Децентрализованные сети блокчейна функционируют без центрального управляющего органа. Для достижения согласия между участниками о правильности транзакций и порядке блоков необходимы четкие механизмы. Эти механизмы называются консенсусными алгоритмами.

Существует 2 фундаментально разных подхода к достижению консенсуса:

  • Proof-of-Work – PoW, доказательство выполненной работы.
  • Proof-of-Stake – PoS, доказательство доли владения.

PoW стал основой Биткоина. PoS является выбором Эфириума и многих современных блокчейнов.

Понимать разницу между PoW и PoS важно для оценки безопасности, эффективности и экономики различных криптовалют. Расскажем про принципы работы, преимущества и компромиссы каждого алгоритма.

Proof-of-Work (PoW) – доказательство работы

Базовый принцип PoW прост: право добавлять блок в блокчейн требует доказательства затраты значительных вычислительных ресурсов. Ценность этого права обеспечена стоимостью затраченной энергии.

Как работает PoW:

  1. Решение головоломки. Майнеры соревнуются в решении сложной криптографической задачи – подборе хеша. Для этого их оборудование производит триллионы вычислений в секунду.
  2. Нахождение решения. Майнер, первым нашедший правильный хеш, соответствующий условиям сети, получает право сформировать новый блок.
  3. Подтверждение и награда. Остальные участники сети легко проверяют правильность найденного решения. Создатель блока получает вознаграждение – новые монеты (эмиссия) и комиссии за транзакции в блоке.
  4. Авторегулировка сложности. Сложность задачи автоматически пересчитывается сетью через определенные промежутки времени, чтобы поддерживать стабильное среднее время создания блока, например, порядка 10 минут в Биткоине, независимо от общей вычислительной мощности сети.

Основные характеристики PoW:

  • Высокое энергопотребление. Основной ресурс – электричество и вычислительная мощность специализированного оборудования. Это главный предмет критики PoW.
  • Безопасность через затраты. Для успешной атаки на сеть, например, двойной траты через >51% атаку, злоумышленнику необходимо контролировать более 50% всей вычислительной мощности сети. Достичь этого крайне дорого и экономически невыгодно для крупных сетей.
  • Децентрализация. Теоретически, любой может стать майнером, купив оборудование. Однако на практике майнинг часто концентрируется в крупных пулах из-за высокой конкуренции и стоимости оборудования.

Примеры: Bitcoin (BTC), Litecoin (LTC), Bitcoin Cash (BCH), Dogecoin (DOGE). Биткоин остается самым известным и защищенным применением PoW.

Главный компромисс PoW – алгоритм обеспечивает высокую безопасность и проверенную временем устойчивость, но ценой огромных затрат электроэнергии.

Аренда энергии

Proof-of-Stake (PoS) – доказательство доли владения

Базовый принцип PoS – право создавать блоки и поддерживать сеть определяется долей владения участника в криптовалюте этой сети. Чем больше монет участник стейкает, тем выше его шансы и ответственность.

Как работает PoS:

  • Стейкинг – постановка монет. Участники – валидаторы, блокируют определенное количество собственных монет сети в специальном смарт-контракте в качестве залога. Это их доля владения.
  • Выбор создателя блока. Алгоритм сети, часто псевдослучайный, выбирает валидатора для предложения следующего блока. Вероятность выбора обычно зависит от размера стейка. Иногда учитывается время нахождения монет в стейке или репутация.
  • Создание и проверка блока. Выбранный валидатор формирует блок транзакций. Другие валидаторы проверяют его корректность.
  • Вознаграждение и слэшинг. За создание или подтверждение валидных блоков валидаторы получают награду, часто пропорциональную их стейку. За злонамеренные действия, например, попытка подписать неверный блок, часть их стейка уничтожается (слэшинг) — это главный механизм экономической безопасности.

Характеристики PoS:

  • Низкое энергопотребление. Основной ресурс — заблокированный капитал (монеты), а не вычисления. Энергозатраты на порядки ниже, чем у PoW.
  • Безопасность через экономические стимулы. Для атаки злоумышленник должен контролировать более 50% всего стейка – монет, участвующих в валидации. Это крайне дорого и экономически саморазрушительно: стоимость атаки превысит потенциальную выгоду, а слэшинг уничтожит стейк атакующего.
  • Более низкий входной барьер, но другой. Не нужно дорогое оборудование. Требуется значительный капитал в монетах сети для стейкинга или возможность делегировать монеты в пул.
  • Риски централизации. Существует тенденция – крупные держатели монет получают больше наград за стейкинг, потенциально увеличивая свою долю влияния.

