Proof of Work vs. Proof of Stake: A Beginner’s Guide to Crypto Consensus

Proof of Work and Proof of Stake are two different ways a blockchain can reach consensus, meaning broad agreement among independent computers about which transactions are valid and which version of the ledger should be treated as the current one. They are often described as “consensus mechanisms,” although in practice a blockchain’s full consensus system includes more than just PoW or PoS: it also includes networking rules, block validation rules, fork-choice rules, incentives, and penalties.

If you are new to crypto, the most useful starting point is this: Proof of Work makes participants prove they spent computational effort; Proof of Stake makes participants put valuable crypto at risk. Bitcoin is the best-known Proof of Work network. Ethereum used Proof of Work in the past but switched to Proof of Stake in 2022.

What should a beginner understand before comparing PoW and PoS?

You do not need to know advanced cryptography, but four terms matter.

• Block: a bundle of valid transactions and related data added to a blockchain.
• Node: software that follows the network’s rules and verifies data. A node is not automatically a miner or validator.
• Consensus: the process by which distributed participants converge on one accepted state of the blockchain.
• Fork: a temporary or lasting situation where more than one candidate version of the chain exists.

Ethereum’s official documentation makes an important distinction: Proof of Work and Proof of Stake are components of a broader consensus mechanism rather than the entire mechanism by themselves. That distinction matters because security depends not only on who proposes blocks, but also on how nodes validate them, how competing chain histories are resolved, and how dishonest behavior is made expensive. See the Ethereum consensus mechanisms documentation.

How Proof of Work works

Proof of Work, or PoW, is a system in which miners compete to find a valid cryptographic hash for a proposed block. A hash is the output of a mathematical function that converts input data into a fixed-length result. In Bitcoin, miners repeatedly change block-header data and hash it until the resulting number is below the target defined by the protocol.

เอกสารต้นฉบับของ Bitcoin อธิบายกระบวนการนี้ว่าเป็นการลองค่าต่างๆ ซ้ำๆ จนกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่ตรงตามข้อกำหนดความยากของเครือข่าย เมื่อผู้ขุดพบหลักฐานการทำงานที่ถูกต้องแล้ว บล็อกนั้นก็จะสามารถส่งไปยังโหนดอื่นๆ ได้ โหนดเหล่านั้นไม่ได้เชื่อถือผู้ขุดโดยอัตโนมัติ พวกเขายังคงตรวจสอบอย่างอิสระว่าบล็อกนั้นเป็นไปตามกฎฉันทามติของ Bitcoin เอกสารไวท์เปเปอร์ของ Bitcoin ฉบับดั้งเดิมอธิบายถึงการออกแบบหลัก ในขณะที่คู่มือสำหรับนักพัฒนา Bitcoinให้คำอธิบายทางเทคนิคที่ละเอียดกว่า

ทำไม "งาน" ถึงสำคัญ?

กระบวนการนี้ทำให้การเปลี่ยนแปลงประวัติการทำธุรกรรมมีค่าใช้จ่ายสูง บล็อก Bitcoin แต่ละบล็อกจะมีข้อมูลอ้างอิงถึงบล็อกก่อนหน้า หากมีใครพยายามแก้ไขธุรกรรมเก่า พวกเขาจะต้องเปลี่ยนแฮชของบล็อกนั้น และจะต้องทำ Proof of Work ใหม่สำหรับบล็อกนั้นและบล็อกต่อๆ ไปที่สร้างอยู่บนบล็อกนั้น จากนั้นจึงต้องตามให้ทันเครือข่ายที่ซื่อสัตย์

โหนดเต็มรูปแบบของ Bitcoin จะเลือกเชนที่ถูกต้องซึ่งมีผลรวมของหลักฐานการทำงาน (Proof of Work) มากที่สุด ซึ่งมีความแม่นยำกว่าการบอกว่า "เชนที่ยาวที่สุดชนะ" เพราะเชนนั้นต้องถูกต้องตามกฎของโปรโตคอลก่อน และผลรวมของหลักฐานการทำงานต่างหากที่สำคัญ

นักขุดเหรียญดิจิทัลต้องการอะไรบ้าง?

