Алгоритм PoS (Proof of Stake): особенности работы, разновидности монет, майнинг - всё о криптовалютах | Clickchain.ru - журнал о криптовалютах, блокчейн, современных технологиях
ПО ПОРЯДКУ
01:37

Алгоритм PoS (Proof of Stake): особенности работы, разновидности монет, майнинг

Proof of Stake
Proof of Stake

Функционирование любой криптовалюты строится на последовательной передачи цепочек блоков, состоящих из отдельных транзакций. Перевод цифровых монет от одного пользователя к другому должен отражаться в общей цепи данных, при этом все участники сообщества должны подтвердить истинность списка транзакций. Технически, процесс построения блокчейн похож на сборку конструктора — каждая транзакция подтверждается отправителем и получателем, поэтому всё сообщество согласно с каждым элементом итогового массива информации. 

Процесс подтверждения транзакций всеми участниками проводится с помощью алгоритмов консенсуса — методик, устанавливающих истинность каждой операции. Наиболее востребованы на современном рынке два вида таких алгоритмов: Proof of Work (или доказательство проведённых вычислений) и Proof of Stake (или доказательство права владения). Каждый метод призван защищать систему от несанкционированного доступа, позднейшего изменения списка транзакций и хакерских атак. 

Тип алгоритма консенсуса, используемый для майнинга, — ключевое свойство криптовалютного актива, которое отражает величину вложений в оборудование, среднюю скорость обработки одного блока, продуктивность и прибыльность всего процесса. Например, алгоритм Proof of Work предполагает большие вложения в оборудование, поэтому майнинг становится невыгодным, а лидирующие позиции занимает Proof of Stake, или PoS. 

Основные особенности алгоритма PoS

Сущность алгоритма майнинга Proof of Stake состоит в том, чтобы проверить истинность транзакции пользователя, учитывая итоговую долю монет (или токенов), хранящуюся на его личном кошельке. Технически, наиболее выгодным майнинг будет для пользователя, владеющего наибольшим количеством монет. 

Использование алгоритма PoS предполагает, что весь объём токенов будет выпущен на рынок до начала работы проекта. Такой подход исключает коммерческий майнинг, поэтому платформы на Proof of Stake используют блокчейн для решения отдельных задач рынка. Например, большинство финансово-технических проектов, платёжных систем внедряет Proof of Stake, и участники пользуются токенами для оплаты комиссий, услуг разработчиков, регистрации аккаунта. Криптовалюты, созданные на PoS, могут успешно размещаться на биржах и приносить доход инвесторам. Такой алгоритм применяет большинство современных блокчейн-проектов, предлагающих собственные токены.

Задача алгоритма Proof of Stake — хешировать данные о транзакциях пользователей для подтверждения истинности операции, а затем обновлять цепочку. С точки зрения пользователя, хеширование представляет собой решение большого объёма сложных математических задач, которое проводится за установленный промежуток времени при максимальной нагрузке ПК. 

Общее количество решаемых задач и продолжительность обработки каждой из них составляют показатель сложности — основную характеристику эффективности майнинга для пользователя. Совокупность производительности оборудования (например, ASIC-плат) и среднего уровня сложности отражают общую рентабельность добычи монеты. Уровень сложности майнинга определяется для каждого узла индивидуально, перед началом работы пользователи измеряют его на специальных калькуляторах. 

Средняя сложность майнинга монет на алгоритме PoS обратно пропорциональна количеству монет, которыми владеют пользователи данного пула (или узла). Например, майнинговый пул создан с участием разработчиков проекта, которые владеют 55% общего объёма монет. Показатель сложности будет минимальным, поэтому можно прогнозировать, какой пользователь создаст новую последовательность транзакций (блок) для записи в цепочку. 

В отличие от традиционного майнинга на Proof of Work, добыча криптомонет на алгоритме Proof of Stake не предполагает загрузки мощностей ПК, поэтому участников пула называют форджерами. Вознаграждение таких пользователей ограничивается суммой комиссии за проведение операций, размер дохода определяется показателем «возраст монеты» — результат умножения общего числа монет на длительность их хранения одним пользователем. Например, форджер хранит 350 монет ICON в течение 90 дней, «возраст монеты» равен 31 500. 

