Proof of Work vs. Proof of Stake

November 28, 2022

Introducere

Hai să facem un exercițiu de imaginație: asociază blockchain-ul cu corpul uman.

În mod normal, fiecare organ funcționează într-un mecanism de consens cu toate celelalte organe, astfel încât întregul organism să funcționeze corespunzător în toate procesele vieții. La fel e și în cazul blockchain-ului; este nevoie de un protocol. Acest protocol va specifica modul în care utilizatorii interacționează între ei în rețea, care este procesul de selecție al blocurilor, modul în care nodurile rețelei validează tranzacțiile și, nu în ultimul rând, modul în care rețeaua stimulează integritatea participanților.

Există mai multe tipuri de mecanisme de consens în spațiul blockchain care protejează rețelele împotriva atacurilor Sybil și asigură valabilitatea tranzacțiilor. În acest articol, le vom analiza pe cele mai semnificative: Proof of Work și Proof of Stake.

POW implică rezolvarea unor probleme matematice complexe pentru a valida tranzacțiile folosind computere puternice (platforme miniere). În schimb, POS are validatori care procesează tranzacțiile și securizează rețeaua folosind o putere de calcul semnificativ mai mică datorită diferitelor mecanisme de consens.

Nu te speria de cât de lung este acest articol, deoarece e ușor de parcurs. E clasificat pe punctele cheie pe care trebuie să le știi. Totuși, dacă vrei să afli mai multe chiar și după ce l-ai citit, suntem mai mult decât bucuroși să-ți răspundem oricăror întrebări pe care le-ai putea avea despre acest subiect.

Fă-te confortabil pe canapea, scaunul de birou sau chiar pe scaunul de la metrou și hai să începem!

The Merge | Fuziunea: De ce este important să fim atenți la ea?

Înainte de a aborda subiectul propriu-zis al articolului, trebuie să facem o scurtă inserție aici pentru a înțelege totul într-un mod holist. Să vorbim despre The Merge!

Ce înseamnă? Se referă la tranziția recentă a Ethereum de la mecanismul Proof of Work la Proof of Stake (15 septembrie 2022). Ethereum este cel mai folosit blockchain și unul dintre cele mai populare. Fuziunea a fost planificată cu mult timp în urmă și a fost întotdeauna parte din roadmap-ul lor, dar s-a materializat abia toamna asta.

POW a securizat rețeaua Ethereum de la Genesis (iulie 2015) până la The Merge (septembrie 2022). Atunci a început o nouă eră. Această dezvoltare semnificativă implică faptul că stakerii devin validatorii blockchain-ului. Prin urmare, nu mai este nevoie de mineri. În schimb, validatorii au acum responsabilitatea de a procesa valabilitatea tuturor tranzacțiilor și de a crea noi blocuri.

Cele mai importante motive pentru această schimbare? Fuziunea a fost o mișcare strategică în conformitate cu viziunea Ethereum, de a aduce mai multă scalabilitate, securitate și durabilitate blockchain-ului Astfel, consumul de energie este redus considerabil (cu o estimare de 99,95%), este mai prietenos cu mediul și are securitate sporită.

Notă

Dacă unul dintre cele mai populare blockchain-uri trece de la POW la POS, este timpul să privim ambele mecanisme de consens cu mai multă atenție și să înțelegem diferențele dintre ele.

Trebuie remarcat faptul că ambele mecanisme au o modalitate de coordonare a nodurilor pentru a conveni asupra validității tranzacțiilor și a modului în care funcționează rețeaua.

PROOF OF WORK

Cum funcționează

Proof of Work este un mecanism de consens în care puterea de calcul este utilizată pentru a verifica tranzacțiile criptomonedelor și pentru a securiza blockchain-ul. Acest model folosește mineri care fac procesul de mining - încercarea de a rezolva o ecuație criptografică privind blocul candidat.

Minerii sunt într-o concurență constantă unii cu alții pentru cine rezolvă primul problema. Deci, pentru fiecare „puzzle matematic”, există o mulțime de mineri care încearcă să-l rezolve în același timp. Și singura modalitate de a face asta este printr-o cantitate enormă de încercări și presupuneri până când se încheie procesul. Deci, un miner va testa diferite valori unice (numite și nonces) până când o găsește pe cea corectă.

Și știi ce se spune; câștigătorul ia totul! Cel care rezolvă problema anunță mai întâi vestea bună către întreaga rețea, pentru a-și verifica munca. După aceea, are autoritatea de a adăuga un nou bloc de tranzacții și de a obține o recompensă aferentă - adică remunerația în criptomonede pentru treaba făcută bine!

