Функционирование Биткойна опирается на принцип, известный как доказательство проделанной работы (proof of work, или PoW). Для определения того, какой именно участник сети создал новый блок (и может получить за это награду), этот процесс требует внести свой вклад в общую вычислительную мощность. Чем больше вычислений (работы) вы производите, тем больше у вас шансов быть награждённым биткойнами.

Работа этого оборудования обходится недёшево: согласно расчётам, сеть Биткойна уже потребляет столько же электричества, как целая Ирландия.

При создании Биткойна Сатоши Накамото полагал, что каждый человек в мире сможет осуществлять майнинг на своём компьютере, что приведёт к децентрализации сети.

К сожалению, центральные процессоры – чрезвычайно неэффективные устройства для добычи биткойнов. Мощный ноутбук сможет выдать мощность в районе 14 MH/s. Для сравнения, специально разработанный (на базе ASIC) AntMiner S9 может выдавать до 14 TH/s – это в миллион раз быстрее процессора ноутбука.

Накамото, работая над Биткойном, не мог предвидеть расцвет устройств ASIC. Вследствие этого, вместо того чтобы стать распределённым по всему миру, Биткойн столкнулся с сильным централизованным давлением. Все люди, необходимые для контроля над Биткойном, могут поместиться за одним столом. Централизация предоставляет преимущества в виде более раннего доступа к лучшему оборудованию и более дешёвому электричеству; тем не менее, есть большая вероятность, что как только чипы ASIC столкнутся с ограничениями в законе Мура, мы вернёмся назад к децентрализации.

Святым Граалем для криптовалют стала бы безопасность принципа доказательства выполненной работы, но без высокой стоимости и подверженности централизации. Я впервые услышал о принципе доказательства доли (proof of stake, или PoS) несколько лет назад и, будучи соблазнённым этой идеей, немедленно инвестировал в PeerCoin – первую криптовалюту, воплотившую этот принцип в жизнь.

Так что же такое подтверждение доли?

Принцип доказательства выполненной работы расточительно использует дорогое электричество, чтобы вычислить хэш достаточной сложности, который будет принят сетью – что позволит участнику создать новый блок.

Принцип подтверждения доли работает иначе. Существует много различных его вариаций, но основная идея следующая: каждый участник сети может собрать свои токены в одно ядро (тип хэша). Чем крупнее доля участника, тем больше шансов, что его ядро “совпадёт”. Совпадёт с чем? И здесь самое интересное: блокчейн сам генерирует случайный непредсказуемый сид на основе данных, содержащихся в проходящих блоках (в том числе с помощью хеширования), и ближайшее совпадающее ядро получает разрешение на создание нового блока – и, соответственно, получает за это вознаграждение.

Поскольку принцип не предполагает использования вычислительной мощности, каждый участник может запустить приложение на своём компьютере независимо от его технических характеристик, которые так важны для принципа доказательства выполненной работы.

Звучит здорово, не так ли? Однако, беря во внимание вызванные доказательством выполненной работы непредвиденные последствия, давайте попробуем предсказать, к чему может привести использование принципа подтверждения доли.

При PoW мы увидели расцвет пулов по совместному майнингу. Пулы завоевали большую популярность, поскольку они делают майнинг более предсказуемым.

Доказательство выполненной работы – своего рода лотерея. Чем больше вычислительной мощности вы вносите в систему, тем больше лотерейных билетов получаете. В сети Биткойна победитель определяется один раз в десять минут.

Если текущая сложность сети Биткойна не вырастет, даже с самым эффективным на сегодня оборудованием – Antminer S9, обладающим вычислительной мощностью 14 TH/s – вам придётся в среднем участвовать в этой лотерее в течение двух лет, чтобы выиграть всего один раз.

Если же вы присоединитесь к пулу, обладающему 25% вычислительной мощности (т.е. “лотерейных билетов”), тогда вы можете рассчитывать, что он будет выигрывать в среднем раз в сорок минут, и вы сможете регулярно забирать свою долю от выигрыша. Это гораздо выгоднее, чем годами использовать своё оборудование, тешась призрачной надеждой сорвать джекпот. Единственная польза от майнинга в пулах при PoW – сделать ваш доход более предсказуемым.

