История и эволюция Proof of Stake (PoS)


История и эволюция Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake (PoS) был впервые представлен в газете Санни Кингом и Скоттом Надалем в 2012 году и предназначен для решения проблемы потребления энергии майнинга Биткоина. В то время это стоило в среднем $150 000 в день для поддержания Биткоин сети. Сегодня эта цифра колеблется на уровне примерно $6,7 млн. (если мы предположим, что стоимость $0,12/ватт и умножим на 56 209 833 кВт/ч электроэнергии, потребленной сетью Биткоина 13 октября 2017 года).

Вместо того, чтобы полагаться на энергозависимую работу майнеров, для добавления новых блоков, Санни и Скотт предложили альтернативный метод, называемый «staking», где детерминированный алгоритм выбирал бы узлы, основанные на количестве монет, которые имеются на кошелке у людей. Другими словами, у «стейкеров» больше шансов быть выбранными, чтобы добавить блок в цепочку и получить вознаграждение, если они «поставили» больше монет в свой кошелек. Они надеялись, что это позволит избежать растущих затрат на энергию и затруднит майнинг. Однако их новый консенсусный механизм не лишен собственных проблем.

Четыре Вопроса PoS

Существует четыре основных проблемы при разработке системы «Proof of Stake»:

  • Распределение. Так как награды за блок отправляются на стейкеров, как вы распределяете монеты изначально?
  • Монополизация. Те, у кого значительное количество монет, получат большинство всех будущих монет.
  • Атака 51%. Точно так же, как Proof of Work (PoW) должно быть защищенным от 51% -ной атаки со стороны майнеров, так же и PoS должны опасаться стейкера, у которого 51%.
  • Nothing at Stake (NoS). PoS добавляет блок, когда узлу соответствует набор условий, который включает в себя вес стейка. Однако при форке монеты два узла выполнят эти условия одновременно. Затем форк разрешаются другими узлами, подписавшими одну из двух транзакций. Гипотетическая проблема NoS возникает тогда, когда 99% всех узлов подписывают обе цепи, потому что нет никакой стоимости (ничем не рискуют) для проверки этих транзакций. Поэтому 1% -ный стейкер может потенциально «удвоить расходы», заплатив монетами по одной цепочке, но затем по второй.

В свете этого эволюция PoS может быть понята каждой монетой, пытающейся решить эти проблемы по-своему. Теперь давайте посмотрим на Peercoin.

Пиркойны

Peercoin
Санни Кинг создал Peercoin (PPC) в 2013 году, чтобы стать первой криптовалютой реализующей PoS, сохраняя при этом Proof of Work (PoW). Он рассмотрел 4 вопроса о PoS следующими способами:

  • Распределение. Peercoin использует PoW уменьшающийся с распределением . PoW был силен для начальной фазы распределения PPC, но с тех пор уменьшился.
  • Монополизации. Был реализован возраст монет для предотвращения доминирования богатых стейкеров.
  • Атака 51%. Цепь PPC полностью защищена PoS, хотя это гибрид. Атаки маловероятны, потому что невероятно дорого выполнить атаку. Злоумышленник должен эффективно купить или подкупить 51% монет, чтобы выполнить это действие. Любая атака значительно обесценила бы монету и стоила злоумышленникам слишком дорого.
  • Nothing at stake. Разработчики PPC не считают, что это может случиться. Тем не менее, Санни сначала реализовал дополнительные «контрольно-пропускные пункты» на случае успешной атаки. Теперь, когда сеть PPC созрела, контрольно-пропускные пункты находятся в процессе постепенного прекращения деятельности.

Блэккоин

Blackcoin
Следующий этап истории PoS называется pure Proof of Stake без какой-либо разработки и был впервые реализован NXT 24 ноября 2013 года. Blackcoin, который также была pure Proof of Stake был выпущен вскоре после этого, поскольку он имеет более простой протокол и имеет более справедливую начальную фазу распределения.

Blackcoin был создан Павлом Васиным (a.k.a. Rat4) и был выпущен в феврале 2014 года. Когда Rat4 решил создать BLK, он решил удалить возраст монеты и PoW. Он считал, что возраст монеты увеличит вероятность Атаки 51%, поскольку более старым монетам понадобится менее 51%, чтобы вызвать форк. Он также полагал, что возраст монеты сдерживал пользователей от последовательного согласования. Стейкерам было предложено оставаться в автономном режиме в течение 90 дней, чтобы максимизировать свои шансы получить долю, тем самым делая сеть менее безопасной. Реализация Протокола PoS v.2 в Rat4 рассматривает четыре проблемы PoS следующими способами:

  • Распределение. BLK прошел временную фазу PoW без предварительной добычи, чтобы обеспечить справедливое распределение.
  • Монополизации. Эта проблема решается через справедливое распределение по периодам.
  • Атака 51%. Для совершения этой атаки невероятно дорого купить достаточное количество монет. Кроме того, монета потеряла бы значительную ценность.
  • Nothing at Stake. Разработчики BLK также полагали, что это не угроза. Однако BLK включал контрольные точки для защиты от хард форков. Контрольные точки будут удалены в PoS 3.

Эфириум

Эфириум
С Blackcoin было несколько итераций протокола PoS. Например, Bitshares первым применил делегированный PoS Но самая новая итерация PoS — попытка Ethereum (ETH) в PoS. Мотивация для ETH — это, прежде всего, стремление перейти к более экологически чистой и децентрализованной системе. Если виртуальная машина Ethereum действительно будет принята во всем мире, текущая стоимость энергозатрат Биткоин сети в 6,7 млн. будет быстро превзойдена.

Система PoS от Ethereum будет применять Byzantine Fault Tolerance (BFT) (BFT). Валидаторы будут случайным образом получать награды за блок, однако консенсус формируется посредством многоуровневого процесса, в котором каждый валидатор голосует за цепь. Ethereum НЕ использует PoS в настоящий момент, и были некоторые сомнения относительно того, действительно ли он будет реализован. С учетом сказанного, вот как Ethereum надеется решить четыре вопроса, связанные с PoS:

  • Распространение. Эфириум уже был распространен: примерно 70% проданы на ICO в 2014 году. Одиннадцать миллионов были предоставлены Фонду Ethereum. И его распространение продолжается через PoW.
  • Монополизация. Способ, которым Эфир надеется решить эту проблему, — это блокировка монет в смарт-контракте. Таким образом, стекинг происходит за счет ликвидности.
  • Атака 51%. Как упоминалось выше, невероятно дорого купить или подкупить узлы для участия в атаке 51%. Если нападение произойдет, Майкл Губик предлагает использовать форумы социальных/деловых/обменных курсов, чтобы выбрать одну из разветвленных цепей в разделе PoS на github Ethereum.
  • Nothing at Stake. Валидаторы будут сдерживаться от подписания зависших цепочек, методом наказаний.

Заключение

Было много полностью функциональных и безопасных итераций PoS в истории криптовалют от гибридного PoS-PoW до pure PoS и делегированного PoS. PoS в стиле BFT — это новейшая попытка решить четыре основные проблемы, связанные с протоколом, первоначально предложенным Санни и Марком. Каждая монета отражает разный подход, и каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны. Однако переход к PoS отражает более масштабный философский шаг в мире криптовалют в сторону более экологически чистой и децентрализованной системы.

* Важно отметить, что у PoW есть свои проблемы с безопасностью, тема выходит за рамки этой статьи.

Источник