Что такое алгоритмы консенсуса, Proof-of-Work (PoW), Proof-of-Stake (PoS) и другие

Читая комментарии к различных публикациям, часто встречаю вопросы, касающиеся POS-майнинга, мастернод и других альтернативных способов получения криптомонет. Значит, пришло время внести ясность в этот вопрос.

Введение

В блокчейне подавляющего большинства криптовалют существует два вида записей – записи о транзакциях и записи о сгенерированных блоках. Они имеют разную природу возникновения, но сохраняются в децентрализованной базе данных.

Новые форки биткоина и Bitcoin Cash

При этом создать запись о транзакции может любой пользователь сети, владеющий корректным ключом – это довольно просто. А вот внести данные о новом сгенерированном блоке значительно сложнее. Для этого требуется, чтобы все участники сети пришли к договорённости или, другими словами, к консенсусу. Только так можно избежать случайных злоупотреблений или преднамеренных атак на сеть.

В качестве простого и понятного примера можно упомянуть криптографический мессенджер Bitmessage, каждая отправка сообщения в котором занимает несколько минут, в течение которых выполняется вычислительная работа (фактически речь идет о майнинге на процессоре). Спам-рассылки в такой сети малоэффективна и требует больших вычислительных мощностей. Мессенджер Bitmessage интересен ещё тем, что впервые вышел в 2012 году, когда про ICO ещё никто не слышал, но это не мешало талантливым разработчикам реализовывать отличные идеи на базе блокчейна.

Перейдем к рассмотрению различных механизмов приходу к консенсусу.

Proof-of-Work (PoW)

Proof-of-Work традиционно переводится с английского как «Доказательство работы». То есть для выполнения действия необходимо совершить определенную работу. Она должна быть гарантированно выполнимой, но требующей определенных временных затрат. Именно этот алгоритм был реализован в упомянутом выше мессенджерe Bitmessage.

В 2018 цена Bitcoin может удвоиться - аналитик Wall Street Том Ли

Сама идея Proof-of-Work была сформулирована в 1993 году, но своё название получила только в 1999, а до всемирного распространения технологии пришлось ждать появления Сатоши Накамото. Понимая, что вычислительные мощности, задействованные для майнинга, будут постоянно меняться, Сатоши реализовал пересчёт сложности решаемой задачи в зависимости от текущей мощности сети. Это позволило гарантировать, что монеты не будут добыты раньше задуманного срока. При этом решивший задачу майнер инициирует генерацию нового блока, получая при этом вознаграждение за блок (в настоящее время это 12,5 BTC) и все комиссионные отчисления за транзакции, включенные в этот блок.

Когда будет добыт последний биткоин и к чему это приведет?

Для того чтобы получать больше монет, необходимо увеличивать вычислительную мощность своего оборудования – возникает гонка. Если во времена Сатоши для майнинга биткоина достаточно было обычного процессора, то сейчас для этого необходимо объединяться в пулы или возводить огромные майнинг-фермы. Из этого вытекает первый недостаток POW – постоянное увеличение вычислительных мощностей майнеров по всему миру, оборудование быстро устаревает, мировое энергопотребление растет, при этом результаты используются только внутри блокчейна, не принося никакой другой пользы.

Proof-of-Work требует наращивания мощностей

Второй недостаток – уязвимость POW к атаке 51%. Принято считать, что такие атаки носят чисто теоретический характер. Однако, автор статьи привлекался к служебному расследованию, в ходе которого было установлено, что сотрудник одной крупной российской промышленной организации получил несанкционированный доступ к вычислительным мощностям предприятия и на несколько часов перевел их на добычу одной малопопулярной криптомонеты, что позволило ему успешно проэксплуатировать данную уязвимость, перевести на свой кошелек огромное количество монет, оперативно ввести их на биржу, обменять их на топовые криптовалюты, отправить полученные активы на другую биржу и уже оттуда обналичить их.

Сети Zcash угрожает «атака 51% мощностей»

Proof-of-Stake (PoS)

Proof-of-Stake – доказательство доли владения. Второй по популярности алгоритм достижения консенсуса. Идея была предложена в 2011, а первая реализация – монета PeerCoin 2012 года. Генерация нового блока может быть выполнена узлом сети (нодой), имеющим монеты в своем кошельке. При этом чем больше монет на счету, тем больше вероятность генерации нового блока. То есть пользователь с 10% всех монет будет генерировать новые блоки с вероятностью в среднем 10%.

PeerCoin - первая криптовалюта с POS

Часто POS применяется в криптовалютах, генерация которых была произведена в полном объёме на начальном этапе. Новый блок при этом приносит нашедшему прибыль в виде комиссии за транзакции. Часто применяются различные модификации этого алгоритма. Можно упомянуть следующие:

• Leased Proof of Stake (LPoS) – арендованное доказательство доли владения. Это некий аналог пула, когда участники с небольшим количеством монет сдают их в аренду крупным. За это они получают свою долю вознаграждения, получить которую иным способом шансов у них практически не было.
• Delegated Proof of Stake (DPoS) – делегированное доказательство доли владения. Ещё более сложный алгоритм, новые блоки генерируются теми нодами, которые были выбраны для этого всеми участниками сети. Эти же ноды принимают решения о внесении изменений в архитектуру криптовалюты. Сплошная демократия.