การขุด Bitcoin ในปัจจุบันโดยปกติแล้วจะใช้ฮาร์ดแวร์เฉพาะทางที่เรียกว่าASICซึ่งย่อมาจาก Application-Specific Integrated Circuits เครื่องจักรเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อประมวลผลการคำนวณแฮช SHA-256 ของ Bitcoin อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นการขุดจึงเกี่ยวข้องกับต้นทุนฮาร์ดแวร์ ค่าไฟฟ้า การระบายความร้อน การเชื่อมต่อเครือข่าย และการจัดการการดำเนินงาน

ผู้เริ่มต้นควรหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิดทั่วไปที่คิดว่า “การใช้งานโหนด Bitcoin” และ “การขุด Bitcoin” เป็นสิ่งเดียวกัน โหนดเต็มรูปแบบทั่วไปสามารถตรวจสอบความถูกต้องของบล็อกได้โดยไม่ต้องทำการขุดแข่งขัน

ระบบ Proof of Stake ทำงานอย่างไร

Proof of Stake หรือ PoSแทนที่การแข่งขันด้านการคำนวณด้วยหลักประกันทางเศรษฐกิจ แทนที่จะพิสูจน์ว่าพวกเขาใช้พลังงานในการสร้างแฮช ผู้ตรวจสอบความถูกต้องจะล็อกสกุลเงินดิจิทัลไว้ในโปรโตคอล จำนวนเงินที่ถูกล็อกนั้นเรียกว่าสเตค (Stake )

ระบบปัจจุบันของ Ethereum เป็นตัวอย่างที่ชัดเจน ผู้ตรวจสอบความถูกต้อง (validator) ของ Ethereum ที่ดำเนินการเพียงรายเดียวจะฝาก ETH เข้าสู่โปรโตคอลและเรียกใช้ซอฟต์แวร์ตรวจสอบความถูกต้อง ผู้ตรวจสอบความถูกต้องจะตรวจสอบบล็อกที่เสนอ ส่งคะแนนเสียงที่เรียกว่าการรับรอง (attestations ) และบางครั้งอาจได้รับการคัดเลือกให้เสนอบล็อก เอกสาร PoS อย่างเป็นทางการของ Ethereum ระบุว่าผู้ตรวจสอบความถูกต้องที่ดำเนินการเพียงรายเดียวในปัจจุบันต้องการ ETH จำนวน 32 ETH ดูเอกสาร Ethereum Proof of Stakeประกอบ

เหตุใดการวางเดิมพันจึงให้ความปลอดภัย?

แนวคิดก็คือ ผู้ตรวจสอบความถูกต้องมีสิ่งที่มีค่าที่จะต้องสูญเสีย การเข้าร่วมอย่างซื่อสัตย์จะได้รับรางวัล พฤติกรรมที่ไม่ถูกต้องหรือไม่พร้อมใช้งานอาจนำไปสู่การพลาดรางวัลหรือบทลงโทษ ในขณะที่การละเมิดโปรโตคอลที่ร้ายแรงบางอย่างอาจนำไปสู่การลงโทษแบบ "สแลชชิ่ง"ซึ่งหมายความว่าส่วนหนึ่งของส่วนแบ่งของผู้ตรวจสอบความถูกต้องจะถูกทำลายและผู้ตรวจสอบความถูกต้องจะถูกถอดออกจากการเข้าร่วมอย่างเป็นทางการ

Ethereum ระบุการกระทำที่อาจถูกลงโทษ เช่น การเสนอสร้างบล็อกที่ขัดแย้งกันในช่องเดียวกัน หรือการส่งคำรับรองที่ขัดแย้งกัน การกระทำเหล่านี้ไม่เหมือนกับการหยุดทำงานตามปกติ การลงโทษแบบนี้สงวนไว้สำหรับการละเมิดโปรโตคอลเฉพาะเท่านั้น รายละเอียดอย่างเป็นทางการมีบันทึกไว้ใน เอกสารเกี่ยว กับรางวัลและบทลงโทษของ Ethereum

เปรียบเทียบ Proof of Work กับ Proof of Stake โดยสังเขป

คุณควรเตรียมอะไรบ้างก่อนใช้งานเครือข่าย PoW หรือ PoS?