Din punct de vedere tehnic, procesul de minare este ca un hashing invers. Scopul este de a determina un număr mai mic decât hash-ul blocului, pentru a fi acceptat. Acesta este denumit și hash-ul target. Pe măsură ce targetul scade, problema devine din ce în ce mai dificilă și mai greu de rezolvat.

Utilizatorii detectează manipularea în practică prin hash-uri și șiruri lungi de numere. Calculele devin mai dificile atunci când se adaugă o capacitate mai mare de calcul la rețea. Prin urmare, costurile creării de blocuri noi cresc și ele. De aceea, minerii trebuie să îmbunătățească eficiența procesului lor de exploatare pentru a menține un echilibru economic pozitiv.

Avantajele mecanismului PoW

Rezistent la atacuri de tip 51%

Este unul dintre cele mai populare mecanisme de consens rezistent la atacurile Sybil. Ok, hai să traducem asta. Un mecanism de rezistență Sybil implică protecția unei rețele blockchain împotriva atacurilor Sybil, cum ar fi nodurile de spam sau atacurile de tip 51%.

Acest mecanism de consens și-a dovedit deja capacitatea mare de a menține o rețea descentralizată sigură și securizată pentru blockchain-urile PoW semnificative. De-a lungul timpului, a fost extrem de testată. Deci... avem un nivel ridicat de securitate dovedit pentru PoW.

Ar fi necesare costuri extraordinar de mari pentru a realiza un atac de tip 51% asupra unui blockchain PoW stabil. Din cauza consumului masiv de energie, ar fi mai scump atacul decât câștigurile. De aceea este (aproape) imposibil ca un actor rău să aibă un comportament rău intenționat în rețea. Cu toate acestea, pentru blockchainurile PoW mai mici, atacurile 51% sunt încă o provocare. 

Descentralizare

Un alt avantaj al unui blockchain PoW este descentralizarea. Minerii operează din locații diferite, răspândite pe tot globul. Cu toate acestea, se consideră că, din cauza sistemelor computerizate enorme și puternice, bazinele miniere ar putea deține controlul operațiunii, determinând centralizarea.

Soluția este ușor de verificat

Chiar dacă minerilor le ia ceva timp să rezolve ecuația, întrucât nu e un lucru ușor de făcut, situația se schimbă pentru comunitatea care verifică ulterior corectitudinea soluției, atunci când un miner o găsește. Încredere - ASIGURATĂ!

Dezavantajele mecanismului PoW

Consumul masiv de energie

Cu mult timp în urmă, când ecuațiile nu erau așa dificile ca în ziua de azi, mineritul nici nu implica utilizarea computerelor de mare putere. Ei bine... azi nu mai e cazul!

Proof of Work necesită acum utilizarea unei cantități semnificative de energie electrică. Există chiar și unele studii care afirmă că numai minerii de Bitcoin folosesc la fel de multă energie ca Elveția. Cu toate acestea, o parte este energie regenerabilă.

Când te gândești la asta, o mare parte din energie se irosește, pentru că un singur miner rezolvă ecuația, prin urmare toți ceilalți consumă energia fără niciun câștig.

Toate lucrurile astea contribuie la emisii, poluare și lasă o amprentă locală dăunătoare.

Consumul de timp

Mineritul necesită timp... la fel ca orice alt lucru calitativ în viață, nu-i așa? Dar atunci când ceva atât de important este în joc, procesul poate dura prea mult. Timpul consumat ar putea fi unul dintre cele mai mari dezavantaje ale unui blockchain de tip PoW. Ca să nu mai vorbim de viteza scăzută a tranzacțiilor.

Vulnerabil la atacurile fizice

Și nu vorba doar de asta. Dar mecanismul PoW folosește echipamente specializate care de cele mai multe ori sunt imense, cu hardware avansat. Imaginează-ți niște mașinării  enorme. Sunt imposibil de ascuns. Acest lucru poate fi un mare dezavantaj, deoarece Pow are rădăcini în lumea fizică, așa căpoate fi vulnerabil la atacuri fizice.

Managementul căldurii

După cum te-ai aștepta, aceste calculatoare gigantice funcționează continuu. Fără îndoială că fără un sistem de răcire eficient, întregul angrenaj s-ar strica în cel mai scurt timp.