Алгоритм PoS лишен недостатков алгоритма POW: не нужны вычисления, а значит, нет расходов электроэнергии и гонки вычислительных мощностей. Атака 51% тоже наибольший урон нанесет именно злоумышленнику – покупка такого большого количества криптовалюты приведет к росту её стоимости и потребует больших финансовых затрат, а реализация атаки сделает главным пострадавшим атакующего, потому что именно он является держателем большей части монет.

Все ли токены в вашем портфеле «полезны»? Какие монеты преуспеют в 2018?

Добыча криптовалюты с алгоритмом консенсуса PoS носит название форджинг. Заключается в создании ноды – отдельного компьютера, который постоянно подключен к Интернету и на котором запущен кошелек с минимально необходимым количеством монет. Стоимость такого компьютера минимальна, порядка 50-100 долларов. Но на счету должно быть большое количество монет, общая стоимость которых может быть весьма велика.

Считаете, что упустили свой шанс?! Путеводитель «Как однажды проснуться крипто богачом»

Например, для запуска ноды DASH требуется 1000 монет, что по текущему курсу более миллиона долларов. Для Monaco или Ark ситуация тоже выглядит неутешительно. Тем не менее создание мастерноды может принести огромную прибыль, если вы обратите своё внимание на мало популярные монеты, стоимость которых крайне мала. В случае роста вы не только будете обладателем большого их числа на своей мастерноде, но и будете получать регулярные выплаты. В будущих статьях мы попробуем это сделать.

Криптовалюта NEO очень похожа на POS майнинг, однако это сходство только с точки зрения пользователей. Потому что за хранение на кошельке криптовалюты NEO начисляется совсем другая валюта – GAS.
Важная информация:
NEO vs Ethereum или почему NEO должна стать самой сильной криптовалютой в 2018 году

Недостатки у POS тоже есть. Во-первых, большая часть монет не используется для совершения покупок. Стоит потратить хотя бы одну монету DASH из тысячи, и мастернода перестанет приносить прибыль. Кроме того, если PoW наносит ущерб окружающей среде, потребляя всё больше электроэнергии, то PoS способствует финансовому расслоению общества. Богатые становятся всё богаче – получивший, например, 10% монет сразу после запуска и в дальнейшем будет получать 10% всех вновь добываемых.

Список алгоритмов консенсуса не ограничивается POW и POS. Дальнейшее развитие пошло по двум направлениям:

• комбинация двух алгоритмов тем или иным способом. Например, PoS для создания новых блоков и PoW для подтверждения транзакций. Или наоборот.
• усложнение PoS для устранения его недостатков. Далее я расскажу про несколько таких алгоритмов.

Proof-of-Importance (PoI)

Доказательство важности. Алгоритм очень похож на PoS, но при генерации блока имеет значение сразу несколько критериев:

• количество монет на счету мастерноды;
• количество совершенных мастернодой транзакций;
• время нахождения мастерноды в сети.

Чем меньше монет на счету, тем больше влияние количества транзакций и времени нахождения мастерноды онлайн. Такой алгоритм применён, например, в криптовалюте NEM.

Proof-of-Authority (PoA)

Доказательство полномочий. Сгенерировать новый блок могут только те узлы, которые изначально имеют на это полномочия. Данный алгоритм находит своё применение в корпоративных и регулируемых монетах. О децентрализованности говорить не приходится, зато все блоки под контролем разработчика. Именно Proof-of-Authority можно ожидать в различных государственных криптовалютах.

Proof-of-Capacity (PoC)

Подтверждение ёмкости. Для генерации нового блока и получения вознаграждения майнеры должны выделять место на жёстком диске. Чем больше места, тем больше «вычислительная мощность». Энергопотребление низкое, но для ощутимой прибыли требуется выделять сотни и тысячи терабайт.

Выводы

Исторически первым алгоритмом консенсуса стал PoW, который сейчас применяется не только в Bitcoin, но и в большей части криптовалют из Топ-10 по капитализации. А значит, именно этот алгоритм на данный момент наиболее распространён. Тем не менее, его преемник PoS уже отвоёвывает свою долю рынка. В скором времени ожидается переход криптовалюты Ethereum на алгоритм PoS.

Наиболее перспективными в настоящее время выглядят гибридные алгоритмы, которые либо совмещают в себе и PoS, и PoW одновременно, либо являются развитием и существенной доработкой одного из них (чаще PoS).

Хотите зарабатывать на крипте? Подписывайтесь на наши Telegram каналы!