Proof of Stake (PoS)

Dlaczego warto zaufać Techopedii

Czym jest Proof of Stake (PoS)?

Proof of stake (PoS) to mechanizm konsensusu wykorzystywany przez sieci blockchain do walidacji i uwierzytelniania transakcji kryptowalutowych oraz osiągania porozumienia w sprawie stanu rozproszonej księgi.

Z definicji mechanizmy Proof of Stake wykorzystują walidatorów, którzy stakują lub blokują swoje zasoby kryptowalut w łańcuchu bloków, aby mieć prawo do konkurowania o walidację bloków transakcji i dodawanie ich do łańcucha.

PoS ma na celu zapewnienie bardziej energooszczędnego, skalowalnego i ekonomicznie motywowanego podejścia do osiągnięcia zdecentralizowanego konsensusu w sieciach rozproszonych rejestrów.

Techopedia wyjaśnia znaczenie Proof of Stake (PoS)

Techopedia Explains the Meaning of Proof of Stake (PoS)

PoS został opracowany w celu poprawy skalowalności i zużycia mniejszej ilości energii niż jego poprzednik Proof of Work (PoW). To oznacza, że Proof of Stake na nowo zdefiniował sposób, w jaki zdecentralizowane sieci walidują transakcje i utrzymują integralność swoich ksiąg.

W zdecentralizowanej sieci, takiej jak blockchain, nie ma centralnego organu weryfikującego transakcje i utrzymującego integralność księgi.

Zamiast tego mechanizmy konsensusu pozwalają uczestnikom sieci, zwanym węzłami, współpracować w celu uzgodnienia kolejności i ważności transakcji, zapewniając, że wszystkie węzły dojdą do tego samego wniosku na temat stanu blockchaina.

Wykorzystując PoS, sieci blockchain mogą osiągnąć konsensus w bardziej energooszczędny sposób, zmniejszając wpływ na środowisko związany z tradycyjnymi systemami opartymi na PoW.

PoS oferuje również korzyści w zakresie skalowalności, ponieważ zmniejsza moc obliczeniową wymaganą do walidacji bloków, umożliwiając szybsze przetwarzanie transakcji i przepustowość sieci.

Jak działa Proof of Stake (PoS)

Mechanizm PoS opiera się na koncepcji stakingu, która wymaga, aby zarządzający systemami komputerowymi walidatorzy blokowali określoną ilość swoich monet kryptowaluty w blockchainie.

Te monety służą jako zabezpieczenie do uczestnictwa w walidacji i tworzeniu nowych bloków zawierających transakcje, które zostaną dodane do łańcucha.

Zamrożona ilość kryptowaluty pełni funkcję depozytu zabezpieczającego, motywując walidatorów do uczciwego działania i przestrzegania reguł sieci. Im większa stawka (stake), tym większa szansa na bycie wybranym jako walidator, więc walidatorzy mają interes w utrzymaniu integralności sieci, aby chronić swoje zamrożone zasoby.

Wybrani walidatorzy na zmianę proponują nowe bloki do dodania do blockchaina. Walidator tworzy nowy blok zawierający zestaw ważnych transakcji, zazwyczaj priorytetowo traktując te z wyższymi opłatami lub te, które czekają najdłużej w puli transakcji.

Gdy walidator zaproponuje blok, inni walidatorzy w sieci weryfikują, czy transakcje zawarte w bloku są zgodne z regułami konsensusu sieci i czy nie naruszają żadnych wytycznych protokołu, takich jak podwójne wydawanie czy nieważne podpisy.

Konsensus zostaje osiągnięty, gdy superwiększość walidatorów zgadza się co do ważności proponowanego bloku.

Zazwyczaj odbywa się to za pomocą mechanizmów takich jak Byzantine Fault Tolerance (BFT) lub Delegated Proof of Stake (DPoS), gdzie określona liczba walidatorów musi sygnalizować swoją akceptację dla proponowanego bloku.

Po zweryfikowaniu i zaakceptowaniu bloku przez sieć, zostaje on dodany do blockchaina i staje się częścią niezmiennego rejestru.

Proces ten zapewnia, że wszystkie uczestniczące węzły w sieci utrzymują spójny obraz historii transakcji, zapobiegając podwójnemu wydawaniu i gwarantując integralność blockchaina.

