Iako je istorija transakcija Bitcoin-a (BTC) bezbedno sekvencionirana korišćenjem proof-of-work (PoW), on troši mnogo električne energije i broj transakcija koje može da obradi odjednom je ograničen. Kao rezultat toga, pojavili su se novi mehanizmi koncenzusa koji se fokusiraju na manje energetski intenzivnu metodu, pri čemu je model proof-of-stake (PoS) jedan od najistaknutijih. Ovi mehanizmi koncenzusa omogućavaju računarskim mrežama da sarađuju dok ostaju bezbedne.
Blockchain mreže moraju da reše nekoliko problema da bi efikasno funkcionisale. Na primer, bez centralnog organa kao što su banke ili FinTech (npr. PayPal) u sredini, decentralizovane mreže kriptovaluta moraju da osiguraju da nijedna strana u mreži ne troši isti novac više puta. Štaviše, mehanizam koncenzusa sprečava da se mreža iskoči iz koloseka kroz hard fork.
Međutim, u centralizovanoj organizaciji kao što je banka, odbor donosilaca odluka ili regulatori kontrolišu takve aktivnosti. Dok se kripto bazira na zajednici, tako da blockchain mora da postigne koncenzus da bi verifikovao transakcije i blokove.
Proof-of-work i proof-of-stake su dva glavna mehanizma koncenzusa koja se trenutno koriste u projektima decentralizovanih finansija (DeFi) za kriptografski postizanje koncenzusa o mrežama kriptovaluta. Kada je Satoshi Nakamoto stvarao Bitcoin (prvu kriptovalutu), morali su da smisle način za verifikaciju transakcija bez učešća treće strane. Da bi to postigli, koristili su mehanizam koncenzusa koji se zove proof-of-work kako bi omogućili mrežama da se dogovore o tome koje su transakcije validne.
Naprotiv, proof-of-stake (PoS) je moderan metod koncenzusa koji pokreće novije DeFi projekte i kriptovalute. Neki projekti počinju sa PoS-om odmah ili prelaze na PoS sa PoW-a. Međutim, izgradnja PoS koncenzusne mreže odmah je značajno tehnološko pitanje i nije tako jednostavno kao korišćenje PoW-a za postizanje mrežnog koncenzusa.
Šta je proof-of-work?
Proof-of-work je prvi put predložen 1993. za borbu protiv neželјene e-pošte na mreži i napada uskraćivanja usluge. PoW koncept je zatim popularizovao Satoshi Nakamoto da bi potvrdio nove blokove u Bitcoin mreži 2008.
PoW se zasniva na kapacitetu korisnika mreže da dokažu da je računarski zadatak ostvaren. Da bi se odgovorilo na matematičku jednačinu, koristi se neka računarska snaga poznata kao čvor, a kada se jednačina reši, novi blok u lancu se potvrđuje. Čvor je svaki fizički uređaj poput personalnog računara koji može da prima, šalјe ili prosleđuje podatke unutar mreže drugih alata.
Rešavač koji najbrže odgovori na matematičku zagonetku, stvoriće kriptografsku vezu između trenutnog i prethodnih blokova i zaradiće nešto sveže iskovanog kripto coina. Ovaj proces je poznat kao rudarenje, a rešavači su poznati kao rudari. Nјihovim zajedničkim naporima blockchain je siguran za sve uklјučene strane. Štaviše, računski zadatak rešavanja ove zagonetke se naziva proof-of-work.
Kako PoW funkcioniše?
Blockchain je sistem koji se sastoji od niza blokova raspoređenih hronološkim redosledom na osnovu redosleda transakcija koji se naziva redosled blokova. Genesis blok, ili nulti blok, je prvi blok u PoW blockchainu, koji je tvrdo kodiran u softver. Ovaj blok se, po definiciji, ne odnosi na prethodni blok. Naredni blokovi učitani u blockchain uvek se odnose na prethodne blokove i sadrže kompletnu i ažuriranu kopiju knjige.
Kroz takmičarsku trku u kojoj se neki učesnici ili rudari podstiču da potroše računarske resurse da podnesu legitimne blokove koji odgovaraju propisima mreže, PoW algoritmi biraju ko može da izmeni knjigu sa novim unosima. Knjiga vodi evidenciju o svim transakcijama i organizuje ih u uzastopne blokove tako da nijedan korisnik ne može dva puta da potroši njegova sredstva. Da bi se izbeglo petlјanje, knjiga se distribuira, omogućavajući drugim korisnicima da brzo odbiju izmenjenu verziju.