Внедрение Proof of Stake на рынок объяснялось необходимостью увеличить энергетическую эффективность добычи криптовалют. Предыдущий алгоритм PoW (или Proof of Work) требовал от пользователей огромных вложений в оборудование, а также повышал расходы на электроэнергию. Вычисления, проводимые при использовании PoS, требуют значительно меньших затрат электричества, майнинговые фермы становятся компактными и доступными по цене. 

Форджеры, работающие на алгоритме PoS, обязаны иметь на личном счету большое количество выбранных для майнинга монет. Такая логика защищает криптовалюты от «случайных людей» — инвесторов и майнеров, хаотично переключающих вычислительные мощности между проектами. В долгосрочной перспективе пользователи, владеющие большими суммами монет, заинтересованы в благополучном развитии проекта, готовы поддерживать монеты на бирже, обеспечивать продвижение в социальных сетях.

Конкурентное преимущество алгоритма Proof of Stake состоит в гарантированной защите от «атаки 51%» — для достижения лидирующего положения хакеру требуется выкупить большую часть представленных монет. Такое мероприятие не имеет смысла, ведь весь объём криптовалюты доступен на рынке.

Внедрение алгоритма PoS приводит к нарастанию централизации в криптовалютном сообществе: владельцы наибольшего объёма активов (монет) проводят транзакции с наибольшей выгодой, могут влиять на биржевой курс криптовалюты. Форджеры-новички при этом вынуждены покупать монеты по завышенным ценам, получать небольшие вознаграждения ввиду малого объёма активов, находящихся в собственности.

История появления и развития алгоритма PoS

Первое упоминание алгоритма Proof of Stake относится к 2011 году, когда разработчики Санни Кинг и Скотт Надаль  начали работу над решением проблемы избыточного энергопотребления, возникшей благодаря активной добыче биткоина. Обсуждение проблемы проводилось на форуме Bitcointalk, посвящённом выходу новых криптовалютных проектов, динамике курсов валют и сопутствующим вопросам. В этот период работа блокчейна BTC каждый день обходилась мировому сообществу в 15 тысяч долларов. 

Высокие затраты были связаны с применением алгоритма Proof of Work, который состоял в проведении длительных и энергозатратных вычислений, которые добавляли новый блок к существующей цепочке. Рост популярности биткоина и появление новых майнеров повышали нагрузку на пулы, показатель сложности постоянно возрастал, пользователям требовалось вкладывать всё большие суммы денег в покупку производительного оборудования. Между тем, вычисления, производимые в ходе PoW, не имеют практического применения, поэтому расходы на электроэнергию были ничем не оправданы.

Первоначальная идея разработчиков состояла в максимальном снижении уровня потребляемой электроэнергии за счёт исключения большого объёма вычислений из алгоритма. Доказательство истинности новой транзакции базируется на общем количестве монет, находящихся в собственности пользователя. Чем больший объём актива хранится на криптовалютном кошельке — тем меньше уровень сложности для подтверждения нового блока, выше доходность.

Майнинг на алгоритме Proof of Stake позволяет с высокой вероятностью предсказать следующего пользователя, который получит вознаграждение и верно «разгадает» блок. Самые высокие шансы на подтверждение следующего блока имеют владельцы наибольшего количества монет, а также собственники «неподвижных» активов — объёмов криптовалюты, постоянно находящихся на кошельках в течение последних тридцати дней. 

Детерминированный алгоритм получил название стекинг и вышел на рынок летом 2012 года, был реализован в программном коде криптовалюты Peercoin. Высокая энергоэффективность алгоритма привлекла внимание сообщества, и вскоре на PoS начали выпускать монеты NXT, BlackCoin и ShadowCoin. Сегодняшний рынок криптовалютных активов представлен комбинацией алгоритмов PoW и PoS, дополненных различными методами шифрования персональных данных пользователей. 

