Het concept van Proof of Work gebruikt enorme hoeveelheden energie, maar waarom is dat? Wat zijn enkele alternatieve oplossingen?

Proof of stake overzicht

De Proof of Stake-methode werd gecreëerd als een concurrent van Proof of Work. Het helpt een aantal van de problemen op te lossen die door PoW zijn ontstaan. Het doel van alle consensusalgoritmen is hetzelfde; om macht te decentraliseren, censuur van het opnemen van transacties in blokken te beperken en ervoor te zorgen dat iedereen het eens is over de juiste volgorde van transacties.

Zodra u overeenstemming kunt bereiken over de volgorde van gebeurtenissen en censuur op het netwerk kunt verbieden, is het gewoon een kwestie van het toepassen van het algoritme op de validerende knooppunten om tot de consensusstatus te komen. Het idee van Byzantijns Fault Tolerant is in essentie dat iedereen er zeker van is, dat iedereen het eens met elkaar is (consensus). In het geval dat u een meningsverschil heeft of tegenstrijdige ideeën heeft, dan worden deze omschreven als een Byzantijns falen. Zie dit als een situatie waarbij de helft van de generaals aanvallen en de helft niet aanvallen, in dat geval zal de strijd verloren gaan.

Wat betekent het om Byzantijns Fault Tolerant te zijn? In een staat van Byzantijnse mislukking kan cryptografisch bewijs aantonen wie de “schuldige” generaals (oftewel knooppunten) zijn. Wanneer u een systeem heeft dat dit cryptografisch bewijs van falen kan produceren, kunt u dat gebruiken om de schuldige te straffen. Straffen in de wereld van de blockchain omvatten een verscheidenheid aan dingen. Uw inzet in het netwerk verliezen, van het netwerk worden uitgesloten, enz.

Problemen met PoW

Het minen van nieuwe munten verbruiken veel rekenkracht vanwege het proof of work-algoritme. Het idee werd voor het eerst geïntroduceerd in 1993 als een methode om spam-e-mails te bestrijden. Het werd formeel Proof of Work genoemd in 1997, de techniek werd grotendeels ongebruikt totdat Satoshi Nakamoto in 2009 Bitcoin creëerde. Na het bestuderen van Proof of Work kwam hij tot de conclusie dat de techniek kan worden gebruikt om consensus te bereiken tussen veel knooppunten op een netwerk. Door het op deze manier te gebruiken, kun je de Bitcoin blockchain beveiligen.

Het PoW-algoritme werkt doordat alle knooppunten werken om een ​​cryptografische puzzel op te lossen, de “puzzel” wordt opgelost door miners, de eerste miner die de oplossing voor de puzzel vindt, krijgt de beloning. De benodigde rekenkracht is zo groot geworden, dat mensen enorme Bitcoin-mijnbedrijven bouwen, met daarin honderden computers die samenwerken om deze ‘puzzels’ op te lossen.

Op het moment van schrijven van dit artikel schat men dat Bitcoin-miners alleen al 54 TWh (TeraWatt Hours) elektriciteit per jaar gebruiken. Even om te vergelijken, dit zou genoeg zijn om 4,5 miljoen Amerikaanse huizen van stroom te voorzien. Een ander voorbeeld. Het komt neer op dezelfde hoeveelheid stroom die wordt gebruikt door het hele land van Nieuw-Zeeland.

51% Attack

Proof of work geeft meer beloningen aan mensen met meer en betere apparatuur, miners die de hoogste hash-snelheid produceren (wat wordt gedaan door grote hoeveelheden rekenkracht te leveren) heeft de grootste kans om het volgende blok te vinden en de blokbeloning te verdienen. Om hun kansen nog verder te vergroten, zullen miners grondstoffen samenvoegen en zo een zogenaamde ‘mining pool’ te creëren. Miningpools combineren de hashingkracht van alle knooppunten in de ‘miningpool’ en de beloningen worden gelijkmatig verdeeld op basis van de hashkracht die aan de pool wordt gegeven. Het merendeel van Bitcoin-mijnbouw wordt gedaan door miningpools, waarbij de Top 3 ongeveer 52% van de mijn bestrijdt. Samenvattend gebruikt PoW een buitengewone hoeveelheid elektriciteit om het algoritme op te lossen. Vanwege de benodigde hashkracht is solo-mining gewoon niet haalbaar. Dit heeft geleid tot miningbedrijven die Bitcoin in wezen meer gecentraliseerd maken (aangezien 3 miningpools meer dan 51% controleren). Vanwege deze zwakke punten in verband met Proof of Work hadden cryptografen een nieuw consensusalgoritme nodig.

