Proof of Work vs. Proof of Stake: Základné rozdiely, plusy a mínusy

V tomto článku sa vám pokúsime vysvetliť základné rozdiely medzi konsenzom Proof of Work, ktorý poznáme aj pod skratkou PoW a konsenzom Proof of Stake (skratka PoS).

Proof of Work môžete tiež poznať ako “dôkaz o práci” a Proof of Stake zas ako “dôkaz o vklade/podiele”, no štandardné sa používajú pre túto terminológiu originálne anglické výrazy.

Na konsenzuse Proof of Work funguje väčšina kryptomien vrátane Bitcoinu. Je to rokmi overený systém, ktorý so sebou prináša výhody, no aj niekoľko úskalí. Záujem o konsenzus Proof of Stake stúpol najmä po tom, čo kryptomena Ethereum prezradila svoj cieľ prejsť na tento algoritmus pre jeho viaceré nesporné výhody.

Čo je to Proof of Work?

Proof of Work je protokol, ktorého hlavnou úlohou je odradiť kybernetické útoky, ako napríklad distribuovaný útok typu Denial-of-Service (DDos), ktorého cieľom je vyčerpať zdroje počítačového systému odosielaním množstva falošných požiadaviek.

Koncept Proof of work exitoval ešte pred vznikom kryptomeny Bitcoin a pred tým, ako sa ho rozhodol použiť pre Bitcoin jeho záhadný tvorca Satoshi Nakamoto. Spôsobil tým revolúciu v spôsobe, akým sa dajú overovať finančné transakcie.

Ako prví prišli s myšlienkou „dôkazu o práci” v rámci svojej publikácie Cynthia Dworkova a Moni Noar v roku 1993, ale termín “Proof of Work” bol vytvorený Markusom Jakobssenom a Arim Juelsom v dokumente, ktorý vznikol v roku 1999.

Proof of Work bol azda hlavnou a najdôležitejšou myšlienkou, s ktorou prišiel Satoshi Nakamoto, keď v roku 2008 publikoval Bitcoin white paper. Jednoducho z toho dôvodu, že tento konsenzus umožňoval dôveryhodný a distribuovaný konsenzus.

Dôveryhodný a distribuovaný konsenzusový systém znamená, že ak chcete prijímať alebo odosielať peniaze, nepotrebujete pri tom dôverovať tretím stranám. Transakcia sa realizuje výhradne medzi vami a tým účastníkom, od ktorého platbu prijmete alebo mu ju odošlete.

Ak používate tradičné spôsoby platieb, dôverovať tretím stranám naopak musíte, či už ide o banky, alebo služby ako sú Visa, Mastercard či PayPal. Tieto inštitúcie si vedú vlastný súkromný register, ktorý uchováva históriu všetkých transakcií a teda aj váš zostatok na účte. Pre ilustráciu, ak chcete odoslať peniaze z vášho účtu vášmu priateľovi, musíte dôverovať vašej banke, že túto transakciu naozaj realizuje. Taktiež musíte veriť, že banka neskrachuje či štát nenariadi zmrazenie vašich účtov.    

U Bitcoinu a niekoľkých ďalších kryptomien potreba dôvery v tretiu centralizovanú stranu (banka, štát, platobná spoločnosť) neexistuje. Každý môže vlastniť kópiu blockchainu (účtovnej knihy), takže nikto nemusí dôverovať tretím stranám, pretože všetci môžu priamo verifikovať informácie, ktoré sú v blockchaine napísané.

Proof of Work a ťažba

Keď pôjdeme do tejto problematiky hlbšie, zistíme, že konsenzus Proof of Work vyžaduje nákladný výpočtový výkon, nazývaný aj ťažba (mining), ktorý je potrebné vykonávať, aby sa mohli transakcie v bitcoinovej sieti uskutočňovať. Počas tohto procesu sa vlastne vytvárajú nové overené bloky (blocks), ktoré sa pridávajú do reťazca (chain). Block+Chain=Blockchain.

