Statymo įrodymo ir kasimo palyginimas: išsamus pasaulinis blokų grandinės sutarimo mechanizmų vadovas

Sparčiai besikeičiančiame skaitmeninių finansų ir decentralizuotų technologijų pasaulyje yra labai svarbu suprasti, kaip blokų grandinių tinklai palaiko saugumą, patvirtina transakcijas ir pasiekia sutarimą. Kiekvienos blokų grandinės pagrindas yra sutarimo mechanizmas – protokolas, leidžiantis visiems paskirstytojo tinklo dalyviams susitarti dėl tikrosios registro būsenos. Šis mechanizmas yra būtinas siekiant užkirsti kelią sukčiavimui, užtikrinti pasitikėjimą ir išlaikyti skaitmeninių transakcijų vientisumą tarpvalstybiniu mastu.

Atsirado dvi dominuojančios paradigmos, tapusios blokų grandinės saugumo pagrindu: darbo įrodymas (PoW), sinonimas „kasimui“ (angl. mining), ir statymo įrodymas (PoS), dažnai vadinamas „statymu“ (angl. staking). Nors abu mechanizmai tarnauja tam pačiam galutiniam tikslui – užtikrinti tinklo saugumą, jų metodikos, išteklių reikalavimai ir platesnis poveikis gerokai skiriasi. Šiame vadove bus gilinamasi į kiekvieną iš jų, pateikiant pasaulinę perspektyvą apie jų veikimo niuansus, privalumus, iššūkius ir atitinkamą poveikį decentralizuotų sistemų ateičiai.

Decentralizacijos aušra: darbo įrodymo (PoW) paaiškinimas

Darbo įrodymas, pirmą kartą išpopuliarintas Bitcoin, yra originalus ir plačiausiai pripažintas blokų grandinės sutarimo mechanizmas. Tai sistema, sukurta atgrasyti nuo kibernetinių atakų, tokių kaip dvigubas išlaidavimas, reikalaujant iš dalyvaujančių mazgų (kasėjų) didelių, bet įmanomų pastangų. Šis „darbas“ apima sudėtingų skaičiavimo galvosūkių sprendimą – procesą, kuris vartoja realaus pasaulio išteklius ir užtikrina tvirtą saugumo lygį.

Kaip veikia darbo įrodymas: kasimo procesas

Savo esme PoW veikia konkurencijos principu. Įsivaizduokite pasaulines lenktynes, kuriose tūkstančiai galingų kompiuterių, vadinamų „kasėjais“, varžosi spręsdami kriptografinį galvosūkį. Šis galvosūkis iš esmės yra specifinio skaitmeninio sprendimo („nonce“) radimas, kuris, sujungtas su naujausio bloko duomenimis ir unikaliu identifikatoriumi, sukuria maišos (angl. hash) rezultatą, atitinkantį tinkle nustatytą sudėtingumo lygį. Šis procesas dažnai prilyginamas milžiniškai skaitmeninei loterijai, kurioje tik gryna skaičiavimo galia didina laimėjimo tikimybę.

• Skaičiavimo galvosūkis: Kasėjai naudoja specializuotą aparatinę įrangą, kad atliktų milijardus skaičiavimų per sekundę, bandydami rasti teisingą maišą kitam blokui.
• Bloko sukūrimas: Pirmasis kasėjas, radęs tinkamą maišą, praneša apie tai tinklui. Kiti mazgai patikrina sprendimo teisingumą.
• Atlygis už bloką: Sėkmingai patikrinus, laimėjęs kasėjas gauna atlygį naujai sukurta kriptovaliuta („bloko atlygis“) ir transakcijų mokesčius iš tame bloke esančių transakcijų. Tai skatina kasėjus toliau prisidėti savo skaičiavimo galia.
• Pridėjimas prie grandinės: Naujas blokas yra pridedamas prie nekintamos blokų grandinės, prailginant ją ir patvirtinant jame esančias transakcijas.

