Алгоритм Proof-of-Stake (POS) был создан как альтернатива алгоритму Proof-of-Work (POW), первоначальному алгоритму консенсуса технологии блокчейн, используемому для проверки транзакций и добавления новых блоков в цепь.
Алгоритм Proof of Stake (PoS): подтверждение транзакций и майнинг без мощной вычислительной техники
Согласие — это концепция из мира криптовалют. То есть узлы, работающие на блокчейне, согласовывают состояние и события в распределенном журнале транзакций. Proof-of-stake (PoS) — это один из двух наиболее распространенных алгоритмов, используемых в криптовалютах для аутентификации и майнинга (proof-of-work остается самым популярным, но постепенно теряет свой статус).
Согласие — это концепция из мира криптовалют. То есть узлы, работающие в блокчейне, соглашаются со статусом и событиями в распределенном журнале транзакций. Proof-of-Stake (PoS) — один из двух наиболее распространенных алгоритмов, используемых в криптовалютах для аутентификации и майнинга (Proof-of-Work остается самым популярным, но постепенно теряет свой статус).
Суть алгоритма
Итак, proof-of-stake — что это такое?
Алгоритм PoS является альтернативой proof-of-work. Протокол появился в 2012 году и был впервые реализован на платформе PPCoin (более известной как Peercoin). Основная идея Proof-of-Stake заключается в том, что «доля» доступных узлов внутри узла, кол, определяет, какие узлы в сети могут открывать новые блоки в процессе майнинга.
В майнинге PoS, как и в майнинге PoW, узлы сети выполняют несколько операций фрагментации, но вычислительная сложность распределяется между каждым узлом в соответствии с долей виртуальной валюты на счету узла. Другими словами, чем больше валютных купонов имеет пользователь, владеющий узлом, тем больше вероятность того, что он откроет новый блок.
ВАЖНО: Выше использован термин «майнинг», что технически неверно. В proof-of-stake такого майнинга нет. Все платежи осуществляются из комиссии в пользу заинтересованной стороны. Человек, который проверяет транзакцию и создает блок, называется валидатором. В дальнейшем тексте для удобства этот процесс будет называться добычей.
Для краткого объяснения того, как работает proof-of-stake и что это такое, смотрите схему ниже. Итак, предположим, у вас есть блок, который необходимо подписать и добавить в цепочку.
Существует четыре валидатора с определенными долями (40, 20, 25 и 15% фишек):.
Рисунок 1: Распределение средств между валидаторами.
Если у валидатора 1 больше всего монет, то именно он подписывает блок. Кроме того, он получает комиссию за все сделки, содержащиеся в этом блоке.
Предпосылки появления
В течение нескольких лет «доказательство работы» оставалось единственным способом достижения консенсуса (как в сети Bitcoin). Однако со временем сложность майнинга (объем вычислений, необходимых для открытия блока и подтверждения транзакции) возросла, как и материальные требования и затраты. Энергетические затраты на добычу стали выше, что сделало «классическую» добычу невыгодной для пользователей с низкой производительностью и снизило рентабельность процесса.
Высокая сложность в некоторой степени защищает сети PoW от атак «51%», но разработчики ищут альтернативы, и одним из результатов этого поиска является алгоритм доказательства доли.
Доказательство участия (PoSV) скорость. В механизме консенсуса блокчейна Reddcoin вознаграждение кридитов зависит не только от их доли владения валютой, но и от скорости возврата.
План Бутерина
Одним из главных героев проекта считается Виталик Бутерин. Он является убежденным сторонником перехода Eth на proof-of-stake, несмотря на противодействие со стороны сообщества и экспертов, которые говорят, что это приведет к централизации проекта, отчуждению пользователей, снижению доверия и повышенному интересу со стороны финансовых регуляторов, которые хотят подражать титульным токенам. Например, 19 сентября 2016 года. Бутерин выступил на конференции разработчиков Devcon2 в Шанхае и заявил, что переход на PoS произойдет не раньше лета 2017 года и, как правило, может продлиться до 2020 года.