U praksi, korisnici identifikuju neovlašćeno korišćenje heševa, koji su dugi nizovi brojeva koji služe kao Proof-of-work. Heš funkcija je jednosmerna funkcija, što znači da može da se koristiti samo za proveru da li podaci koji su generisali heš odgovaraju originalnim podacima.
Nakon toga, čvorovi verifikuju transakcije, sprečavaju dvostruku potrošnju i odlučuju da li predložene blokove treba dodati u lanac ili ne. Čin plaćanja dva puta istom valutom da bi se prevario primalac tih sredstava poznat je kao dvostruka potrošnja. Dvostruka potrošnja bi izazvala pustoš u mreži i eliminisala jednu od njenih najvrednijih karakteristika: nepromenlјivost, decentralizaciju i nepoverlјivost.
Proof-of-work čini dvostruku potrošnju neverovatno teškom jer bi promena bilo kog dela blockchaina uklјučivala ponovno rudarenje svih narednih blokova. Pošto su mašinerija i snaga neophodni za izvršavanje heš funkcija skupi, korisnicima onemogućava monopol nad kapacitetima obrade mreže.
Štaviše, da bi se postigao koncenzus i obezbedio legitimitet transakcija snimlјenih u blockchainu, PoW protokol kombinuje računarsku snagu sa kriptografijom.
Rudari se takmiče da razviju tačan odgovor na matematičke probleme tokom procesa heširanja kako bi proizveli nove blokove. Rudari to postižu pogađanjem heša, koji je niz pseudoslučajnih brojeva. Kriptografski heš (npr. SHA-256) je tip teksta ili potpisa datoteke sa podacima. Za tekst, SHA-256 obezbeđuje skoro jedinstveni 256-bitni (32-bajtni) potpis.
Kada je spojen sa podacima u bloku i obrađen kroz heš funkciju, heš mora da generiše rezultat koji ispunjava navedene zahteve protokola.
Rudari koji su osvojili heš zatim ga emituju na mrežu, dozvolјavajući drugim rudarima da provere da li je odgovor tačan. Ako je odgovor tačan, blok se dodaje u blockchain i rudar dobija nagradu za blok. Na primer, trenutna nagrada za blok za Bitcoin rudarenje je 6,25 Bitcoin-a.
Prednosti i mane PoW-a
U PoW, rudari moraju da plate mnogo novca za struju da bi rešili složene matematičke zagonetke i obradili blok na mreži. Električna energija se koristi za napajanje mašina koje generišu digitalna sredstva kroz proces verifikacije transakcija, koji se naziva rudarenje. Štaviše, potrošnja energije je klјučna za bezbednost mreže, jer joj omogućava da vodi tačnu evidenciju transakcija i da se pridržava određene, kredibilne monetarne politike.
Štaviše, mreža je bezbedna jer bi prevara lanca zahtevala od zlonamernog aktera da preuzme 51% računarske snage mreže. Ako se blockchain račva u proof-of-work sistemu, rudari moraju da izaberu da li da pređu na noviju račvastu blockchain mrežu ili da nastave da podržavaju originalni blockchain.
Rudar bi morao da podeli njegove računarske resurse između dve strane fork da bi podržao oba blockchaina. Kao rezultat toga, kroz ekonomski podsticaj, proof-of-work sistemi prirodno sprečavaju stalno račvanje i podstiču rudare da izaberu stranu koja ne želi da naškodi mreži. S druge strane, ako ste ranjivi na napad od 51% ili ako niste na najznačajnijem držaču coina za bilo koji zamenlјivi algoritam heširanja, pojedinci na većem coinu mogu da okrenu njihov hardver protiv vas i izbace vas, i vi više ne možete da zaradite podsticaj.
Ove karakteristike su pogodne za teoriju igara, u kojoj rudari moraju da deluju strateški kako bi optimizovali njihove investicije. Ljudi će, poput država ograničene racionalnosti, uvek birati najjednostavnije rešenje. Prelazak na noviji lanac otežava stvari. Stoga, teorija igara pomaže oligopolima da izbegnu unutrašnju korupciju i donesu logične odluke.
