Blockchain : Proof-of-Stake (PoS) – Analytics Vidhya

Blockchain : Proof-of-Stake (PoS) – Analytics Vidhya

September 29, 2022 0 Von admin

Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε ως μέρος του Data Science Blogathon.

Εισαγωγή

Το Proof-of-stake είναι ένας μηχανισμός συναίνεσης κρυπτονομισμάτων για την επεξεργασία συναλλαγών και τη δημιουργία νέων μπλοκ στο blockchain. Ο μηχανισμός συναίνεσης είναι μια μέθοδος για την επικύρωση εγγραφών σε μια κατανεμημένη βάση δεδομένων και τη διατήρηση της ασφάλειας της βάσης δεδομένων. Στην περίπτωση του κρυπτονομίσματος, η βάση δεδομένων ονομάζεται blockchain – επομένως το blockchain παρέχει τον μηχανισμό συναίνεσης.

Το Proof of Stake (PoS) είναι ένας αλγόριθμος που στοχεύει στην επίτευξη κατανεμημένης συναίνεσης στο blockchain. Αυτός ο τρόπος επίτευξης συναίνεσης προτάθηκε για πρώτη φορά εδώ από την Quantum Mechanic και αργότερα γράφτηκε από τον Sunny King και τους συνεργάτες του. Αυτό οδήγησε στο Peercoin με βάση την απόδειξη στοιχήματος (PoS). Ένα ποντάρισμα είναι μια αξία/χρήματα που στοιχηματίζουμε σε ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Η διαδικασία ονομάζεται ποντάρισμα.

Απόδειξη συμμετοχής
πηγή:https://101blockchains.com/proof-of-stake/

Κατανόηση της απόδειξης συμμετοχής (PoS)

Η απόδειξη πονταρίσματος μειώνει τον όγκο της υπολογιστικής εργασίας που απαιτείται για την επιβεβαίωση μπλοκ και συναλλαγών. Ως μέρος της απόδειξης εργασίας, διατήρησε το blockchain ασφαλές. Η απόδειξη πονταρίσματος αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο επαληθεύονται τα μπλοκ χρησιμοποιώντας τα μηχανήματα των κατόχων νομισμάτων, επομένως δεν υπάρχει τόση υπολογιστική εργασία. Οι ιδιοκτήτες προσφέρουν τα νομίσματά τους ως εγγύηση – στοιχήματα – για τη δυνατότητα επαλήθευσης μπλοκ και στη συνέχεια να γίνουν επικυρωτές.

Οι επικυρωτές επιλέγονται τυχαία για την επιβεβαίωση των συναλλαγών και την επαλήθευση των πληροφοριών μπλοκ. Αυτό το σύστημα επιλέγει τυχαία ποιος θα εισπράττει αμοιβές αντί να χρησιμοποιεί έναν ανταγωνιστικό μηχανισμό που βασίζεται σε ανταμοιβές, όπως η απόδειξη εργασίας.

Για να γίνει επικυρωτής, ένας κάτοχος νομίσματος πρέπει να «ποντάρει» μια συγκεκριμένη ποσότητα νομισμάτων. Για παράδειγμα, το Ethereum απαιτεί ποντάρισμα 32 ETH προτού ένας χρήστης μπορεί να γίνει επικυρωτής.

Τα μπλοκ επικυρώνονται από περισσότερους από έναν επικυρωτές και όταν ένας συγκεκριμένος αριθμός επικυρωτών επαληθεύσει ότι το μπλοκ είναι σωστό, είναι πλήρες και κλειστό.

Διαφορετικοί μηχανισμοί απόδειξης μπορεί να χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους για την επίτευξη συναίνεσης. Για παράδειγμα, όταν το Ethereum εφαρμόζει την κοινή χρήση, ένας επικυρωτής επικυρώνει τις συναλλαγές και τις προσθέτει στο μπλοκ θραυσμάτων, το οποίο απαιτεί τουλάχιστον 128 επικυρωτές στην επιτροπή.

Μόλις επαληθευτούν τα θραύσματα και δημιουργηθεί ένα μπλοκ, τα δύο τρίτα των επικυρωτών πρέπει να συμφωνήσουν ότι η συναλλαγή είναι έγκυρη, τότε το μπλοκ κλείνει.

