Ключевые понятия
- Механизмы консенсуса позволяют децентрализованным сетям согласовывать единую историю транзакций без центрального органа власти.
- Proof of work обеспечивает безопасность сети, делая атаки вычислительно и энергетически затратными.
- Proof of stake обеспечивает безопасность сети, делая атаки экономически затратными за счёт застейканного залога, который может быть уничтожен.
- Proof of work в целом потребляет намного больше энергии, чем proof of stake, — это ключевой компромисс между двумя моделями.
- Обе модели несут риски централизации — майнинговые пулы в proof of work, крупные держатели стейков и стейкинг-сервисы в proof of stake — просто из разных источников.
- Другие модели, такие как delegated proof of stake или proof of authority, жертвуют частью децентрализации ради скорости и распространены за пределами крупнейших публичных блокчейнов.
Каждый блокчейн должен решать одну и ту же базовую задачу: как тысячи компьютеров, управляемых не доверяющими друг другу незнакомцами, приходят к согласию по поводу единой, общей версии событий? Это согласие называется консенсусом, и механизм, используемый для его достижения, определяет почти всё остальное в сети — её безопасность, энергопотребление и то, насколько децентрализованной она является на практике. В этом руководстве подробно рассматриваются два доминирующих подхода — proof of work и proof of stake — глубже, чем позволяет краткое определение, а также кратко описываются несколько альтернативных моделей, которые вы встретите в других местах.
Зачем децентрализованным сетям нужно правило консенсуса
В обычной базе данных одна компания контролирует серверы и просто решает, какая запись верна. У публичного блокчейна нет такого арбитра. Тысячи независимых компьютеров хранят каждый свою копию реестра, и сети нужно правило для определения того, какую копию — и какой следующий блок транзакций — все должны считать верным, даже если некоторые участники могут быть офлайн, неисправны или действовать недобросовестно. Эта общая проблема иногда называется византийской отказоустойчивостью: сохранение надёжности системы, когда нельзя предполагать, что каждый участник честен или даже находится онлайн. Механизм консенсуса — это конкретный набор правил, который блокчейн использует для решения этой задачи на практике.
Proof of Work: соревнование за право добавить следующий блок
Proof of work — это модель, которую представил и до сих пор использует Bitcoin. Вместо голосования участники, называемые майнерами, соревнуются в решении криптографической задачи, требующей больших объёмов вычислений методом проб и ошибок. Первый майнер, нашедший верное решение, получает право предложить следующий блок и вознаграждение за это; все остальные участники сети могут проверить это решение почти мгновенно, хотя его поиск был затратным. Если два майнера решают блок почти одновременно, в сети ненадолго возникают две конкурирующие цепочки, и узлы следуют простому правилу: продолжать наращивать ту цепочку, которая представляет наибольший накопленный объём вычислительной работы. В течение небольшого числа блоков одна цепочка вырывается вперёд, а другая отбрасывается.
Логика безопасности здесь намеренно физическая. Чтобы переписать историю — например, отменить подтверждённый платёж — злоумышленнику потребовалось бы превзойти по вычислительной мощности всю остальную сеть в совокупности, причём столько времени, сколько нужно для победы его мошеннической цепочки. Это требует огромных объёмов специализированного оборудования и электроэнергии, что и делает такую атаку дорогостоящей, а не просто сложной. Компромисс заключается в том, что proof of work по своей природе энергозатратен: безопасность обеспечивается непосредственно реальной стоимостью самих вычислений, а не отдельной системой штрафов. Это также подталкивает майнинг в сторону крупных, хорошо капитализированных операций с доступом к дешёвому электричеству и специализированным чипам, что создаёт собственный риск централизации — горстка крупных майнинговых пулов может в итоге контролировать значительную долю совокупной вычислительной мощности сети.
Proof of Stake: капитал вместо вычислений
Proof of stake заменяет вычислительное соревнование финансовым обязательством. Вместо майнинга участники, называемые валидаторами, блокируют — или «застейкивают» — определённое количество собственного токена сети в качестве залога. Затем протокол выбирает валидатора, как правило, через взвешенный случайный процесс, привязанный к размеру его стейка, для предложения следующего блока, а остальные валидаторы проверяют и подтверждают это предложение. Если валидатор предлагает нечто недействительное или ведёт себя недобросовестно, протокол может уничтожить часть или все его застейканные средства — этот штраф называется слэшингом.
Логика безопасности здесь скорее экономическая, чем физическая: атака на сеть означает риск потерять значительную часть собственного застейканного капитала ради неопределённого выигрыша, и честное участие спроектировано так, чтобы со временем быть выгоднее нечестного. Поскольку здесь нет вычислительной гонки за победу, сети proof of stake потребляют значительно меньше электроэнергии, чем сети proof of work сопоставимого масштаба — для валидации требуется обычное серверное оборудование, а не соревнование со специализированными майнинговыми установками. Риск централизации не исчезает, а смещается: поскольку влияние примерно пропорционально размеру стейка, уже сконцентрированное богатство напрямую превращается в валидирующую мощность, а многие рядовые пользователи для удобства делегируют свой стейк пулам или кастодиальным сервисам, что может концентрировать практический контроль в руках небольшого числа крупных стейкинг-провайдеров.
