Главная - Технологии - Алгоритм консенсуса - Proof-of-Stake – суть алгоритма, особенности, отличия от PoW

Proof-of-Stake – суть алгоритма, особенности, отличия от PoW

В мире криптовалют есть понятие консенсус, который отвечает за корректную запись данных в блокчейн, обеспечивает эффективную и безопасную работу сети. Алгоритм консенсуса Proof-of-Stake (PoS) в переводе с английского языка означает «доказательство доли». Это один и двух самых распространенных алгоритмов, которые используются в криптовалютных сетях для подтверждения транзакций и майнинга. В некоторых блокчейнах он является дополнением к PoW (доказательство выполнения работы).

Давайте подробно рассмотрим особенности алгоритма PoS и сравним его с широко используемым Proof-of-Work (PoW).

Суть алгоритма Proof-of-Stake

Первым блокчейн-проектом, который начал использовать PoS, стал Peercoin. Задача алгоритма – определять узел (ноду), который будет открывать новый блок в процессе майнинга. Отбор осуществляется по «доле» имеющихся у ноды монет. Но опасность такого механизма в том, что концентрация большого количества монет в узком кругу лиц приведет к централизации сети. Разработчики это хорошо понимали, поэтому начали появляться модифицированные версии протокола:

  1. Рандомизация. Между владельцами наибольшего количества монет проводится случайный отбор. Некоторые криптовалюты, например, BlackCoin или Nxt, применяют метод наименьшего вычисления хеша. Такой подход дает возможность прогнозировать следующий узел, который подпишет блок и получит вознаграждение.
  2. Выбор по возрасту. Например, в сети Peercoin применяется сочетание «возраста монет» со случайным отбором. Чтобы рассчитать «возраст монет», необходимо количество токенов на счету умножить на число дней, которые они там находятся. Например, пользователь хранит 350 монет DASH на протяжении 60 дней. Показатель составляет 21 000. Чем больше «возраст монет», тем выше шансы на подписание блока и вознаграждение. Если монетная ставка была использована для подписания блока, и пользователь получил вознаграждение, возраст монет обнуляется и кошелек перемещается в конец очереди. Подписание следующего блока состоится не раньше, чем за 30 дней. Но максимальная вероятность наступает только через 90 дней. Такой механизм обеспечивает ротацию (чередование) пользователей и снижает вероятность доминирования старых и больших ставок, что мотивирует участников на участие в майнинге.

Но вариации отбора и усовершенствование протокола не могут полностью исключить риски централизации. Владельцы больших объемов монет могут влиять на биржевую стоимость монет, а новичкам приходится покупать криптовалюту по завышенному курсу, получая при этом скромные вознаграждения из-за небольшого количества монет на счету.

Справка! Сущность алгоритма PoS заключается в проверке истинности транзакций участника с учетом итогового количество токенов на его счету.

Алгоритм PoS предполагает эмиссию всего объема монет до запуска проекта. Это повышает инвестиционную привлекательность активов. Монеты распределяются между участниками в качестве награды за проделанную работу.

В алгоритме PoS нет майнинга в классическом его понимании. Вознаграждения выплачиваются за счет комиссий сети. Узлы (ноды) которые открывают блоки и подтверждают транзакции, называются валидаторами. Для простоты восприятия, в тексте я буду называть процесс вознаграждения майнингом.

Немного истории о создании и развитии PoS

Популярность добычи Биткоина привела к избыточному электропотреблению и снижению рентабельности майнинга. Данный вопрос долгое время обсуждался на форуме Bitcointalk, который посвящен криптовалютам. Дошло до того, что работа сети Bitcoin начала обходиться сообществу в $15 тыс. ежедневно. В 2011 году разработчики Санни Кинг и Скотт Надаль объединились для решения этой проблемы.

Тогда для майнинга применялся только алгоритм PoW, который требует энергозатратных и длительных вычислений. Популярность Биткоина увеличивалась, а вместе с ней количество майнеров и нагрузка на пулы. Также повышалась сложность майнинга. Пользователи тратили большие деньги на покупку мощностей. Отмечу, что вычисления в результате PoW не характеризуются практичностью, поэтому затраты на электроэнергию ничем не оправданы.

Разработчики изначально ставили цель исключить объемные и сложные вычисления, чтобы снизить уровень потребляемой энергии. В основу подтверждения транзакций заложено общее количество монет на счету.

Летом 2012 года алгоритм появился на криптовалютном рынке под названием стекинг. Он быстро привлек внимание сообщества, поскольку решал главную проблему – низкую рентабельность. Энергоэффективность алгоритма привела к тому, что на его базе разработчики начали выпускать токены.