สำหรับผู้ใช้งานทั่วไปที่ต้องการเพียงแค่ส่ง รับ หรือเก็บรักษาคริปโตเคอร์เรนซี โดยปกติแล้วคุณไม่จำเป็นต้องขุดหรือตรวจสอบความถูกต้องใดๆ หน้าที่หลักของคุณคือการทำความเข้าใจเครือข่ายที่คุณใช้และพฤติกรรมการตรวจสอบความถูกต้องของเครือข่ายนั้น

ก่อนโอนเงิน โปรดตรวจสอบว่าสินทรัพย์นั้นอยู่บนเครือข่ายใด โทเค็นที่มีสัญลักษณ์เดียวกันอาจมีอยู่บนหลายเครือข่ายที่มีระบบฉันทามติที่แตกต่างกันและที่อยู่สำหรับการถอนเงินที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ โปรดตรวจสอบจำนวนการยืนยันที่แพลตฟอร์มแลกเปลี่ยนหรือบริการนั้นต้องการก่อนที่จะโอนเงินเข้าบัญชี

หากคุณต้องการเข้าร่วมโดยตรงในกระบวนการฉันทามติ ข้อกำหนดจะแตกต่างกันอย่างมาก การเข้าร่วมในระบบ Proof of Work อาจต้องใช้อุปกรณ์การขุดเฉพาะทาง กำลังไฟฟ้าที่เหมาะสม ระบบระบายความร้อน และการคำนวณผลกำไรที่สมจริง ในขณะที่การเข้าร่วมในระบบ Proof of Stake อาจต้องมีเงินเดิมพันขั้นต่ำ เวลาการทำงานของตัวตรวจสอบความถูกต้องที่เชื่อถือได้ การจัดการคีย์ที่ปลอดภัย และความเข้าใจอย่างรอบคอบเกี่ยวกับกฎการลงโทษ

ผู้เริ่มต้นควรพิจารณาเรื่องการยืนยันธุรกรรมอย่างไร?

การยืนยันจะไม่เหมือนกันในทุกบล็อกเชน

ในบิตคอยน์ บล็อกใหม่แต่ละบล็อกที่สร้างขึ้นบนบล็อกที่มีธุรกรรมของคุณจะเพิ่มหลักฐานการทำงานสะสม (Proof of Work) มากขึ้นเรื่อยๆ นี่คือเหตุผลที่ผู้คนมักรอการยืนยันหลายครั้งสำหรับการโอนเงินที่มีมูลค่าสูง

ระบบ Proof of Stake ของ Ethereum ยังแยกความแตกต่างระหว่างการรวมอยู่ในบล็อกและสถานะฉันทามติที่แข็งแกร่งกว่า Ethereum ใช้การลงคะแนนของผู้ตรวจสอบความถูกต้องและการยืนยันขั้นสุดท้ายของจุดตรวจสอบ ตามเอกสารของ Ethereum จุดตรวจสอบจะได้รับการยืนยันขั้นสุดท้ายได้ก็ต่อเมื่อได้รับการสนับสนุนอย่างน้อยสองในสามของจำนวน ETH ที่ถูกวางเดิมพันทั้งหมด เมื่อได้รับการยืนยันขั้นสุดท้ายแล้ว การย้อนกลับจุดตรวจสอบเหล่านั้นจะต้องใช้ความพยายามอย่างมากและจะส่งผลเสียทางเศรษฐกิจอย่างรุนแรงต่อผู้โจมตี

อย่าคิดว่า "การยืนยันหกครั้ง" หรือจำนวนคงที่ใดๆ เป็นกฎสากลของคริปโตเคอร์เรนซี บล็อกเชนแต่ละอันมีรูปแบบการยืนยันและความสมบูรณ์ของข้อมูลที่แตกต่างกัน

ระบบใดใช้พลังงานน้อยกว่ากัน?

