Что такое алгоритмы консенсуса PoW и PoS

2019.12.20 2018.04.05 Что такое алгоритмы консенсуса PoW и PoS

Ткаченко Олегhttps://www.litefinance.org/ru/blog/authors/oleg-tkachenko/

Алгоритмы консенсуса Proof-of-Work и Proof-of-Stake в криптовалютах: суть, принципы, сравнение, перспективы. Виды других алгоритмов

Одно из самых ожидаемых обновлений Ethereum в 2018-2019 годах - финальная часть под названием Serenity, которая должна будет привести к смене алгоритма консенсуса с Proof-of-Work к Proof-of-Stake. Для майнеров это будет означать окончание классического майнинга (доказательство подтверждения работы) и переход к получению процентов за само владение монетой (доказательство доли). Хорошо это или плохо, однозначного ответа нет. Хотя алгоритм PoS считается более интересным с технической точки зрения, он может привести к проблеме централизации и ценообразования. О том, что такое PoW и PoS: суть, отличия, преимущества и недостатки - читайте в обзоре.

PoW или PoS: кратко и емко об алгоритмах консенсуса

Весной 2017 года разработчики Ethereum обнародовали некоторые детали будущего протокола Casper. Одним из основных предполагаемых изменений протокола, чей релиз первой части уже состоялся в ноябре 2017 года, будет переход от алгоритма консенсуса Proof-of-Work к Proof-of-Stake. Этот момент прежде всего должен быть интересен тем, кто занимается майнингом. И пусть вторая часть протокола снова отодвигается, нужно понимать, в чем разница между этими алгоритмами и какие изменения ждут майнеров. Но перед этим разберемся, что такое, в принципе, алгоритм консенсуса, и какие они бывают.

Что такое алгоритм консенсуса

В любой сети, построенной на блокчейне, передаются два вида сообщений: транзакции (условно говоря, передача денег) и блоки, которые состоят из этих транзакций. Для того, чтобы совершить транзакцию, никакого согласия посторонних участников системы не нужно, достаточно только знать ключ (пароль, идентифицирующий собственника кошелька). Иное дело блоки, порядок которых в журнале транзакций подтверждается консенсусом. Проблемой сети является то, что между узлами возможна одновременная повторная отправка транзакции.

• Пример ситуации, которая называется "двойным расходованием". У Олега есть 1 биткоин, который он хочет переслать, но делает это он одновременно Александре и Яне. И если Александра и Яна между собой эти транзакции не согласовывают (то есть не знают о том, что была сделана одновременная отправка), то возникает проблема сети. Поэтому все участники сети согласовывают журналы транзакций, благодаря чему одна из операций Олега пройдет успешно, а вторая будет признана некорректной.

Суть проблемы понятна, но вот как её решить технически - вопрос непростой.

Византийский консенсус

Византийский консенсус - общее определение задачи взаимодействия нескольких участников сети между собой, расположенных удаленно и получающих задачу из единого центра. Причем часть участников сети, включая сам центр, могут оказаться злоумышленниками. Иными словами, алгоритм византийского протокола должен обеспечить коммуникацию между удаленными участниками сети, исключив обманные операции, то есть безопасность транзакций.

Идея византийского консенсуса появилась в 80-х годах прошлого века. Его суть заключается в следующем (включаем фантазию). Византия накануне сражения. Армия византийцев состоит, например, из 4 легионов, которые находятся друг от друга на расстоянии. В определенное время каждый из генералов легионов получает от руководящего центра приказ идти в атаку или отступать. Развитие событий следующее:

• если все легионы атакуют - они побеждают;
• если все легионы отступают - они сохраняют людей (тоже удачный исход);
• если часть атакует, часть отступает - армия терпит поражение.

Задача понятна, но где гарантия, что среди генералов нет предателей, которые выполнят приказ наоборот? И где гарантия, что сам главнокомандующий не окажется предателем, отправив разные приказы разным генералам? Вывод: генералы должны обменяться друг с другом информацией, исключив ложные данные. Точнее, они должны обменяться информацией о численности легионов, верных Византии, и сделать выводы о численности легиона предателей. Задача предполагает, что при N количестве генералов предателями могут оказаться N-1.

