pow_and_pos_00-1024x512 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

Cодержание статьи:

  1. Что такое Proof-of-Work и Proof-of-Stake
  2. Принципы работы алгоритмов PoW / PoS
  3. Преимущества Proof-of-Work
  4. Преимущества Proof-of-Stake
  5. Недостатки алгоритмов PoW / PoS
  6. Отличия между Proof-of-Stake и Proof-of-Work
  7. Какие задачи решает Proof-of-Work
  8. Реализация Proof-of-Work в блокчейн

Что такое Proof-of-Work и Proof-of-Stake

В криптовалютах, где присутствует майнинг, необходимо,чтобы майнеры подтвердили совершение платежа. Подтверждение платежа майнерами нужно, чтобы избежать двойных трат. Майнер подтверждает платеж, только после этого платеж считается совершенным и полученным покупателем. До факта подтверждения во многих криптовалютах плательщик может отменить платеж, поэтому обязательно, чтобы получатель убедился, что платеж подтвержден.

Существует различные способы подтверждения платежей. Основными из них являются протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS).

Proof-of-Work (PoW) — доказательство работы. Данный протокол был создан для защиты систем от различных злоупотреблений — хакерских атак, спам рассылок.

Суть протокола заключается в двух положениях:

  1. Необходимо выполнить достаточно сложную работу
  2. Проверка выполнения работы должна быть простой

Чтобы получить деньги за обработку блока и подтверждение платежей майнеры должны выполнить определенную работу. Вернее саму работу выполняют не майнеры, а их оборудование. Оборудование должно осуществить вычисления определенной сложности. В большинстве криптовалют заложен алгоритм усложнения хеширования. Чем больше майнеров участвуют в майнинге, чем большие мощности они используют, чем сложнее алгоритм хеширования. Выполнить задачу становится сложнее. Для этого требуется больше затрат электроэнергии и покупки больших мощностей.

pow_and_pos_01 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

Так для генерации блока Bitcoin требуется 10 минут. 10 минут — это постоянная величина. Если к системе подключается больше майнеров с более передовым и мощным оборудованием, то блок соответственно обрабатывается быстрее. Чтобы этого не допустить каждые 2 недели или 2016 блоков усложняется алгоритм хеширования, таким образом, чтобы на обработку одного блока уходило ровно 10 минут.

Таким образом, чем больше майнеров добывают криптовалюты, чем мощнее они используют оборудование, тем сложнее устанавливается алгоритм хеширования и криптовалюту становится добывать сложнее.

Все это привело к тому, что на добычу криптовалюты затрачивается все больше и больше энергоресурсов и мощностей электричества.

Такой подход еще в 2012 году привел к тому, что криптосообщество стало искать альтернативы  протоколу Proof-of-Work (PoW). Таким образом, появился протокол  Proof-of-stake (PoS). Данный протокол предполагает, что при добычи блоков преимущества будут у тех майнеров, на счету которых имеется большее количество данной криптовалюты. Таким образом, чтобы добывать криптовалюту, используя протокол Proof-of-stake (PoS) майнер должен сам быть держателем криптовалют. И чем больше у него криптовалюты, тем больше у него шансов добыть блок. При этом не требуется сложного оборудования и больших вычислительных мощностей.

Согласно протокола Proof-of-Work (PoW) майнер может вообще не быть держателем криптовалюты, которую он добывает. Для осуществления майнинга ему необходимо только обладать соответствующими мощностями. И чем больше у майнара мощностей, тем проще ему добыть блок.

Принципы работы алгоритмов PoW / PoS

Основным принципом работы алгоритма Proof-of-Work  является сам факт выполнения работы. Чтобы подтвердить платеж, майнер должен произвести определенные вычисления. Среди майнеров существует конкуренция. Чем больше количество майнеров принимает участие в добыче криптовалюты, чем большие мощности они используют, тем сложнее алгоритм хеширования и тяжелее добыть блок.

pow_and_pos_04 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

При этом сами майнеры могут не держать криптовалюты, которые они добывают. Главное иметь мощное оборудование. Чем большими мощностями обладают майнеры, чем больше электроэнергии и ресурсов они тратят на добычу криптовалюты, тем больше шансов у них добыть блок и получить за это вознаграждение.

