Vsakdo, ki je vsaj z eno nogo vstopil v kripto svet, je že slišal za izraza proof-of-work (PoW) in proof-of-stake (PoS). To sta dva različna modela soglasja v verigi blokov, ki se uporabljata za zagotavljanje veljavnosti transakcij pri trgovanju s kriptovalutami. Poglejmo si, kje se razlikujeta ter zakaj vse več kripto projektov napoveduje migracijo na proof-of-stake.
Za lažjo predstavo si najprej poglejmo nekaj osnovnih dejstev:
Dokaz o delu in dokaz o deležu sta algoritma, znana tudi kot mehanizma soglasja, ki verigam blokov pomagata sinhronizirati podatke in ohraniti varnost.
Ti algoritmi določajo, katero vozlišče (računalnik) v omrežju lahko v verigo doda naslednji blok transakcij.
Oba mehanizma sta se po svoje izkazala za uspešna pri vzdrževanju blockchainov, čeprav imata vsak svoje prednosti in slabosti.
Kaj je proof-of-work?
Ko je Satoshi Nakamoto ustvarjal prvo kriptovaluto Bitcoin, je moral najti način za preverjanje transakcij brez uporabe tretje osebe. To mu je uspelo, ko je ustvaril sistem proof-of-work. To je sistem, v katerem računalniki tekmujejo med seboj, kdo bo prvi rešil zapletene uganke. Ta postopek se pogosto imenuje rudarjenje (mining), saj se energija in viri, potrebni za dokončanje uganke, pogosto štejejo za digitalni ekvivalent resničnega postopka pridobivanja dragocenih kovin iz zemlje.
Za analogijo delovanja PoW sistema v Bitcoinu si bomo izposodili besede Nathaniela Popperja: S kosom papirja in svinčnikom je razmeroma lahko pomnožiti 2.903 in 3.571, toda bistveno težje pa je ugotoviti, katera dva števila lahko pomnožimo skupaj, da dobimo 10.366.613.
Po tej analogiji si lahko predstavljamo, da mora rudar v omrežju Bitcoin ugotoviti, kateri dve številki lahko pomnožimo, da dobimo 10.366.613, tako da ugibamo kombinacije številk, dokler ne najdemo pravilnega odgovora. Ko računalnik ugotovi, da je mogoče 2.903 pomnožiti s 3.571 in tako dobiti 10.366.613, predstavi rešitev drugim računalnikom v omrežju, ki lahko brez težav preverijo, da sta 2.903 in 3.571 ob pomnožitvi dejansko enaka 10.366.613.
Ko rudar pred drugimi rudarji reši to “uganko”, lahko ustvari nov blok (skupek transakcij) in ga razpošlje omrežju vozlišč, ki nato posamično opravijo revizijo obstoječe glavne knjige (ledger) in novega bloka. Če je vse v redu, se novi blok “priklopi” na prejšnji blok in ustvari kronološko verigo transakcij. Rudar je nato nagrajen z bitcoini, ker je zagotovil svoje vire (energijo).
Proof-of-work: Rudarjenje, energija in varnost
Rudarjenje zahteva veliko električne energije in varuje omrežje, saj zagotavlja, da lahko le tisti, ki lahko dokažejo, da so porabili sredstva, dobijo pravico, da v verigo blokov dodajo nov niz transakcij. Zaradi te lastnosti je napad na sistem dokazovanja dela, kot je Bitcoin, težaven, dolgotrajen in drag. Napadalci bi morali kupiti in postaviti opremo za rudarjenje ter plačati električno energijo za delovanje opreme. Nato bi tekmovali za rešitev uganke in poskušali v verigo dodati blok transakcij s ponarejenimi bitcoini.
Če bi zlonamerni rudar prvi uspešno rešil uganko, bi poskušal preostalim delom omrežja posredovati nov blok transakcij. Vozlišča omrežja bi nato opravila revizijo, da bi ugotovila legitimnost bloka in transakcij v njem. Ko bi vozlišča preverila nov blok glede na prejšnjo različico glavne knjige, bi opazila ponarejene bitcoine. Blok bi se na podlagi pravil soglasja štel za neveljavnega.
Proof-of-work onemogoča ponarejanje bitcoinov, razen če zlonamerni rudarji nadzorujejo več kot 50 % celotnega omrežja – to pomeni, da morajo nadzorovati vsaj 51 % kumulativne računske moči rudarjev (znane kot hashrate). Glede na razširjenost omrežja Bitcoin in koliko energije rudarji prispevajo k sistemu dokazovanja dela, bi bil takšen napad danes skoraj nemogoč. Več o tem bomo povedali kasneje.