Costuri și resurse ridicate

Echipament specific de calitate, verificat. Sistem de r[cire, verificat. Timp pierdut, verificat. Spațiu suficient, verificat. MULȚI bani investiti, verificat. Taxe scumpe în rețea, verificat. Toate argumentele astea într-unul, PoW necesită resurse considerabile.

Limitări de scalabilitate

Deoarece scalabilitatea este una dintre cele trei componente principale ale unei trileme blockchain (descentralizare, securitate și scalabilitate), este obligatoriu să o privim  atent. Acesta este un întreg subiect în sine, așa că îl vom analiza mai detaliat într-un alt articol. Dar este important de menționat că un blockchain PoW menține cu greu unele lucruri: dimensiunea mică a blocului (1MB) care nu poate susține un număr mare de tranzacții, timpul lent de tranzacție etc.

Rezultatul?

Chiar dacă blockchain-ul Bitcoin a fost unul dintre primele care a folosit acest mecanism de consens și îl folosește și astăzi, nu mai este sustenabil pe termen lung. Există destul de multe dezavantaje la un sistem Proof of Work, așa că multe alte blockchain-uri funcționează pe mecanisme alternative de consens mai eficiente, cum ar fi Proof of Stake.

PROOF OF STAKE

Cum funcționează

Proof of Stake (PoS) nu folosește puterea calculatorului pentru a rezolva ecuații matematice. În schimb, este necesar ca participanții rețelei să pună în miză asset-ul nativ al rețelei pentru a obține un consens distribuit. Totul virtual.

Ok, hai să o luăm pas cu pas. Proof of Stake este un mecanism de consens pentru un blockchain. Mulți îl văd ca o alternativă mai bună la PoW, deoarece este prietenos cu mediul și nu folosește puterea masivă de energie pe care o cere PoW.

Dacă în mecanismul PoW, aveam mineri care se ocupau de procesul de minerit, în PoS avem validatori, mintare și staking.

Pentru a autentifica tranzacțiile și pentru a obține un consens distribuit și, în cele din urmă, pentru a crea un nou bloc, participanții în rețea trebuie să pună o miză. Asta înseamnă că trebuie să-și blocheze monedele în ecosistem sub forma unei mize (stake), într-un contract inteligent. Este ca și cum le-ai pune în așteptare undeva. Pentru că își pun monedele în joc, fac rețeaua sigură.

Probabilitatea ca un validator să fie ales este determinată pe baza diferitelor combinații de selecție aleatorie. Dar procesul nu este în întregime aleatoriu. Există șanse mai mari ca un validator să fie ales dacă are o cantitate mai mare de monede puse la stake și pentru o perioadă mai lungă de timp (selecție bazată pe vârsta monedelor). Mai multe șanse, mai multă putere în crearea de noi blocuri. Și, desigur, recompense mai mari sub formă de taxe de rețea. Acest algoritm de selecție include și un proces aleatoriu, pentru a-l face corect pentru toți participanții din rețea.

Validatorii pariază pe cele mai bune blocuri pe care le consideră demne de a fi adăugate în blockchain. Când se adaugă un nou bloc, validatorii primesc o recompensă proporțională cu miza.

Dacă un validator aprobă o tranzacție frauduloasă, iar celelalte noduri nu aprobă blocul, validatorul pierde întreaga sumă mizată și este marcat ca validator „rău” de către algoritm. În funcție de cât de grav este comportamentul validatorului, i se poate aplica o pedeapsă parțială - numită slashing.

Hai să aprofundăm avantajele acestui mecanism de consens!

Avantajele mecanismului PoS

Proof of Stake a fost creat și conceput ca o alternativă la mecanismul de consens Proof of Work. Acesta își propune să rezolve principalele probleme ale PoW și să satisfacă trilema blockchain.

Eficiența energetică

Deoarece energia electrică semnificativă utilizată de mecanismul PoW este în centrul oricărei discuții și un factor principal de critică la adresa criptomonedelor, este bine de știut că PoS folosește mult mai PUȚINĂ energie.

PoS nu are nevoie de calculatoare atât de puternice pentru a funcționa 24 de ore din 24, 7 zile pe zi, prin urmare, există un consum mai mic de energie. Fără concurență între validatori, prin urmare o sarcină mai mică pe blockchain.

Descentralizare

La nivel de hardware, staking-ul este mai descentralizat decât mineritul în cazul PoW. De ce? Pentru că se poate folosi foarte ușor de pe un dispozitiv normal (cum ar fi laptopul personal sau telefonul) care nu necesită echipamente hardware puternice. Astfel, lumea de pe întregul glob poate securiza rețeaua și își poate pune la stake monedele mai ușor, făcând rețeaua descentralizată.

