Источник: HotSpot
Алгоритм Proof of Stake (PoS) впервые был описан в работе Санни Кинга (Sunny King) и Скотта Надаля (Scott Nadal) в 2012 с намерением решить проблему чрезмерного потребления электроэнергии при майнинге биткоина. В то время поддержание биткоин-сети в среднем съедало $150 000. В наши дни эта цифра колеблется в районе $6,7 миллионов (если взять тариф в $0,12/Вт и умножить на значение в 56,209,833 кВт/ч, то получим цифру, которую сеть биткоина поглотила 13 октября 2017).
Вместо того, чтобы полагаться на зависящую от электроэнергии работу майнеров по добавлению блоков, Санни и Скотт предложили альтернативный метод под названием «стекинг». В этой системе детерминированный алгоритм выбирает узлы на основании числа токенов, которые есть у майнера. Другими словами, у стекеров больше шансов быть выбранными для добавления нового блока в цепь и получить вознаграждение при условии, что смогут сгенерировать больше токенов, чем уже есть в их кошельках. Разработчики метода надеялись таким образом избежать роста тарифов на электричество и сложностей с хэшрейтом при майнинге. Однако их алгоритм консенсуса сам оказался «не без греха».
Четыре проблемы PoS
В разработке системы Proof of Stake существует четыре основных сложности:
1) Дистрибуция. Поскольку награда отправляется к стекерам, как будут вообще распределяться токены?
2) Монополизация. Участники со значительным запасом токенов будут снимать наибольшую часть всех генерируемых в будущем монет.
3) Атака 51%. Так же, как при использовании алгоритма Proof of Work (PoW), возможна атака 51%, так и участникам системы, основанной на PoS приходится опасаться стекеров, обладающих 51% общего веса стеков.
4) Пустой стек (Nothing at Stake, NoS). PoS добавляет новый блок, когда узел сталкивается с условиями, в которые включен вес стека. Однако, когда два узла сталкиваются с такими условиями одновременно, возникает форк. Он нивелируется тем, что другие узлы подтверждают одну из двух сделок. Гипотетическая проблема «пустого стека» возникает, когда 99% всех узлов подтверждают обе цепи, потому что верификация этих сделок ничего не стоит (тот самый «пустой стек»). Следовательно, держатели 1% стека могут гипотетически устроить атаку «двойных трат» заплатив токенами по одной цепи, но затем верифицировав другую.
В свете этого, историю развития PoS можно понять по попыткам каждого токена решить эти сложности по-своему.
Давайте сначала рассмотрим, как это сделал Peercoin.
Peercoin
Санни Кинг создал Peercoin (PPC) в 2013, и это была первая криптовалюта, в которой алгоритмы Proof of Stake и Proof of Work использовались одновременно. В ней четыре проблемы PoS были решены следующим образом:
1) Дистрибуция. В Peercoin применяется сниженная дистрибуция на основе PoW. В самом начале PoW в алгоритме делался серьезный акцент на изначальную дистрибуцию PPC, но с тех пор он начал снижаться.
2) Монополизация. Был введен возраст монет, чтобы не дать держателям большого количества стеков забирать все награды.
3) Атаки 51%. Цепь PoS целиком обеспечивает PPC безопасностью, даже несмотря на гибридность первого. Атаки в данном случае являются маловероятными, поскольку провести их становится непомерно дорого. Для этого злоумышленник должен купить или как-то еще заполучить 51% выпущенных монет криптовалюты. Любая подобная атака значительно снизит стоимость криптовалюты и выльется тем, кто это сделает, в солидную копеечку.
4) Пустой стек. Разработчики PPC не верят, что такое может произойти. Однако, Санни в самом начале внедрил опциональную функцию «checkpoints» на случай успешно проведенной атаки. И теперь, когда PPC окрепла и взматерела, чекпоинты находятся в стадии медленного нивелирования.
Blackcoin
Следующим этапом истории PoS считается чистый протокол PoS без какого-либо майнинга и впервые был применен в криптовалюте NXT 24 ноября 2013. Однако, давайте посмотрим на другую криптовалюту — Blackcoin, которая тоже считается работающей целиком на PoS. Она была выпущена вскоре после NXT, поскольку в ней использовался более простой протокол и была более справедливая первоначальная фаза дистрибуции.