Последующие годы алгоритм обновляли и совершенствовали, увеличивая тем самым его надежность. Сегодня многие криптовалюты используют сочетания алгоритмов PoS и PoW. Это позволяет оптимизировать механизм подтверждения транзакций, распределять нагрузку между нодами и рассчитывать производительность.

Помимо сочетания этих двух алгоритмов, блокчейны применяют различные варианты PoS, в частности Proof-of-Storage, Proof-of-Space. Это комбинированные механизмы, которые чаще всего используют для создания новых проектов.

Особенности алгоритма PoS

Proof-of-Stake прошел разные этапы развития. Сейчас алгоритм разделился на несколько вариантов, появились усовершенствованные протоколы DPoS и Casper. Последний используется в сети Ethereum. Рассмотрим их подробнее:

  1. DPoS (Delegated Proof-of-Stake) – протокол достижения консенсуса в децентрализованной среде. Проще говоря, это разделение участников. Владельцы долей не принимают участие в подтверждении транзакций, а лишь голосуют за тех, кто будет формировать блоки. Условия между алгоритмами DPoS и PoS отличаются. В первом случае пользователи должны раскрыть свою личность и заявить о готовности бесперебойно поддерживать сеть.
  2. Casper – оптимизированный протокол сети Эфириум, разработкой которого занимался Виталик Бутерин. Он перевел сеть из механизма PoW на PoS, разновидностью которого он является. При этом алгоритм гибридный, то есть он не вытесняет полностью протокол Proof-of-Work, а объединяет его с чистой версией PoS, где не предусмотрен классический майнинг. Casper имеет структурные отличия от Proof-of-Stake. При верификации блоков происходит блокировка части средств. Если выясняется, что валидатор поддержал форковую пустую цепь, помимо заблокированных средств, дополнительно он теряет сумму, аналогичную двойной трате.

На сложность PoS майнинга влияют поставленные задачи и время, затраченное на их обработку. Доход валидаторов зависит от многих факторов: разновидность криптовалюты, ее курс, дальнейшие перспективы, количество монет на счету. Отмечу, что для каждого узла определяется индивидуальный уровень сложности. Он зависит от доли владения. Например, если разработчики проекта создадут пул, где будет находиться более 50 % монет от общей эмиссии, сложность майнинга будет минимальной. Это позволяет спрогнозировать, какой узел создаст новый блок.

PoS майнинг не требует загрузки мощностей, в отличие от стандартной добычи монет на алгоритме PoW. Вознаграждения начисляются из комиссионных сборов, которые пользователи платят за услуги сети. Объем вознаграждений напрямую зависит от «возраста монет».

Интеграция алгоритма PoS связана с необходимостью увеличения энергетической эффективности майнинга. Многие PoW-криптовалюты не окупаются из-за дороговизны оборудования и больших затрат на электроэнергию. Вычисления на алгоритме PoS позволяют сократить затраты, но это касается не всех криптовалют.

Участников PoS пулов называют форджерами. Они должны владеть большим количеством монет. Такой механизм защищает сеть от «случайных людей», которые хаотично переключают мощности между проектами. Владельцы большого количества токенов заинтересованы в стабильной работе сети и готовы поддерживать монеты на криптовалютных биржах, продвигать проект в социальных сетях и т. д.

Особенность алгоритма PoS заключается в защите от «атаки 51 %». Чтобы достичь лидирующего положения, мошеннику необходимо выкупить большую часть предоставленных активов. Такие манипуляции невыгодны хакерам.

Майнинг на алгоритме PoS

К PoS майнингу могут присоединиться все пользователи, которые имеют на счету необходимое количество монет для конкретной сети. Участники с нулевым балансом не могут подтверждать блоки. Создатели каждой платформы самостоятельно устанавливают порог входа для запуска мастерноды. В сети DASH, например, это количество составляет 1000 монет.

Чтобы стать майнером необходимо:

  • установить ПО сети;
  • пополнить счет;
  • обеспечить постоянный онлайн-режим ноды.

Сам процесс майнинга выглядит так:

  • пользователь пополняет кошелек;
  • эта сумма блокируется на определенный промежуток времени;
  • если за ноду проголосовали, она принимает участие в подтверждении транзакции;
  • после открытия блока нода получает вознаграждение.
Справка! Средства на кошельке не должны тратиться. Для совершения транзакций внутри системы необходимо завести отдельный кошелек.

Главные отличия между алгоритмами PoS и PoW

В криптовалютном сообществе не утихают споры о преимуществах и недостатках алгоритмов. У каждого протокола есть свои сторонники и противники.

