Прийти к консенсусу: что такое гибридные блокчейн-решения на PoS и PoW

Алгоритмы консенсуса Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) обладают своими плюсами и минусами, поэтому выбор конечного решения неизбежно предполагает компромиссы. Но что если совместить оба, учитывая лучшие стороны каждого?

Алгоритмы консенсуса

Когда речь заходит об алгоритмах консенсуса на ум всегда приходят два самых популярных решения, связанные с валидацией транзакций посредством майнинга и стейкинга: Proof of Work (доказательство работы) и Proof of Stake (доказательство доли) соответственно. Каждый способ валидации и устройства проекта имеет своих сторонников и противников, потому в среде криптоэнтузиастов порой возникают споры о том, какой лучше. Остановимся кратко на сильных и слабых сторонах.

Плюсы и минусы PoW

Плюсы:

Децентрализация. Каждый, у кого есть оборудование, может участвовать в майнинге. Это теоретически предотвращает перехват управления крупными игроками.

Безопасность. Экономические стимулы для майнеров работают таким образом, что недобросовестное поведение и атаки становятся сложнее по мере роста децентрализации в сети.

Обеспеченность. PoW криптовалюты можно считать в определенной степени экономически обеспеченными затратами майнеров на оборудование, техническое обслуживание и электричество. Более того, инфраструктура майнинга создает для монет более сложную и устойчивую экономическую модель, которая учитывается в себестоимости криптовалюты. Не случайно криптовалюта с наибольшей рыночной капитализацией выполнена в виде PoW-проекта.

Минусы:

Экология. Хотя это и достаточно спорный аргумент, но PoW часто упрекают в том, во вреде окружающей среде, который наносят майнеры. Объясняется это «бесполезностью» выполнения ими соответствующей работы.

Проблема масштабируемости. В PoW трилемма блокчейна решается за счет жертвы пропускной способности в угоду безопасности и децентрализации.

Зависимость от рынка вычислительных устройств. Многие, наверное, помнят, что майнинг сделал с рынком видеокарт. Майнинг влияет на рынок вычислительных устройств и тем самым может стать проблемой для конечных пользователей не-майнеров. Более того, кейс видеокарт показал, что майнинг, и связанная с ним гонка вычислительных мощностей, могут создавать переполох на смежных рынках.

Гипотетическая уязвимость для определенного типа атак, например, атаки 51%. Впрочем, при должном уровне децентрализации PoW блокчейн вполне безопасен.

Плюсы и минусы PoS

Плюсы

Экологичность и энергоэффективность. В сравнении с PoW, экологические и энергетические показатели PoS кажутся ничтожными.

Экономические стимулы против атаки-51%. Теоретически подобная атака возможна, однако трудновыполнима и нецелесообразна. Впрочем, последний тезис нуждается в проверке и не кажется абсолютно надежным. К примеру, он может опираться на институт репутации, а не вовсе исключать возможности атаки.

Большая пропускная способность по сравнению с PoW. Достаточно сравнить показатели TPS во многих популярных проектах.

Минусы

Проблема Nothing at Stake (англ: «ничто на кону»). В отличие от PoW, где добросовестность поведения майнера обеспечивается затратами на оборудование и энергию, в PoS отсутствуют издержки, характерные для майнера при голосовании. Проще говоря, в PoS у участников значительно меньше экономических стимулов к добросовестному поведению. Сюда же можно отнести спорную с экономической точки зрения модель ценообразования криптовалюты в целом.

Угроза децентрализации. В стейкинге значительно большая вероятность захвата со стороны одного крупного игрока (или сговорившихся игроков) и последующее навязывание новых правил игры более мелким участникам.

Попытки объединить PoS и PoW

Приведенные выше преимущества и недостатки, как легко заметить, являются взаимосвязанными. Алгоритм PoW хорош там, где плох PoS, и наоборот. Поэтому понятна идея создания некого гибрида двух решений. И, в принципе, концепция работоспособна: гибридный механизм консенсуса PoW/PoS действительно имеет ряд преимуществ.

1. Гибрид частично решает проблемы масштабируемости и энергопотребления, связанные с PoW.
2. Гибрид снижает риск атаки на блокчейн со стороны валидаторов, владеющих большим количеством актива, что является проблемой для стейкинга. Да и в целом за счет совмещения PoW и PoS защита блокчейна улучшается. Существуют академические исследования, которые подтверждают эту теорию.
3. Гибрид в целом позволяет блокчейну сбалансировать преимущества и недостатки PoW и PoS.

С другой стороны, гибридное решение предполагает компромисс, поэтому выгоды от него имеют спорный характер: уравновешивая PoS и PoW за счет друг друга, фундаментально мы не освобождаемся полностью от присущих обоим консенсусам ограничений. Например, PoW-составляющая все равно будет налагать штрафы на экологичность и пропускную способность.

И, конечно, стоит добавить: майнеры и стейкеры будут вынуждены делить между собой вознаграждение.   

Как работает гибрид PoS и PoW на примере Decred

Рассмотрим схему работы на примере Decred, криптовалюты на гибридном блокчейне с наибольшей капитализацией.

Decred использует оба механизма (PoS и PoW) для поддержания работы сети и ее безопасности. Майнеры и стейкеры сотрудничают для создания новых блоков. PoW-майнеры создают новые блоки, а валидаторы PoS проверяют и контролируют. Чтобы блок был действительным, он должен быть подписан как минимум тремя из пяти тикетов (голосов) стейкеров, которые призваны голосовать в этом блоке.

Стейкеры могут проголосовать за удержание вознаграждения для майнера, даже если блок соответствует правилам консенсуса сети. Это позволяет пресекать, например, добычу пустых блоков.

Также в качестве более далекого примера гибрида PoS и PoW можно отметить особенности Dash с ее системой мастернод. Чтобы управлять мастернодой, пользователь должен обладать минимум 1000 DASH (PoS-элемент) и вкладывать свои вычислительные мощности в работу блокчейна (так называемый Proof of Service, который, впрочем, можно рассматривать в качестве PoW-элемента). Однако остальные («не мастер») ноды в Dash работают на PoW, что не позволяет причислить его к гибридам PoS и PoW.

Вывод

Гибридные решения способны смягчить недостатки одного алгоритма консенсуса (PoW или PoS) путем подкрепления другим. При этом недостатки, как правило, не устраняются полностью (например, майнинг все еще требует оборудования и электроэнергии). Поэтому нельзя сказать, что гибридные решения являются идеальными для всех проблем. Это не значит, что они не могут быть хорошим решением для конкретных задач.

Источник