Логика алгоритма первоначально защищала систему от главенства наиболее состоятельных собственников монет — чем больше криптовалюты хранится на счету, тем вероятней получить вознаграждение за следующий блок. Монеты при этом «замораживаются» до завершения операции форджер не может их использовать. По мере развития Proof of Stake участники, владеющие 3% итогового количества монет, создавали до 4% новых блоков, в зависимости от количества пользователей в одном пуле.

Многие современные криптовалюты (например, Reddcoin, Emercoin, NovaCoin) сочетают алгоритмы PoW и PoS на различных этапах формирования новых блоков. Proof of Stake более эффективно работает в момент подтверждения транзакций, так как проводит операции быстрее, подтверждает истинность на основе данных об итоговом балансе валюты. Proof of Work подходит для первоначального распределения нагрузки между майнерами, так как автоматически рассчитывает производительность каждой платы. 

На криптовалютном рынке используются различные модификации алгоритма Proof of Stake: Proof of Space (доказательство на основе количества дискового пространства), Proof of Storage (доказательство факта хранения полного объёма блоков). Эти варианты построены на комбинации нескольких алгоритмов, чаще используются в малоизвестных и новых криптовалютах, поэтому менее популярны, чем лидирующие PoS и PoW.

Как работает алгоритм майнинга PoS

Основа работы Proof of Stake — ограничение максимального числа проверок, необходимых для установления истинности следующего блока в цепочке. Показатель ограничения — количество монет, которые постоянно (от 30 до 90 дней) хранятся на криптовалютном кошельке участника пула. Например, вычислительные мощности форджера позволяют провести тысячу проверок в секунду и «выиграть» десять монет. Однако, имея всего пять монет на счету, пользователь может проверить не более пяти операций и получить 0.2 монеты в качестве комиссионных. 

Принцип Proof of Stake похож на Proof of Work: отдельные узлы (или ноды) хешируют входящий поток данных (транзакций пользователей), стремясь получить результат, меньший заранее установленного значения. Главное преимущество PoS для майнеров — отсутствие централизованных пулов для добычи монет, благодаря этому рынок становится более однородным. С точки зрения создателей криптовалютных проектов, выпуск всего предполагаемого объёма монет на рынок повышает привлекательность актива для инвесторов. Монеты можно распределять между инвесторами в качестве награды, проводить ICO проекта и привлекать нужный объём средств.

Уровень ограничения рассчитывается для каждой криптовалюты отдельно, зависит от числа «старейших» пользователей с наибольшим объёмом монет на счету. Такая архитектура алгоритма позволяет майнерам получать доход без каких-либо вложений, достаточно приобрести нужно количество монет. Отсутствие реальной стоимости криптомонет, созданных по алгоритму Proof of Stake, провоцирует неконтролируемые скачки курса актива. Максимально возможный объём монет выпущен заранее, поэтому в основном криптовалюты PoS используются для торговли на биржах, обеспечивают функционирование отдельных платформ. 

Процесс прогнозирования следующего пользователя, который получит подтверждение блоков, построен на трёх методах. 

Первый — запрос текущего баланса на электронном кошельке пользователя. Такой метод применяется на рынке чаще, требует постоянного присутствия форджера онлайн — если ответ не получен в течение установленного времени, транзакция автоматически отсекается как недействительная.

Второй — усложнённая версия первого варианта — учёт «возраста монет», находящихся на личном счёте пользователя. Кандидатами на создание следующего блока становятся владельцы активов, хранящихся на кошельках более месяца. Такой метод обеспечивает ротацию пользователей, мотивирует их участвовать в майнинге. После подтверждения истинности транзакции «возраст» монет обнуляется, и участник пула переходит «в конец очереди», чтобы дать возможность остальным получить доход.

Третий — рандомизация, или случайный выбор пользователя из списка владельцев наибольшего количества монет. В некоторых криптовалютах (например, Nxt и BlackCoin) применяется формула, вычисляющая наименьшее значение хеша среди участников. Этот подход позволяет прогнозировать следующего участника, который получит вознаграждение за подписание цепочки блоков.

Добыча криптовалюты, работающей на алгоритме PoS, не требует покупки специального оборудования. Пользователю достаточно выполнить пять простых шагов.

