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.