συναλλαγές κρυπτονομισμάτων

πηγή:https://www.youhodler.com/blog/proof-of-stake-vs-proof-of-work

Γιατί απόδειξη συμμετοχής;

Πριν από το Proof of Stake, ο πιο διάσημος τρόπος για να επιτευχθεί κατανεμημένη συναίνεση ήταν μέσω του Proof-of-Work (που εφαρμόζεται στο Bitcoin). Αλλά το Proof-of-Work είναι αρκετά ενεργοβόρο (ηλεκτρισμός κατά την εξόρυξη bitcoin). Έτσι, ένας μηχανισμός συναίνεσης που βασίζεται στην απόδειξη της εργασίας αυξάνει τις πιθανότητες μιας οντότητας να εξορύξει ένα νέο μπλοκ εάν έχει περισσότερους υπολογιστικούς πόρους. Εκτός από τα δύο παραπάνω σημεία, υπάρχουν και άλλες αδυναμίες του μηχανισμού συναίνεσης που βασίζεται σε PoW, τις οποίες θα συζητήσουμε αργότερα. Σε ένα τέτοιο σενάριο, είναι σημαντικός ένας μηχανισμός που βασίζεται στην απόδειξη του στοιχήματος.

Τι είναι το Proof-of-Stake;

Όπως υποδηλώνει το όνομα, οι κόμβοι στο δίκτυο ποντάρουν ένα ορισμένο ποσό κρυπτονομίσματος για να γίνουν υποψήφιοι για την επικύρωση ενός νέου μπλοκ και τη λήψη μιας αμοιβής. Στη συνέχεια, ο αλγόριθμος επιλέγει έναν κόμβο από τη δεξαμενή υποψηφίων για να επαληθεύσει το νέο μπλοκ. Αυτός ο αλγόριθμος επιλογής συνδυάζει το ποσό της κατάθεσης (ποσό κρυπτονομίσματος) με άλλους παράγοντες (όπως η επιλογή με βάση την ηλικία του νομίσματος και η διαδικασία τυχαιοποίησης) για να κάνει την επιλογή δίκαιη για όλους στο δίκτυο.

Επιλογή βάσει ηλικίας νομισμάτων:

Ο αλγόριθμος παρακολουθεί πόσο καιρό κάθε υποψήφιος κόμβος επικύρωσης παραμένει επικυρωτής. Όσο μεγαλύτερος είναι ο κόμβος, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα να γίνετε νέος επικυρωτής.

Τυχαία επιλογή μπλοκ:

Το εργαλείο επικύρωσης επιλέγεται συνδυάζοντας τη „χαμηλότερη τιμή κατακερματισμού“ και το „υψηλότερο ποντάρισμα“. Ο κόμβος που έχει τον καλύτερο σταθμισμένο συνδυασμό τους γίνεται ο νέος επικυρωτής.

Μια τυπική ροή εργασίας ενός μηχανισμού που βασίζεται σε PoS

  1. Οι κόμβοι εκτελούν συναλλαγές. Ο αλγόριθμος PoS τοποθετεί όλες αυτές τις συναλλαγές σε μια ομάδα.
  2. Όλοι οι κόμβοι που αγωνίζονται να γίνουν επικυρωτές για το επόμενο μπλοκ αυξάνουν το ποντάρισμα. Αυτό το ποντάρισμα συνδυάζεται με άλλους παράγοντες όπως „ηλικία νομίσματος“ ή „τυχαία επιλογή μπλοκ“ για την επιλογή ενός επικυρωτή.
  3. Ο επικυρωτής επαληθεύει όλες τις συναλλαγές και δημοσιεύει το μπλοκ. Το στοίχημά του παραμένει κλειδωμένο και η ανταμοιβή της πλαστογραφίας επίσης δεν έχει ακόμη απονεμηθεί. Αυτό συμβαίνει ώστε οι κόμβοι στο δίκτυο να μπορούν να „ΟΚ“ ένα νέο μπλοκ.
  4. Ο επικυρωτής θα πάρει πίσω το ποντάρισμα και την ανταμοιβή εάν το μπλοκ είναι εντάξει. Εάν ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό που βασίζεται στην ηλικία των νομισμάτων για να επιλέξει επικυρωτές, το εργαλείο επικύρωσης για το τρέχον μπλοκ επαναφέρει την ηλικία του νομίσματος στο 0. Αυτό το θέτει σε χαμηλή προτεραιότητα για την επόμενη εκλογή επικυρωτή.
  5. Εάν άλλοι κόμβοι στο δίκτυο δεν επικυρώσουν το μπλοκ, ο επικυρωτής χάνει το ποντάρισμά του και επισημαίνεται ως „κακός“ από τον αλγόριθμο. Η διαδικασία ξεκινά ξανά από το βήμα 1 για τη δημιουργία ενός νέου μπλοκ.