Proof-of-work: Prednosti
Zdrava konkurenca in obnovljivi viri energije
Konkurenca na področju rudarjenja bitcoinov je huda. Rudarska podjetja nenehno iščejo najučinkovitejše načine rudarjenja, da bi znižala svoje stroške. Ta proces nagrajuje tiste, ki najdejo najcenejše oblike energije in razvijejo novejšo tehnologijo za izdelavo hitrejših in učinkovitejših čipov za rudarjenje. Poleg tega, da koristi rudarjenju kriptovalut, lahko konkurenca med proizvajalci čipov privede do preboja na področju računalniške strojne opreme, ki se lahko prenese v druge panoge.
Zajeta energija
Rudarjenje nekaterim skupnostim omogoča, da izkoristijo svojo ujeto energijo in jo pretvorijo v neko obliko vrednosti, ki se lahko nato prenese ali uporabi za financiranje drugih projektov. Kitajski provinci Sečuan in Junan sta dva takšna primera. Ti pokrajini imata intenzivna deževna obdobja, v katerih lahko proizvedeta ogromne količine obnovljive hidroelektrične energije. Na žalost pokrajine nimajo možnosti prenosa in prodaje te energije na druga območja. Pokrajini sta začeli rudariti bitcoine, da bi izkoristili presežno energijo in jo pretvorili v tržno vrednost. Septembra 2019 je bila Kitajska zaradi teh poceni virov energije odgovorna za več kot 70 % hashrate bitcoina. Kitajska je pozneje rudarjenje kriptovalut prepovedala, saj si je prizadevala ustvariti lastno fiat digitalno valuto. Ta poteza je prisilila množičen odhod rudarjev na druga območja, kjer je energija poceni. Zato je Kazahstan poleg Irana in Združenih držav Amerike postal vroča točka za rudarjenje.
Varnost
Proof-of-work je bil doslej najbolj preizkušen način za ohranjanje soglasja in varnosti v porazdeljenem javnem omrežju. Razlog za to je, da dokazovanje dela zahteva začetne stroške strojne opreme in stalno porabo virov, ne pa enkratnega začetnega stroška za sodelovanje, kot je to pri dokazovanju deleža. Bitcoin je bil uveden leta 2009 in je imel več kot 99,98% čas delovanja. Do zdaj sta se zgodila le dva primera izpada: enkrat avgusta 2010 in drugič marca 2013. Ta dva incidenta sta bila rešena s posodobitvami programske opreme v vozliščih – zahvaljujoč mehanizmu soglasja so vsi udeleženci omrežja odločili, da so te posodobitve v najboljšem interesu skupnega omrežja.
Proof-of-work: Slabosti
Poraba energije
Bitcoin in drugi proof-of-work blockchaini, kot je Ethereum, porabijo veliko energije za zagotavljanje varnostnega modela v svojih omrežjih. Bitcoin porabi več energije kot celotne države, vključno z Ukrajino in Norveško. Okoljevarstveniki trdijo, da je ta praksa potratna.
Toda to ni črno-bela slika. Raziskave so pokazale, da bitcoin rudarji pri svojem delovanju uporabljajo različne vire energije. Po nekaterih ocenah prevladujejo obnovljivi viri energije, ki se uporabljajo od 50 % do več kot 70 % celotne uporabljene energije.
E-odpadki
Elektronski odpadki so morda najbolj upravičena kritika porabe virov v omrežju bitcoin. Rudarji za dokazovanje dela na splošno delujejo s polno močjo 24/7. Včasih slabi pogoji, kot so vlaga, visoke temperature in neustrezno prezračevanje, vplivajo na rudarske naprave in skrajšajo življenjsko dobo opreme. Poleg tega proizvajalci čipov ASIC nenehno razvijajo novejše in učinkovitejše čipe. Ko se pojavi inovacija, stari čipi postanejo manj. učinkoviti pri pridobivanju blokov kot novejši čipi. Starejši čipi se sčasoma izločijo in postanejo e-odpadki.
Toda: Trenutni rudarski čipi ASIC običajno zdržijo od tri do pet let. Čeprav novi čipi sčasoma nadomestijo starejše, bodo verjetno trajali dlje, saj postajajo učinkovitejši in odpornejši na visoke temperature in dolgotrajno rudarjenje.
