Istnieją dwa mechanizmy konsensusu w blockchainie, znane jako algorytmy, które zapewniają bezpieczne funkcjonowanie poprzez weryfikację i zatwierdzanie transakcji. Zarówno Proof-of-Work (PoW), jak i Proof-of-Stake (PoS) służą temu samemu celowi – umożliwiają jedynie zweryfikowanym uczestnikom dodawanie nowych danych do łańcucha bloków.

W obu tych modelach konsensusu potencjalni użytkownicy sieci muszą udowodnić posiadanie pewnego zasobu, który może przybierać formę środków finansowych lub energii. To pozwala systemowi skutecznie selekcjonować uczestników, którzy rzeczywiście angażują się w działanie sieci.

Niemniej jednak, istnieją istotne różnice między Proof of Work a Proof of Stake. Oba algorytmy operują w sposób różny i posiadają unikalne cechy. Jeśli interesuje Cię poznanie tych różnic i szczegółowe działanie obu mechanizmów konsensusu, zapraszam do lektury.

Czym jest Proof of Work i jak działa?

Proof of Work (PoW) to mechanizm konsensusu, w którym komputery konkurują ze sobą, aby jako pierwsze rozwiązać skomplikowaną zagadkę matematyczną. W kontekście kryptowalut ten proces znany jest jako „górnictwo”, ponieważ zużywana energia i zasoby, potrzebne do rozwiązania zagadki, przypominają proces wydobycia surowców naturalnych w rzeczywistości.

Zasada działania Proof of Work jest stosunkowo prosta. Przyjmijmy, że górnik w sieci Bitcoin stara się odgadnąć, jakie liczby należy pomnożyć, aby uzyskać wynik 55 236 962. Górnik eksperymentuje z różnymi kombinacjami liczb, aż wreszcie natrafi na poprawne rozwiązanie. Kiedy to się wydarzy, jego komputer prezentuje to rozwiązanie pozostałym komputerom w sieci. Te komputery sprawdzają, czy rozwiązanie jest poprawne.

Ciekawym aspektem jest to, że gdy jeden z górników pierwszy rozwiąże zagadkę (przed innymi w sieci), może on utworzyć nowy blok i przekazać go do wszystkich węzłów w sieci. Każdy węzeł przeprowadza własną weryfikację dotychczasowej historii transakcji oraz nowego bloku. Jeśli wszystko jest w porządku, nowy blok zostaje dodany do łańcucha. W ten sposób powstaje nieprzerwany łańcuch transakcji. Górnik jest nagradzany Bitcoinami za swoją pracę.

Czym jest Proof of Stake i jak działa?

W mechanizmie konsensusu Proof of Stake (PoS) nie mamy do czynienia z górnikami, lecz z walidatorami, którzy mają za zadanie tworzyć nowe bloki na podstawie ilości tokenów, jakie zainwestowali w konkretny ekosystem. W przeciwieństwie do rywalizacji widocznej w Proof of Work, walidatorzy w Proof of Stake współpracują, aby ustalić, który węzeł ma prawo dodania nowego bloku.

W PoS to ilość posiadanych przez użytkownika kryptowalut zastępuje tradycyjną pracę górnika. Posiadane tokeny stanowią w PoS zabezpieczenie sieci. Uczestnik musi najpierw nabyć kryptowaluty, by móc je posiadać, a następnie stawiać je jako zabezpieczenie i być wybranym do tworzenia bloku oraz zdobycia nagrody.

Każdy uczestnik ekosystemu działającego w oparciu o PoS musi inwestować środki finansowe w kryptowaluty i w pewnym sensie poświęcać swoje zasoby dla dobra sieci. Ci, którzy zainwestowali w kryptowaluty w celu zdobycia nagrody, mają silny interes w pomyślnym rozwoju całej sieci.

Mechanizm PoS służy przeciwdziałaniu niepożądanym atakom i fałszowaniu monet. W przeciwieństwie do Proof of Work, gdzie atakujący musiałby kontrolować co najmniej 51% mocy obliczeniowej sieci i węzłów, atak taki w PoS byłby znacznie trudniejszy do przeprowadzenia.

Proof-of-Work – zasady wydobycia bloku i bezpieczeństwo

W mechanizmie konsensusu Proof of Work (PoW), proces wydobycia nowego bloku związany jest z dużym zużyciem energii elektrycznej. Cała sieć jest zabezpieczona w ten sposób, że tylko osoby, które mogą wykazać wydanie pewnych zasobów w ekosystemie, uzyskują prawo dodania nowego bloku do łańcucha.