При добыче криптовалюты с использованием алгоритма Proof-of-stake майнеру не надо обладать огромными мощностями и тратить большое количество электроэнергии. Ему надо быть держателем тех криптовалют, которые он добывает. Чем больше хранится криптовалют на его кошельках, тем выше у майнера шансы добыть блок и получить вознаграждение за его добычу.

Преимущества Proof-of-Work

Сторонники алгоритма Proof-of-Work обычно указывают не на достоинства самого алгоритма Proof-of-Work, а на недостатки алгоритма Proof-of-stake. Дело в том, что алгоритм Proof-of-stake предполагает, что чем больше криптовалюты сосредоточено в руках одного конкретного человека, тем больше у него возможностей управлять всем процессом майнинга и выбирать те блоки, которые следует подтверждать, отвергая другие блоки.

Крипто сообщество против идеи централизации добычи криптовалюты в одних руках, так чтобы одно лицо или группа лиц управляли всем процессом майнинга.

pow_and_pos_02 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

С другой стороны, централизация процесса майнинга происходит не только при использовании алгоритма Proof-of-stake, но и при использовании алгоритма  Proof-of-Work. С целью увеличения получения прибыли, майнеры покупают более совершенное и дорогое оборудование и используют большие мощности для добычи криптовалют. Преимуществами обладают те майнеры, которые проживают в районах, где более дешевая электроэнергия. Так, 75% майнеров Bitcoin сосредоточено в Китае, где дешевое оборудование для майнинга, дешевая рабочая сила и дешевая электроэнергия.

Таким образом, централизация майнинга происходит и при использовании алгоритма Proof-of-Work.

Преимущества Proof-of-Stake

Алгоритм Proof-of-stake возник в ответ на недостатки алгоритма Proof-of-Work. Дело в том, что использование алгоритма Proof-of-Work привело к тому, что на добычу криптовалют требовалось все больше и больше электроэнергии и производственных мощностей майнинговых ферм. Большое количество потребляемой электроэнергии отрицательно влияло на экологию и окружающую среду. Эксперты стали говорить о вреде, наносимом природе добычей криптовалюты.

pow_and_pos_03 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

Поэтому был придуман алгоритм, который позволял добывать криптовалюту, не тратя при этом огромные производственные мощности и электроэнергию. Преимущества добычи при алгоритме  Proof-of-stake существуют у тех майнеров, которые обладают большими запасами криптовалют. Чем больше криптовалют находится у майнеров, тем больше они заинтересованы в поддержании функционирования и работоспособности той криптовалюты, запасами которой обладают.

Недостатки алгоритмов PoW / PoS

Идеальных алгоритмов добычи криптовалют не существует. У каждого из указанных алгоритмов существуют свои недостатки.

Основным недостатком алгоритма  Proof-of-Work является то, что на добычу криптовалюты тратятся большие ресурсы, производственные мощности, электроэнергия. Постоянно майнеры должны покупать новое более совершенное и производительное оборудование. При этом данное оборудование применяется только с одной целью — расшифровка хеша. Никакой другой полезной нагрузки оно не несет.

Со временем на добычу криптовалюты путем алгоритма  Proof-of-Work  будет тратится еще больше мощностей и электроэнергии, что только ухудшит экологическую обстановку. Правительства многих стран уже озабочены тем количеством электроэнергии, которые тратят майнеры и увеличивают расценки на электроэнергию для майнеров.