Принцип работы PoS имеет много общего с PoW: отдельные узлы хешируют входящую информацию, стремясь к результату, который меньше установленных значений. Но между алгоритмами есть существенные отличия:

  1. Для PoW майнинга требуется дорогостоящее оборудование, тогда как в системе PoS необходимо только пополнить счет.
  2. Вознаграждение в сети PoW получает тот, кто первым решил вычисление. Proof-of-Stake не предусматривает вознаграждение за блок в принципе. Майнеры получают доход от комиссий за транзакции.
  3. В сети PoW идет соревнование между майнерами в поиске решений. В блокчейнах на базе PoS, ноды определяются посредством голосования. При этом PoS майнинг может быть энергоэффективнее в десятки и сотни раз.

Алгоритм PoS не требует мощного оборудования, затраты зависят только от стоимости монет, которые необходимы для полной ноды в том или ином блокчейне.

Что такое мастерноды

Мастернода (masternode, узел) – это сервер, который используется в децентрализованной сети для выполнения определенных задач. Проще говоря, – это пользователь, который имея необходимую долю монет, участвует в открытии блоков и получает за это вознаграждение.

Мастерноды используются не только в алгоритме PoS. Есть также проекты на основе PoW, которые используют узлы. Правда, их гораздо меньше. Поэтому неверно говорить, что мастернода – часть PoS.

Запуск мастерноды и PoS похожи в том плане, что они предполагают пассивный доход. Все, что нужно – просто заморозить средства на счету.

На уровень заработка влияют такие факторы:

  • разновидность криптовалюты;
  • как эта криптовалюта работает с мастернодой;
  • какой курс криптовалюты, будет ли он расти в ближайшие годы.

Если стоимость монет через несколько лет увеличится, запуск ноды окажется успешным инвестированием в будущее.

Для расчета рентабельности мастерноды, существуют специальные сервисы, например, https://masternodes.pro/statistics. Обычно операторы мастернод имеют от 5 до 20 %. Доход зависит от количества монет на счету и курса криптовалют.

Преимущества и недостатки PoS

Протокол доказательства владения имеет ряд преимуществ:

  • Не нужно создавать фермы и покупать дорогостоящее оборудование. Нужно иметь только компьютер с кошельком и необходимое количество монет на счету.
  • Не нужно специально отведенное место для оборудования.
  • Стать PoS майнером дешевле, чем добывать монеты на алгоритме PoW. Особенно это касается тех криптовалют, которые добываются на устройствах ASIC со стоимостью в несколько тысяч долларов.
  • Низкий расход электроэнергии, в результате чего вы экономите средства.
  • Нет конкуренции между майнерами за первенство решения математической задачи. Хешрейт ограничивается владением долей монет на кошельке.
  • Защита от «атаки 51 %». Чтобы взломать сеть, мошенники должны владеть 51 % монет от общего числа. Кроме того, в результате атаки сразу же обрушится курс криптовалюты, поэтому хакерам финансово невыгодно взламывать такие платформы.

Вовлеченность пользователей в процесс майнинга стимулирует покупку большого количества монет. В дальнейшем эти пользователи заинтересованы в бесперебойной работе сети, поэтому между ними нет конкуренции, а есть единая цель – поддержка проекта.

Но есть у алгоритма PoS и определенные недостатки:

  • Растущая централизация. Алгоритм стимулирует пользователей накапливать на своем счету средства.
  • Существует вероятность пустого стека (Nothing-as-Stake). Теоретически мошенники могут использовать несуществующие активы и создать форк в результате атаки «двойного расходования» или отклонения операций.
  • Аккумуляция большого объема средств на счетах может привести к целенаправленным манипуляциям сети узкого круга лиц.

Несмотря на присущие недостатки, алгоритм PoS остается единой альтернативой, когда все монеты намайнены и выпущены в рынок. Стать PoS майнером может только зарегистрированный пользователь, который имеет на счету необходимое количество монет. Такой механизм снижает вероятность недобросовестных участников, которые могут нарушить работу сети. В результате повышается уровень безопасности платформы, и пользователи могут хранить личные данные без особых рисков.

Что такое Leased Proof-of-Stake

Помимо перечисленных версий PoS, хочу отметить также LPoS (арендованное доказательство доли владения). Это улучшенная гибридная версия алгоритма Proof-of-Stake, которая впервые реализована на платформе Waves. Узлы-валидаторы формируют транзакции согласно протоколу LPoS. Вероятность формирования транзакции пропорциональна доле арендованной криптовалюты, которая находится во владении валидатора. Особенность данного алгоритма том, что пользователи могут сдавать валидаторам криптовалюту в аренду и получать за это вознаграждение.