Принцип согласия состоит в том, чтобы все верные генералы в результате обмена информацией пришли к одинаковому решению, проигнорировав данные от генерала-предателя. Вернемся к примеру. Принцип обмена информацией заключается в следующем:

• каждый генерал отправляет информацию о численности своего легиона трем другим генералам. Причем предатель для дезинформации отправляет каждому другому генералу разные цифры о численности. В криптовалютах это аналог спама, DDoS-атак, фиктивных транзакций;
• каждый генерал формирует блок, в котором указывает все полученные четыре цифры с указанием, от кого именно они были получены, и этот готовый блок посылает другим генералам;
• в итоге каждый генерал имеет на руках 4 блока с цифрами о численности легиона каждого. И логично, что по трем генералам цифры будут одинаковыми во всех трех блоках и только по одному будут расхождения.

Таким образом, верные генералы приходят к соглашению, исключая мнение предателя. Пример упрощенный, но наглядно показывающий, как участники сети приходят к единому решению, исключая ложные.

Консенсус Proof-of-Work

У византийского консенсуса есть серьезная проблема - генералы знают, от кого приходит информация. То есть отсутствует анонимность, которая присуща криптовалютам. В 1990-х годах был предложен вариант алгоритма консенсуса, сохраняющий анонимность. В его суть глубоко вдаваться нет смысла, но сводится она к тому, что все вычисления (анализ переданной друг другу в сети информации) делает компьютер. Для того, чтобы присоединиться к сети, каждый пользователь должен выполнить определенную задачу (выполнить расчет, невозможный для человека, но возможный для компьютера), доказывающую, что он является реальным пользователем.

Сам алгоритм Proof-of-Work (доказательство работы) представляет собой вычисления, которые проводит компьютер в момент майнинга, одновременно блокируя ложные цепочки и находя правильные транзакции.

Отличительные особенности Proof-of-Work:

• консенсус решает основную проблему анонимных сетей - атаки Сибиллы. Это ситуация, когда злоумышленник пытается окружить узел жертвы, то есть получить доступ ко всем узлам, находящимся рядом. Завладев каналами входа и выхода информации, он сможет передавать жертве ложные данные. В ВТС, построенном на алгоритме PoW, эта возможность нивелируется, так как узел жертвы выбирает другие узлы случайным образом, исключая полное окружение жертвы;
• доказательство не переносится на другие блоки, то есть исключается возможность красть его друг у друга (доказательство - результат вычислений, на которые затрачена энергия);
• доказательство нельзя получить наперед. В каждом новом блоке есть ссылка на предыдущий блок, потому вычислять каждое новое доказательство можно только с появлением нового блока;
• PoW обеспечивает честность распределения награды за блок в соответствии с мощностью компьютера. Если мощность (хешрейт) составляет 5% сети, то майнер вычислительным процессом создает 5% блока и получает 5% награды;
• на получение доказательства тратятся реальные ресурсы (электричество), потому у майнеров пропадает стимул каким-то образом влиять на узлы и передавать ложную информацию - есть риск потерять вложенные деньги.

Консенсус Proof-of-Stake

Чем больше в сети появляется майнеров и чем больше майнится криптовалюта, тем больше требуется мощности для вычислительных операций. Вот только пользы от этих вычислений нет, кроме разве что обеспечения безопасности и анонимности сети. Попытки направить энергию в нужное русло были на ранних этапах у Ripple, где майнеры выполняли расчеты, нужные для разных научных отраслей (медицина, робототехника и т.д.), и за это получали награду от разработчиков. Но от этого пришлось отойти.

Вторая проблема майнинга - неограниченность эмиссии. Если у Биткоина это ограничение есть (и майнинг ВТС уже становится все менее выгодным по мере снижения награды за блок), то у некоторых монет (например Ethereum) ограничений нет. А любая неограниченная эмиссия чревата обесцениванием.

Алгоритм консенсуса Proof-of-Stake (доказательство доли) отходит от понятия эмиссии. Если в предыдущем алгоритме майнеру нужно было доказать свое присутствие в системе путем вычислений, то здесь майнеру достаточно иметь криптовалюту, то есть долю в общей системе, на которую начисляются проценты. То есть майнинг как таковой исчезает, заменяется процентами.