Может ли подобное произойти с PoS?

Во время экспериментов с подтверждением доли (PoS) время, необходимое на создание одного блока, достигало всего 3 секунд. Это означает, что вместо 52 560 победителей в лотерее Биткойна в год мы могли бы получить 7,6 миллионов. Это наверняка значительно снизило бы привлекательность майнинговых пулов (хотя и не убило бы их окончательно).

Несмотря на это, стоит заметить, что в криптоэкономике каждый участник рынка всегда будет действовать в своих собственных интересах. Сможет ли PoS предоставить какие-нибудь преимущества пулам для майнинга по сравнению с PoW?

В сфере цифровой безопасности неопределённость (случайность) играет очень большую роль. В PoW неопределённость, выбирающая следующий блок, генерируется внешним источником – тем самым оборудованием, рассчитывающим триллионы случайных хэшей. В PoS эта обязательная неопределённость не исходит из внешнего источника, а может возникнуть лишь непосредственно из самого блокчейна.

Это означает, что полученный из предыдущих блоков сид используется для определения участника сети, который создаст следующих блок.

Существуют два различных источника данных, откуда можно получать хэш для этой неопределённости. Если бы вы включили весь блок для генерации хэша, это было бы катастрофой, поскольку существует бесконечное количество комбинаций его содержания. Если бы наступила очередь какого-либо участника создавать следующий блок и у него имелось достаточно мощное оборудование, он бы мог просто проверить максимально возможное количество комбинаций содержания блока и, возможно, найти такую, которая генерирует сид, подходящий к его ядру. Это позволило бы такому участнику создать следующий блок и повторить всё снова.

Это “деление доли” не будет представлять собой отход от доказательства выполненной работы, а будет лишь говорить о том, что такая работа имела место, без какого-либо доказательства или прозрачности.

Альтернативный способ – получать хэш только из заголовка, которым нельзя манипулировать (например, подписи создателя блока). Потенциальной проблемой в этом случае является то, что в случае совместного майнинга вы можете получить конкурентное преимущество.

Представим, что вы состоите в пуле с 30% общего объёма токенов. Это будет означать, что ваш пул создаёт 30% новых блоков. Однако давайте рассмотрим случай, когда определяющий следующий блок сид имеет два ближайших совпадения – и оба среди участников пула. Самое близкое совпадение подписывает блок, что создаёт хэш, который позволит следующему блоку быть созданным не участвующим в пуле майнером. Однако если блок будет подписан вторым близким совпадением, это приведёт к тому, что следующий блок будет создан членом того же пула. При наличии достаточной вычислительной мощности пул сможет быстро просчитывать лучшую комбинацию создателей блока для максимизации своего дохода.

С этим риском можно бороться, наказывая участников за “пропуск хода” в создании блока, однако это приведёт к дискриминации людей, к примеру, с плохим интернет-соединением (что является ещё одним фактором, ведущим к централизации).

В конечном счёте, если пул обладает необходимым размером и вычислительной мощностью для просчёта цифр наперёд, он всё равно сможет обыграть систему, просчитывая комбинации, которые с большой вероятностью сгенерируют десять последовательных блоков, что компенсирует потери пропустивших ход членов пула.

Такая система может активно стимулировать централизацию. Чем больше пул, тем больше преимущество. Она может создать гонку ко дну, поскольку, хоть большинство и считает эту централизацию нежелательной, им придётся пойти на экономические жертвы для её избежания.

Возможно, это давление централизации и отсутствие доказательства выполненной работы станет непредвиденным последствием применения PoS. Всё, что я знаю – чем больше я изучаю принцип доказательства доли и её заявленную цель (обеспечить схожую с PoW безопасность при намного меньших затратах), тем чаще мне приходит в голову поговорка… “Бесплатный сыр бывает только в мышеловке”.

Источник: seebitcoin