Основным же недостатком алгоритма Proof-of-stake является то, что чтобы обладать преимуществами при майнинге криптовалют, майнеры должны постоянно оставлять себе криптовалюты, которые они майнят, наращивая количество монет на своих кошельках. Все это может привести к тому, что майнинг окажется в руках небольшого количества людей и майнеры пойдут на сговор, чтобы обладать большими возможностями по добыче криптовалюты.

Отличия между Proof-of-Stake и Proof-of-Work

Proof-of-stake предполагает, что майнер должен обладать большими запасами криптовалюты, чтобы иметь преимущества при их добыче. При этом майнеру не надо обладать крупными производственными мощностями, майнинговыми фермами и тратить большое количество электроэнергии для добычи криптовалюты.

pow_and_pos_05 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

В случае алгоритма Proof-of-Work майнер может вообще не быть держателем той криптовалюты, которую он добывает. Для майнера главное обладать мощным и современным оборудованием, майнинговыми фермами и жить в месностях с дешевым электричеством или иметь доступ к дешевому электричеству. Чем дешевле электричество в определенной местности, тем больше у майнеров преимуществ перед конкурентами из других областей. Поэтому майнинг криптовалют сосредоточен в районах с дешевым электричеством. Так 75% майнинга Bitcoin и 70% майнинга всех криптовалют сосредоточено в Китае, где электричество дешевое, также дешевое оборудование для майнинга и рабочая сила.

Какие задачи решает Proof-of-Work

Основная задача алгоритма Proof-of-Work  обеспечение бесперебойного функционирования блокчейна и защита его от DDoS-атак, спама и прочих  злоупотреблений и мошенничеств. Чтобы подтвердить факт осуществления платежа майнер должен проделать определенную работу. Вернее работу должен проделать не сам майнер, а его оборудование. И чем мощнее у майнера оборудование и больше у него ресурсов, тем больше шансов успешно выполнить работу.

pow_and_pos_06 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

Таким образом, от блокчейна отсекаются все мошенники и различные злоупотребления. Ведь чтобы произвести мошеннические действия тоже нужно выполнить работу. При этом смысл спама, DDoS-атак и прочего мошенничества сводится к нулю. Хакерам не выгодно совершать какие-либо злоупотребления с блокчейн. На это уйдет слишком много ресурсов, мощностей и денег.

Таким образом, алгоритм Proof-of-Work  строится по принципу энерго и ресурсо затратности.  Добыча криптовалюты требует таких ресурсов, что злоупотребления просто отсекаются из-за высокой энергоемкости и их невыгодности в материальном аспекте.

Реализация Proof-of-Work в блокчейн

Алгоритм Proof-of-Work необходим для того, чтобы майнер смог подтвердить платеж. Реализация алгоритма Proof-of-Work привела к тому, что появилась целая индустрия майнинга. Майнинг на процессорах и видеокартах сменили айзики и специализированные майнинговые фермы, которые осуществляют только одну функцию — подтверждают платежи.

pow_and_pos_07-1024x395 Протоколы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS)

Таким образом, получилось, что огромные вычислительные мощности и дорогостоящее  оборудование используются не для научных работ и вычислений, а только для одной цели — добыча блока и подтверждение платежей. Вознаграждение за блок является достаточным, чтобы майнеры увеличивали свои мощности. Большее потребление электроэнергии и покупка все более мощных, совершенных и дорогих мощностей приводит к тому, что себестоимость майнинга, осуществляемого с применением алгоритма Proof-of-Work, только растет.

Это в свою очередь провоцирует и рост курсов самих криптовалют, добываемых подобным образом. Ведь майнеры не будут продавать криптовалюту ниже ее себестоимости. И чем больше майнеров подключатся к процессу майнинга, тем больше будет себестоимость добычи криптовалюты, тем выше ее курс.

Таким образом, алгоритм Proof-of-Work защищает криптовалюту от резкого снижения курса. Не может стоить слишком мало криптовалюта, которая добывается столь сложным образом с таким объемом затрат.