Sledljivost
Cenzura in sledljivost sta drugi pomisleki glede rudarjenja kriptovalut, ki so se že pojavili v krajih, kot je Kitajska, kjer je bilo rudarjenje kriptovalut prepovedano. Ogromno porabljene energije je mogoče locirati z odčitavanjem električne energije ali celo s termovizijskimi kamerami. Zmožnost izsleditve kraja, kjer poteka rudarjenje kriptovalut, omogoča režimom, ki nasprotujejo kriptovalutam, da to prakso zatrejo. Če bi država dovolila rudarjenje samo tistim, ki so si zagotovili določeno vrsto dovoljenja, bi lahko spodkopala decentralizacijo, saj ne bi dovolila, da bi bilo omrežje popolnoma javno.
Toda: Razen Kitajske se zdi, da so države po vsem svetu vsaj na nek način naklonjene kriptovalutam. Nekatere si seveda prizadevajo za ureditev rudarjenja. Dokler pa lahko rudarji še vedno delujejo na oddaljenih območjih, naj bi to pomagalo preprečiti monopolizacijo in cenzuro.
Kaj je proof-of-stake?
V proof-of-stake sistemu so validatorji (enakovredni rudarjem) izbrani za iskanje bloka na podlagi števila žetonov, ki jih imajo, namesto da bi se med rudarji samovoljno tekmovalo, katero vozlišče lahko doda blok. V tem sistemu znesek “deleža (stake)” ali količina kriptovalut, ki jih ima uporabnik, nadomešča delo rudarjev pri dokazovanju dela. Ta struktura varuje omrežje, saj mora potencialni udeleženec kupiti kriptovaluto in jo obdržati, da bi bil izbran za oblikovanje bloka in zaslužil nagrade.
Udeleženci morajo porabiti denar in omrežju nameniti finančna sredstva, podobno kot morajo rudarji porabiti električno energijo v sistemu proof-of-work. Tisti, ki so porabili denar za kovance, da bi si prislužili te nagrade, imajo osebni interes za nadaljnji uspeh omrežja. Proof-of-stale preprečuje napade in ponarejene kovance z enakim mehanizmom kot dokazilo o delu. Namesto da bi napadalci sistema proof-of-stake nadzorovali 51 % hashrate in vozlišč za rudarjenje, kot pri sistemu proof-of-work, bi morali imeti v lasti vsaj 51 % zaloge kovancev in nadzorovati vsaj 51 % vozlišč omrežja.
Proof-of-stake: Prednosti
Učinkovitost
Proof-of-stake sistemi so energetsko bistveno učinkovitejši od proof-of-work. Strojne zahteve številnih sistemov so enakovredne povprečnim prenosnim računalnikom na današnjem trgu. Tudi programska oprema validatorja v večini sistemov ni zelo zahtevna.
Povečana zmogljivost
Pri proof-of-stake sistemu so validatorji izbrani za iskanje bloka na podlagi števila žetonov, ki jih imajo, namesto da bi rudarji med seboj tekmovali v reševanju uganke. Čas, ki ga potrebuje algoritem za izbiro validatorja, je bistveno hitrejši kot pri tekmovanju za dokazovanje dela, kar omogoča večjo hitrost transakcij. To je sicer res, vendar vse verige blokov – ne glede na to, ali gre za proof-of-stake ali ne – upočasnjuje proces doseganja soglasja vozlišč, potem ko jim validator sporoči novo najden blok.
Odpornost na cenzuro
Za razliko od proof-of-work sistema, ki zahteva veliko energije in precejšnjo fizično prisotnost, lahko validatorji dokazovanja deleža delujejo na majhnih prenosnih računalnikih. To pomeni, da lahko en sam validator, ki nadzoruje tretjino globalno porazdeljenega denarnega omrežja, deluje v kotu kavarne in ne v skladišču, polnem tisočih brenčečih računalnikov.
Manjši stroški za potencialne validatorje
Validatorji morajo za sodelovanje porabiti denar le enkrat – za osvojitev blokov v proof-of-stake modelu morajo kupiti žetone. Nasprotno pa mora rudar v proof-of-work sistemu kupiti rudarsko opremo in jo vzdrževati v neskončnost, pri čemer ima stroške energije, ki lahko nihajo. To omogoča sodelovanje več posameznikom.