Первый — выбор валюты для начала работы. Поскольку алгоритм майнинга не предполагает «физической» добычи монет, пользователь может ориентироваться на курс валюты, репутацию проекта или отзывы на тематических форумах. Есть возможность добывать одновременно несколько видов криптомонет, оперативно переключаться между ними.

Второй — регистрация кошельков, совместимых с добываемым видом монет. Оптимальный вариант — комбинация нескольких типов криптовалютных кошельков, основной объём средств рекомендуется хранить на холодном (или аппаратном) счёте. Публичный и приватный ключи следует держать в зашифрованном виде, а также регулярно менять аккаунты. Современный рынок предлагает массу вариантов мультивалютных кошельков — такой вариант наиболее удобен, но отличается низким уровнем защиты данных пользователя.

Третий — активация установленных криптовалютных кошельков и покупка желаемого количества монет. Стратегии заработка на криптовалюте различаются по уровню риска и средней доходности вложений. Оптимальный вариант для начинающих инвесторов — вложить основной объём средств в известные монеты с низкой доходностью, а свободные средства потратить на новые проекты, неизвестные на рынке.

Четвёртый — установка программных клиентов и ожидание новых блоков (традиционно занимает около суток). Процесс регистрации аккаунта для работы с кошельком может занять время, процедура подключения нового пользователя к ноду также продолжительна. Рекомендуется установить программное обеспечение на «запасной» компьютер, который может оставаться подключённым к сети круглые сутки.

Пятый — своевременный вывод полученного дохода. Форджеры получают доход в виде комиссии за проведение транзакций, начисления проводятся в исходной криптовалюте. Если проект имеет хорошую репутацию и курс актива растёт, монеты можно хранить в качестве долгосрочного инструмента инвестирования. Если инвестор вкладывается в новый тип монет или высокорисковые активы, полученный доход лучше конвертировать в другую валюту и выводить со счёта кошелька. 

Преимущества и недостатки алгоритма Proof of Stake

Главная особенность Proof of Stake была заложена создателями ещё на этапе внедрения алгоритма — отсутствие высоких требований к оборудованию для добычи монет. Такая логика создаёт основные преимущества алгоритма PoS.

Низкие затраты на электроэнергию. Добыча монет на алгоритме PoS не требует установки дополнительного оборудования (ASIC-плат, систем охлаждения, автономной подачи электроэнергии). Технически, форджеру достаточно установить несколько программ на мощный ноутбук или современный стационарный ПК, подключить его к электросети и интернету, чтобы получать стабильный доход. На практике многие монеты сочетают алгоритмы PoS и PoW, уровень сложности растёт, а курс валют непредсказуем, поэтому требуются вложения в покупку монет и совершенствование системы. В сравнении с «классическим» майнингом на PoW , уровень затрат для работы с PoS минимален.

Защита от инфляции криптовалюты. Общий объём монет выпущен на рынок в момент запуска проекта, текущие затраты на майнинг минимальны — отсутствует необходимость «допечатывать» криптовалюту, чтобы мотивировать участников сообщества. Стоимость монет зависит от динамики биржи, репутации самого проекта и спроса на актив, стабильно растущего ввиду особенностей алгоритма.

Снижение объёма «пустых киловатт», как следствие низких затрат на электроэнергию. В масштабах мировой экономики это стабилизирует цены на энергоносители, снижает негативный эффект перерасхода на добычу BTC или ETH.

Высокая вовлечённость форджеров в процесс добычи монет. Майнинг на PoS предполагает покупку большого количества криптомонет, поэтому каждый пользователь заинтересован в развитии проекта, увеличении курса валюты. В момент запуска новой монеты, работающей на PoS, именно члены сообщества поддерживают проект, помогают проводить рекламные кампании в социальных сетях. Теоретически, майнер может легко переключиться между различными видами монет, если проект станет убыточным. На практике регистрация новых видов кошельков и настройка программных клиентов занимает время, конвертация валют приносит дополнительные расходы, поэтому целесообразно остановиться на выбранном типе криптоактива.

Положительные перспективы алгоритма PoS. Независимо от текущего объёма выпуска, любая криптовалюта (в том числе популярные монеты) однажды будет добыта в полном объёме. Выпуск всё более мощного и эффективного оборудования приближает момент, в который все известные криптовалюты станут «недобываемыми» и вынуждены будут переключиться на алгоритм, построенный по принципу Proof of Stake. 