โดยทั่วไปแล้ว Proof of Stake จะหลีกเลี่ยงการคำนวณแฮชแบบแข่งขันกันอย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของ Proof of Work Ethereum ระบุอย่างชัดเจนว่าการใช้พลังงานที่ต่ำกว่าเป็นหนึ่งในเหตุผลที่เปลี่ยนจาก PoW เป็น PoS ในปี 2022 นั่นไม่ได้หมายความว่า PoS ​​ไม่ใช้ไฟฟ้าเลย: ผู้ตรวจสอบความถูกต้องยังคงใช้คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เครือข่าย และโครงสร้างพื้นฐานข้อมูล ความแตกต่างที่สำคัญคือความปลอดภัยของเครือข่ายไม่ได้ขึ้นอยู่กับการแข่งขันอย่างต่อเนื่องของนักขุดผ่านการคำนวณแฮชขนาดใหญ่

การใช้พลังงานของ Proof of Work ไม่ใช่ผลข้างเคียงที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญ ค่าใช้จ่ายนั้นเป็นส่วนหนึ่งของกลไกที่ทำให้การเขียนโค้ดใหม่มีต้นทุนสูง ว่าการแลกเปลี่ยนนั้นเหมาะสมหรือไม่เป็นประเด็นถกเถียงในด้านการออกแบบและนโยบาย แต่ในทางเทคนิคแล้ว ระบบทั้งสองสร้างฉันทามติผ่านทรัพยากรที่จำกัดต่างกัน

อันไหนปลอดภัยกว่ากัน?

ไม่มีคำตอบสั้นๆ ที่ใช้ได้ เพราะพวกเขาใช้โมเดลรักษาความปลอดภัยที่แตกต่างกัน

ในระบบ Proof-of-Work (PoW) แบบ Bitcoin การควบคุมขึ้นอยู่กับความสามารถในการประมวลผลและทรัพยากรที่จำเป็นในการรักษาระดับการประมวลผลนั้น ในขณะที่ระบบ Proof-of-Stake (PoS) แบบ Ethereum อิทธิพลขึ้นอยู่กับจำนวน ETH ที่ถูกวางเดิมพัน ส่วนบทลงโทษและการปลด ETH นั้นมีจุดประสงค์เพื่อให้การโจมตีสร้างความเสียหายทางเศรษฐกิจแก่ผู้โจมตี

ความปลอดภัยยังขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ นอกเหนือจาก PoW หรือ PoS เพียงอย่างเดียว ได้แก่ ซอฟต์แวร์ไคลเอ็นต์ การกระจายอำนาจของการขุดหรือการวางเดิมพัน โครงสร้างเครือข่าย การออกแบบโปรโตคอล คุณภาพการใช้งาน แรงจูงใจทางเศรษฐกิจ และพฤติกรรมของผู้ดำเนินการโหนด

สำหรับผู้เริ่มต้น สิ่งสำคัญที่ควรจำไว้คือ ควรหลีกเลี่ยงข้อความเช่น “PoS ปลอดภัยกว่าโดยอัตโนมัติ” หรือ “PoW ปลอดภัยกว่าโดยอัตโนมัติ” การเปรียบเทียบที่มีความหมายจะต้องระบุบล็อกเชนที่เฉพาะเจาะจงและสถานการณ์การโจมตีหรือความล้มเหลวที่เฉพาะเจาะจงด้วย