Blackcoin был создан Павлом Васиным (его ник Rat4) и выпущен в феврале 2014. Когда Rat4 решил создать BLK, он задался целью обойтись без возраста монет и алгоритма PoW. Он полагал, что возраст токенов будет увеличивать риск атаки 51%, поскольку возраст монет лишал пользователей возможности заниматься добычей стеков постоянно. К тому же, стекеры были лишены возможности оставаться в офлайне более 90 дней, чтобы по максимуму увеличить свои шансы получить новый стек, и тем самым подвергая риску всю сеть криптовалюты. Протокол PoS v.2, внедренный Rat4, решает четыре сложности, связанные с PoS, следующим образом:
1) Дистрибуция. BLK прошел временную фазу Proof of Work без возможности предварительного майнинга, чтобы обеспечить честное распределение токенов.
2) Монополизация. Эта сложность была устранена с помощью периода честного распределения.
3) Атаки 51%. Купить достаточное количество токенов для проведения подобной атаки очень дорого. К тому же, вся криптовалюта значительно просядет в цене.
4) Пустой стек. Разработчик BLK также полагал, что это не является угрозой. Однако в BLK были включены checkpoints для защиты от хардфорков. Checkpoints будут упразднены в PoS3.
Ether
После внедрения Blackcoin было проведено несколько апдейтов протокола PoS. К примеру, в криптовалюте Bitshares впервые был внедрен Delegated Proof of Stake. Однако новейший апдейт PoS был опробован криптовалютой Ethereum (ETH). Мотивация Ethereum это сделать состояла в том, чтобы таким образом постараться приблизиться к экологически безопасной и децентрализованной системе. Если виртуальная машина Ethereum действительно будет использована по всему миру, то дневная норма потребления электричества будет быстро уменьшена.
PoS-система, используемая в Ethereum приведет в действие PoS, основанный на Byzantine Fault Tolerance (Византийский договор, BTF). В качестве валидаторов выступят в случайном порядке выбранные узлы, получившие награду за открытие новые блоков. Однако консенсус будет сформирован многоуровневым процессом, где каждый валидатор будет голосовать за цепочку. Ethereum в настоящий момент НЕ СОБИРАЕТСЯ использовать алгоритм Proof of Stake. Также существуют некоторые сомнения касательного того, будет ли он вообще внедрен.
Учитывая все выше сказанное, вот как Ethereum надеется решить проблемы, связанные с PoS:
1) Дистрибуция. Примерно 70% токенов ETH уже распределены с помощью продажи через ICO в 2014. Это 70% находящихся в обороте монет. Одиннадцать миллионов было отдано фонду Ethereum Foundation, и дистрибуция продолжается через PoW.
2) Монополизация. ETH уже распределен. Другой путь, каким ETH надеется решить эту конкретную проблему, это запереть токены в смарт-контракт для добычи стека. Следовательно, добыча стеков будет зависеть от показателей ликвидности.
3) Атаки 51%. Как уже упомянуто выше, невероятно дорого купить токены или подкупить участников сети принять участи в атаке 51%. Если атака все же случится, Майкл Губик (Michael Gubic) в разделе ответов на FAQ Proof of Stake на форуме Ethereum’s github предлагает использовать социальные/бизнес/биржевые форумы для выбора одной из цепочек, что появится после форка.
4) Пустой стек. Валидаторы в качестве наказания будут лишены возможности подписывать лишенные поддержки блокчейны.
Заключение
За всю историю криптовалют было много функциональных и безопасных попыток улучшить алгоритм PoS: от гибрида PoS-PoW, чистого PoS и до Delegated PoS.
PoS, применяемый в BTF является самой недавней попыткой решить четыре основных сложности, что сопровождают протокол, изначально предложенный Санни и Марком. Каждая криптовалюта предлагает собственный подход, и у каждого есть свои сильные и слабые стороны. Однако, переход к PoS свидетельствует о более широком философском сдвиге в мире криптовалют. Сдвиге в сторону более экологически безопасной и децентрализованной системы.
Самые актуальные новости - в 