W zamian za udział, walidatorzy są nagradzani dodatkowymi tokenami kryptowaluty – zazwyczaj jako część opłat transakcyjnych, proporcjonalnie do ich zamrożonej ilości oraz czasu, przez jaki ich monety pozostają zablokowane w sieci.

How Proof of Stake Works
Źródło: immunebytes

Różne mechanizmy PoS mogą używać różnych metod do osiągnięcia konsensusu. Na przykład w blockchainach, które wykorzystują sharding, czyli podział transakcji na fragmenty (shardy) w celu szybszego przetwarzania, walidatorzy, którzy weryfikują transakcje, dodają je do bloku shardu. Wymaga to określonej liczby walidatorów, aby utworzyli komitet głosujący, który dochodzi do konsensusu, że blok jest ważny i może zostać zamknięty.

Proof of Stake na Ethereum 2.0

Ethereum 2.0, bardzo oczekiwana aktualizacja blockchaina Ethereum, stanowi jedną z najbardziej znaczących implementacji PoS do tej pory.

Ethereum dokonało przejścia z PoW na PoS, aby rozwiązać problemy dotyczące skalowalności i stworzyć bardziej zrównoważony i ekonomicznie opłacalny ekosystem blockchain.

Mechanizm Ethereum Proof of Stake, znany jako Beacon Chain, wprowadza węzły walidatorów, którzy stakują monety Ether (ETH) w celu zabezpieczenia sieci i zdobycia nagród za swój wkład.

Aby zostać walidatorem w Ethereum 2.0, uczestnicy muszą postawić co najmniej 32 ETH, blokując swoje monety w inteligentnym kontrakcie w łańcuchu Ethereum 1.0 i skutecznie przenosząc je do Beacon Chain. Walidatorzy otrzymują nagrody za swój udział w postaci dodatkowych ETH.

Ethereum 2.0 implementuje mechanizm finalności znany jako Casper Friendly Finality Gadget (FFG).

Casper FFG wprowadza pojęcie sfinalizowanych bloków, które są blokami, które osiągnęły nieodwracalny konsensus w całej sieci, mając na celu zmniejszenie ryzyka reorganizacji łańcucha i ataków podwójnego wydawania.

Które kryptowaluty używają PoS?

Kilka kryptowalut, oprócz Ethereum, używa PoS jako mechanizmu konsensusu, w tym:

Te sieci używają PoS do osiągania konsensusu w sposób wydajny i zrównoważony, oferując alternatywę dla zasobożernego PoW.

Proof of Stake vs. Proof of Work

PoS i PoW to dwa różne podejścia do osiągania konsensusu w sieci blockchain. W przeciwieństwie do PoW, które opiera się na mocy obliczeniowej i kopaniu kryptowalut w celu walidacji transakcji, PoS działa na zasadzie, że walidatorzy stakują swoje zasoby kryptowalutowe, aby przetwarzać bloki na podstawie wielkości ich stawki.

Bezpieczeństwo PoS

Kary za nieuczciwe działania

Poprzez stawianie swoich zasobów kryptowalutowych jako zabezpieczenie, walidatorzy mają bezpośredni interes w utrzymaniu wartości i bezpieczeństwa sieci.

Ryzykują utratę części swoich zasobów, jeśli zostanie wykazane, że angażują się w nieuczciwe działania lub łamią zasady sieci, takie jak podwójne podpisywanie bloków, próby manipulowania konsensusem czy niewypełnianie swoich obowiązków.

Kary za nieuczciwe działania motywują walidatorów do uczciwego działania i przestrzegania integralności sieci.

Mechanizmy losowego wyboru

Sieci PoS implementują również mechanizmy losowego wyboru, aby przypisywać walidatorom propozycje i weryfikację bloków.

Zapewnia to, że proces tworzenia bloków pozostaje nieprzewidywalny i odporny na manipulacje. Ponieważ przypisania walidatorów mogą rotować w czasie, trudno jest jakiejkolwiek pojedynczej jednostce wywierać nadmierny wpływ na sieć.

