Содержание статьи:
Изучаем сильные и слабые стороны всех разновидностей Proof-of-Stake (PoS), а также его возможные недостатки этого механизма консенсуса.
Консенсус как сердце криптовалюты
Децентрализованный консенсус - это мечта о том, чтобы безликие блокчейны были устойчивы к цензуре, недоверчивы, совместны и равноправны для потенциально глобального сообщества пользователей. Несмотря на высокие идеалы, консенсус является основополагающим для каждой криптовалютной сети, которая должна согласовать самый основной вопрос о том, кто определяет саму сеть.
Децентрализованный консенсус в форме механизма «Проверки работой» Proof-of-Work (PoW), был в основе нововведений Сатоши Накамото при создании биткоина - все дополнительные элементы протокола вытекают из способности PoW достичь консенсуса в отношении цифрового реестра транзакций посредством вычислительной работы распределенных пользователей.
За прошедшее с тех пор десятилетие мы стали свидетелями некоторых недостатков Proof-of-Work, в том числе высоких затрат на электроэнергию, консолидации мощности майнинга в несколько крупных пулов и ограниченной пропускной способности сети.
В результате возникли новые механизмы децентрализованного консенсуса, прежде всего, системы «Проверки стейком» (Proof-of-Stake) и гибридные системы, например ProgPow.
Хотя недостатки PoW оказали мало влияния на доминирование биткоина в отрасли, они привели к тому, что большинство новых проектов выбрали более масштабируемую и энергоэффективную систему доказательства участия. Но так ли все просто?
Множество вариаций Proof-of-stake
Базовая функциональность системы проверки прав доступа позволяет «валидаторам» (а не майнерам, как это происходит в PoW-сетях) использовать свои активы в виде «Стейка» для предложения и голосования по следующему блоку.
Хотя конкретные реализации различаются, как правило, чем больше стейк валидатора, тем больший вес он получает и тем больше вознаграждение за «стейкинг» - участие в валидации новых транзакций в крипто-сети.
Из этой базовой структуры в криптосфере возник ряд изменений. Самым основным механизмом является система «чистой проверки стейком» (pure proof-of-stake или PPoS), которую использует Algorand.
Такой механизм учитывает размер стейка и вес блока для каждого стейкера сети. В отличие от других систем, для размещения в PPoS не требуется, чтобы пользователь проходил какой-либо специальный процесс для участия в сейкиге, а вместо этого все токены разбиваются автоматически, что позволяет всем держателям токенов участвовать в валидации новых транзакций.
Это очень похоже на систему «закладной проверки стейком» (bonded proof-of-stake или BPoS), которую планируется использовать в Ethereum 2.0. В этой системе пользователи должны активно участвовать в стейкинге и получать пропорциональное право голоса.
В сети, работающей на основе BPoS, любой, имеющий достаточный объем капитала, может внести свой вклад в сеть, что может вызвать две потенциальные проблемы. Если количество капитала слишком велико, это значительно снижает инклюзивность сети. Но если оно слишком мало, число узлов, которые должны достичь консенсуса, может быть огромным, что замедлит работу сети.
Одним из возможных решений этих проблем является система «делегированной проверки стейком» (delegated proof-of-stake или DPoS), например, используемая сетью EOS.
В DPoS владельцы сетевых токенов голосуют за ограниченное число делегатов, которые действуют как валидаторы сети. Это одновременно увеличивает степень участия и ограничивает число узлов, необходимых для достижения консенсуса, что приводит к высокой скорости транзакций EOS - около 3'900 транзакций в секунду. Это, однако, означает, что власть сконцентрирована среди 21 избранных валидаторов блоков EOS.
Наконец, существуют гибридные модели, такие как «ликвидная проверка стейком» (liquid proof-of-stake или LPoS) от Tezos, которая позволяет пользователям делегировать свои права голоса и права на стейк.
В случае, если пользовать сам реализует право на стейкинг в LPoS-сети, то это называют «гибридной проверкой стейком» (hybrid proof-of-stake или HPoS) компании Decred, которая объединяет элементы PoS и PoW с майнерами, предлагающими токены для валидаторов.
Преимущества и проблемы разных систем
При валидации транзакций в сети необходимо учитывать составляющую децентрализации, безопасности и масштабируемости, но эти элементы в криптовалютной сети являются взаимоисключающими. Компромисс, на который необходимо пойти, часто называют «трилемма масштабируемости», то есть придется пожертвовать чем-то из этой тройки в угоду двух оставшихся элементов.
Модели PoS обычно пытаются сбалансировать все три фактора в большей степени, чем PoW, выделяя децентрализацию и безопасность. Попытка более универсального подхода сопровождается собственным набором проблем, некоторые из которых были решены, а некоторые - нет.
