Почему Ethereum планирует перейти на Proof of Stake?

Фундаментальный недостаток Proof of Work (PoW) заключается в том, что затраты на атаку системы равны затратам на запуск системы . Таким образом, высокая безопасность может быть достигнута только при высоких эксплуатационных расходах. Идея состоит в том, что честные участники просто тратят больше, чем нечестные.

Это уже сегодня крайне неэффективно, но для Биткойна работает. Как только дочерний блок начинает достигать нуля, соотношение между рыночной капитализацией и затратами на атаку биткойнов становится критическим. Подробности представлены здесь .

Почему Proof of Stake?

• Расходы

Proof of Stake (PoS) обещает решить эту проблему. Ожидается , что честный валидатор будет иметь очень низкие затраты по сравнению с затратами, которые понесет злоумышленник .

• Меньше цензуры

Еще одна проблема, которую Каспер пытается решить, — это дестимулировать цензуру. Схема PoW в Биткойне — это более или менее игра с нулевой суммой. Это означает, что если майнер теряет блок (он не включается в основную цепочку/ подвергается цензуре), все остальные майнеры получают выгоду от их потери. PoS для Ethereum будет не игрой с нулевой суммой, а координационной игрой, в которой вознаграждение для всех будет самым высоким, если каждый участник сможет включить свои блоки.

• Масштабируемость

Наконец, некоторые проблемы масштабируемости могут быть проще решены с помощью PoS.

Есть две ключевые причины для перехода на Proof of Stake:

1. Разработчики и исследователи Ethereum считают, что алгоритмы консенсуса, основанные на Proof of Stake (PoS), могут обеспечить более высокую степень безопасности при заданном объеме затрат ресурсов по сравнению с алгоритмами консенсуса Proof of Work (PoW).
2. Разработчики и исследователи Ethereum считают, что новый дизайн под названием Casper решает важные оставшиеся проблемы с текущим «современным» дизайном Proof of Stake. Эти проблемы включают несовершенную децентрализацию и уязвимость к определенным типам атак, а также другие экономические соображения и соображения производительности.

Обе темы затрагивают вопросы, которые стоит рассмотреть в своих вопросах и ответах, поэтому я буду ссылаться на другие вопросы, когда буду резюмировать основные причины этих двух мотивов.

Отказ от ответственности: я внес небольшой вклад в исследования Casper несколькими косвенными способами. Однако у меня нет официальных отношений с проектом Ethereum, и я думаю, что мой ответ здесь в любом случае достаточно объективен. Предлагаемые изменения приветствуются.

Почему Proof of Stake обеспечивает большую безопасность для данной инвестиции ресурсов, чем Proof of Work?

Во-первых, некоторая предыстория полезна. Цель алгоритма консенсуса в общедоступной сети блокчейнов состоит в том, чтобы дать множеству разных пользователей возможность договориться о текущем состоянии блокчейна , даже если они не доверяют друг другу или какому-либо центральному органу . Это сложная проблема, и до тех пор, пока сеть Биткойн не решила ее впервые в 2008 году с помощью Proof of Work (он же «майнинг», он же «хеширование»), не было известно никаких действительно хороших решений. Таким образом , «производительность» алгоритма изначально не была так важна — тот факт, что это вообще можно было сделать, был достаточно впечатляющим.

После того, как Биткойн показал, что решение общественного консенсуса возможно, вслед за ним начали появляться новые идеи, такие как «Доказательство доли» . Полное объяснение различий между консенсусом PoW и PoS см . здесь . Как только были предложены новые алгоритмы, вопрос «работает ли это?» на «А работает лучше, чем Б?»

Есть несколько разных способов ответить на этот вопрос. Один из способов получить представление о потенциальных перспективах протоколов PoS — это рассмотреть, в частности, четыре фактора:

1. Стоимость сотрудничества «честных узлов» при отсутствии враждебной атаки
2. Стоимость сотрудничества «честных узлов» во время враждебной атаки
3. Стоимость атаки «враждебных узлов», если их атака не удалась
4. Стоимость атаки «враждебных узлов», если их атака успешна

Сравнивая эти затраты с вознаграждением за блок и другими потенциальными выгодами, мы можем оценить объем ресурсов «честного узла», необходимых как для работы сети, так и для сдерживания злоумышленника заданного масштаба. Это обеспечивает достаточно честный способ сравнить уровень безопасности, обеспечиваемый двумя разными протоколами консенсуса.