Úlohou ťažby je:

• Overiť legitímnosť transakcie a zabrániť takzvanému double-spendingu
  
• Vytvorenie nových digitálnych mien, ktore dostávajú ťažiari ako odmenu za to, že overujú transakcie

Čo sa deje v zákulisí?

V zákulisí sa počas vykonávania transakcie v sieti Bitcoinu (alebo u inej kryptomeny, ktorá používa konsenzus Proof of Work)  deje hneď niekoľko procesov:

• Všetky transakcie sa spájajú do niečoho, čo nazývame blok
• Mineri (ťažiari) overujú, či sú transakcie v rámci každého bloku legitímne
• Aby to mohli mineri urobiť, musia riešiť komplikovanú matematickú úlohu, ktorá je známa ako dôkaz o práci (proof-of-work). Pri tejto práci pália elektrickú energiu, čo je terčom kritiky Bitcoinu a iných Proof of Work kryptomien, pretože časť tejto energie pochádza z neekologických elektrárni – najmä tých, ktoré vyrábajú energiu za pomoci uhlia.
• Odmenu za tuto činnosť dostane prvý miner (ťažiar), ktorý vyrieši matematickú úlohu. Odmenou sú nové vyťažené bitcoiny. V roku 2021 ide o 6.25 BTC za jeden blok. Táto odmena sa v polovici roka 2020 znížila v rámci takzvaného halvingu z 12.5 BTC (halving sa deje každé štyri roky).
• Overené transakcie sa dostávajú do verejného blockchainu

Kľúčovým bodom overovania transakcií je spomínaná matematická úloha. Jej kľúčovým znakom je zas asymetria. Vykonaná práca musí byť dostatočné náročná na strane žiadateľa, ale ľahko kontrolovateľná cez sieť.

Mineri medzi sebou súťažia, aby boli prví, ktorí nájdu riešenie pre matematický problém, ktorý sa týka nového bloku, čo je problém, ktorý sa nedá vyriešiť iným spôsobom ako „hrubou silou” (rozumejte čo najvyšším výpočtovým výkonom). Keď miner konečne nájde riešenie matematickej “hádanky”, dostane spomínanú odmenu vo forme nových bitcoinov.

S ťažbou sa úzko spája aj pojem “Mining difficulty“, čiže obťažnosť ťažby. Je to údaj, ktorý určuje konkurenčnú povahu ťažby. Čím viac ťažiarov sa bude snažiť vyťažiť nový blok, tým bude obťažnosť ťažby vyššia a naopak. Táto metóda zabezpečuje, že náklady na tvorbu nových blokov stúpajú, mineri sa snažia zlepšiť efektívnosť ich ťažobných zariadení a to všetko udržuje pozitívnu ekonomickú rovnováhu systému. Aktualizácia mining difficulty sa deje raz za približne 14 dní po každých 2016 vyťažených blokoch. Jeden blok sa vyťaží v priemere za 10 minút.

Algoritmus Proof of Work nepoužíva len Bitcoin, ale aj mnoho ďalších kryptomien vrátane Ethereum. V niektorých bodoch existuj[ síce odlišnosti, no základný koncept je rovnaký. Ethereum však chce prejsť na Proof of Stake a nie je jedinou kryptomenou, ktorá považuje túto možnosť overovania transakcií za lepšiu.

Čo je Proof of Stake

Proof of Stake, alebo ak chcete “dôkaz o vklade/podiele” je druhým spôsobom, ako je možné potvrdiť transakcie a dosiahnuť pri tom distribuovaný konsenzus.

Stále ide o algoritmus a účel je rovnaký ako u Proof of Work, no proces dosiahnutia konsenzu je úplne odlišný.

Proof of Stake bol prvýkrát zmienený na bitcoinovom fóre v roku 2011 a prvou kryptomenou, ktorá používala túto metódu bol PeerCoin v roku 2012. Následne sa pridali dnes už menej známe kryptomeny ako ShadowCash, Nxt, BlackCoin, NuShares/NuBits, Qora či Nav COin.