Securitate

Mai întâi, să vorbim despre validatori. Aceștia mențin nodurile care securizează rețeaua. Putem spune că acest lucru elimină posibilitatea ca aceștia să atace rețeaua. Dacă un validator încearcă să deterioreze rețeaua, este foarte ușor pentru ceilalți să vadă acest lucru și să nu dea „OK” la bloc. Lucrurile vor sta și mai rău pentru acest validator rău intenționat. Nu numai că pierde toată suma pusă la stake, dar i se poate chiar și interzice participarea la procesele ulterioare de validare de către ceilalți validatori.

În al doilea rând, este destul de nepractic, foarte scump și aproape imposibil ca rețeaua într-un sistem POS să fie atacată. Atacatorul nu ar trebui să aibă 51% din puterea de procesare ca în PoW, ci peste 50% din criptomoneda totală din acea rețea. Știi ce înseamnă asta? Că trebuie să cumpere peste jumătate din criptomonedele din rețea. Pur și simplu este prea scump. Asta dacă mai sunt suficiente monede de cumpărat. Și chiar dacă, să spunem, validatorul rău intenționat ajunge în acest punct, nu ar fi niciun beneficiu să cheltuiască toți banii pentru nimic. În PoS, atacatorul are toate șansele să fie el “atacat” de rețea.

Scalabilitate

Când spunem scalabilitate, ne referim la puterea de procesare, performanța blockchainului și eficiență. Astfel, proof of stake are tranzacții mai rapide și mai sigure, cu comisioane mai mici și consumă mai puțină energie. De asemenea, blocurile sunt aprobate mai repede decât în PoW.

Tranzacții mai rapide

Există o modalitate mai rapidă de validare a tranzacțiilor într-un blockchain PoS, care crește mult viteza tranzacțiilor.

Rezistent la cenzură

Deoarece blockchain-urile de tip PoS sunt complet digitale, nu au nevoie de spații enorme pentru depozitarea echipamentelor miniere. Astfel, nu poate avea nici un mediu de reglementare ostil.

Eficiența costurilor

Fără necesitatea unui hardware scump, sunt mai mulți bani “în buzunar”. Cine nu ar fi “pentru”? Suntem pe aceeași pagină aici, nu?

Amprente ecologice și de carbon

Nu în ultimul rând, Proof of Stake are mai puține efecte asupra mediului și amprente de carbon datorită consumului mai mic de energie.

Dezavantajele mecanismului PoS

Deși Proof of Stake se bucură de o mulțime de avantaje, ar putea avea și câteva dezavantaje. Totul depinde de rețea!

Validatori cu multe noduri

Dacă un validator deține o pondere semnificativă a nodurilor din rețea, are șanse mai mari să fie selectat mai frecvent pentru a verifica tranzacțiile, ceea ce duce la o influență exagerată și la recompense mai mari. În timp, acest lucru ar putea duce la centralizare.

Technologie nouă

Proof of Stake este ca un adolescent în comparație cu maturul Proof of Work. Este mai tânăr și are, fără îndoială, mai puține „experiențe de viață”. Deci nu și-a dovedit încă capacitatea deplină. Are încă defecte și este în proces de îmbunătățire.

Problema „de a nu fi pus nimic în joc”

Creatorii de blocuri, prin urmare validatorii, s-ar putea să nu aibă nimic de pus în joc, la miză, atunci când are loc o un fork în blockchain.

Limitări de accesibilitate

Acest lucru nu înseamnă că este un sistem complicat și greu de folosit de cineva. Înseamnă doar că trebuie să deții criptomonede native într-un blockchain. Poți face asta fie cumpărând cripto cu fiat, fie schimbând unele monede cu monedele necesare și compatibile. Chiar și așa, tot este mai ieftin decât să deții hardware specializat, nu?