10 декабря 2018 года Бутерин наводнил Twitter пространными постами, демонстрируя преимущества децентрализованных блокчейнов в целом и блокчейнов на основе PoS в частности. В сообщении на Reddit в марте 2019 года он заявил, что переход не является таким простым решением, как считалось ранее. В результате переход на новый алгоритм постоянно откладывался до конца 2019 года, а затем до зимы 2020 года, после чего пошли разговоры о гибридном алгоритме между PoW и PoS. Основная сеть окружена всевозможными тестовыми сетями, вторичными цепями и другими инструментами, предназначенными для тестирования будущих миграций. Самое главное, цепочка Beacon является основой будущего главного блокчейна Ethereum 2.0. На нем уже можно осуществлять транзакции PoS.
Наконец, 2 июня 2021 года Бутерин рассказал о многочисленных проблемах, связанных с переходом на PoS. Он жаловался на человеческий фактор, задерживающий начало и переход на более экологичный и менее затратный вариант согласия. Технические стандарты изначально были ежеквартальными, но в настоящее время они достигли 18 месяцев. В лучшем случае, гибриды PoW / PoS будут введены в эксплуатацию в конце 2022 года. Более того, разработчики ожидали быстрого перехода на PoS в течение года, но на самом деле работали над этим около шести лет.
В результате только Фаза 0 была успешно реализована и завершена в середине октября 2021 года. Он был принят в ноябре прошлого года, и уже через год необходимо было перейти к фазе 1, чтобы постепенно интегрировать цепочку маячков в PoS с использованием основной сети (Eth1). В настоящее время Sidechain собрал 3 миллиарда долларов США в качестве обеспечения валидатора. Из-за жесткой конкуренции со стороны других блокчейнов и найма разработчиков объединение Eth1 и Eth2 было отложено до хард-форка в Шанхае в конце этого года.
Но теперь возникают проблемы с «бомбой сложности» и необходимостью постоянно откладывать, чтобы не перегружать сеть. Решение проблемы отсрочки описано в обновлении ESC-4345. Это означает, что слияние сетей будет отложено как минимум до мая 2022 года. Инвесторы ожидали перехода на PoS к концу 2021 года и поэтому отреагировали выводом средств. Это влияет на обменный курс Ethereum. Курс Ethereum постепенно снижается, торгуясь на уровне 3 800 долларов США с 4 150 долларов США по состоянию на 11 мая 2021 года.
Плюсы и минусы перехода на PoS
Поскольку эпопея с окончательным переходом на алгоритм proof-of-stake отложена как минимум на год, а возможно, и больше, майнерам, похоже, пока нечего бояться. Видеокарты нельзя поспешно продать как использованный хлам, их не нужно выкупать, и они обычно работают как прежде. Тем не менее, основными проблемами майнеров эфира являются
Прекращение добычи на графических процессорах и ASIC. Крупный валидатор-стакер, на счету которого более 32 ETH, будет отвечать за создание и валидацию новых блоков. По курсу на 18 октября это составляет 121 600 долларов США.
Риск уязвимости системы с точки зрения безопасности, уязвимость к пиратству и
Потеря интереса к валюте со стороны некоторых пользователей и снижение участия в проекте из-за очень высоких порогов входа в блокчейн; и
риск серьезных повышений из-за участия членов оппозиционного сообщества, как в случае с Ethereum Classic в 2016 году; и
снижение текучести кадров, что может привести к дополнительной прибыли. Например, сеть Ethereum уже «сжигает» активную валюту. Только 10 сентября было уничтожено монет на сумму 898 миллионов долларов США стоимостью 265 000 долларов США. Это подтверждает дефляционный характер актива и его дефицит.
Конечно, переход также имеет много преимуществ. Действительно, разработчики имели в виду следующее
99% снижение затрат на электроэнергию, сокращение выбросов углекислого газа и
Децентрализация» — блокчейн разделен на так называемые «осколки». То есть, автономные области, которые взаимодействуют и обрабатывают свои собственные «уникальные» транзакции.
Приобретение материала не требует затрат.
Устранение проблем масштабирования и скорости транзакций (до 100 000 транзакций в секунду), а также
Снижает предложение до нескольких долларов по сравнению с десятками долларов сегодня.
Чего ждать майнерам
Поэтому необходимо провести различие между будущим ASICS и будущим видеокарт. По мере того как устройство «оттачивает» алгоритм (в данном случае Ethash), оно может переключаться на похожие проекты, такие как Ubiq или Expanse. Да, доходность не так высока, но это не приговор даже для таких узконаправленных устройств. Ethereum Classic также был недавно актуален, но перешел на улучшенный алгоритм Etchash во время хард-форка Thanos.