Другие алгоритмы доказательств

Алгоритмы консенсуса PoW и PoS используют большинство существующих криптовалют. Причем более технически совершенными считаются монеты на основе PoS. Но есть и другие механизмы защиты данных, которые хотя и очень похожи на PoW и PoS, но имеют свои особенности:

• Proof-of-Activity - модель, которая представляет собой оригинальный симбиоз PoW и PoS;
• Delegated Proof-of-Stake - аналог PoS, но с элементами делегирования голосов. Каждый участник системы голосует за свидетеля для защиты своей компьютерной сети. Влияние на голосование определяется тем, сколько у человека токенов (чем их больше, тем больше влияние на сеть). Алгоритм используют EOS, Lisk, BitShares;
• Proof-of-Burn. Модель, при которой майнер отправляет монеты на адрес, с которого его гарантированно нельзя снять (сжигание монеты). Тем самым майнер получает возможность вечного майнинга, право на который разыгрывается в виде лотереи среди собственников сожженных монет;
• Proof-of-Capacity. Модель, основанная на популярной идее "память как ресурсы". Чтобы включиться в процесс майнинга, нужно в ответ предоставить часть памяти компьютера;
• Proof-of-Storage. Похожая версия предыдущего алгоритма, с небольшой разницей: выделенная память входит в совместное облачное хранилище.

Логика данных алгоритмов труднообъяснима. Ведь цель алгоритма - обеспечить максимальную безопасность сети при минимальных энергозатратах, с чем вполне справляется PoS. Другие разновидности алгоритмов выглядят как попытки придумать что-то свое, оригинальное, но не факт, что эффективное. И по зрелости идеи эти алгоритмы отстают от PoW и PoS.

Последствия перехода Ethereum с PoW на PoS

И теперь вернемся к вопросу, с которого начинался обзор: чего ожидать майнерам от будущих изменений? Точного плана перехода пока еще нет, да и переход пока откладывается. Согласно дорожной карте начало перехода запланировано на 4-м этапе Metropolis (Serenity). Переход будет плавным: сначала по алгоритму PoS будет проверяться 1 транзакция из 100, затем их количество будет увеличиваться.

Майнеры пока сами до конца не понимают, как повлияет переход Эфира на алгоритм PoS. Критика в сторону алгоритма звучит в отношении ценообразования криптовалюты. Если при алгоритме Proof-of-Work минимальная стоимость монеты - это количество затраченной на ее добычу энергии, то при Proof-of-Stake цену монеты определяют спекулянты. Если проект будет не интересен, то цена монеты упадет до нуля. С другой стороны, все больше монет выходят на ICO сразу с алгоритмом PoS.

Сохраняется вопрос с суммой комиссии за владение монетами и ее сопоставимость с доходностью других инструментов. Есть мнение, что она не будет высокой, а потому популярность Эфира может пошатнуться из-за высоких рисков. В этом плане перспективы есть у Ethereum Classic.

Возможные изменения:

• просадка стоимости. Как показывает практика подобных изменений, роста цены не происходит. Наоборот, к монете теряется интерес со стороны майнеров, после чего возникает просадка;
• смена объекта майнинга. Майнинг Эфира отпадает. И дабы продолжать использовать свои мощности, придется выбрать другую монету. Или попробовать влиться в криптовалютный проект, который предлагает плату за аренду вычислительных мощностей (например, Golem);
• смена расстановки сил. Доказательство доли может привести к тому, что крупные инвесторы смогут сосредоточить у себя большую часть криптовалюты, что фактически уничтожает преимущество децентрализации.

Пока целесообразность перехода на PoS вызывает больше вопросов, чем ответов. Аналитики сходятся во мнении, что переход на новый алгоритм на Эфир (подробнее о нем читайте по ссылке) повлияет положительно, но точных последствий никто предсказать не может. Криптовалюты - новый инструмент, остается только лишь нарабатывать опыт и набивать шишки.

P.S. Понравилась моя статья? Поделись ей в соцсетях, это лучшее спасибо :)

Задавайте мне вопросы и комментируйте материал ниже. С удовольствием отвечу и дам необходимые пояснения.

Полезные ссылки:

• Торговлю с проверенным брокером рекомендую попробовать тут. Система позволяет торговать самостоятельно или копировать сделки успешных трейдеров со всего мира.
• Воспользуйтесь моим промокодом BLOG для получения бонуса 50% на депозит от LiteFinance. Промокод нужно просто ввести в соответствующее поле при пополнении счета в платформе LiteFinance и бонус зачислится одновременно с депозитом.
• Чат трейдеров в телеграм: https://t.me/marketanalysischat. Делимся сигналами и опытом.
• Канал в телеграм с отличной аналитикой, форекс обзорами, обучающими статьями и прочими полезностями для трейдеров: https://t.me/forexandcryptoanalysis