Сравнение двух моделей: безопасность, энергия и централизация
- Источник безопасности — proof of work привязывает безопасность к внешней, физической стоимости вычислений и электроэнергии; proof of stake привязывает её к внутренней, экономической стоимости капитала, который может быть уничтожен.
- Энергопотребление — proof of work намеренно энергозатратен, поскольку эта стоимость и есть механизм безопасности; proof of stake устраняет вычислительную гонку и в результате использует лишь малую долю энергии.
- Давление в сторону централизации — proof of work склонен концентрироваться вокруг доступа к дешёвому электричеству и эффективному оборудованию; proof of stake склонен концентрироваться вокруг уже крупных держателей и стейкинг-сервисов, которым многие мелкие держатели делегируют свои средства.
- Восстановление после атаки — атаки на proof of work ограничены в основном текущими операционными затратами злоумышленника; атаки на proof of stake дополнительно рискуют тем, что базовый капитал злоумышленника будет уничтожен самим протоколом.
Ни один из этих списков компромиссов не делает одну конструкцию объективно «лучше» в абстрактном смысле — они отражают разные ставки на то, какой вид издержек труднее всего выдержать злоумышленнику, и разные сети сделали эту ставку по-разному.
Другие модели консенсуса вкратце
Proof of work и proof of stake доминируют среди крупнейших публичных блокчейнов, но это не единственные используемые подходы. Delegated proof of stake позволяет держателям токенов голосовать за меньшую группу делегатов, которые непосредственно занимаются валидацией, обменивая часть децентрализации на более высокую пропускную способность транзакций. Proof of authority опирается на заранее одобренный, известный по идентичности набор валидаторов, а не на открытое соревнование, что подходит для частных или консорциумных цепочек, где участники уже подотчётны друг другу, но плохо сочетается с сетью, стремящейся оставаться permissionless. Различные другие конструкции сочетают элементы этих подходов или добавляют дополнительные уровни голосования и финальности поверх базовой системы proof of stake, но лежащий в основе вопрос всегда тот же, с которого начиналось это руководство: что делает нечестность достаточно дорогой, чтобы её избегать?
Как определить, какая модель «правильная»
Вместо того чтобы ранжировать механизмы консенсуса по единой шкале, полезнее спросить, на что оптимизирована конкретная сеть: максимальную устойчивость к хорошо финансируемому физическому атакующему, минимальный энергетический след, высокую пропускную способность транзакций или максимально широкую базу независимых участников. Выбор механизма консенсуса — одно из самых фундаментальных проектных решений сети, и его стоит понимать прежде чем полагаться на эту сеть для чего бы то ни было, включая стейкинг, поскольку безопасность застейканных средств во многом зависит от того, как построен базовый протокол. Более подробное сравнение см. в нашем отдельном материале proof of work против proof of stake. Если вы также хотите понять, за что на самом деле получают вознаграждение валидаторы и майнеры за каждый блок, наше руководство по сетевым комиссиям и газу станет логичным следующим шагом.
Часто задаваемые вопросы
Является ли proof of stake менее безопасным, чем proof of work?
Не обязательно — обе модели обеспечивают безопасность сети разными механизмами, физической стоимостью против экономической, а не одна является более слабой версией другой. Оба подхода сегодня работают в крупных действующих сетях. На практике безопасность в значительной степени зависит от того, насколько децентрализована и хорошо реализована конкретная сеть, а не просто от того, к какой категории консенсуса она относится.
Почему некоторые сети выбирают proof of stake вместо proof of work?
Основные приводимые причины — значительно меньший энергетический след, поскольку нет вычислительной гонки за победу, и гибкость проектирования, которая может упростить реализацию определённых обновлений масштабируемости. Proof of stake также позволяет рядовым участникам помогать обеспечивать безопасность сети с помощью обычного серверного оборудования, а не специализированного майнингового оборудования.
Может ли блокчейн позже изменить свой механизм консенсуса?
Технически да, но это масштабное предприятие. Изменение чего-то столь фундаментального, как консенсус, обычно требует широкого согласия среди разработчиков, валидаторов или майнеров сети, а также пользователей, и, как правило, реализуется через значительное обновление протокола. Это редкое и разрушительное событие, обычно зарезервированное для случаев, когда у существующей модели есть серьёзное, хорошо понятное ограничение.
Гарантирует ли стейкинг криптовалюты доходность?
Нет. Вознаграждение за стейкинг варьируется в зависимости от сети, общего уровня участия и условий, которые могут меняться со временем, а застейканные средства иногда могут быть заблокированы или уменьшены через слэшинг, если валидатор ведёт себя недобросовестно. Стейкинг — это механизм обеспечения безопасности сети, а не продукт с гарантированным доходом, и это не является финансовой консультацией.