Як заробити на криптовалюті: алгоритми Proof-of-Work і Proof-of-Stake

Блокчейн – це ланцюг блоків, тобто записів транзакцій, побудований за певними правилами. Один з найвідоміших способів використовувати блокчейн-технологію – криптовалюти. У біткоїна нові блоки з’являються кожні 10 хвилин, а в ефіріума – кожні 14 секунд. Хто отримує право їх створити, визначають спеціальні алгоритми, наприклад, Proof-of-Stake та Proof-of-Work.

Редакція MC.today розібралася, що таке Proof-of-Stake та Proof-of-Work і чому вони важливі.

Що таке Proof-of-Stake

Proof-of-Stake або PoS – метод захисту в криптовалютах. Дослівно перекладається як доказ володіння. Він означає: блокнайменша одиниця, яка містить список записів про транзакцію створить той обліковий запис, що матиме більший баланс. Тобто чим більше у вас монет на рахунку, тим більше шансів створити новий блок. Алгоритм, за яким створюється блок, не залежить від потужності комп’ютера.

Вперше Proof-of-Stake використали 2012 року у криптовалюті PPCoinзараз PeerCoin. Його суть у тому, щоб використовувати «частку» як ресурс. Proof-of-Stake визначає, який саме вузол, тобто комп’ютер, підключений до блокчейн-мережі, отримує право створити наступний блок.

Принцип роботи Proof-of-Stake

Якби Proof-of-Stake вибирав наступний блок за балансом рахунку, то це призвело б до небажаної централізації – той, хто має найбільше грошей, завжди мав би перевагу. Тому є декілька способів відбору.

Спрогнозувати, який саме комп’ютер створить наступний блок, можна з допомогою випадкового вибору блоків Nxt і BlackCoin. Тут використовують формулу, що шукає найнижче значення хешусхема, що дозволяє перетворити інформацію будь-якої довжини на рядок цифр конкретного розміру, наприклад, для біткоїна це 64 символи в комбінації з розміром ставки. Оскільки ставки публічні, кожен вузол може прогнозувати, хто наступний отримає право створити блок.

Система Proof-of-Stake у Peercoin множить кількість монет на число днів, коли ними володіли. Чим більше у вас монет і чим довше вони у вас були, тим більше шансів створити наступний блок. Але щойно монетна ставка підписує блок, вона знову «оновлюється» – доведеться чекати ще мінімум 30 днів, аби згенерувати наступний блок.

Але й тут є обмеження. Наприклад, найбільше шансів створити наступний блок з’являється через 90 днів, а потім ця ймовірність зменшується. Так дуже старі та великі ставки не будуть домінувати в блокчейні.

Завдяки алгоритму Proof-of-Stake мережа поступово виробляє нові монети та не споживає багато потужності.

Переваги та недоліки Proof-of-Stake

Proof-of-Stake – це зручний і незатратний спосіб добувати нові монети. Ось чому:

• Блокчейни на Proof-of-Stake працюють швидше, ніж на Proof-of-Work.
• Користувачі замотивовані тримати криптовалюту на своїх гаманцях. Відсотки за виведення монет у фіатні, тобто реальні, гроші або обмін на іншу криптовалюту невигідні. Так монети матимуть стабільний курс і можуть зрости в ціні.
• Щоб заробляти на Proof-of-Stake, не потрібно купувати дороге й потужне обладнання. Затрати енергії на отримання нових монет теж невисокі.
• Можна заробляти, навіть якщо у вас мінімум монет – об’єднатися з іншими користувачами для спільного стейкінгуспосіб заробітку, коли користувачі зберігають гроші на алгоритмі Proof-of-Stake).

До недоліків цього методу можна віднести:

• Є ризик централізації. Наприклад, якщо хтось володіє 51% монет мережі, може отримати контроль над мережею та її учасниками. Це не стосується криптовалют з високою капіталізацією, наприклад Del, але менш розкручена валюта може від цього постраждати.
• Більше голосів мають учасники з великими рахунками.

Майнінг у протоколі Proof-of-Stake

Майнінгвиробництво криптовалюти коштом потужності обладнання в Proof-of-Stake відбувається інакше, ніж зазвичай. Роботу алгоритму забезпечують користувачі, які зберігають монети в мережі.

Ів Ренно, керівник відділу торгівлі у Wirex, вважає: виробляти блоки та перевіряти транзакції мають ті, хто ризикує своїми криптовалютами. Так їхні інтереси збігаються з інтересами блокчейну та спільноти.

