwierdzenie nie jest takie samo w różnych blockchainach.

W Bitcoinie każdy nowy, ważny blok zbudowany na bazie bloku zawierającego transakcję dodaje do niego skumulowany Proof of Work. Dlatego ludzie często czekają na wiele potwierdzeń w przypadku przelewów o wyższej wartości.

Proof of Stake w Ethereum rozróżnia również włączenie do bloku i silniejszy status konsensusu. Ethereum wykorzystuje głosy walidatorów i ostateczność punktów kontrolnych. Zgodnie z dokumentacją Ethereum, punkty kontrolne mogą zostać sfinalizowane po uzyskaniu wsparcia stanowiącego co najmniej dwie trzecie całkowitej stawki ETH. Po sfinalizowaniu, ich cofnięcie wiązałoby się z poważnymi konsekwencjami ekonomicznymi dla atakujących.

Nie zakładaj, że „sześć potwierdzeń” lub jakakolwiek inna stała liczba to uniwersalna reguła kryptowalut. Każdy blockchain ma swój własny model potwierdzeń i ostateczności.

Który system zużywa mniej energii?

Proof of Stake zasadniczo unika ciągłego, konkurencyjnego hashowania, które definiuje Proof of Work. Ethereum wyraźnie podaje niższe zużycie energii jako jeden z powodów przejścia z PoW na PoS w 2022 roku. Nie oznacza to jednak, że PoS nie zużywa energii elektrycznej: walidatorzy nadal obsługują komputery, sprzęt sieciowy i infrastrukturę danych. Kluczowa różnica polega na tym, że bezpieczeństwo sieci nie opiera się na ciągłej konkurencji górników poprzez hashowanie na dużą skalę.

Zużycie energii w Proof of Work nie jest przypadkowym efektem ubocznym; wydatki te są częścią mechanizmu, który sprawia, że ​​przepisanie łańcucha jest kosztowne. To, czy ten kompromis jest pożądany, jest przedmiotem szerszej debaty projektowej i politycznej, ale technicznie rzecz biorąc, oba systemy osiągają konsensus dzięki różnym ograniczonym zasobom.

Który jest bezpieczniejszy?

Nie ma na to sensownej odpowiedzi jednowyrazowej. Używają różnych modeli bezpieczeństwa.

W PoW w stylu Bitcoina, kontrola w dużym stopniu zależy od dostępu do mocy obliczeniowej i zasobów niezbędnych do jej utrzymania. W PoS w stylu Ethereum, wpływy zależą od stakowanego ETH, a kary i cięcia mają na celu uczynienie ataków ekonomicznie destrukcyjnymi dla atakującego.

Bezpieczeństwo zależy również od czynników wykraczających poza same PoW lub PoS: oprogramowania klienckiego, decentralizacji wydobycia lub stakingu, topologii sieci, projektu protokołu, jakości wdrożenia, zachęt ekonomicznych i zachowań operatorów węzłów.

Dla początkującego praktycznym wnioskiem jest unikanie stwierdzeń takich jak „PoS jest automatycznie bezpieczniejszy” lub „PoW jest automatycznie bezpieczniejszy”. Sensowne porównanie musi odnosić się do konkretnego blockchaina i konkretnego scenariusza ataku lub awarii.

Typowe błędy początkujących, których należy unikać

• Górnicy i walidatorzy mogą tworzyć dowolne transakcje. Inne węzły nadal weryfikują reguły protokołu i podpisy.
• Zakładając, że PoW oznacza, że ​​każdy węzeł wydobywa. Walidacja i wydobywanie to odrębne role.
• Zakładając, że PoS oznacza po prostu przechowywanie monet w portfelu. Walidacja protokołu wymaga udziału walidatora; pasywne przechowywanie jest inne.
• Zakładając, że cięcia dotyczą każdej awarii, Ethereum rozróżnia zwykłe kary za brak aktywności od konkretnych wykroczeń, za które można je obciąć.
• Traktowanie każdego blockchaina tak, jakby miał model potwierdzenia Bitcoina. Reguły ostateczności różnią się w zależności od sieci.
• Wybór sieci wyłącznie ze względu na jej etykietę konsensusu. Opłaty, ekosystem aplikacji, decentralizacja, ryzyko związane z inteligentnymi kontraktami, obsługa portfela i niezawodność operacyjna również mają znaczenie.

Prosty model mentalny do zapamiętania

Jeśli pamiętasz tylko jedno porównanie, użyj tego:

Proof of Work pyta: „Czy możesz udowodnić, że wykorzystałeś zasoby obliczeniowe?”

Proof of Stake pyta: „Czy możesz udowodnić, że zobowiązałeś się do zapewnienia wartości ekonomicznej, którą protokół może ukarać?”

Obie próby stanowią rozwiązanie tego samego problemu systemów rozproszonych: umożliwienia wielu uczestnikom, którzy nie do końca sobie ufają, uzgodnienia jednej, prawidłowej historii blockchaina. Po prostu sprawiają, że nieuczciwość staje się kosztowna na różne sposoby.

Czego się nauczyć dalej

Gdy PoW i PoS nabiorą sensu, następnymi użytecznymi koncepcjami będą: wybór rozwidlenia , który określa, który konkurujący łańcuch jest preferowany; ostateczność , która opisuje, kiedy blok jest uważany za niezwykle trudny lub ekonomicznie niemożliwy do odwrócenia; oraz walidacja węzła , która wyjaśnia, dlaczego górnicy i walidatorzy nie otrzymują nieograniczonych uprawnień.

Te trzy idee pomogą Ci zrozumieć, dlaczego bezpieczeństwo blockchaina jest ważniejsze niż etykieta „Proof of Work” czy „Proof of Stake”. Mechanizm konsensusu to pełny zestaw reguł technicznych i zachęt ekonomicznych, który utrzymuje synchronizację niezależnych węzłów wokół jednego akceptowanego rejestru.