Что такое Proof-of-Work и Proof-of-Stake?

Понятия Proof-of-Stake и Proof-of-Work – самые известные алгоритмы консенсуса в сфере цифровых валют. Они используют разные по своей структуре принципы доказательства выполненной определенной работы.

Proof-of-Work (при дословном переводе – показатель труда) – специальный алгоритм защиты распределенной базы от потенциальных мошеннических проникновений (так называемых DoS-атак, создание спама и прочего), основа которого исчерпывается выполнением всего двух условий:

•  Крайней необходимости проведения сложной и длительной по времени задачи;
•  Способа мгновенно и эффективно проверить достигнутый итог.

Proof-of-Work – задания, изначально не предназначенные для пользователя, так как основаны на вычислительном процессе компьютера с большими мощностями. При этом сверка ожидаемого и полученного итога требует меньших сил и временных затрат.

Впервые понятие Proof-of-Work было озвучено в научном труде «Pricing via Processing, Or, Combating Junk Mail, Advances in Cryptology» в 1993 году. И хоть работа и не содержала прямое использование данного термина, была предложена следующая концепция:

«Дабы заручиться полным доступом к определенному ресурсу, клиент должен вычислить некоторые параметры: очень сложные, но решаемые; именно подобным образом можно выстроить защиту системы от злоумышленников».

А уже в 1999 году появился и термин Proof-of-Work. Именно такое словосочетание было напечатано в статье «Proofs of Work and Bread Pudding Protocols» (автор Ари Джуелс).

В среде Биткоин, Proof-of-Work впервые был применен как механизм достижения консенсуса (одно верное мнение, какую версию Bitcoin считать наиболее правильной). При этом, за базу основатель первой в мире цифровой валюты С. Накамото взял идею стартапа Hashcash, добавив к ней алгоритм меняющейся сложности – падение или увеличение значения N (нужного числа нулей) в зависимости от общей мощности клиентов сети. Производной функцией стала SHA-256.

Если расшифровывать работу Proof-of-Work простыми словами, то данный механизм является катализатором узла Сети проверять, что майнер (юзер) де-факто выполнил все необходимые расчеты. Данная процедура включает в себя операции по поиску хеша заголовка блока, который и будет соотвествовать по своему заданному значению нынешнему уровню сложности.

Подобные вычисления можно проводить исключительно в интерактивном режиме и сложность задается на таком уровне, что она фактически и является сложной. В то же время, логика верификации вычислений остается весьма простой. Узлы постоянно могут проверить, действительно ли майнер отыскал корректное значение.Нно учитывая то, что процесс поиска блоков весьма трудоемкий, со 100% точностью невозможно угадать какой юзер решит задание и отыщет блок.

Чтобы система одобрила блок показатель его хеша должен быть меньшим по сравнению с базовой целью. А значит каждый блок демонстрирует, была ли выполнена работа по его поиску.

Блоки содержат хеш каждого предыдущего блока, создавая таким образом определенную цепь. Редактировать узел нельзя – можно лишь создать новый на том же параметре, который будет содержать хеш изначально созданного блока. Для данного процесса нужно выполнить работу по поиску каждого предыдущего блока. Сложность данной операции максимально защищает blockhain от мошеннических операций и постоянных потерь.

Механизм Proof-of-Work Bitcoin в свое время стал катализатором для развития индустрии майнинга и производстваи специального оборудования, так как вычислительные мощности затрачиваемые в хеширование блоков - большие и существенно превышают вычислительные мощности современных ПК.

Так же не обошлось без эффекта «обратной стороны медали»: очень быстро Proof-of-Work стал настоящим веб «монстром», потребляющий электричество в стремительной гонке за доходностью в майнинге. В недалеком 2012 году, общая мощность сети Биткоин уже в несколько раз превышала энергозатраты самого мощного компьютера, а на горизонте технологий замаячила первое альтернативное решение – Proof-of-Stake.

Альтернативный набор алгоритмов был впервые использован в 2012 году в цифровой валюте PPCoin. Задумка была в том, чтобы применять только «долю» в качестве ресурса, который в свою очередь решает какая именно нода получает первостепенное право на добычу следующего блока.

В системе Proof-of-Stake, все ноды также стараются хешировать информацию в поисках наименьшего значения, но трудность здесь в том, что нет пропорционального распределения с учетом общего баланса узла.

Алгоритм видится весьма привлекательным благодаря небольшому числу требований к мощностям вычислительной техники.

Традиционно, сторонники PoS выкладывают на стол следующие доводы:

•  Организация атаки требует большого числа ресурсов, что автоматически делает ее нецелесообразной с точки зрения затрат;
•  Если у атакующего много токенов, он сам в конечном итоге станет жертвой атаки, ведь нарушит целостность цифровой валюты.

Доводы, которые вызывают опасения:

•  PoS – является дополнительной мотивацией к накоплению валюты в одних руках, что негативно сказывается на самом принципе децентрализации сети;
•  Если небольшая группа участников сети, собирает значительное число токенов, она может стать монополистом и навязывать остальным членам сообщества свои правила игры.

Споры между сторонниками PoS и Pow длятся уже очень длительное время, но суть спора имеет все же чисто теоретическую основу. Тенденция развития криптовалюты показывает, что роль создателя в нюансах безопасности до сих пор очень высока.

Также есть группа приверженцев мысли, что наиболее удачным алгоритмом при добыче является симбиоз PoS и Pow.

Но несмотря на все это, хоть PoS и отличаются простотой имплементации со стороны безопасности, самые популярные и уважаемые цифровые валюты не будут отказываться от алгоритмов Pow.

Бесспорно, PoS и Pow нужно считать самым популярными методами достижения консенсуса в сфере цифровой валюты, но кроме них в Сети уже есть большое число механизмов, отличающиеся некоторыми возможностями.

Их список очень большой, поэтому остановимся только на самых популярных из них:

•  Delegated Proof of Stake – понятие, описывающие развитие основных протоколов консенсуса на базе верификации доли. Активно используется в BitShares;
• ·Proof of Burn – процесс «уничтожения» монет проходит через отправку их на определенный адрес, с которого их невозможно потратить;
•  Proof of Activity – классическая гибридная система, соединяющая сильные стороны PoS и Pow.