Для видеокарт ограничений нет, так как они могут работать с любым доступным алгоритмом шифрования. Главное преимущество заключается в том, что, помимо некоторых ведущих криптовалют, владельцам GPU больше не нужно делиться хэшрейтами с владельцами asics. Это связано с тем, что, за редким исключением, они в основном запрограммированы на алгоритмы SHA-256 и Scrypt (также редчайший Kadena). Кроме того, его всегда можно дифференцировать как по криптовалюте, так и по инвестициям в оборудование, то есть добывать самые выгодные монеты как для осей, так и для видеокарт.
Опять же, точные сроки полного и окончательного перехода Ethereum на PoS неизвестны, и разработчики могут остаться с гибридным алгоритмом. Это не означает «смерть майнинга на видеокартах», потребуется лишь дифференциация вариантов блокчейна. Во-вторых, на видеокарте можно майнить Bitcoin, Ethereum Classic или любую из примерно 6 000 криптовалют, доступных каждому.
Высокая сложность в некоторой степени защищает сети PoW от атак «51%», но разработчики ищут альтернативы, и одним из результатов этого поиска является алгоритм доказательства доли.
Зачем?
Экономия энергии так же важна для застройщиков и держателей валюты, как сокращение выбросов парниковых газов для производителей и потребителей. Сырая правда — это совсем другое.
- проекты на основе PoW подвержены т.н. «атакам 51 процента»: атакующие могут накинуть большие мощности, создать паралелльную цепь, а потом внезапно опубликовать её с иным движением монет по счетам (т.е. двойная трата),
- майнерам PoW необходимо покрывать свои затраты и вкладываться в наращивание мощностей — это прямой отток капитала из проектов,
- владельцы сбережений желают поддерживать её покупательную способность путём самонаращивания капитала, а не смотреть на естественную инфляцию.
Типичный пример: в ноябре-декабре 2018 года была попытка атаки, за которой последовал всплеск самой прибыльной валюты для майнинга видеокарт с декабря по февраль — цена упала с 2+ до 0,5 USD после перехода на PoS — цена выросла до 1 USD за 1 неделю и Приток инвестиций увеличился.
Технические моменты
Примечание: В этом разделе описаны «традиционные» PoS, такие как Peercoin, PIVX и их форки.
Следует понимать, что здесь нет концентрации или описания «точек». Этот вариант работает по тому же принципу удачи, что и PoW.
1. Терминология
Хотя терминология является относительно общей, различные реализации имеют свои нюансы.
- PoW target — цель = базовая цель, обычно 2^240 (0x0000ffff. ), делённая на сложность блока (увеличивает количество нулей спереди).
- Block difficulty — сложность блока относительно базовой цели, детерминировано устанавливаемая на основе текущего темпа роста цепи.
- UTXO — Unspent Transaction Output, пара из хеша транзакции и номер выхода.
- CoinBase — специальная транзакция с индексом 0 в блоке, где содержится вознаграждение.
- Stake или CoinStake — специальная транзакция с индексом 1 в блоке.
- Stake Input — UTXO, который соответствует требованиям для ставки по размеру и возрасту.
- Stake Modifier — специальный детерминировано вычисляемый параметр для каждого Stake Input .
- Stake Hash — результат хеширования, который должен быть арифметически меньше Stake Target .
- Stake Target — то же, что и PoW target, но пропорционально увеличенная суммой Stake Input относительно минимальной ставки.
- Block Signature — подпись блока.
- Fork — разветвление цепи.
- Split — разделение сети.
- Orphan — отброшенные блоки из-за выбора другой альтернативы.
2. Анатомия
- Находим все UTXO, которые соответствуют требования Stake Input
- Находим Stake Modifier.
- Умножаем PoW Target на сумму Stake Input
- в миллионных долях по факту — поэтому 1 MH PoW хешрейта экспериментально выходит равным одной монете.
- Получаем Stake Hash = H(Stake Modifier, Stake Block Time, UTXO output index, UTXO txid, Current Block Time).
- переменный параметр только Current Block Time
- Если Stake Hash >= Stake Target , то пытаемся подобрать Current Block Time в допустимом промежутке.
- нужно учитывать возможность переполнения Stake Target при умножении на сумму Stake Input в зависимости от реализации.
- Запихиваем Coinbase в tx0, а CoinStake в tx1.
- бенефициар’ом Coinbase является тот же скрипт (адрес), что и у Stake Input.
- Подписываем блок.