Proof-of-stake: Slabosti
Nepreverjeno v velikem obsegu
Sistem še ni dosegel obsežnosti uporabe na ravni bitcoina ali ethereuma. Zato ti sistemi še niso tako decentralizirani ali varni.
Toda: Ni razloga, da sčasoma ne bi mogli doseči velikosti omrežij, kot je Bitcoin, čeprav sistemi dokazovanja deleža še niso dosegli velikosti omrežij, kot je Bitcoin. Sistemi za dokazovanje deleža lahko presežejo zmogljivosti sistemov za dokazovanje dela, saj je vstopna ovira nižja in za njihovo delovanje ni potrebna specializirana strojna oprema.
Kopičenje kovancev
Konsolidacija kovancev med le nekaj validatorji je najpogostejši argument proti proof-of-work sistemu. Narava tega sistema spodbuja kopičenje kovancev, da bi povečali možnost zmage v bloku in prejema nagrade. Večina PoS sistemov omogoča posameznim subjektom, da ustvarijo poljubno število validatorjev, in ker je začetni finančni strošek ustvarjanja validatorjev majhen, lahko nekdo, ki nadzoruje večino žetonov, nadzoruje večino omrežja.
Toda: Res je, da proof-of-stake izbira ustvarjalce blokov predvsem glede na velikost njihovega deleža, vendar so nekatere verige blokov že začele izvajati metode za zmanjšanje tega tveganja centralizacije. Nekateri v izbirni algoritem vključujejo določeno stopnjo naključnosti in dejavnike, kot je “starost kovanca” ali čas, od katerega je v lasti delež. To zagotavlja, da velikost deleža ni edini dejavnik pri določanju oblikovanja bloka in da imajo manjši validatorji možnost za zmago.
Varnost
Kot smo že omenili, lahko nižja vstopna ovira za udeležence omrežja pripomore k večjemu številu validatorjev in posledično k decentralizaciji, vendar lahko olajšanje vključitve v omrežje zmanjša tudi njegovo varnost. Če bi slab akter želel napasti omrežje proof-of-work, bi moral kupiti dovolj strojne opreme, da bi predstavljala večino omrežja, nato pa bi moral plačati za delovanje vsega tega omrežja. Zaradi dvojnega varnostnega sistema začetnih stroškov opreme in stalnih stroškov energije je napad na omrežje manj realen. Proof-of-stake sistemi pa imajo samo začetne stroške za sodelovanje, zaradi česar so bolj odprti za napade.
Toda: Začetni stroški za napad na dovolj veliko proof-of-stake omrežje postajajo dovolj veliki, da vprašanje, ali so stroški trajni, počasi postaja nepomembno. Na primer, za pridobitev večinskega deleža v Avalanche je po današnjih cenah potrebnih že skoraj 20 milijard dolarjev. Bolj ko postajajo te verige blokov priljubljene in več ko je imetnikov kovancev omrežja, težje ga je napasti.
Pogosta vprašanja
Katera je osnovna razlika med proof-of-stake in proof-of work?
Proof-of-stake (POS) uporablja naključno izbrane rudarje za potrjevanje transakcij. Proof-of-work (POW) uporablja konkurenčno metodo potrjevanja za potrjevanje transakcij in dodajanje novih blokov v verigo blokov.
Zakaj številni menijo, da je proof-of-stake boljši sistem?
Ker za dokazovanje deleža v sistemu proof-of-stake ni treba, da vsi validatorji rešujejo zapletene enačbe, je to veliko bolj okolju prijazen način preverjanja transakcij. Proof-of-work je sicer nekoliko varnejše od proof-ofstake modela, vendar je počasnejše in porabi več energije. Od PoW na PoS model bo kmalu prešel tudi Ethereum.
Kaj je bitcoin rudar (bitcoin miner)?
To je računalnik, ki sodeluje v tekmovanju v reševanju ugank v verigah blokov z dokazom o delu (PoW). Pri tem porabijo velike količine energije in so nagrajeni z bitcoini, ko pri reševanju uganke premagajo vse druge. Rudarjenje tako imenuje, ker se potrebna energija in viri pogosto štejejo za digitalni ekvivalent resničnemu procesu pridobivanja plemenitih kovin iz zemlje.
Kaj je validator?
Validator (PoS) je enakovreden rudarju (PoW). Validatorji so vozlišča v omrežju blockchain, ki v omrežje “vložijo” ali zastavijo svoje žetone. Validatorji so izbrani za ustvarjanje novih blokov transakcij glede na to, koliko žetonov imajo.