Каждая транзакция собирается в блоки, которые регламентированы по размеру и записываются по порядку в блокчейн. LPoS не предусматривает формирование новых блоков, вознаграждение начисляется в виде комиссий за проведенные транзакции и запись информации в блокчейн. Никаких сложных вычислений не требуется.

Что такое Proof-of-Stake-Velocity

PoSV (доказательство скорости) – это еще одна усовершенствованная модель Proof-of-Stake, где вознаграждение зависит не только от доли владения монетами, но и от скорости выполнения работы. Алгоритм разработан командой Reddcoin и внедрен в эту платформу. PoSV стимулирует пользователей для более активного участия в сети, благодаря чему Reddcoin характеризуется высокой доходностью.

PoS майнинг на Raspberry Pi

Чтобы максимально снизить затраты на майнинг, пользователи используют компьютеры Raspberry Pi, точнее последнюю версию Raspberry Pi 3 B. Она позволяет практически в 100 раз сократить расходы, по сравнению с майнингом на среднем ПК.

Для майнинга необходимо:

  1. Последняя модель Raspberry Pi 3 B, но можно и другие версии.
  2. Карта MicroSDHC (можно на 6 ГБ, но если есть возможность, купите на 16 ГБ).
  3. Адаптер питания или кабель Micro USB. Зарядное устройство RPi, например, будет работать круглые сутки.
  4. USB-адаптер WiFi или Ethernet кабель. Для надежности советую выбирать сетевой кабель.
  5. Кабель HDMI, USB-клавиатура и монитор (если вы планируете установку интерфейса).

PoS пулы

Майнинг на Proof-of-Stake менее затратный, тем не менее участникам необходимо иметь на своем счету большое количество монет. Сумма депозита зависит от условий сети и стоимости монет. Чтобы быстрее набрать нужный стек, сообщество начало объединяться в пулы.

В PoS майнинге важно, чтобы нода была круглосуточно подключена в сети. Перебои сети или проблемы с электричеством могут нарушить процесс, из-за чего ваш кошелек переместится в конец очереди.

Присоединившись к пулу, пользователи получают такие преимущества:

  • запуск мастерноды происходит с высокоскоростного сервиса, который круглосуточно подключен к сети;
  • настройкой нод и другими техническими нюансами занимаются специалисты;
  • можно работать с любого уголка мира, даже если нет постоянного доступа к интернету или случаются перебои с электричеством;
  • поскольку пулы владеют большим количеством общих монет, можно прогнозировать стабильный доход.

Но у пулов есть также недостатки. Этот механизм не имеет должного регулирования. Организаторы пулов руководствуются своими принцами, и никто не защищен от мошенничества. Очень важно выбирать только крупные пулы, которые успели завоевать доверие криптовалютного сообщества.

В последнее время появилось большое количество мультивалютных PoS пулов, которые дают возможность объединять ставки. Рассмотрим самые популярные:

  • SimplePoSPool: https://simplepospool.com/. Полностью автоматизированный пул с прозрачной системой вознаграждения, снятий и депозитов. Общая плата за мастерноды составляет 5 % от каждой награды. Также сервис предлагает четырехуровневую партнерскую программу. Насчитывает 20 Staking и 48 Masternode.
  • Stakecube: https://stakecube.net/. 96 % вознаграждения распределяется между участниками, 1 % поступает в банк для Lottery и Airdrops и регулярно будет возвращаться всем участникам. 2 % идут на покрытие расходов для филиалов, серверов и сотрудников. 1 % идет в команду. Все отчисления прозрачны и детально описаны на официальном сайте сервиса. В листинге находится 24 монеты.
  • Staking.live: https://staking.live/. Сервис снимает 2.5 % от вознаграждения за ставку. Вывод полностью автоматизирован и неограничен. Но задержки зависят от вашего ранга. Обычно это не занимает больше 8 часов. В листинге сервиса находится 32 криптовалюты.
  • Stakinglab: https://stakinglab.io/. Сервис поддерживает более 70 монет. За каждый созданный блок компания забирает 3 % комиссии и еще 0.1 % за вывод ставки.
  • BTCpop: https://btcpop.co/home.php. Это разнообразная платформа, которая подойдет начинающим пользователям. Большое преимущество в том, что средства пользователей хранятся в автономном режиме. Сервис предлагает большое количество монет, быстрый вывод и поддержку.

Чтобы присоединиться к пулу и начать зарабатывать, необходимо выполнить несколько действий:

  1. Выбрать подходящий сервис и пройти регистрацию.
  2. Выбрать монету.
  3. Перевести необходимое количество монет на адрес пула, указав ID аккаунт.
  4. Накопленные монеты вывести на внешний кошелек.