Uprkos gore navedenim prednostima, PoW bi mogao da bude prilično skup i neefikasan u smislu korišćenja resursa. Rudari moraju da se nose sa raznim troškovima, uklјučujući najnoviju opremu koja se brzo troši. Rudarstvo ima tendenciju da proizvodi mnogo toplote i može da potroše preteranu električnu energiju, u zavisnosti od lokacije rudara. Štaviše, sistemske naknade za transakcije rastu kada mreža postane preopterećena.
Šta je proof-of-stake?
Godine 2011. predložen je novi pristup na Bitcointalk forumu kako bi se pozabavili neefikasnošću PoW mehanizma koncenzusa i smanjila količina računarskih resursa potrebnih za pokretanje mreže blokova. Umesto da obavlјa opiplјiv rad, ovaj koncept se zasniva na postojanju proverlјivog udela u ekosistemu.
Drugim rečima, da bi potvrdio transakcije na kripto mreži, korisnik treba samo da pokaže da poseduje određenu količinu tokena kriptovalute koji su izvorni u blockchainu. Ovaj tip mehanizma koncenzusa koji koriste blockchain mreže za postizanje distribuiranog koncenzusa naziva se mehanizam koncenzusa proof-of-stake.
Na primer, rudar A ulaže 30 coina, rudar B ulaže 50 coina, rudar C ulaže 75 coina, a rudar D 15 coina. Miner C bi u ovom slučaju imao prioritet da napiše i potvrdi sledeći blok. Za razliku od blok nagrade u Proof-of-work, Miner C će prikuplјati naknade za transakcije, odnosno mrežne naknade.
Kako funkcioniše PoS?
Genesis blok je početni blok u PoS blockchainu koji je takođe tvrdo kodiran u programu. Naredni blokovi učitani u blockchain uvek se odnose na prethodne blokove i sadrže kompletnu i ažuriranu kopiju knjige.
U PoS mreži rudari se ne takmiče za pravo dodavanja blokova. Umesto da budu kopani, blokovi se često nazivaju „iskovani“ ili „kovani“.
PoS blockchainovi, za razliku od PoW blockchaina, ne ograničavaju ko može da predlaže blokove na osnovu potrošnje energije. Uprkos visokim energetskim zahtevima PoW blockchaina, novi mehanizmi koncenzusa kao što je dokaz udela eliminišu potrebu za rudarenjem.
Sistem proof-of-stake ima nekoliko prednosti u odnosu na šemu dokaza rada, uklјučujući veću energetsku efikasnost pošto rudarski blokovi ne troše mnogo energije. Pored toga, nije vam potrebna vrhunska tehnologija da biste kreirali nove blokove. Proof-of-stake ima za rezultat to da mreža ima više čvorova.
Više čvorova u mreži pomaže u razvoju normi upravlјanja koje pružaju jači imunitet na centralizaciju. U PoS sistemima to je omogućeno višim stepenom hardverske nezavisnosti. Kao rezultat toga, proof-of-stake se često posmatra kao koncenzusni algoritam koji će najmanje dovesti do centralizacije mreže.
Korisnici koji žele da budu uzeti u obzir za uklјučivanje u proces dodavanja blokova u PoS blockchain moraju da ulože ili zaklјučaju određenu količinu kriptovalute mreže u jedinstveni ugovor. Nјihove šanse da budu izabrani kao sledeći proizvođač blokova su određene količinom kripto imovine koju su uložili. Ako se korisnici ponašaju zlonamerno, mogu da izgube njihov udeo kao rezultat njihovih radnji.
PoS može da uklјučuje druge određujuće elemente koji ne koriste uvek najbogatijim čvorovima, uklјučujući dužinu vremena u kome je čvor uložio njegov novac, kao i čistu randomizaciju. Nagrada za blok u PoS-u se odnosi na mrežnu naknadu koju blockchain dodelјuje osobi koja podnese važeći blok, slično PoW mehanizmu.
U PoS-u, izbor blokova se zasniva na vlasništvu coina; stoga, berze nude usluge zalaganja, koje omogućavaju korisnicima da ulože kriptovalute u njihovo ime u zamenu za doslednije nagrade. Više zainteresovanih strana može da se pridruži grupi za ulaganje kako bi udružili njihov računarske resurse i maksimizovali njihove šanse da budu nagrađeni. Drugim rečima, oni udružuju njihovu moć uloga tokom verifikacije i validacije novih blokova kako bi maksimizovali njihove šanse da dobiju nagradu za blok.