Odporność na ataki

Sieci PoS są zaprojektowane, aby wytrzymywać różne formy ataków i zakłóceń dzięki mechanizmom takim jak Byzantine Fault Tolerance (BFT) oraz adaptacyjne algorytmy konsensusu, które mogą tolerować pewien stopień nieuczciwych działań lub awarii sieci bez kompromitacji ogólnego konsensusu.

Luki i wyzwania

Ataki długozasięgowe

Sieci PoS są podatne na ataki długozasięgowe, w których atakujący z dużą ilością stawki może próbować przepisać historię blockchaina, tworząc alternatywny łańcuch z wcześniejszego momentu w czasie.

W przeciwieństwie do PoW, gdzie przepisywanie historii wymaga ogromnej mocy obliczeniowej i jest ekonomicznie nieopłacalne, w PoS atakujący mogą obstawiać swoje tokeny na wielu łańcuchach jednocześnie, co sprawia, że ataki długozasięgowe są bardziej wykonalne.

Problem braku stawki

Walidatorzy PoS teoretycznie mogą walidować wiele łańcuchów bez ponoszenia znaczących kosztów, więc mają niewiele do stracenia, walidując wiele sprzecznych bloków lub łańcuchów jednocześnie, co prowadzi do fragmentacji łańcucha i niejasności w konsensusie.

Jest to znane jako problem Nothing at Stake. Choć różne techniki, takie jak kary za nieuczciwe działania i punkty kontrolne, mają na celu złagodzenie tego problemu, pozostaje on trwałym wyzwaniem w sieciach PoS.

Ataki Sybil

Sieci PoS mogą być również podatne na ataki Sybil, w których atakujący tworzą wiele pseudonimowych tożsamości (sybile), aby uzyskać nieproporcjonalnie duży wpływ na sieć.

Atakujący mogą zwiększyć swoje szanse na wybór do walidacji bloków i potencjalnie przejąć kontrolę nad konsensusem sieci, rozdzielając swoją stawkę na wiele węzłów walidatorów.

Zalety i wady Proof of Stake

Zalety

  • Ekologicznie przyjazna
  • Wydajne przetwarzanie transakcji
  • Motywacja do uczciwości
  • Środki bezpieczeństwa
  • Szybsze finalizowanie transakcji
  • Zarządzanie on-chain

Wady

  • Ryzyko centralizacji
  • Podatność na ataki
  • Problem “Nothing at Stake”
  • Ekonomiczna centralizacja
  • Wykluczenie mniejszych uczestników
  • Zależność od aktywnych walidatorów

Podsumowanie

Proof of Stake stanowi ewolucję w rozwoju mechanizmów konsensusu blockchain, oferując energooszczędną i skalowalną alternatywę dla tradycyjnego Proof of Work.

PoS pozwala uczestnikom sieci na stakownie swoich zasobów kryptowalutowych w blockchainie, zamiast inwestowania w drogi sprzęt do kopania bitcoina.

Staking motywuje walidatorów do dbania o integralność i bezpieczeństwo blockchaina, choć jednocześnie stwarza możliwości dla nieuczciwych atakujących do przejęcia kontroli.

Różne warianty mechanizmów PoS prawdopodobnie będą się pojawiać, gdy deweloperzy blockchain będą szukać sposobów na zwiększenie bezpieczeństwa i wydajności blockchaina, jednocześnie minimalizując ich wpływ na środowisko.

Najczęściej zadawane pytania o Proof of Stake

Co to jest Proof of Stake w prostych słowach?

Czy można zarabiać na Proof of Stake?

Jak bezpieczny jest Proof of Stake?

Które kryptowaluty używają Proof of Stake?

Źródła

  1. Cardano (Cardano)
  2. Polkadot (Polkadot)
  3. Tezos (Tezos)
  4. Algorand (Algorand)

Powiazane hasła

Paulina Czaja
Specjalistka ds. Web3
Paulina Czaja
Specjalistka ds. Web3

Studiowała rozwój E-commerce w Londynie, a obecnie jest autorką i redaktorką Techopedii. Zafascynowana stale rozwijającymi się technologiami blockchain i AI oraz ich zastosowaniem w obszarach biznesowych. Pracowała przy wiodących projektach w obszarze Web3, zdobywając wiedzę i doświadczenie. Jest autorką artykułów, analiz, materiałów edukacyjnych, a także współautorką white paperów dla wielu projektów.