Na rozdiel od Proof of Work, kde algoritmus odmeňuje minerov, ktorí riešia komplikované matematické problémy s cieľom overiť transakcie a vytvoriť nové bloky, u Proof of Stake je tvorca nového bloku vybraný deterministickým spôsobom v závislosti od jeho vkladu/podielu (stake). Treba však upozorniť, že rôzne kryptomeny využívajú rôzne princípy konsenzu Proof of Stake, čo znamená, že medzi výberom overovateľov (validátorov) existujú určite odlišnosti v závislosti od konkrétneho riešenia. 

Žiadne blokové odmeny

U kryptomien, ktoré využívajú Proof of Stake, sa žiadne nové bloky nevytvárajú. Všetky boli vytvorené naraz a ich číslo sa nikdy nezmení. To znamená, že v systéme Proof of Stake neexistuje žiadna odmena za vyťaženie nového bloku, ako je to u Bitcoinu či iných kryptomien, ktoré používajú konsenzus Proof of Work. U Proof of Stake si ťažiari účtujú len poplatky za transakcie.

Z tohto dôvodu sa u Proof of Stake nehovorí ťažiarom mineri, ale takzvaní forgers (falšovatelia).

Na algoritmus Proof of Stake plánuje prejsť druhá najhodnotnejšia kryptomena súčasnosti Ethereum. Hlavným dôvodom, prečo sa chcú jej developeri uchýliť k tomuto kroku, je skutočnosť, že Proof of Work vyžaduje množstvo spotrebovanej energie. Existuje mnoho štúdii, ktoré sa venujú tejto téme a dokonca upozorňujú na škodlivé vplyvy ťažby kryptomien na prírodu. Tejto téme sa budeme venovať osobitne, no pointou je, že využívanie Proof of Stake ponúka ekologickejšiu a lacnejšiu formu distribuovanej formy konsenzu.

Kým Ethereum ako dvojka trhu prechod na Proof of Stake len pripravuje, existujú už viaceré kryptomeny, ktoré na tomto konsenze fungujú. Najväčšími sú Cardano, Polkadot či Solana, no je opäť nutné upozorniť, že každý projekt má svoj konsenzus Proof of Stake do určitej miery optimalizovaný pre svoje potreby.

Ktorý systém je bezpečnejší?

Akýkoľvek počítačový systém by chcel neprelomiteľný, teda odolný hackerom. Konsenzus Proof of Work má vyše 12-ročnú spoľahlivú históriu u robustnosť blockchainu Bitcoinu. Proof of Stake však ešte svojou naozaj vážnou zaťažkávacou fázou neprešiel. Je teda dostatočné bezpečný na to, aby si získal dôveru ľudí a mohol nahradiť Proof of Work? Existujú skeptici, ktorí o tom pochybujú.

Pri používaní Proof of Work sú zlí aktéri na základe toho, ako systém funguje, automaticky odrádzaní ekonomickou silou. Napríklad blockchain Bitcoinu by sa dal teoreticky ovplyvniť tak, že by ste získali kontrolu nad väčšinouu hashovacieho výkonu celej siete (takzvaný 51% útok). Náročnosť tohto útoku by si však vyžadovala z vašej strany takú obrovskú investíciu, že by sa vám to jednoducho neoplatilo a výrazne by ste prerobili. Jednoducho by to nikomu nedávalo logiku.

Proof of Stake ťažbu nových blokov a teda obrovskú hashovaciu silu nepotrebuje, preto čelí výzve, aby bol napriek tomu dostatočne nepriestrelný. Potenciálni útočníci by totiž na vykonanie útoku na takúto sieť nepotrebovali až taký vysoký kapitál ako v prípade Bitcoinu. Na druhú stranu (pri predpoklade, že v projekte neexistuje iná bezpečnostná diera) treba uznať, že by museli získať kontrolu nad dominantným množstvom celkových mincí danej Proof of Stake kryptomeny a popri tom by museli konať v jej nezáujme, čím by vlastne negatívne ovplyvňovali aj hodnotu tých mincí, ktoré sami vlastnia (inak povedané poškodzovali by tým sami seba). Obhajovatelia Proof of Stake vďaka tomu celkom logicky argumentujú, že aj PoS konsenzus prirodzene odrádza od zámeru škodiť. Riešenia PoS popri tom zahŕňajú algoritmy, ktoré trestajú akýkoľvek pokus o nekalú činnosť. Napríklad validátor, ktorý sa pokúsi podvádzať, príde o svoj celý vklad.