Это очень сложная тема.

Считается, что Proof-of-Work тратит энергию на поддержание безопасности общедоступного реестра консенсуса, устойчивого к цензуре. Хотя по этому поводу ведутся давние споры . Вы сами видите, что Биткойн потребляет более 1 миллиона долларов в день . Энергозатраты на хеш-вычисления оцениваются примерно на уровне энергопотребления Исландии. Вот почему многие умные парни пытаются решить эту проблему с помощью Proof-of-Stake. Существует длинная техническая статья, написанная Виталиком для более глубокого понимания этой темы.

Приведенные выше ответы содержат веские аргументы о недостатках PoW.

• Масштабируемость: схемы PoW требуют распространения новых блоков-кандидатов среди всех майнеров по всему миру, и иногда майнеры будут разделяться и выполнять работу в цепочке, которая в конечном итоге становится осиротевшей / не самой длинной. Это происходит все время на короткие мгновения, и в Ethereum эти «почти блоки» помогают защитить цепочку как «дяди» и распределяют меньшее вознаграждение за блок среди «дядей-искателей», в отличие от блоков Биткойн, которые имеют только одного предшественника и вознаграждают только майнер, который находит последний блок.
• проблемы окружающей среды / климата: схемы PoW потребляют много электроэнергии, часть которой вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива, что может противоречить вашим социальным ценностям.

Я отвечу на ваше другое беспокойство: почему Биткойн не использовал PoS с самого начала и почему большинство других монет не используют его?

Proof-of-stake сложнее реализовать и доказать его правильность формально, в теоретическом информатике/математическом смысле. Есть одна монета, NXT (теперь Ardor), которая использует доказательство доли с 2014 года, но у нее небольшое количество майнеров, и она не так известна, как другие сети. Доказательство работы само по себе было большой авантюрой и большим скачком для 10 лет назад, но если бы Сатоши Накомото знал, как безопасно реализовать доказательство доли для биткойнов, он, вероятно, так и сделал бы. В то время биткойн был неизвестной монетой, которая стоила доли пенни, поэтому, если сеть была скомпрометирована атакой 51%, было потеряно очень мало, поэтому можно просто использовать YOLO и отправить свой код миру.

Большинство всех альткойнов используют форк кодовой базы Биткойн и очень мало изменились в ней, за исключением замены на новый алгоритм PoW, изменения времени блокировки и т. д. Они извлекают выгоду из 10-летнего послужного списка безопасности, но также не решаются «раскачивать лодку», добавляя что-то существенно новое, поэтому они также обременены проблемами и непреднамеренными проблемами дизайна Биткойна.

Эфириум — это многомиллиардная сеть сейчас, по текущим ценам, поэтому ее управляющая основа и пользователи более осторожны и рассматривают гораздо больше сценариев отказа. При этом существует как минимум 5 разных команд, работающих над совместимыми клиентами Ethereum 2.0, которые недавно (сентябрь 2019 г.) смогли синхронизироваться в одной и той же тестовой сети в Онтарио с целевой датой запуска основной сети Ethereum 2.0 (цепочка маяков) в Январь 2020 года.

Сообщество Ethereum в прошлом продемонстрировало способность восстанавливаться после взломов и сбоев, поэтому, на мой взгляд, этот запуск будет просто еще одним периодом непрерывного тестирования, обучения, выявления проблем и улучшения. Еще через 10 лет пользователи StackOverflow будут спрашивать: «Почему некоторые криптовалюты так долго придерживаются Proof-of-Work, когда теперь у нас есть явно лучшая альтернатива?»

Для проверки транзакций и создания блоков мошенник должен сначала поставить свои собственные монеты на «ставку». Думайте об этом как о том, что их активы хранятся на условном депонировании: если они подтвердят мошенническую транзакцию, они потеряют свои активы, а также свои права на участие в качестве фальсификатора в будущем. Как только фальсификатор ставит свою ставку, он может участвовать в процессе подделки, и, поскольку они поставили свои собственные деньги, теоретически они теперь заинтересованы в проверке правильных транзакций.

Системы Proof-of-Stake более экологичны и эффективны, поскольку затраты на электроэнергию и оборудование намного ниже, чем затраты, связанные с майнингом в системе Proof-of-Work. Большему количеству людей рекомендуется запускать узлы и участвовать, потому что участвовать в этой системе легко и доступно; это приводит к большей децентрализации.