Atak na sieć opartą na PoW jest bardzo kosztowny i wymaga dużego nakładu czasu. Hakerzy chcący go przeprowadzić musieliby nabyć specjalistyczny sprzęt i odpowiednio go skonfigurować. Ponadto musieliby ponieść koszty związane z zużyciem energii elektrycznej. Następnie musieliby konkurować z innymi górnikami, próbując rozwiązać skomplikowaną zagadkę i dodać nowy blok do łańcucha, używając fałszywych kryptowalut.

Gdyby nieuczciwy górnik próbował przesłać fałszywy blok do sieci, węzły w sieci przeprowadziłyby niezależną weryfikację. W przypadku wykrycia fałszywych kryptowalut, blok zostałby odrzucony zgodnie z zasadami konsensusu.

Proof of Work skutecznie zapobiega fałszowaniu kryptowalut, chyba że atakujący kontroluje co najmniej 51% mocy obliczeniowej sieci oraz węzłów. Taka sytuacja jest niemalże niemożliwa.

Atak 51% mógłby nastąpić jedynie w przypadku, gdy jakaś jednostka zgromadziłaby zasoby reprezentujące ponad 51% całkowitej mocy obliczeniowej sieci. Nawet wtedy prawdziwi uczestnicy sieci prawdopodobnie utworzyliby nową gałąź łańcucha, a poprzedni stałby się bezużyteczny. W ten sposób atak 51% zostałby udaremniony.

Zdrowa konkurencja i wykorzystanie energii odnawialnej

Rywalizacja w dziedzinie wydobycia Bitcoina jest bardzo intensywna. Aby zmniejszyć wydatki związane z zużyciem energii elektrycznej, firmy poszukują coraz bardziej wydajnych rozwiązań. Wykorzystanie tańszych źródeł energii oraz nowoczesnych technologii prowadzi do szybszych i bardziej efektywnych metod wydobycia.

Przykładem jest wykorzystanie intensywnych okresów opadów deszczu do produkcji znacznej ilości energii odnawialnej, jak w przypadku prowincji Syczuan i Yunnan. W 2019 roku Chiny generowały niemal 70% całego hashrate Bitcoina dzięki takiej nietypowej strategii pozyskiwania energii. Jednak w późniejszym czasie Chińska Republika Ludowa zakazała wydobycia Bitcoina na rzecz własnej cyfrowej waluty narodowej, co skłoniło chińskich górników do przeniesienia swojej działalności do regionów, gdzie koszty energii pozostają niskie, np. do Kazachstanu.

Bezpieczeństwo

Do tej pory Proof of Work jest uznawany za najbardziej sprawdzony sposób utrzymania bezpieczeństwa w rozproszonej sieci, ponieważ wymaga ciągłych nakładów finansowych i energetycznych.

Wady Proof-of-Work

Wysokie zużycie energii

Sieci oparte na konsensusie Proof of Work charakteryzują się znacznym zużyciem energii, niezbędnym do zapewnienia bezpieczeństwa. Niemniej krytycy zauważają, że taka nadmierna konsumpcja energii elektrycznej może być nieefektywna i nieodpowiedzialna z perspektywy ekologicznej.

Problem e-odpadów

Koparki używane przez górników Proof of Work działają nieustannie przez 24 godziny na dobę, narażone na trudne warunki środowiskowe, takie jak wilgoć, wysokie temperatury czy brak odpowiedniej wentylacji. To prowadzi do krótkiego okresu eksploatacji tych urządzeń, generując duże ilości odpadów elektronicznych.

Ryzyko śledzenia

Duże zużycie energii w procesie wydobycia kryptowalut może być wykorzystane do śledzenia lokalizacji górników. Przy użyciu np. kamer termowizyjnych możliwe jest monitorowanie obszarów o intensywnym zużyciu energii, co może stanowić zagrożenie dla prywatności użytkowników sieci opartej na Proof of Work.

Zalety Proof-of-Stake

Efektywność i oszczędność energii

Mechanizm konsensusu Proof of Stake jest znacznie bardziej efektywny i oszczędny energetycznie. Wymagania sprzętowe są minimalne – wystarczy zwykły laptop, a oprogramowanie nie potrzebuje dużych zasobów.

Wysoka przepustowość

Walidatorów w Proof of Stake wybiera się na podstawie ilości posiadanych przez nich kryptowalut, bez konieczności rywalizacji w rozwiązywaniu trudnych zagadek. Algorytm wybierający walidatorów działa znacznie szybciej niż w przypadku Proof of Work, co przekłada się na szybsze przetwarzanie transakcji.