Ось як працює Proof-of-Stake:

• Той, хто має криптовалюту, дає її в позику мережі. Його називають валідатором, адже він бере участь у процесі валідації. Іншими словами, він підтверджує транзакції.
• Валідатор не має добувати блоки, лише створювати нові та перевіряти блоки інших учасників стейкінгу. Тобто тих, хто бере участь у цьому процесі.
• З кожної операції валідатор отримує винагороду у вигляді комісії за транзакцію.
• Якщо валідатор обманув мережу, частину його позики забирають.
• Чим більше криптовалюти має валідатор, тим більше він отримає винагороди.

Щоб почати стейкінг, потрібно мати криптовалюту, яка працює на алгоритмі Proof-of-Stake. Це можуть бути Solana, Polkadot та інші.

Що таке Proof-of-Work

Proof-of-Work, або PoW, перекладається як доказ роботи. Це алгоритм захисту розподілених систем від зловживань, наприклад DoS-атакхакерська атака на розрахункову систему з метою довести її до відмови, так користувачі не зможуть отримати до неї доступ, спам-розсилань тощо. По суті, у Proof-of-Work потрібно:

1. Виконувати тривале досить складне завдання.
2. Мати можливість швидко та легко перевірити результат. 

Завдання Proof-of-Work не може виконати людина. Вони від самого початку призначені для комп’ютерів з великими обчислювальними потужностями. При цьому на перевірку рішення йде набагато менше ресурсів і часу.

Принцип роботи Proof-of-Work

Ось як працює алгоритм Proof-of-Work:

1. Щоб у ланцюзі з’явилися нові блоки, комп’ютер майнера, тобто того, хто добуває крипту, має розв’язати завдання. Іншими словами, він має перебрати мільйони комбінацій коду. Для цього прилад потребує великих обчислювальних потужностей. Самим доказом роботи є хеш – унікальне значення, яке формується, коли комп’ютер підібрав правильний код.
2. Щойно майнер знаходить хеш, він відправляє його іншим комп’ютерам мережі на перевірку. Ті підтверджують: розрахунок відповідає поставленому завданню. Але вони не можуть використати хеш, аби створити блок. Ключ розгадки належить майнеру, який її створив.

Той, хто відгадав завдання першим, отримує винагороду у вигляді криптовалюти блокчейну. Наприклад, якщо ви працюєте в блокчейні біткоїн, то отримуєте таку саму криптовалюту.

Особливість хеша в його асиметрії. Саме тому майнеру складно його знайти, але легко перевірити іншим учасникам мережі. При цьому в кожному хеші є інформація про попередні блоки. Це і є доказом, що всі дії відбувалися в межах одного блокчейну.

Історія виникнення Proof-of-Work

Вперше концепцію Proof-of-Work описали Синтія Дворк, професорка Гарварду та співробітниця Microsoft, і Моні Наор, професор Наукового інституту Вейцмана, у роботі Pricing via Processing, Or, Combatting Junk Mail, Advances in Cryptology. Це відбулося 1993 року.

Вони не вживали цей термін, але описали його ідею: щоб отримати доступ до ресурсу, користувач має обчислити досить складну, але посильну функцію. Так ви не зможете зловживати ресурсом.

1997 року Адам Бек запустив проєкт Hashcash. Він мав захищати від спаму. Його суть полягає ось у чому: коли ви надсилаєте електронні листи, для кожного відправки комп’ютер проводить певні обчислення. Надіслати декілька листів буде неважко. Але якщо ви робите масову розсилку, то через постійні обчислення коду це займає дуже багато часу.

Сам термін Proof-of-Work з’явився за два роки. Його використали дослідник комп’ютерної безпеки Маркус Якобссон і професор Техніон-Корнельського інституту Джейкобса Арі Джуелс у статті Proofs of Work and Bread Pudding Protocols.

Відношення Proof-of-Work до криптовалют

Сатоші Накамото, творець першої криптовалюти біткоїн, використав механізм Proof-of-Work, аби досягти єдиної думки, яку версію блокчейну вважати правильною. Він поєднав ідею Hashcash і механізм складності, що змінюється. Тобто число нулів збільшувалося чи зменшувалося залежно від сумарної потужності учасників мережі. Для розрахунків він використав функцію SHA-256.

Простими словами, Proof-of-Work дозволяє мережі перевірити, що майнер виконав розрахунки. Тобто мережа шукає хеш заголовка блоку, що містить посилання на попередній блок. Ще там є підсумовуване значення транзакцій, що він містить. Також хеш має відповідати заданому рівню складності.