Современный рынок предлагает массу криптомонет, работающих на комбинации из двух и больше алгоритмов хеширования, однако монеты на «чистом» Proof of Stake встречаются реже. Это обусловлено рядом недостатков PoS.

Несправедливое распределение монет. Размер вознаграждения за подписание следующего блока в цепочке определяет собственник наибольшего количества криптовалютного актива. Такая логика увеличивает централизацию — наибольшую выгоду получают владельцы крупных счетов, поэтому в перспективе проект может быть монополизирован. Выпуск всех монет проводится до выхода проекта, поэтому токены распределяются между разработчиками, «ранними инвесторами» и советниками платформы. Например, такая ситуация наблюдается на проекте NEO — большая часть существующих токенов контролируется основателями, они получают дополнительную власть и определяют перспективы развития проекта.

Угроза «атаки 51%». Алгоритм майнинга PoW был уязвим перед владельцами наиболее мощного оборудования, в случае PoS контроль над системой получают собственники основного объёма выпущенных монет. Теоретически, такая угроза более вероятна, ведь монеты можно купить за бесценок, а оборудование для майнинга требует вложений.

Угроза параллельных транзакций. Подтверждение каждой транзакции проводят заранее выбранные узлы, но теоретически может существовать два пользователя с равными параметрами (количество монет и срок их хранения на счёте). Два одновременно подписанных ими блока могут признаться истинными, если операция проводится одновременно (с точностью до секунды).

Первоначальная архитектура алгоритма Proof of Stake была реализована при выпуске монеты PeerCoin, после чего на рынке появилось множество модификаций данного способа хеширования блоков. Создатели каждого вида монет стремились сохранить безопасность личных данных (характерную для PoW) и повысить энергоэффективность (с помощью PoS), в каждом проекте эта задача решалась новым способом.

Несмотря на отдельные недостатки, Proof of Stake станет основной альтернативой, когда весь объём цифровых монет будет намайнен и выпущен на рынок. Интеграция блокчейн и финансовых платформ приводит к необходимости оперативно обрабатывать большие объёмы данных, а также безопасно хранить личную информацию. Алгоритм PoS предполагает участие в цепочке только зарегистрированных пользователей, владеющих большим объёмом активов, что дополнительно защищает систему.

Популярные криптомонеты, работающие на алгоритме Proof of Stake

На текущий момент алгоритм майнинга Proof of Stake применяют разработчики около 60 видов криптомонет, среди которых выделяются наиболее известные.

PeerCoin — первая криптовалюта, работающая на алгоритме PoS, представлена на биржах с 2013 года. Позже автор проекта Санни Кинг совместил алгоритмы PoS и PoW, чтобы решить пять технологических недостатков доказательства владения. Первоначальное распределение (или дистрибьюция) всего объёма выпущенных токенов проводилась на основе PoW — майнерам нужно было вкладываться в оборудование. Защита от монополизации проводится с помощью показателя «возраста монет», кроме этого введены checkpoints  — случайные проверки цепочки на присутствие параллельных транзакций. 

BlackCoin — разновидность монет, работающая полностью на алгоритме PoS и выпущенная на рынок в 2014 году. Создатель проекта Павел Васин внедрил алгоритм майнинга PoS 2, который исключил возможность предварительного выпуска монет. Вместо этого был введён период справедливого распределения объёма выпущенных токенов между пользователями. Защиту от параллельных транзакций реализовали с помощью checkpoints, который устранили в следующей версии алгоритма — PoS 3.

Ethereum — популярная криптовалюта, создатели которой планируют использовать модификацию протокола PoS в надежде снизить огромные затраты электроэнергии на майнинг новых монет. Ажиотаж вокруг ETH связан с популярностью блокчейн-платформы среди создателей новых ICO. Смарт-контракты, автоматически обрабатывающие потоки данных, а также высокая скорость транзакций увеличивают число добытых монет, поэтому переход на «недобываемый» алгоритм произойдёт в ближайшем будущем. PoS-алгоритм для Ethereum — Byzantine Fault (BTF), или византийский протокол консенсуса. Инструмент выбирает случайных пользователей , получивших комиссию за транзакции, для подтверждения истинности каждой новой операции.