Brak cenzury

Rozwiązywanie zagadek przez walidatorów Proof of Stake może odbywać się przy użyciu zwykłego laptopa, co umożliwia im pracę z dowolnego miejsca. Dzięki temu walidatorzy mogą kontrolować globalnie rozproszoną sieć, bez konieczności posiadania magazynu wypełnionego koparkami.

Niska bariera wejścia

Działanie jako walidator w Proof of Stake wymaga jednorazowego zakupu kryptowalut, które służą jako wkład. Nie jest konieczne inwestowanie w kosztowny sprzęt górniczy ani jego utrzymanie, co obniża barierę wejścia do udziału w sieci, przyciągając większą liczbę uczestników.

Ograniczenia Proof-of-Stake

Skalowanie

Obecnie mechanizmy Proof of Stake nie osiągnęły jeszcze takiej skali jak sieć Bitcoin, ale coraz więcej ekosystemów przechodzi na ten rodzaj konsensusu. Systemy PoS mają potencjał do skalowania w przyszłości.

Konsolidacja kryptowalut

Jednym z częstych argumentów przeciwników Proof of Stake jest obawa o koncentrację dużych ilości kryptowalut u kilku walidatorów, co prowadzi do posiadania jak największej ilości monet, aby zwiększyć szansę na wydobycie bloku i uzyskanie nagrody.

Mniejsze bezpieczeństwo

Niska bariera wejścia do roli walidatora w Proof of Stake może spowodować większą liczbę uczestników w ekosystemie, co zwiększa ryzyko ataków i może obniżyć ogólne bezpieczeństwo sieci. Konieczne jest kontrolowanie tego zjawiska, aby zachować integralność sieci.

Kim jest górnik, a kim walidator w sieci blockchain?

Górnik to urządzenie komputerowe, które uczestniczy w procesie wydobywania nowych bloków w mechanizmie konsensusu Proof of Work. Jego głównym zadaniem jest rozwiązanie złożonych zagadek matematycznych poprzez wykonywanie intensywnych obliczeń. Proces ten wymaga dużego zużycia energii elektrycznej i zasobów sprzętowych. Górnik, który jako pierwszy rozwiąże zagadkę i dodanie nowego bloku do łańcucha, jest nagradzany kryptowalutami, najczęściej w postaci Bitcoina.

Walidator pełni rolę odpowiednika górnika w mechanizmie konsensusu Proof of Stake. Walidatorzy zabezpieczają sieć poprzez stawienie swoich posiadanych kryptowalut jako zabezpieczenia. W zamian za tę stawkę mają szansę na tworzenie nowych bloków transakcji oraz weryfikację istniejących. Taka stawka stanowi gwarancję, że walidatorzy będą działać zgodnie z zasadami sieci, a w przypadku ich naruszenia, stawka może zostać utracona. Walidatorzy są nagradzani za swój udział w procesie zabezpieczania i utrzymywania sieci blockchain.

Oba rodzaje konsensusów mają swoje zastosowania w świecie kryptowalut. Nie ma jednoznacznej odpowiedzi, który z nich jest lepszy. Wiele nowych kryptowalut preferuje Proof of Stake, co sprawia, że działają one stabilnie i mają niższe koszty.

Jednakże są i tacy, którzy krytykują ten system, argumentując, że im więcej monet posiada się w systemie PoS, tym większa jest kontrola nad siecią.

Z drugiej strony Proof of Work również spotyka się z krytyką, szczególnie w kontekście potencjalnego ataku 51% lub negatywnego wpływu na środowisko.

Warto jednak pamiętać, że mechanizm konsensusu, który stosuje dana kryptowaluta, to tylko jeden z wielu czynników, który należy wziąć pod uwagę inwestując w określone aktywa.

Podsumowanie

Mechanizmy konsensusu, takie jak Proof of Work i Proof of Stake, są kluczowymi algorytmami wpływającymi na działanie sieci blockchain. Odgrywają one istotną rolę w procesie synchronizacji danych, dodawania nowych bloków oraz zapewniania bezpieczeństwa sieci. Poprzez te mechanizmy ustalana jest kolejność, w jakiej komputery mogą dodawać nowe bloki do łańcucha. Zarówno Proof of Work, jak i Proof of Stake są skuteczne, choć nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, który z nich jest lepszy. Wybór pomiędzy nimi zależy od konkretnych cech danego projektu oraz priorytetów, takich jak wydajność, bezpieczeństwo i zrównoważony rozwój.

Wymieniaj złotówki na kryprowaluty i odwrotnie bez ograniczeń!