Примеры: Ethereum (ETH после перехода на PoS в 2022), Cardano (ADA), Solana (SOL), Polkadot (DOT), Tezos (XTZ).

Главный компромисс PoS – алгоритм обеспечивает высокую энергоэффективность и масштабируемость, но его долгосрочная децентрализация и устойчивость к концентрации капитала требуют тщательного проектирования и управления.

Главные отличия PoW и PoS

Сравненим Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS) по основным параметрам:

ПараметрProof-of-Work (PoW)Proof-of-Stake (PoS)
Основной ресурсЭлектричество, вычислительная мощностьЗаблокированный капитал 
УчастникиМайнерыВалидаторы
ЭнергопотреблениеОчень высокоеНа порядки ниже
Механизм безопасностиЗатраты на вычисления, >51% хешрейта дорогоЭкономические стимулы/наказания, >51% стейка дорого + риск слэшинга
Входной барьерВысокая стоимость оборудованияТребуется значительный капитал в монетах или делегирование
НаградаНовые монеты + комиссииКомиссии + эмиссия, часто пропорционально стейку валидатору
Риск централизацииКонцентрация в крупных майнинг-пулахКонцентрация у крупных держателей монет
Скорость и масштабируемостьНиже – длительное время блока, например, 10 мин в BTCВыше – меньшее время блока, например, 12 сек в ETH
Финальность транзакцийВероятностная – требует множества подтвержденийБолее быстрая – экономическая финальность
Экологический аспектЗначительное воздействиеМинимальное воздействие
Атака 51%Требует контроля >51% вычислительной мощностиТребует контроля >51% стейкующего капитала
Ключевой механизм наказанияПотеря затрат на недобытый блокСлэшинг – конфискация части стейка
ПримерыBitcoin (BTC), Litecoin (LTC)Ethereum (ETH), Cardano (ADA), Solana (SOL)

Основное различие между PoW и PoS – в типе ресурса, обеспечивающего безопасность сети, и вытекающих из этого компромиссах. PoW полагается на внешние затраты, а PoS – на внутренний капитал сети. Это отличие ведет к последствиям:

  • Природа ресурса. PoW требует внешних ресурсов, а PoS использует внутренний ресурс сети.
  • Безопасность. PoW защищен физическими затратами на атаку. PoS защищен экономической невыгодностью атаки и прямым наказанием.
  • Экология и эффективность PoS радикально энергоэффективнее PoW.
  • Доступность участия в PoW барьер – капитал на оборудование. В PoS барьер – капитал на монеты.
  • Децентрализация. PoW угрожает концентрация мощности в пулах. PoS угрожает концентрация капитала у крупных держателей.
  • Скорость. PoS изначально позволяет более быструю обработку транзакций на базовом уровне (L1).

Выбор между PoW и PoS – это выбор между проверенной временем безопасностью через затраты энергии (PoW) и энергоэффективностью и экономической безопасностью через стейкинг (PoS). Каждый алгоритм решает проблему консенсуса, но с разными компромиссами.

Итог: что лучше PoW или PoS

Не существует абсолютно лучшего консенсусного алгоритма. Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS) предлагают разные пути к надежному согласию в блокчейне, каждый со своими неоспоримыми преимуществами и неизбежными компромиссами.

PoW доказал свою исключительную безопасность и устойчивость за более чем десятилетие работы. Его сила — в огромных внешних затратах, делающих атаку экономически нецелесообразной. Однако эти же затраты формируют главный недостаток — высокое энергопотребление.

PoS предлагает радикально более высокую энергоэффективность и потенциально лучшую базовую масштабируемость. Его безопасность основана на внутренних экономических стимулах. Основные вопросы связаны с долгосрочной децентрализацией и риском концентрации влияния у крупных держателей монет.

Выбор блокчейна часто сводится к тому, какие свойства для вас критически важны. Нужна максимально проверенная безопасность и вас не смущает вопрос энергозатрат? Изучайте PoW-сети. Приоритеты — энергоэффективность, скорость и вы верите в модель экономической безопасности? Тогда заслуживают внимания PoS-проекты.

Disclaimer: Информация, представленная в данной статье, предназначена исключительно для информационных и образовательных целей. Статья не является финансовой консультацией или советом любого рода. Сайт Change.PRO не несет ответственности за любые убытки, понесенные в результате использования контента, продуктов или услуг, упомянутых в статье. Читателям рекомендуется проявлять осторожность перед принятием каких-либо действий, связанных с компанией.

AML проверка