В первые дни внедрения PoS было два основных преимущества над PoW, который вращались вокруг того факта, что у заинтересованных сторон на самом деле ничего не было поставлено на карту (проблема «ничего на кону»), что означало, что они могли поддержать бесплатная альтернативные версии блокчейнов (проблема «атаки на большие расстояния»). Проблема «ничего на кону» подняла вопрос о том, что если в цепочке есть форк, то оптимальной стратегией валидатора будет проверять каждый блокчейн, чтобы получать вознаграждение независимо от результата форка.
Проблема «атаки на большие расстояния» похожа на «атаку 51%», но злоумышленник переписывает блокчейн из генезис-блока, что возможно в PoS, поскольку не требуется никакой работы для перезаписи очень длинной цепочки блоков с транзакциями. Эти проблемы были решены с помощью концепции «разрезания», которая наказывает валидатор за поддержку неверной версии блокчейна.
Эти штрафы, однако, могут иметь побочный эффект ограничения количества участников в зависимости от их профиля риска и технических возможностей. Конечно, блокчейн состоит в том, чтобы как можно больше пользователей участвовали в стейкинге. Однако это также может привести к проблеме «нулевого равновесия», когда ни один пользователь не хочет хранить токены вне стеков из-за раздувания сетевых токенов, что ограничивает фактическое использование и транзакции.
Может показаться, что компромиссы все время идут вразрез - хотя многие из них на данный момент являются только теоретическими. В дикой природе, пожалуй, самая распространенная практическая проблема систем PoS на самом деле связана с системами PoW: консолидация власти и капитала для ограниченного числа крупных игроков и петля обратной связи, позволяющая тем, у кого больше власти, получить больше активов. Это верно с точки зрения их полномочий по управлению внутри сети, а также их баланса в более широком мире - что позволяет богатым и сильным становиться все более богатыми и более сильными.
В PoW мы видим это в проблеме майнинг-пулов, которые могут получать все больше и больше хэш-мощности при дополнительных затратах. В PoS мы часто видим это, когда начальные инвесторы получают большое количество дисконтированных токенов, что приводит к большей мощности и более высоким объемам стеков. Таким образом, несмотря на то, что больше людей может участвовать в стейкинге по сравнению с майнингом, даже для этого алгоритма все еще существует значительное неравенство.
Возможные решения
Многие из вышеупомянутых проблем, в особенности те, которые связаны просто с выравниванием стимулов, были решены с помощью таких инноваций, как «слэшинг» (slashing), создаваемое Ethereum Foundation и Casper. Проблемы централизации и концентрации власти, кажется, труднее решить для такой платформы, как Ethereum, которая имеет высокую концентрацию китов из-за своей длинной истории и ограниченного числа ранних участников сети.
Такие системы, как delegated proof-of-stake (DPoS), представляют собой интересное потенциальное решение как для максимизации участия, так и для эффективности, хотя результат может показаться довольно централизованным, несмотря на его демократичность. Гибридные системы, подобные тем, которые используются Tezos и Decred, также являются интересными экспериментами, которые могут оказаться эффективными в ограничении монополизации власти благодаря наличию нескольких групп заинтересованных сторон и увеличению числа пользователей.
Хотя эти виды инноваций, экспериментов и изобретательности необходимы для развития экосистемы, мы часто склонны создавать более сложные решения, чем это необходимо. Исторически, большая часть централизации PoS-систем происходит не от технической или стимулирующей механики, а от природы первоначального распределения. Крупные держатели токенов и учреждения часто получают львиную долю первоначального распределения токенов сети, что закрепляет их статус центральных игроков и может привести к сбоям в сети. Таким образом, одним из решений будет демократизация доступа к распространению токенов с самого раннего момента.
В настоящее время этот подход используется в партнерстве между CasperLabs, который создает бесплатный высокопроизводительный блокчейн на основе PoS-системы и платформу для торговли цифровыми активами BitMax.io: совместно предлагающих exchange validator offering или EVO - проверку транзакций через биржу.
Вместо того, чтобы предлагать токены институциональным инвесторам, CasperLabs и BITMAX объединяются, чтобы дать розничным инвесторам возможность первыми получать токены, так что они будут работать в качестве валидаторов через BitMax при запуске сети. Устранение эффекта кита при первоначальном распределении может иметь большое значение для снижения будущей монополизации власти в сети.
Читайте по теме: Стейкинг в PoS-сетях: Пузырь или будущее Крипто?
Несмотря на многочисленные проблемы децентрализованного консенсуса, обнадеживает продолжение инноваций и экспериментов в этой сфере, особенно в том, что касается верных фундаментальных идеалов исключения третьей стороны, безопасности и децентрализации.