Geschiedenis van Proof of Stake

In 2011 stelde een gebruiker van het Bitcoin-talkforum met de naam Quantum Mechanic een nieuwe techniek voor, die hij Proof of Stake noemde. Het basisidee is dat iedereen in het miningproces tegen elkaar kan strijden, is een grote verspilling van middelen. In plaats daarvan gebruikt Proof of Stake een verkiezingsproces, waarbij één knooppunt wordt geselecteerd om het volgende blok te ‘valideren’. Proof of Stake haalt ook de terminologie van miners weg, in plaats daarvan hebben ze het concept van Validators.

Een Validator maakt geen nieuwe blokken (denk eraan dat ‘mines’ duur zijn), een validator zal f een nieuw blok smeden (forgen). Iedereen kan een validator worden. Je moet een bepaalde hoeveelheid geld in het netwerk storten als ‘Inzet’ (vergelijkbaar met hoe een borg werkt). De grootte van de inzet bepaalt de kans dat een validator wordt gekozen om het volgende blok te smeden. De correlatie voor dit proces is lineair. Als Validator A $ 200 stort en Validator B $ 2000 stort, heeft Validator B 10x grotere kans om te worden geselecteerd voor Validator A.

Het lijkt erop dat het een systeem is om de rijken te begunstigen en de armen te verlammen. In werkelijkheid is het eigenlijk een eerlijker proces dan Proof of Work. PoW-rijke mensen kunnen op grote schaal gebruik maken van de kracht van economieën. De prijzen die zij betalen voor extra mininguitrusting en elektriciteit gaan niet lineair omhoog, het werkt eigenlijk precies andersom, hoe meer ze bulk kopen, hoe beter de prijzen die ze krijgen voor het hele pakket.

Hoe werkt PoS?

In de proof of stake method, controleert een knooppunt wanneer het volgende blok wordt gevalideerd en controleert het of alle transacties binnen dat blok geldig zijn. Als alles is zoals het hoort, valideert het knooppunt het blok en voegt het toe aan de keten. Het knooppunt ontvangt vervolgens de kosten die aan het blok zijn gekoppeld. Hoe kunnen we er zeker van zijn dat we alle validators in het netwerk kunnen vertrouwen? Dit is waar de Stake in het spel komt. Validators verliezen hun inzet geheel of gedeeltelijk als ze frauduleuze transacties goedkeuren. Zolang de storting die wordt gestort hoger is dan de beloning die ze ontvangen bij het valideren, kunnen we deze knooppunten veilig vertrouwen om hun werk te doen. Niemand zal acties ondernemen om geld te verliezen in een situatie. Als een knooppunt hun rol als validator wil beëindigen, wordt hun inzet en onbetaalde transactiekosten vrijgegeven. Dit proces gebeurt meestal over een bepaalde periode. Met kleine delen van de stake die over een periode van weken worden vrijgegeven. De reden dat de inzet niet in één keer wordt gegeven, is dat transacties niet in real-time worden uitgevoerd. Het netwerk moet nog steeds een manier hebben om te straffen voor slechte transacties nadat ze het netwerk hebben afgemeld.

Samenvatting

Ik denk dat het duidelijk is dat er veel verschillen zijn tussen PoW en PoS. Proof of Stake vermindert het aantal validators van hun systeem door de component Stake af te dwingen. Minder validators zorgen ervoor dat minder energie wordt gebruikt en er minder geld wordt uitgegeven om het systeem te onderhouden. PoS is ook meer gedecentraliseerd dan PoW. Dit heeft te maken met het concept van PoW-mijnbouwpools die de meerderheid van Bitcoin-mijnen beheersen. Als je een situatie had waarbij de top 3 miningpools samenvloeiden, zouden ze meer dan 51% van het minen controleren en zouden technisch gezien frauduleuze transacties kunnen goedkeuren. Een andere onderscheidende factor is dat het opzetten van een knooppunt voor een op PoW gebaseerde blockchain veel duurder is. Met Proof of Stake heb je geen dure mine-uitrusting nodig. Dit moedigt meer mensen aan om een knooppunt in te stellen dat het netwerk meer gedecentraliseerd en veiliger maakt.

Proof of Stake vs Delegated Proof of Stake (DPOS)

Het belangrijkste verschil tussen de twee mechanismen is dat Gedelegeerd PoS het concept van gekozen validators introduceert. Dit geeft een eindig aantal validators aan het netwerk, wat de transactiesnelheid verhoogt. DPOS-blockchains hebben verschillende methoden om vast te stellen hoe validators worden gekozen en hoeveel validators er zullen zijn. Over het algemeen worden de validators gekozen door munthouders, vergelijkbaar met een verkiezing waarbij de leden van de gemeenschap de Officials kiezen.

In toekomstige artikelen zullen we meer specifiek ingaan op Delegated Proof of Stake en hoe het precies werkt.