2.1. Время блока:
Нетрудно понять, что обман со временем может принести определенные выгоды. Формальные соглашения ограничивают нижний и верхний пределы.
Нижний предел всегда равен среднему времени блока в течение последних N блоков (обычно 11). Это допуск на неточность синхронизации в реальном узле.
Исторический потолок был установлен в PoW пальцем в небо в 14:00. Более длительные интервалы снижают сложность и делают отрасль менее привлекательной. Поэтому нет никаких оснований для этого. Однако в случае с PoS это имеет смысл.
PIVX, например, ограничивает будущее время максимум тремя минутами. Некоторые устанавливают более жесткие ограничения, но это создает проблемы для пользователей. Некоторые реализации PoS решили изменить интервал времени текущего блока с одной секунды до 15-16 секунд.
Внедрение в жизнь
Теперь позвольте мне рассказать вам немного о реальной истории. В течение первых шести месяцев мейннет полностью функционировал на PoW, и, несмотря на первоначальные попытки маркетинга продвигать PoS, давление со стороны майнеров не было особенно заметным. Их опыт предвосхищает возможные проблемы. PoS был разработан во время перехода на платформу Ethereum после внедрения Casper.
Официальный GPU-майнер был хорошо настроен и немного лучше, чем донорский ethminer. Официальные танки и различные танки сторонних производителей были созданы с общим уровнем фрагментации 150-200 GH (etash). В какой-то момент цены стремительно выросли, и майнеры ощутили давление, подняв вопрос о досрочном переводе на PoS.
В качестве донора было решено принять ядро PoS в PIVX 2.x как «проверенное и стабильное». Отсутствие автоматизированного тестирования в PIVX должно было сразу же удивить авторов, но главной проблемой была необходимость испортить все остальное, о чем говорилось выше. Только позже автор узнал обо всех страданиях разработчиков, которые по неосторожности приняли PIVX 2.x за основу своей работы. Однако сам проект был основан на Dash и благополучно обновлен до последней версии 0.12 с множеством изменений по сравнению с базовым Bitcoin.
В конце работы, чтобы напомнить нам об этом, мы обнаружили, что другие проекты, использующие PoS, поспешили исправить дыры по предложению исследователей. В конце концов, мы уже все знаем, а в их официально опубликованной документации нет даже того, что описано в этой статье.
Подготовительные работы
Документация
Нам было трудно найти достаточно логичную документацию. В основном это была чушь и неполная документация на уровне сообщений на форуме. Поэтому внутренняя документация была скорее продуктом обратной разработки.
Первое приближение
В первоначальной версии все изменения PoS из PIVX были перенесены с учетом последней базовой версии Bitcoin / Dash. Некоторые изменения, например, хранение индекса CoinStake и последнего бита хэша в отдельном поле, показались чрезмерными. Поэтому было решено по возможности ограничить логику PoS отдельным разделом.
Процедура не учитывала цвета, хранящиеся в индексе блока, потому что элементарный мэндер использует соответствующий вход кола в последующих блоках, а не хэш текущего блока. Из-за этого в логике есть небольшая заминка, но она не кажется такой значительной из-за других упомянутых проблем PIVX.
Динамичные чекпойнты
Первое и самое важное, чего вы хотите в своем проекте, — это чтобы контрольная точка была действительно надежной. Вот лишь некоторые из них:.
- Они не работают в принципе и могут легко привести к нерабочей базе.
- Они не интегрированы на этапе загрузки и соответственно бесполезны.
- Отмеченные как некорректные блоки не восстанавливаются — т.е. если старый клиент сломает, то даже новый уже не сможет работать.
- При выборе наилучшего блока не учитывается, что где-то в истории может быть некорректный предок, что в лучшем случае приведёт к отказу в работе.
Наличие статичных контрольных точек не очень полезно, если вам нужно действовать решительно и быстро. Для этого функция спиц расширяется за счет динамических контрольных точек, которые уже доказали свою эффективность на практике.
Конечно, этой силой можно злоупотреблять. Поэтому принцип пробкового контроля уже трансформировался в другие проекты.
Переход на PoS не должен быть жёстко зашит
В нашем реальном мире связь с изменением консенсуса довольно короткая, так как для этого требуется скоординированное обновление всех систем, находящихся под контролем сторонних работ. Единственный разумный способ — все тот же спорт, но имейте в виду, что цены не сохраняются.
