От Peercoin до Ethereum 2.0: как менялся алгоритм консенсуса Proof-of-Stake

В этом году концепции алгоритма консенсуса Proof-of-Stake (PoS) исполняется 10 лет. PoS был разработан, чтобы прийти на смену более энергозатратному алгоритму Proof-of-Work, и сейчас он считается одним из самых удобных и эффективных методов добычи криптовалют

Согласно отчету компании Staked, к началу 2022 года общая стоимость вознаграждений за стейкинг достигнет почти $19 млрд. И даже вторая по капитализации блокчейн-сеть Ethereum в скором будущем планирует перейти на алгоритм консенсуса PoS. Media.sigen рассказывает, кому принадлежит идея этого алгоритма консенсуса, когда его впервые запустили, как Proof-of-Stake изменился за последние 10 лет и где применяется сейчас. 

PoS как альтернатива PoW

Когда в 2009 году Сатоши Накамото разрабатывал первый блокчейн Bitcoin, ему был необходим механизм, который бы поддерживал работоспособность сети без участия третьих сторон. Тогда он изобрел алгоритм консенсуса Proof-of-Work, «доказательство выполнения работы». Однако PoW не только требует большого количество электроэнергии, но и ограничен по количеству транзакций, которое он может проводить в заданное время.

Впервые о концепции Proof-of-Stake заговорили еще в 2011 году участники форумов, посвященных криптовалютам. А в 2012-ом в противовес PoW разработчики Санни Кинг и Скотт Надаль представили идею нового алгоритма консенсуса, название которого переводится с английского как «доказательство доли владения» или «доказательство стейка». 

Считается, что одной из целей PoS было именно сокращение энергозатрат, необходимых для поддержания работы блокчейна Bitcoin — тогда майнеры тратили на это порядка $150 000 в день. А в 2020 году эта цифра превысила $53 млн (из расчетов, что если в год сеть Bitcoin тратит порядка 135.12 ТВт, а 1 кВт обходится примерно в $0.14). 

PoS действительно помогает избежать необоснованной траты ресурсов на майнинг. Однако были и другие, возможно, даже более значимые для разработчиков и держателей монет причины, по которым PoS начал пользоваться популярностью. Среди них:

— Риск атак 51%. В сетях на основе PoW злоумышленники могут получить контроль над блокчейном, если увеличат свои вычислительные мощности до 51% или более. В таком случае они смогут создать параллельную цепь (провести форк) с другим перераспределением монет (то есть с двойной тратой). 

— Дорогостоящий майнинг. Майнерам в PoW-сетях приходится постоянно менять старое оборудование на более мощные и энергоэффективные модели, на что уходит немало средств. 

От гибридного Peercoin до Bitshares с DPoS

Однако перед тем как запустить первый блокчейн на базе PoS, разработчики должны были решить несколько существенных проблем:

— Распределение монет. Если вознаграждение за блок получают стейкеры, то как распределять первые монеты?

— Монополизация. Те, кто изначально владеет большим количеством монет, получат и большую часть новых монет сети. 

— Атака 51%. Как майнер, владеющий 51% всех вычислительных мощностей опасен для сетей на PoW, так же и стейкер с 51% всех монет опасен для PoS — он может получить контроль над подтверждением транзакций и генерацией новых блоков. Однако, в отличие от PoW, в протоколах PoS-сетей также встроены механизмы, которые делают такую атаку дорогостоящей, сложной и неэффективной. 

Именно с этими сложностями должны были справиться все блокчейны, работающие на PoS. Первым из них был Peercoin. В 2013 году эту блокчейн-сеть разработали и запустили все те же Кинг и Надаль. Что касается технической реализации, то у Peercoin немало общего с Bitcoin. Но, в отличие от творения Накамото, Peercoin использует гибридную систему эмиссии: этот блокчейн поддерживает и PoW, и PoS. 

Чтобы справиться с проблемой распределения монет, Кинг и Надаль обратились к методу убывающего распределения на основе PoW. Риск монополизации сократили, установив так называемый возраст монеты, чтобы стейкеры с большим количеством коинов не могли забирать себе все вознаграждение. Что касается атаки 51%, на гибридной платформе Peercoin она обойдется очень дорого: мало того, что злоумышленнику необходимо подкупить 51% стейкеров, любая атака на систему приведет к падению стоимости монеты, что сделает ее экономически невыгодной.

С появления в ноябре 2013 года блокчейн-сети NXT начался новый этап развития PoS. NXT стала первой монетой, использующей исключительно алгоритм консенсуса PoS без какого-либо майнинга. Однако большего внимания, пожалуй, заслуживает блокчейн Blackcoin, который также работает только на PoS и был запущен чуть позже NXT. 

В феврале 2014 года Blackcoin запустил российский разработчик Павел Васин, также известный как Rat4. Создавая Blackcoin, он решил полностью уйти от PoW после того, как будут распределены первые монеты сети. К решению основных проблем PoS разработчик BLK подошел следующим образом:

— Распределение. Сеть Blackcoin временно работала на PoW без предварительного майнинга, чтобы обеспечить справедливое распределение монет. 

— Монополизация. Эту проблему Rat4 также решил с помощью справедливого распределения монет. 

— Атака 51%. Скупить достаточное для такой атаки количество BKL запредельно дорого. Более того, после успешной атаки эти монеты существенно потеряют в стоимости, что сделает ее экономически невыгодной. 

В 2014 году американский программист и предприниматель Дэн Лаример пошел еще дальше и модернизировал алгоритм консенсуса до DPoS — Delegated Proof-of-Stake, что переводится с английского как «делегированное доказательство стейка». Новую версию Лаример реализовал в рамках проекта BitShares. 