Вплив Proof-of-Work на майнінг

Майнінг з’явився саме завдяки алгоритму Proof-of-Work для біткоїна. Цей механізм дав поштовх створювати спеціальне обладнання, адже навіть найбільші суперкомп’ютери не мають достатньої потужності, аби обчислити хешування блоків.

Proof-of-Work потребує багато енергії. Пол Броді, глобальний керівник напряму блокчейн в EY, вважає:

99,99% енергії, що використали машини на пошук рішення, витратили в пусту – лише один майнер може вирішити конкретне завдання.

Що надійніше: Proof-of-Work чи Proof-of-Stake?

Одна з найбільших загроз Proof-of-Work – атака більшості. Коли група отримує контроль над 50% потужності майнінгу, вона може запобігти підтвердженню транзакцій, витрачати монети двічі та створювати форкирозподіл блокчейну на дві чи більше самостійні копії у блокчейні.

Попри це, на думку Роберта Грінфілда, генерального директора Energing Impact, необанка децентралізованих фінансів, атакувати систему Proof-of-Work дорожче, ніж Proof-of-Stake. У першому випадку зловмиснику потрібно отримати понад 50% обчислювальної потужності в мережі. У другому – купити понад 50% валюти цієї системи.

Дональд Макінтайр, засновник онлайн-ресурсу про криптовалюти Etherplan, теж вважає Proof-of-Stake менш надійним механізмом. Річ у тім, що Proof-of-Work базується на об’єктивних обчисленнях машини, а Proof-of-Stake – це, по суті, звернення до авторитету, який не має об’єктивної бази.

Джерело: Etherplan.com

Інші механізми доказів у криптовалютах

Окрім Proof-of-Stake і Proof-of-Work у криптовалютах є й інші механізми доказів:

• Proof-of-Participation, або доказ участі. Щось схоже на клуб, доступ до якого є лише в його членів. Система вимагає від інвесторів помістити свої монети в гаманець для участі. Потім всі учасники реєструються в захищеному списку. Усі рішення, які приймають, розподіляються рівномірно між усіма учасниками мережі. Це веде до кращої децентралізації. Ось як це працює:

1. Ви приєднуєтесь до вузлів.
2. Початкові спонсори роблять транзакцію зі згенерованими токенами й отримують винагороду.
3. Коли до реєстру приєднуються нові користувачі, ефект зростає.

Одним з недоліків цього механізму є те, що монети не так швидко генеруються.

• Proof-of-Activity, або доказ активності. Такий майнінг ділять між собою дві групи. Перша використовує Proof-of-Work, щоб знайти блок, який вона надсилає для перевірки. Друга група складається з майнерів, які видобули блок з допомогою Proof-of-Stake.

Джерело: medium.com

• Proof-of-Selection, або доказ вибору. Цей алгоритм – рішення дилеми візантійського полководця. Ось у чому вона полягає: як група генералів може прийти до єдиного рішення, якщо між ними немає надійного зв’язку? Відповідь запропонував американський офіцер Кенні Дженкінс. Він сказав, що неідеальний план, який одразу втілюють у дію, кращий за ідеальний, який втілять пізніше.

У блокчейні з допомогою цього методу вибирають наступні вузли для створення блоку.

Джерело: jhargrave.medium.com

• Proof-of-Burn, або доказ згорання. Майнер криптовалюти повинен надати альтернативні токени криптовалюти як доказ роботи. Ще він має довести, що інвестував їх у потужність майнінгу. Тобто замість того, щоб спалювати реальні гроші, майнер повинен спалювати інший тип цінних ресурсів, наприклад монети. Потім цю монету відправляють на спеціальну адресу та винагороджують майнера реальною валютою.

• Proof-of-Capacity, або доказ місткості. Алгоритм використовує місце на жорсткому диску пристроїв майнінгу в мережі, аби прийняти рішення та перевірити транзакції.

• Proof-of-Space, або доказ простору. Замість того, щоб використовувати енергію для нових монет, ви надаєте простір, необхідний для вирішення завдання. 
• Proof-of-Spacetime, або доказ часу та простору. Тут потрібно показати, що ви витратили узгоджену кількість часу й утримали необхідну кількість місця. Алгоритм пов’язаний з Proof-of-Capacity, але його розробники вважали, що простір і час, коли він доступний, нерозривно пов’язані.