При выходе из пула пользователи платят небольшую комиссию.

Доходность PoS майнинга

Многие майнеры не считают форжинг прибыльным занятием, в отличие от PoW майнинга. Это ошибочное мнение. Владельцы больших объемов токенов, которые постоянно держат свои кошельки онлайн, получают ощутимый пассивный доход. Преимущество еще в том, что если вы не захотите продолжать форжинг, вы можете в любой момент продать монеты и возместить затраты на майнинг. Кроме того, свою долю владения можно сдать в аренду другому валидатору, получая за это процент от вознаграждения. Вы просто делегируете свою долю и ждете начислений. Никаких дополнительных действий предпринимать не нужно. Единственное, чего необходимо опасаться в PoS майнинге, – это концентрирование большого объема средств в одних руках. Это чревато централизацией сети.

Для создания уникальных платформ используют разные критерии форшинга. Разработчики криптовалют самостоятельно определяют, сколько монет необходимо иметь на счету, чтобы пользователь мог стать валидатором. В сети Waves, например, нижний лимит составляет 10 000 токенов. В сети Ripple вообще платные адреса кошельков, для активации каждого из них нужно внести 20 XRP, которые блокируются на счету и не подлежат выводу. Таким образом, создавать разные адреса кошельков в сети невыгодно.

Для PoS майнинга проще всего использовать платформу Nxt, которая предлагает сниженный порог входа. Для участия в форжинге необходимо иметь разблокированный (открытый) аккаунт, а первая транзакция должна получить 1440 подтверждений. После этого участник получает право генерировать блоки.

Перспективы алгоритма PoS

PoS является альтернативой энергозатратному алгоритму PoW, но в первоначальном виде протокол используется редко. Это происходит по причине растущей централизации сетей. Поэтому большинство криптовалют используют гибридные алгоритмы, которые сочетают механизмы PoS и PoW. Таким образом, Proof-of-Stake постоянно совершенствуется.

Популярные цифровые монеты активно майнятся. В скором времени им понадобится смена алгоритма по причине эмиссии всего объема токенов. Алгоритм PoS постепенно будет адаптирован под большинство проектов. Уже сегодня есть модифицированные версии алгоритма, которые снижают вероятность централизации сети. Одной из такой версий является DPoS.

Со временем PoS может стать новым стандартом криптовалютного мира, подобно токенам ERC-20. Сложность традиционного майнинга регулярно увеличивается, а рентабельность снижается. Разработчики акцентируют внимание на функциональности токенов, отодвигая курс монет на задний план.

В краткосрочной перспективе будет появляться еще больше модифицированных версий PoS, которые позволят добытым криптовалютам продолжать свою работу. Переход сети Ethereum к механизму PoS является хорошим сигналом для разработчиков. С уверенностью можно сказать, что Proof-of-Stake и его модифицированные версии – единственная альтернатива на сегодняшний день. Потребности рынка могут измениться только в том случае, если у алгоритма PoS появится более энергоэффективный конкурент.

Заключение

Алгоритм консенсуса Proof-of-Stake используется для криптовалют, которые вошли в рынок после полной эмиссии монет. Здесь нет классического добывания монет, майнинг основан на доказательстве доли. Пользователи получают вознаграждение, которое зависит от количества монет на кошельке.

В скором времени алгоритм майнинга PoW потеряет актуальность. После добычи монет, блокчейны перейдут на Proof-of-Stake. Чтобы ускорить работу сети и максимально защитить данные пользователей, разработчики регулярно совершенствуют данный механизм.

Сегодня алгоритм Proof of Stake в различных вариациях используют десятки криптовалют: Ethereum, DASH, QTUM, OmiseGo, Stratis, Cardano, Waves, Nxt, NEM, Bitshares и многие другие монеты. В дальнейшем этот список будет только увеличиваться.

Источники

https://crypto-fox.ru/faq/kak-majnit-pos-monety-cherez-pul/

https://cryptocash.guru/majning/algoritm-proof-of-stake/

https://clickchain.ru/library/algoritm-pos-proof-of-stake-osobennosti-raboty-raznovidnosti-monet-majning/

https://habr.com/ru/post/442862/

https://docs.wavesplatform.com/ru/platform-features/leased-proof-of-stake-lpos.html

Сохранить статью

о Дмитрий Шустов

Автор популярных материалов на различных криптовалютных и блокчейн площадках. Интересуюсь данной сферой с 2015 года. Трейдер-аналитик. Junior-программист. Окончил Московскую школу экономики. Работаю в АНО "Рейтинговое агентство оценки проектов цифровой экономики".