Из-за того, что в PoS вознаграждение зависит от количества принадлежащих стейкеру монет, то в такой сети рано или поздно создается неравенство между пользователями. В результате держатели крупных сумм активнее занимаются добычей новых монет, большая часть из которых уходит им. Как раз эту проблему и решает DPoS — распределение монет и влияния внутри сети становится более равномерным. 

Таким образом, DPoS от PoS отличается тем, что не все держатели монет сети могут подтверждать транзакции и получать за это вознаграждение. Добычей новых монет могут заниматься лишь те пользователи, за которых проголосовали другие. Иными словами, это похоже на прямую и представительную демократию. 

Так, в сетях на базе DPoS каждый держатель монет может проголосовать за валидатора — участника сети, который получил возможность генерировать блоки и получать награды в качестве транзакционных комиссий. Также в сети есть делегаторы — участники, которые предоставляют свои монеты для стейка валидаторам. Если же валидаторы действуют против сети или долгое время не выходят в онлайн, остальные участники блокчейна могут снова проголосовать и выбрать новых.

Где PoS используется сейчас?

Ethereum

Вторая по капитализации блокчейн-сеть Ethereum в конце прошлого года начала переход на алгоритм консенсуса PoS — для его завершения может потребоваться от полутора до двух лет. 

Так, 1 декабря 2020 года команда проекта запустила нулевую фазу Ethereum 2.0: 16 384 валидатора внесли минимальный стейк, равный 32 ETH, и начали работать в Beacon Chain — новой цепочке, которая существует параллельно с Ethereum 1.0. Благодаря запуску параллельной сети в Ethereum 2.0 уже можно заниматься стейкингом ETH. 

В мае 2021 года разработчики эфира подтвердили, что планируют завершить переход на PoS-алгоритм в ближайшие месяцы. Ожидается, что это поможет сократить энергозатраты блокчейна «как минимум на 99.95%». По состоянию на 18 мая 2021 года работоспособность Ethereum 2.0 поддерживают 140 592 валидатора.

На фоне этого за последний год стоимость ETH увеличилась почти в 8 раз. 

Cardano 

В этой децентрализованной экосистеме многие видят прямого конкурента Ethereum. Разработка сети Cardano началась еще в 2015 году под руководством математика и сооснователя Ethereum Чарльза Хоскинсона. 

Основную сеть Cardano и ее нативную монету ADA запустили к 2020 году. А в июне того же года выпустили и обновление Shelley с алгоритмом консенсуса Delegated Proof-of-Stake (dPoS). В том числе благодаря запуску обновления ADA за 2020 год выросла на 430%. А с начала 2021 года — в 7.5 раз. 

По данным AdaStat, в стейкинге ADA уже больше 704 363 пользователей, которые делегируют более 23 млрд монет. То есть Cardano можно считать лидером по объему монет в стейкинге: в проекте заблокировано порядка 73% всех выпущенных монет. 

Чтобы заняться стейкингом ADA, можно присоединиться к уже существующему пулу или запустить собственный. Сейчас в блокчейне работают 2 722 пула, и их число растет.

Polkadot

Это децентрализованный блокчейн-протокол, с помощью которого можно запускать и объединять блокчейны в одну сеть. Разработчики планируют, что в будущем Polkadot станет основой для децентрализованного интернета Web 3.0. 

Нативная монета сети DOT была запущена в августе 2020 года. Ее стоимость поднималась до $46.85 в мае 2021 года, но сейчас криптовалюта вместе со всем рынком переживает спад — к моменту публикации цена опустилась до $19.67.

Минимальный стейк валидатора — 40 DOT. Чтобы начать стейкинг DOT, нужно присоединиться к крупному пулу или криптобирже. Например, стейкинг DOT доступен на Binance.

Binance Coin 

Это нативная монета одной из крупнейших криптобирж Binance, которая работает на базе блокчейн-сети Binance Smart Chain (BSC). 

Binance Smart Chain работает на гибридном алгоритме Proof-of-Staked Authority (PoSA), который использует два алгоритма консенсуса — Proof-of-Stake и Proof-of-Authority. Особенность заключается в том, что валидаторы получают вознаграждения исключительно благодаря транзакционным комиссиям. Чтобы не допустить инфляции, сеть каждый квартал «сжигает» часть BNB.

Чтобы стать валидатором, необходимо заморозить как минимум 10 000 BNB. Однако для участия в стейкинге для делегаторов минимального порога входа нет. Кроме того, период блокировки монет в рамках стейкинга — всего семь дней, а вознаграждения выплачиваются ежедневно. 

Самый удобный способ стейкать BNB — через материнскую криптобиржу Binance. Для этого нужно зарегистрироваться на торговой площадке, купить BNB и делегировать свои токены валидаторам.

В заключение

За последние 10 лет алгоритм Proof-of-Stake прошел долгий путь: от гибридных вариаций с PoW до полноценных PoS и dPos. Каждый разработчик, выпуская новую версию этого консенсуса, пытается по-своему решить его основные проблемы, с которыми столкнулись еще Санни и Марк. 

По этой причине и у каждой новой сети на PoS есть свой набор правил, сильные и слабые стороны, которым можно посвятить отдельные статьи. Однако можно отметить, что тренд на переход к PoS-алгоритму с каждым годом становится все заметнее. А это свидетельствует о том, что криптосообщество двигается в сторону более экономичного и децентрализованного подхода к запуску новых проектов.