Prednosti i mane PoS-a
Pitanje velike količine rasipanja energetskih resursa je obrađeno u PoS. Štaviše, sistemi zasnovani na PoS-u su daleko skalabilniji od sistema zasnovanih na PoW-u, a transakcije se odobravaju mnogo brže. Skalabilnost znači da sistem postiže veće transakcije u sekundi (TPS) od specifičnih, trenutnih sistema promenom parametara sistema ili promenom njegovog mehanizma koncenzusa.
PoS mreža postiže skalabilnost uspostavlјanjem koncenzusa pre nego što se blokovi konstruišu, što omogućava obradu hilјada zahteva u sekundi sa naglim kašnjenjem manje od milisekundi.
Proof-of-stake, s druge strane, ima njegov niz poteškoća. Mreža je, na primer, i dalјe podložna dominaciji najznačajnijih vlasnika tokena. Ovo pruža veću moć ranim usvojitelјima i lјudima sa najviše novca.
Pošto je koncept još uvek relativno nov, možda ima nedostatke koji kripto zajednici još nisu očigledni. Ova paradigma, za razliku od proof-of-work, nema evidenciju o performansama. Štaviše, sistemi za proveru preuzimanja ne obeshrabruju automatski raščlanjivanje. Validator će dobiti duplikat njegovog udela na novom račvanom blockchainu kada se blockchain podeli
Dilema „ništa nije na kocki“ javlјa se kada se validator odjavi sa obe strane fork, omogućavajući im da potencijalno duplo potroše njihove coine i prikupe duplo veći broj naknada za transakcije kao povraćaj.
Proof-of-work vs. proof-of-stake
Iz prethodnih objašnjenja vidlјivo je da oba mehanizma koncenzusa imaju prednosti i nedostatke. Svi oni imaju isti suštinski cilј kao i gore navedeni, ali koriste različite metode da ga postignu.
Klјučna razlika između različitih mehanizama koncenzusa je način na koji delegiraju i nagrađuju verifikaciju transakcija. Ostale razlike su objašnjene u tabeli ispod.
Kada treba koristiti PoW ili PoS?
Mehanizam koncenzusa je klјučan za distribuirani dizajn blockchain mreže jer smanjuje centralizaciju entiteta zaduženih za validaciju transakcija. Da bi se zadržale nepromenlјive, nepoverlјive i distribuirane karakteristike blockchain mreže, potreban je potpuno funkcionalan mehanizam koncenzusa.
Vrsta potrebnog koncenzusa zavisi od potreba mreže. Na primer, Proof-of-work je potreban za prevenciju prevara, bezbednost i izgradnju poverenja u mreži. Rudari (ili nezavisni procesori podataka) ne mogu da budu zavedeni u vezi sa transakcijom zbog zaštite koju pruža PoW. Proof-of-work je metod obezbeđivanja istorije transakcija kripto sredstva, a istovremeno povećava poteškoće promene podataka tokom vremena.
Zahtev da čvor koji učestvuje, koji pokazuje da je posao završen i dostavlјen, kvalifikuje ga da dodaje nove transakcije u blockchain, štiteći od svake zlonamerne aktivnosti.
Ako na mreži postoje brojne kopije blockchaina, PoW pomaže da se identifikuje najlegitimnija kopija. Konačno, Proof-of-work je od suštinskog značaja za izgradnju distribuiranog sata koji omogućava rudarima da slobodno ulaze i izlaze iz mreže uz održavanje konzistentne brzine rada.
Slično tome, performanse i bezbednost mreže su značajne posledice korišćenja mehanizma zasnovanog na PoS-u. PoS se koristi kada je potrebna velika brzina transakcije za transakcije na lancu u sekundi i stvarno poravnanje mrežnog transfera. Štaviše, validatori će verovatno posedovati značajne količine mrežnog tokena, što ih finansijski podstiče da čuvaju lanac bezbednim.
Međutim, postoje određene sumnje u pogledu jačine PoS i PoW bezbednosti od pretnji. Zbog toga je kreiran mehanizam validacije koji se zove proof-of-space, ili (Chia projekat) za bezbednu validaciju transakcija. Chia koristi mehanizam koncenzusa dokaz o prostoru i dokaz vremena da bi rešio neke od problema centralizacije koji muče PoW i PoS blokove.