CONCLUZII

Proof of Work și Proof of Stake sunt unele dintre cele mai semnificative mecanisme de consens utilizate de majoritatea blockchain-urilor. Fiecare are argumente pro și contra. Dar ținând cont de faptul că Proof of Stake este mai eficient, mai scalabil și cu un consum mai mic de energie, noi pariem pe el. A făcut-o și Ethereum. 🙂

Dacă vrei să faci cunoștință cu un alt blockchain Proof of Stake, ia în considerare MultiversX (fostul Elrond Network, poate îți sună încă mai cunoscut. De la anunțul făcut la X Day, îi spunem MultiversX). Acesta a funcționat pe un mecanism Secure Proof of Stake de la lansarea Mainnet (iulie 2020) și este un blockchain extrem de scalabil, rapid și sigur. Mai mult, are emisii negative de carbon și poate procesa peste 15.000 de tranzacții pe secundă (au ajuns chiar la 260.000 TPS în teste). Așa, ca o comparație, Ethereum poate efectua 20 TPS, iar Bitcoin 7 TPS. Ca să nu mai vorbim de faptul că MultiversX are o mulți validatoari (3200) care asigură securitatea blockchain-ului.

, poate îți sună încă mai cunoscut. De la anunțul făcut la X Day, îi spunem MultiversX). Acesta a funcționat pe un mecanism Secure Proof of Stake de la lansarea Mainnet (iulie 2020) și este un blockchain extrem de scalabil, rapid și sigur. Mai mult, are emisii negative de carbon și poate procesa peste 15.000 de tranzacții pe secundă (au ajuns chiar la 260.000 TPS în teste). Așa, ca o comparație, Ethereum poate efectua 20 TPS, iar Bitcoin 7 TPS. Ca să nu mai vorbim de faptul că MultiversX are o mulți validatoari (3200) care asigură securitatea blockchain-ului.

KEY TAKEAWAYS

► Fiecare blockchain funcționează într-un mecanism de consens.

► Proof of Work și Proof of Stake sunt cele mai populare mecanisme de consens.

► PoW implică rezolvarea unor probleme matematice complexe pentru a valida tranzacțiile. Procesul se numește minerit.

► În PoW, minerii concurează unul împotriva celuilalt și doar unul dintre ei câștigă și primește recompensa.

► PoW a fost testat de-a lungul istoriei criptomonedelor și a dovedit că este sigur.

► PoW are câteva dezavantaje semnificative, cel mai mare fiind consumul masiv de energie.

► Proof of Stake (PoS) a fost creat ca un mecanism de consens alternativ la Proof of Work.

► Pe lângă partea de hardware necesară, PoS este pur digital și funcționează la nivel global, într-o abordare descentralizată și ecologică.

► În PoS, avem validatori, mintare și staking.

► PoS folosește validatori care procesează tranzacțiile și securizează rețeaua.

► PoS nu are nevoie de computere puternice și poate rula de pe un dispozitiv obișnuit peste tot în lume.

CÂTEVA LUCRURI INTERESANTE 

► 6,25 bitcoini. Atât primește un miner în acest moment pentru mineritul unui bloc (în blockchainul Bitcoin) până în 2024, când începe următoarea perioadă de halving. După aceea, recompensa de bloc va scădea la 3,125 BTC pe bloc.

► Minerii creează un nou bloc bitcoin la fiecare ~10 minute.

► Mecanismul Proof of Work a fost creat pentru a combate e-mailurile spam și alte abuzuri de servicii.

► Creat în 1993, „Proof of Work” și-a primit numele oficial în 1997, dar a devenit popular de abia cu faimosul whitepaper A Peer-to-Peer Electronic Cash System de Satoshi Nakamoto.

► În vremuri de bull market, blockchain-urile PoW ating de obicei emisii impresionante de gaz, ceea ce face ca tranzacțiile să fie mai scumpe.

► Cel mai cunoscut atac Sybil pentru toate blockchain-urile este „atacul 51%.

► Apropo de „Sybil”, cuvântul provine de la pseudonimul unei femei care a primit tratament pentru tulburarea de identitate disociativă.

► În blockchain-ul MultiversX (Elrond), un validator este ales aleatoriu pentru a crea un nou bloc la fiecare 6 secunde.

► Când toți participanții din rețea sunt de acord asupra unei tranzacții, aceștia sunt Byzantine Fault Tolerant (BFT). Conceptul de BFT provine de la Problema generalului bizantin, o problemă de teoria jocurilor care descrie provocarea de a obține un consens între părți descentralizate, fără a se baza pe o entitate centrală și de încredere. Este necesar un atac coordonat pentru a obține victoria. Dacă nu există un atac coordonat și părțile atacă în momente diferite, pierd.

► Criptomonede de tip PoW: Bitcoin (BTC), Litecoin (LTC), Dogecoin (DOGE)

► Criptomonede de tip PoS: Ethereum (ETH 2.0), Elrond (EGLD), Cardano (ADA), Algorand (ALGO), Polkadot (DOT), Solana (SOL)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

sixteen + 12 =