Ako bolo spomenuté aj v úvode kapitoly, bezpečnosť Proof of Work je overená časom a PoS je len mladým riešením. Kryptomena Cardano, ktorej trhová kapitalizácia je dostatočne atraktívna na pokus o útok, funguje na Proof of Stake konsenze od mája 2020 a zatiaľ nebol u nej zaznamenaný žiadny pokus o úspešné napadnutie. Pravdou ale je, že 12 ročnú históriu ako Bitcoin za sebou jednoducho zatiaľ nemá.

Je PoS menej férový než PoW?

Pokiaľ ide o kritiku PoS, nemalo by sa zabúdať na faktor prerozdelenia bohatstva smerom do budúcnosti. Boj o nové bitcoiny je totiž zjavne férovejší a decentralizovanejší, než odmeny vyplývajúce zo stakovania u PoS kryptomien. Ťažiari bitcoinu totiž musia neustále súťažiť so svojou konkurenciou, či už starou, alebo novou, aby vyťažili nové bitcoiny. Ich konkurencia pritom môže prísť na trh aj bez akejkoľvek predchádzajúcej účasti v systéme. U Proof of Stake kryptomien naopak čerpajú zo stakingu najväčší benefit tí, ktorí nazbierali dostatočné množstvo mincí včas – pri zrode danej kryptomeny alebo v skorých rokoch jej existencie. A čím viac týchto mincí vlastnia, tým viac zarobia v budúcnosti aj vďaka stakingu. Inak povedané bohatší budú ešte bohatšími. Proof of Stake teda stavia do zjavnej výhody prvých osvojiteľov, kým Proof of Work je demokratický aj v priebehu času.

Záver

U Proof od Stake nemusia validátori transakcií využívať obrovský počítačový výkon a s tým spojenú enormnú spotrebu energie. To môže viesť k rastu popularity Proof of Stake kryptomien, nakoľko pôsobia ekologickejšie. V týchto rokoch sa bude dbať na enviro problematiku obrovský dôraz a tak to môže zohrať patričnú úlohu aj pri rozhodovaní investorov, ktorým projektom dajú prednosť. Na druhú stranu treba priznať, že boj o nové bitcoiny, ktoré sa ťažia, pôsobí férovejšie, než v prípade PoS kryptomien. Bitcoin a Proof of Work má taktiež vďaka páleniu elektrickej energie priame spojenie s reálnym svetom, kým Proof of Stake kryptomeny fungujú bez takéhoto reálneho kontaktu. To znamená, že kým v prípade pokusu napadnúť Bitcoin musíte reálne vykonávať nejakú činnosť (páliť energiu) v prípade PoS konsenzu vám stačí nájsť dieru v samotnom systéme. Nájsť odpoveď na to, ktorý konsenzus je teda lepší, je nesmierne ťažké. Jedna strana presvedčene tvrdí, že PoS časom určite zlyhá (v bezpečnosti), kým druhá strana argumentuje, že bez PoS nenastane v sektore kryptomien skutočný pokrok. 

Zdroj: blockgeeks.com, Kryptonovinky

Upozornenie
Názory a stanoviská uvedené v tomto článku sú publikované len pre informačné účely a v žiadnom prípade ich nemožno vnímať ako investičnú radu. Žiadny obsah na stránkach Kryptonovinky.sk a Kryptonovinky.com nemožno považovať za finančné, investičné alebo iné poradenstvo. Upozorňujeme, že investovanie do kryptomien môže viesť k stratám.

[youtube-feed]