ข้อผิดพลาดทั่วไปที่ผู้เริ่มต้นควรหลีกเลี่ยง

• ผู้ขุดหรือผู้ตรวจสอบความถูกต้องคิดว่าพวกเขาสามารถสร้างธุรกรรมตามอำเภอใจได้ ในขณะที่โหนดอื่นๆ ยังคงตรวจสอบกฎของโปรโตคอลและลายเซ็นอยู่
• สมมติว่า Proof of Work (PoW) หมายถึงทุกโหนดทำการขุดการตรวจสอบความถูกต้องและการขุดเป็นบทบาทที่แยกจากกัน
• สมมติว่า PoS ​​หมายถึงการถือเหรียญไว้ในกระเป๋าเงินเฉยๆการตรวจสอบความถูกต้องของโปรโตคอลต้องอาศัยการมีส่วนร่วมของผู้ตรวจสอบความถูกต้อง การถือครองแบบไม่กระทำการใดๆ นั้นแตกต่างออกไป
• สมมติว่าการลงโทษด้วยการฟาดฟันเกิดขึ้นทุกครั้งที่ระบบล่ม Ethereum แยกแยะความแตกต่างระหว่างบทลงโทษสำหรับการไม่ใช้งานตามปกติกับความผิดเฉพาะที่สามารถถูกฟาดฟันได้
• ถือว่าทุกบล็อกเชนมีโมเดลการยืนยันแบบเดียวกับบิตคอยน์กฎการยืนยันขั้นสุดท้ายจะแตกต่างกันไปในแต่ละเครือข่าย
• การเลือกใช้เครือข่ายเพียงเพราะมีป้ายกำกับความน่าเชื่อถือไม่ใช่เรื่องง่ายค่าธรรมเนียม ระบบนิเวศของแอปพลิเคชัน การกระจายอำนาจ ความเสี่ยงของสัญญาอัจฉริยะ การรองรับกระเป๋าเงินดิจิทัล และความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานก็มีความสำคัญเช่นกัน

แบบจำลองทางความคิดง่ายๆ ที่ช่วยให้จำได้ง่าย

ถ้าคุณจำได้แค่การเปรียบเทียบเดียว ให้ใช้การเปรียบเทียบนี้:

การพิสูจน์การทำงาน (Proof of Work) ถามว่า “คุณสามารถพิสูจน์ได้หรือไม่ว่าคุณได้ใช้ทรัพยากรการคำนวณไปจริง ๆ?”

Proof of Stake ตั้งคำถามว่า “คุณสามารถพิสูจน์ได้หรือไม่ว่าคุณได้ลงทุนมูลค่าทางเศรษฐกิจที่โปรโตคอลสามารถลงโทษได้?”

ทั้งสองวิธีต่างพยายามแก้ปัญหาความท้าทายเดียวกันในระบบกระจายศูนย์ นั่นคือ การอนุญาตให้ผู้เข้าร่วมจำนวนมากที่ไม่ไว้วางใจกันอย่างเต็มที่สามารถตกลงกันในประวัติบล็อกเชนที่ถูกต้องเพียงหนึ่งเดียวได้ เพียงแต่ทั้งสองวิธีทำให้การทุจริตมีค่าใช้จ่ายสูงขึ้นในรูปแบบที่แตกต่างกัน

สิ่งที่ควรเรียนรู้ต่อไป

เมื่อเข้าใจหลักการของ PoW และ PoS แล้ว แนวคิดที่สำคัญถัดไปคือการเลือกฟอร์ก (fork choice ) ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าควรเลือกเชนใดในการแข่งขันความสมบูรณ์ (finality ) ซึ่งอธิบายว่าเมื่อใดที่บล็อกนั้นถือว่ายากมากหรือเป็นไปไม่ได้ในเชิงเศรษฐกิจที่จะย้อนกลับ และการตรวจสอบความถูกต้องของโหนด (node ​​validation ) ซึ่งอธิบายว่าทำไมผู้ขุดและผู้ตรวจสอบความถูกต้องจึงไม่ได้รับอำนาจไม่จำกัด

แนวคิดทั้งสามข้อนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจว่าเหตุใดความปลอดภัยของบล็อกเชนจึงมีความสำคัญมากกว่าแค่คำว่า “Proof of Work” หรือ “Proof of Stake” กลไกฉันทามติคือชุดของกฎทางเทคนิคและแรงจูงใจทางเศรษฐกิจทั้งหมดที่ช่วยให้โหนดอิสระต่างๆ ทำงานประสานกันรอบบัญชีแยกประเภทที่ได้รับการยอมรับเพียงบัญชีเดียว