Visas šis ciklas užtikrina, kad naujų blokų pridėjimas reikalauja didelių skaičiavimo resursų, todėl bet kuriam subjektui tampa itin sunku ir ekonomiškai nenaudinga manipuliuoti blokų grandine, kuriant apgaulingus blokus. Galiojančio bloko sukūrimo kaina yra tiesiogiai susijusi su reikalinga elektros energija ir aparatine įranga, taip sukuriant galingą ekonominį atgrasymą nuo piktavališkos veiklos.

Pagrindinės PoW savybės ir saugumas

PoW dizainas suteikia jam keletą esminių savybių:

• Tvirtas saugumas: Didžiulė skaičiavimo galia, reikalinga dideliam PoW tinklui apsaugoti, daro jį neįtikėtinai atsparų atakoms. Norėdamas pakenkti tinklui, užpuolikas turėtų valdyti daugiau nei 50 % visos tinklo skaičiavimo galios („51 % ataka“), o tai, kalbant apie tokius nusistovėjusius tinklus kaip Bitcoin, reikalautų astronominių finansinių investicijų į aparatinę įrangą ir elektrą, todėl tai praktiškai neįmanoma.
• Decentralizacija: Kiekvienas, turintis reikiamą aparatinę įrangą ir elektrą, gali dalyvauti kasime, teoriškai paskirstant galią tarp daugybės nepriklausomų subjektų visame pasaulyje. Šis pasaulinis pasiskirstymas padeda išvengti vieno gedimo ar kontrolės taško.
• Nekintamumas: Kai blokas pridedamas prie grandinės ir po jo seka kiti blokai, jis tampa praktiškai neatšaukiamas. Norint pakeisti praeities transakciją, reikėtų iš naujo iškasti tą bloką ir visus vėlesnius blokus, o tai yra skaičiavimo požiūriu neįmanoma.

Pasaulinės PoW pasekmės ir iššūkiai

Nepaisant įrodyto saugumo, PoW susiduria su dideliu pasauliniu dėmesiu ir iššūkiais:

• Energijos suvartojimas: Tai bene ryškiausias iššūkis. PoW tinklai, ypač Bitcoin, sunaudoja milžiniškus kiekius elektros energijos, dažnai lyginamus su ištisų šalių energijos suvartojimu. Tai sukėlė susirūpinimą dėl aplinkosaugos visame pasaulyje ir paskatino diskusijas apie PoW tvarumą klimato kaitos veiksmų eroje. Nors kai kurios kasybos operacijos pereina prie atsinaujinančių energijos šaltinių, bendras pėdsakas išlieka didelis.
• Aparatinės įrangos reikalavimai ir centralizacija: Efektyviam kasimui vis dažniau reikalinga specializuota aparatinė įranga, žinoma kaip ASIC (angl. Application-Specific Integrated Circuits). Šios mašinos yra brangios ir reikalauja didelių kapitalo investicijų. Šis aukštas patekimo barjeras gali lemti kasybos galios koncentraciją didelėse pramoninio masto operacijose ir kasybos telkiniuose, dažnai esančiuose regionuose su pigia elektra ir palankiais reglamentais. Nors individualus dalyvavimas teoriškai įmanomas, ekonominė realybė skatina kasybos galios centralizaciją, o tai gali prieštarauti decentralizuotam blokų grandinės etosui.
• Mastelio keitimo apribojimai: Sąmoningai nustatytas PoW skaičiavimo sudėtingumas iš esmės riboja transakcijų, kurias tinklas gali apdoroti per sekundę, skaičių. Didinti pralaidumą nepažeidžiant saugumo ar pernelyg nedecentralizuojant tinklo yra nuolatinis PoW grandinių iššūkis.
• Ekonominiai barjerai: Asmenims kasybos įrangos įsigijimo ir priežiūros išlaidos, kartu su elektros energijos sąnaudomis, gali padaryti individualų kasimą nepelningą ar nepasiekiamą daugelyje pasaulio šalių, dar labiau stumiant kasimą link gerai kapitalizuotų subjektų.

Sutarimo evoliucija: statymo įrodymo (PoS) paaiškinimas

Statymo įrodymas atsirado kaip alternatyva PoW, siekiant išspręsti kai kuriuos jo trūkumus, ypač energijos suvartojimą ir mastelio keitimą. Vietoj skaičiavimo galvosūkių, PoS naudoja ekonomines paskatas, reikalaudamas, kad dalyviai „statytų“ (užrakintų) tam tikrą tinklo kriptovaliutos kiekį kaip užstatą, kad galėtų dalyvauti sutarimo procese.

Kaip veikia statymo įrodymas: statymo procesas

PoS sistemoje dalyviai vadinami ne „kasėjais“, o „validuotojais“. Vietoj to, kad konkuruotų skaičiavimo galia, validuotojai konkuruoja pagal kriptovaliutos kiekį, kurį jie yra pasirengę „statyti“, ir savo reputaciją tinkle.

• Statomas užstatas: Norėdamas tapti validuotoju, asmuo ar subjektas turi užrakinti tam tikrą tinklo kriptovaliutos kiekį išmaniojoje sutartyje. Ši statoma suma veikia kaip saugumo užstatas, parodantis jų įsipareigojimą tinklo vientisumui.
• Validuotojo parinkimas: Vietoj galvosūkių sprendimo, validuotojas algoritmiškai parenkamas sukurti kitą bloką. Atrankos procese dažnai atsižvelgiama į tokius veiksnius kaip statomos kriptovaliutos kiekis, statymo trukmė ir tam tikras atsitiktinumo laipsnis, siekiant išvengti nuspėjamumo ir kartelių formavimosi.
• Bloko sukūrimas ir patvirtinimas: Pasirinktas validuotojas pasiūlo naują bloką su laukiančiomis transakcijomis. Kiti validuotojai tada patvirtina šio bloko galiojimą. Jei kvalifikuota validuotojų dauguma sutinka, blokas pridedamas prie blokų grandinės.
• Atlygiai ir baudos: Validuotojai, sėkmingai pasiūlę ir patvirtinę blokus, gauna atlygį, paprastai transakcijų mokesčių ir/arba naujai sukurtos kriptovaliutos forma. Svarbiausia, jei validuotojas elgiasi piktavališkai (pvz., bando dvigubai išleisti pinigus ar patvirtinti negaliojančias transakcijas) arba aplaidžiai (pvz., atsijungia nuo tinklo), dalis jo statyto užstato gali būti „nubausta“ (prarasta). Ši ekonominė bauda yra galingas atgrasymas nuo nesąžiningo elgesio.

PoS saugumas slypi ekonominėje paskatoje elgtis sąžiningai ir griežtose baudose už nesąžiningumą. Užpuolikui reikėtų įsigyti didelę dalį visos statytos kriptovaliutos (pvz., 33 % ar 51 %, priklausomai nuo konkretaus PoS varianto) ir rizikuoti prarasti visą tą statymą per nubaudimą, jei bandytų manipuliuoti tinklu. Todėl atakos kaina yra susieta su tinklo kriptovaliutos rinkos verte.

Pagrindinės PoS savybės ir saugumas

PoS pasižymi išskirtinėmis savybėmis, kurios jį skiria nuo PoW:

• Energijos efektyvumas: Tai didžiausias PoS privalumas. Jis pašalina didžiulės skaičiavimo galios poreikį, dramatiškai sumažindamas energijos suvartojimą. Pavyzdžiui, Ethereum perėjimas nuo PoW prie PoS 2022 m. („The Merge“) sumažino jo energijos suvartojimą daugiau nei 99,9 %.
• Padidintas mastelio keitimo potencialas: Be skaičiavimo galios kliūties, PoS tinklai paprastai turi didesnį transakcijų pralaidumo ir greitesnio blokų užbaigimo potencialą, todėl jie labiau tinka plačiam pritaikymui ir didelės apimties programoms.
• Mažesni patekimo barjerai: Norint dalyvauti kaip validuotojui ar deleguoti statymą, dažnai reikia tik pačios kriptovaliutos ir standartinio kompiuterio ar serverio, o ne specializuotos, brangios aparatinės įrangos. Tai praplečia dalyvavimą platesnei pasaulinei auditorijai.
• Ekonominis saugumas: „Odos žaidime“ (angl. skin in the game) modelis užtikrina, kad validuotojai turi tiesioginį finansinį interesą palaikyti tinklo vientisumą. Bet koks bandymas piktavališkai veikti tiesiogiai lemtų finansinius nuostolius per nubaudimą.

Pasaulinės PoS pasekmės ir privalumai

PoS siūlo įtikinamus privalumus pasaulinei auditorijai ir blokų grandinės ateičiai:

• Aplinkosauginis tvarumas: Drastiškas energijos suvartojimo sumažinimas daro PoS daug draugiškesnį aplinkai variantą, atitinkantį pasaulines pastangas siekti tvarumo ir mažinti skaitmeninių technologijų anglies pėdsaką. Tai ypač patrauklu regionams ir vyriausybėms, teikiančioms pirmenybę žaliosioms iniciatyvoms.
• Didesnis prieinamumas: Su mažesniais aparatinės įrangos ir elektros energijos reikalavimais, asmenys ir mažesnės organizacijos visame pasaulyje gali lengviau dalyvauti tinklo saugumo užtikrinime. Tai gali lemti didesnę validuotojų galios decentralizaciją geografiškai ir demografiškai, skatinant įtraukesnę pasaulinę ekosistemą.
• Greitesnės ir pigesnės transakcijos: Didesnio mastelio keitimo potencialas reiškia, kad tinklai gali apdoroti daugiau transakcijų per sekundę mažesnėmis sąnaudomis, todėl blokų grandinės programos tampa gyvybingesnės kasdieniam naudojimui visame pasaulyje, nuo tarpvalstybinių mokėjimų iki decentralizuotų programėlių (dApps).
• Inovacijos ir plėtra: Sumažėję energijos ir aparatinės įrangos apribojimai atlaisvina išteklius ir dėmesį, potencialiai pagreitindami inovacijas blokų grandinės technologijoje ir remdami sudėtingesnių bei įvairesnių decentralizuotų programų kūrimą visame pasaulyje.

Tiesioginis palyginimas: PoW vs. PoS

Nors abu mechanizmai pasiekia sutarimą, tiesioginis palyginimas atskleidžia jų esminius skirtumus ir kompromisus:

Energijos suvartojimas ir poveikis aplinkai

• PoW: Labai daug energijos reikalaujantis dėl skaičiavimo lenktynių. Pavyzdžiai, tokie kaip Bitcoin energijos suvartojimas, kelia didelį susirūpinimą visame pasaulyje, skatinant raginimus taikyti tvaresnes praktikas arba pereiti prie alternatyvių mechanizmų.
• PoS: Žymiai efektyvesnis energijos požiūriu. Validuotojai suvartoja minimaliai energijos, nes nevykdo intensyvaus skaičiavimo darbo. Ethereum perėjimas dramatiškai sumažino jo energijos pėdsaką, nustatydamas precedentą aplinkosauginei atsakomybei blokų grandinės erdvėje.

Saugumo modeliai ir atakų vektoriai

• PoW: Saugumas priklauso nuo milžiniškų išlaidų, reikalingų įsigyti ir eksploatuoti 51 % tinklo maišos galios. Atakos atgrasomos dėl ekonominio neįmanomumo pralenkti sąžiningus kasėjus.
• PoS: Saugumas priklauso nuo milžiniškų išlaidų, reikalingų įsigyti 51 % tinklo statytos vertės, ir rizikos prarasti šį statymą per nubaudimą, jei būtų pagautas atliekant piktavališkus veiksmus. Atakos atgrasomos dėl statyto kapitalo ekonominio praradimo.
• Skirtumai: PoW saugumas susietas su realaus pasaulio energijos ir aparatinės įrangos sąnaudomis. PoS saugumas susietas su pagrindinės kriptovaliutos rinkos verte. Potenciali „nieko ant kortos“ (angl. nothing at stake) problema ankstyvuosiuose PoS modeliuose (kur validuotojai galėjo balsuoti už kelias grandinės istorijas be baudos) buvo iš esmės išspręsta per nubaudimo mechanizmus.

Decentralizacija ir dalyvavimas

• PoW: Nors teoriškai atviras visiems, didelės specializuotos aparatinės įrangos ir elektros energijos sąnaudos lėmė kasybos galios koncentraciją dideliuose telkiniuose ir korporacijose, dažnai konkrečiose geografinėse vietovėse. Tai gali kelti susirūpinimą dėl realios decentralizacijos.
• PoS: Dalyvavimas paprastai yra labiau prieinamas, reikalaujantis tik pačios kriptovaliutos ir interneto ryšio. Tai gali skatinti platesnį dalyvavimą. Tačiau egzistuoja susirūpinimas dėl turto koncentracijos, kai tie, kurie turi daugiausiai kriptovaliutos, galėtų turėti neproporcingą įtaką tinklui. Delegavimo modeliai (kur mažesni turėtojai gali deleguoti savo statymą didesniems validuotojams) siekia tai sušvelninti.

Mastelio keitimas ir transakcijų pralaidumas

• PoW: Iš esmės ribojamas skaičiavimo galvosūkio sudėtingumo ir bloko intervalo laiko, kurie yra sukurti siekiant išlaikyti saugumą. Tai dažnai lemia lėtesnį transakcijų greitį ir didesnius mokesčius didelio tinklo apkrovimo laikotarpiais.
• PoS: Siūlo didesnį teorinį mastelio keitimo potencialą dėl mažiau išteklių reikalaujančio bloko sukūrimo. Tai leidžia greičiau užbaigti transakcijas ir pasiekti didesnį transakcijų per sekundę (TPS) rodiklį, kuris yra labai svarbus pasauliniam decentralizuotų programų ir finansinių paslaugų pritaikymui.

Ekonominiai modeliai ir atlygiai

• PoW: Kasėjai gauna bloko atlygius (naujai sukurtas monetas) ir transakcijų mokesčius. Tai dažnai lemia nuolatinę naujų monetų emisiją, kuri gali būti infliacinė.
• PoS: Validuotojai gauna statymo atlygius (iš naujai sukurtų monetų ar transakcijų mokesčių) ir potencialiai dalį transakcijų mokesčių. Atlygio mechanizmas dažnai yra sukurtas taip, kad būtų mažiau infliacinis ar net defliacinis, priklausomai nuo tinklo parametrų ir mokesčių deginimo mechanizmų. Nubaudimo mechanizmas taip pat prideda unikalų ekonominį atgrasymą, kurio nėra PoW.

Realaus pasaulio taikymai ir pasaulinis pritaikymas

Tiek PoW, tiek PoS palaikė reikšmingus blokų grandinės tinklus, demonstruodami savo gyvybingumą ir pritraukdami pasaulinę vartotojų bazę:

• Žymūs PoW tinklai:
  • Bitcoin (BTC): Pionierius ir didžiausia kriptovaliuta pagal rinkos kapitalizaciją, Bitcoin remiasi PoW, kad užtikrintų savo pasaulinį registrą. Jo atsparumas ir decentralizacija padarė jį vertės saugykla daugeliui visame pasaulyje, dažnai vadinamu „skaitmeniniu auksu“.
  • Litecoin (LTC): Ankstyvasis altkoinas, kuris taip pat naudoja PoW algoritmą, sukurtas greitesniam transakcijų patvirtinimui nei Bitcoin.
• Žymūs PoS tinklai:
  • Ethereum (ETH): Po savo monumentalaus „Susijungimo“ (The Merge) 2022 m. rugsėjį, Ethereum perėjo nuo PoW prie PoS. Šis žingsnis pakeitė žaidimo taisykles, ženkliai sumažino energijos suvartojimą ir atvėrė kelią ateities mastelio keitimo atnaujinimams. Ethereum yra tūkstančių decentralizuotų programėlių (dApps), NFT ir DeFi protokolų pagrindas visame pasaulyje.
  • Cardano (ADA): Moksliniais tyrimais pagrįsta PoS blokų grandinė, žinoma dėl savo akademinio griežtumo ir recenzuoto kūrimo požiūrio. Ji siekia suteikti saugią ir keičiamo mastelio platformą dApps ir išmaniosioms sutartims.
  • Solana (SOL): Pabrėžia didelį pralaidumą ir mažas transakcijų išlaidas, todėl yra patraukli aukšto dažnio programoms ir žaidimams, tenkinanti pasaulinę kūrėjų ir vartotojų bendruomenę.
  • Polkadot (DOT): Sukurta, kad skirtingos blokų grandinės (parachains) galėtų sklandžiai bendrauti ir dalytis duomenimis, naudojant PoS sutarimo modelį, skatinant sąveikią web3 ekosistemą.
  • Avalanche (AVAX): Platforma, skirta decentralizuotų programų ir verslo blokų grandinės sprendimų paleidimui, naudojanti PoS mechanizmą greitam transakcijų užbaigimui.

Pasaulinė tendencija rodo stiprų judėjimą link PoS, kurį skatina aplinkosauginiai rūpesčiai, noras didesnio mastelio keitimo ir geresnis prieinamumas dalyviams iš įvairių ekonominių sluoksnių. Daugelis naujesnių blokų grandinės projektų renkasi PoS nuo pat pradžių arba tyrinėja hibridinius modelius, kurie apima abiejų elementus konkretiems naudojimo atvejams.

Blokų grandinės sutarimo ateitis: pasaulinė perspektyva

Diskusija tarp PoW ir PoS dar toli gražu nebaigta, tačiau pramonės trajektorija rodo didėjantį pirmenybės teikimą efektyvesniems energijos požiūriu ir keičiamo mastelio sprendimams. Blokų grandinės technologijai toliau integruojantis į įvairius sektorius – nuo pasaulinių tiekimo grandinių ir skaitmeninės tapatybės iki tarpvalstybinių mokėjimų ir decentralizuotų finansų – sutarimo mechanizmo pasirinkimas atliks lemiamą vaidmenį jos plačiam pritaikymui ir visuomeniniam poveikiui.

Toliau tęsiami alternatyvių ir hibridinių sutarimo mechanizmų tyrimai, siekiant sujungti geriausius PoW išbandyto saugumo aspektus su PoS efektyvumu ir mastelio keitimu. Pavyzdžiui, kai kurie protokolai tiria deleguotąjį statymo įrodymą (DPoS), autoriteto įrodymą (PoA) ar įvairias segmentavimo (angl. sharding) formas kartu su PoS, siekdami dar labiau pagerinti našumą ir decentralizaciją.

Reguliavimo institucijos ir vyriausybės visame pasaulyje taip pat vis atidžiau vertina kriptovaliutų poveikį aplinkai, potencialiai skatindamos perėjimą nuo daug energijos reikalaujančio PoW. Didėjant pasauliniam supratimui apie klimato kaitą, PoS tvarumo argumentas tik stiprės, darydamas įtaką investicijų, plėtros ir pritaikymo modeliams visuose žemynuose.

Išvada: naršymas besikeičiančiame skaitmeniniame pasaulyje

Suprasti darbo įrodymą ir statymo įrodymą yra daugiau nei tik suvokti techninį žargoną; tai reiškia suprasti pagrindinius saugumo ir veiklos modelius, kuriais grindžiama decentralizuota ateitis. PoW, su savo tvirtu, daug energijos reikalaujančiu kasimo procesu, įrodė savo atsparumą ir padėjo pagrindus skaitmeniniam pasitikėjimui. PoS, kita vertus, atspindi evoliuciją, žadantį didesnį efektyvumą, mastelio keitimą ir prieinamumą per ekonomines paskatas ir baudas.

Asmenims, verslui ir politikos formuotojams, naršantiems pasauliniame skaitmeniniame kraštovaizdyje, yra labai svarbu atpažinti kiekvieno mechanizmo išskirtines savybes. Pasirinkimas tarp PoW ir PoS veikia energijos pėdsakus, aparatinės įrangos išlaidas, transakcijų greitį ir bendrą blokų grandinės tinklų valdymo bei saugumo paradigmą. Pasauliui judant link labiau tarpusavyje susijusios ir skaitmeninės ateities, nuolatinės inovacijos sutarimo mechanizmuose ir toliau formuos, kaip pasitikėjimas yra kuriamas, vertė perduodama ir duomenys saugomi tikrai pasauliniu mastu. Abu mechanizmai turi savo vietą, tačiau besitęsiantis poslinkis signalizuoja galingą judėjimą link tvaresnių ir keičiamo mastelio sprendimų, galinčių patenkinti įvairius tarptautinės bendruomenės poreikius.