Λειτουργία

Διορθώθηκαν τα υπάρχοντα νομίσματα:

Υπάρχει μόνο ένας πεπερασμένος αριθμός νομισμάτων που κυκλοφορούν ποτέ στο δίκτυο. Δεν υπάρχει ύπαρξη νέων νομισμάτων (όπως στην περίπτωση της εξόρυξης στην περίπτωση του Bitcoin και άλλων συστημάτων που βασίζονται σε PoW). Θυμηθείτε ότι το δίκτυο ξεκινά με έναν πεπερασμένο αριθμό νομισμάτων ή «από την αρχή ξεκινά με PoW και μετά μετακινείται σε PoS σε πολλές περιπτώσεις». Αυτή η έναρξη με το PoW είναι να φέρει νομίσματα/κρυπτονομίσματα στο δίκτυο.

Προμήθεια συναλλαγής ως ανταμοιβή σε νομίσματα/παραχαράκτες:

Κάθε συναλλαγή χρεώνεται ένα συγκεκριμένο ποσό. Αυτό συλλέγεται και μεταβιβάζεται στην οντότητα που δημιουργεί το νέο μπλοκ. Λάβετε υπόψη ότι η χρέωση συναλλαγής δεν θα ανταμειφθεί εάν διαπιστωθεί ότι το πλαστό μπλοκ είναι δόλιο. Επιπλέον, χάνεται και το στοίχημα του επικυρωτή (γνωστό και ως κοπή).

Το μη πρακτικό της επίθεσης 51%:

Για να εκτελέσει μια επίθεση 51%, ένας εισβολέας πρέπει να κατέχει το 51% του συνολικού κρυπτονομίσματος στο δίκτυο, το οποίο είναι αρκετά ακριβό. Αυτό θεωρεί ότι η εκτέλεση της επίθεσης είναι πολύ χρονοβόρα, δαπανηρή και όχι τόσο κερδοφόρα. Υπάρχουν προβλήματα με τη συσσώρευση ενός τέτοιου μεριδίου του συνολικού κρυπτονομίσματος, καθώς μπορεί να μην υπάρχει τόσο νόμισμα για αγορά και θα γίνεται πιο ακριβό να αγοράζετε όλο και περισσότερα νομίσματα/αξία. Επίσης, η επικύρωση λανθασμένων συναλλαγών θα κάνει τον επικυρωτή να χάσει την κατάθεσή του, καθιστώντας την ανταμοιβή αρνητική.

Απόδειξη συμμετοχής

πηγή:https://capital.com/proof-of-stake-definition

Πλεονεκτήματα του PoS

  • Εξοικονόμησης ενέργειας: Δεδομένου ότι όλοι οι κόμβοι δεν ανταγωνίζονται για να προσθέσουν ένα νέο μπλοκ στο blockchain, εξοικονομείται ενέργεια. Επίσης, δεν χρειάζεται να λυθεί κανένα πρόβλημα (όπως στην περίπτωση ενός συστήματος Proof-of-Work), εξοικονομώντας έτσι ενέργεια.
  • Αποκέντρωση: Σε blockchains όπως το Bitcoin (ένα σύστημα Proof of Work για την επίτευξη κατανεμημένης συναίνεσης), υπάρχει το πρόσθετο κίνητρο των εκθετικών ανταμοιβών για τη συμμετοχή σε μια ομάδα εξόρυξης, που οδηγεί σε μια πιο συγκεντρωτική φύση του blockchain. Στην περίπτωση ενός συστήματος που βασίζεται σε απόδειξη στοιχήματος (όπως το Peercoin), οι ανταμοιβές είναι ανάλογες (γραμμικές) με το ποσό της κατάθεσης. Επομένως, δεν παρέχει πρόσθετα οφέλη για τη συμμετοχή σε μια δεξαμενή εξόρυξης, υποστηρίζοντας έτσι την αποκέντρωση.
  • Ασφάλεια: Ένα άτομο που προσπαθεί να επιτεθεί στο δίχτυ πρέπει να κατέχει το 51% των στοιχημάτων (αρκετά ακριβό). Αυτό οδηγεί σε ένα ασφαλές δίκτυο.

Αδυναμία μηχανισμού PoS

  • Big Bet Validators: Εάν μια ομάδα υποψηφίων επικυρωτή συγκεντρωθεί και κατέχει σημαντικό μερίδιο του συνόλου των κρυπτονομισμάτων, θα έχουν περισσότερες πιθανότητες να γίνουν επικυρωτές. Οι αυξημένες πιθανότητες οδηγούν σε μεγαλύτερες αναλήψεις, με αποτέλεσμα να κερδίζονται περισσότερες ανταμοιβές, γεγονός που οδηγεί στην κατοχή ενός τεράστιου μεριδίου του νομίσματος. Αυτός μπορεί να είναι ο λόγος που το δίκτυο γίνεται συγκεντρωμένο με την πάροδο του χρόνου.
  • Νέα τεχνολογία: Το PoS είναι ακόμα σχετικά νέο. Η έρευνα συνεχίζεται για να βρει τα ελαττώματα, να τα διορθώσει και να τα καταστήσει βιώσιμα για ένα ζωντανό δίκτυο με συναλλαγές σε πραγματικό νόμισμα.
  • Το πρόβλημα «Τίποτα δεν διακυβεύεται».: Αυτό το πρόβλημα περιγράφει ελάχιστα έως καθόλου μειονεκτήματα για τους κόμβους εάν υποστηρίζουν πολλαπλές αλυσίδες μπλοκ, στην περίπτωση διακλάδωσης αλυσίδας μπλοκ. Στη χειρότερη περίπτωση, κάθε διχάλα θα οδηγήσει σε πολλαπλές αλυσίδες μπλοκ και οι επικυρωτές θα λειτουργήσουν και οι κόμβοι στο δίκτυο δεν θα καταλήξουν ποτέ σε συναίνεση.

Στόχοι Απόδειξης Πονταρίσματος

Το Proof-of-stake έχει σχεδιαστεί για να μειώνει τη συμφόρηση του δικτύου και τις ανησυχίες για την περιβαλλοντική βιωσιμότητα που σχετίζονται με το πρωτόκολλο proof-of-work (PoW). Η απόδειξη εργασίας είναι μια ανταγωνιστική προσέγγιση για την επαλήθευση συναλλαγών που φυσικά ενθαρρύνει τους ανθρώπους να αναζητήσουν τρόπους για να αποκτήσουν πλεονέκτημα, ειδικά όταν πρόκειται για χρηματική αξία.

Οι εξορύκτες Bitcoin κερδίζουν bitcoin επικυρώνοντας συναλλαγές και μπλοκ. Ωστόσο, πληρώνουν τα λειτουργικά τους έξοδα, όπως ρεύμα και ενοίκιο σε νόμισμα fiat. Αυτό που συμβαίνει τότε είναι ότι οι ανθρακωρύχοι ανταλλάσσουν ενέργεια με κρυπτονομίσματα, γεγονός που κάνει την εξόρυξη PoW να καταναλώνει τόση ενέργεια όσο ορισμένες μικρές χώρες.

Ο μηχανισμός PoS επιδιώκει να λύσει αυτά τα προβλήματα αντικαθιστώντας αποτελεσματικά την υπολογιστική ισχύ με το staking, όπου η ικανότητα ενός ατόμου να εξορύξει τυχαία είναι το δίκτυο. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να υπάρξει δραστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, καθώς οι ανθρακωρύχοι δεν μπορούν πλέον να βασίζονται σε τεράστιες εκμεταλλεύσεις υλικού μίας χρήσης για να αποκτήσουν πλεονέκτημα.

Ασφάλεια απόδειξης συμμετοχής

Η επίθεση κατά 51% που διαφημιζόταν από καιρό ως απειλή για τους οπαδούς των κρυπτονομισμάτων είναι ανησυχητική κατά τη χρήση PoS, αλλά υπάρχουν αμφιβολίες ότι θα συμβεί. Σύμφωνα με το PoW, μια επίθεση 51% είναι όταν μια οντότητα ελέγχει περισσότερο από το 50% των εξορυκτών στο δίκτυο και χρησιμοποιεί αυτή την πλειοψηφία για να αλλάξει το blockchain. Στο PoS, μια ομάδα ή ένα άτομο θα πρέπει να κατέχει το 51% του στοιχηματισμένου κρυπτονομίσματος.

Ο έλεγχος του 51% του κρυπτονομίσματος που στοιχηματίζεται είναι πολύ ακριβός. Σύμφωνα με το PoS του Ethereum, εάν επρόκειτο να συμβεί μια επίθεση 51%, οι ειλικρινείς επικυρωτές στο δίκτυο θα μπορούσαν να ψηφίσουν για να αγνοήσουν το τροποποιημένο blockchain και να κάψουν το στοιχηματισμένο ETH του παραβάτη. Αυτό δίνει κίνητρα στους επικυρωτές να ενεργούν καλόπιστα προς όφελος του κρυπτονομίσματος και του δικτύου.

Τα περισσότερα από τα άλλα χαρακτηριστικά ασφαλείας του PoS δεν διαφημίζονται, καθώς αυτό μπορεί να δημιουργήσει μια ευκαιρία παράκαμψης μέτρων ασφαλείας. Ωστόσο, τα περισσότερα συστήματα PoS διαθέτουν πρόσθετα χαρακτηριστικά ασφαλείας που προσθέτουν στην εγγενή ασφάλεια πίσω από τα blockchains και τους μηχανισμούς PoS.

συμπέρασμα

Το „Proof of stake“ και το „Proof of work“ είναι οι δύο κύριοι μηχανισμοί συναίνεσης που χρησιμοποιούν τα κρυπτονομίσματα για να επιβεβαιώσουν νέες συναλλαγές, να τις συνδέσουν στο blockchain και να δημιουργήσουν νέα διακριτικά. Το Proof of Work, που πρωτοπαρουσιάστηκε για πρώτη φορά από το Bitcoin, χρησιμοποιεί την εξόρυξη για την επίτευξη αυτών των στόχων. Το Proof of Stake – που χρησιμοποιείται από τον Cardano, το blockchain ETH2 και άλλους – χρησιμοποιεί στοιχήματα για να επιτύχει τα ίδια πράγματα.

Βασικά συμπεράσματα:

  • Με την απόδειξη στοιχήματος (POS), οι ιδιοκτήτες κρυπτονομισμάτων επαληθεύουν τις συναλλαγές μπλοκ με βάση τον αριθμό των κερμάτων που πονταρίζονται.
  • Το Proof-of-stake (POS) δημιουργήθηκε ως εναλλακτική λύση στο Proof-of-work (POW), τον αρχικό μηχανισμό συναίνεσης που χρησιμοποιήθηκε για την επικύρωση της αλυσίδας μπλοκ και την προσθήκη νέων μπλοκ.
  • Ενώ οι μηχανισμοί PoW απαιτούν από τους εξορύκτες να ξεκαθαρίσουν κρυπτογραφικούς γρίφους, οι μηχανισμοί PoS χρειάζονται επικυρωτές για να συμπιέσουν και να ποντάρουν μάρκες για το προνόμιο είσπραξης τελών συναλλαγών.
  • Το Proof-of-stake (POS) θεωρείται λιγότερο επικίνδυνο όσον αφορά την πιθανότητα επίθεσης δικτύου, επειδή δομεί την αποζημίωση με τρόπο που καθιστά την επίθεση λιγότερο συμφέρουσα.
  • Ο επόμενος συντάκτης μπλοκ στο blockchain επιλέγεται τυχαία, με τις υψηλότερες πιθανότητες να εκχωρούνται σε κόμβους με μεγαλύτερες θέσεις πονταρίσματος.

Τα μέσα που εμφανίζονται σε αυτό το άρθρο δεν ανήκουν στο Analytics Vidhya και χρησιμοποιούνται κατά την κρίση του συγγραφέα.