NXT — криптовалюта, работающая на «классическом» алгоритме Proof of Stake. Выпущенный миллиард токенов был изначально распределён между всеми пользователями, защиту от параллельных транзакций обеспечивает механизм обновления только последних 720 блоков цепочки. Закрытие и открытие транзакций NXT проводится на основе данных профилей пользователей, в отличие от традиционных скриптов. Такой подход дополнительно защищает участников от несанкционированного доступа, но ставит под угрозу безопасность личных данных.

BitShares — проект, использующий модификацию алгоритма — DPoS (Delegated Proof of Stake), или метод подтверждения выбранных свидетелей. Участник сообщества выбирает список нодов, которые будут подтверждать истинность следующих блоков. Право выбора и вес голоса каждого пользователя пропорциональны количеству монет на его счету. Новые записи выпускают победители голосования, аналогичным способом назначаются управляющие параметрами сети.

Перспективы развития алгоритма Proof of Stake

Внедрённый в 2012 году как альтернатива ресурсоёмкому и затратному для пользователей PoW, на современном этапе алгоритм доказательства владения редко используется в первоначальном варианте. Основная причина — угроза монополизации системы. Ввиду этой особенности наиболее востребованы гибридные алгоритмы, сочетающие достоинства PoW и PoS майнинга. Текущее положение криптовалютного рынка позволяет алгоритму PoS развиваться в нескольких направлениях. 

Унификация алгоритма. Популярные криптовалюты активно добываются, поэтому в ближайшее время весь объём токенов будет представлен на рынке, а их создателям потребуется новый протокол для поддержания работоспособности платформ. Proof of Stake должен быть адаптирован к различным проектам, подобно блокчейн-платформе на базе Ethereum. 

Создание усложнённых гибридных алгоритмов. Разработчики новых монет и криптовалютных платформ модифицируют базовые алгоритмы. На рынке уже представлен DPoS и отдельные программные элементы, снижающие риск централизации платформы.

Стандартизация существующих проектов под требования PoS. Подобно токенам ERC-20, алгоритм Proof of Stake может стать новым стандартом криптовалютного мира. Рентабельность традиционного майнинга постоянно снижается, разработчики проектов делают акцент на функционале токенов, курс валют отходит на задний план.

Внедрение принципиально новых алгоритмов майнинга. Быстрое развитие рынка криптовалютных активов и адаптация блокчейн к потребностям реальной экономики трансформируют функционал монет. Например, BTC, созданный как анонимное платёжное средство, стал инструментом инвестирования, а ETH превратился в популярный метод обработки финансовых операций. Возможно, потребности рынка изменят роль криптовалют, и вместо популярного PoS появится более энергоэффективный алгоритм.

Наиболее вероятная перспектива в краткосрочном периоде — внедрение множества модификаций PoS, которые позволят традиционным монетам продолжать работу в «недобываемом» режиме. Попытки адаптировать ETH, традиционно использующий PoW, к особенностям Proof of Stake — хороший знак для разработчиков алгоритма.

Итоги

Алгоритм майнинга Proof of Stake используется для проверки транзакций в «недобываемых» криптовалютах, полный объём которых был выпущен на рынок ещё перед началом работы проекта. Объём заработка зависит от количества монет, постоянно хранящихся на счету пользователя, для получения дохода не требуется специального оборудования. 

PoS-майнинг активно внедряется на криптовалютный рынок, в ближайшем будущем основной объём всех монет будет добыт, и протокол Proof of Work станет неактуальным. В целях защиты личных данных пользователей и ускорения обработки транзакций создатели криптомонет внедряют различные дополнения к существующему алгоритму. 

Proof of Stake в различных вариантах используется в нескольких десятках криптомонет, среди которых PeerCoin, BlackCoin, методика голосования внедрена в алгоритм RPCA (для криптовалюты Ripple).

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Подпишитесь на наш Telegram-канал

Получать последние обновления сайта

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: