Доказательство работы против доказательства доли: как каждый механизм защищает сеть

Любой публичный блокчейн должен решить одну и ту же базовую задачу: как тысячам независимых, не доверяющих друг другу участников договориться о единой общей истории транзакций без центрального органа, выносящего окончательное решение? Механизм, который это решает, называется консенсусом, и два доминирующих подхода — доказательство работы и доказательство доли — решают задачу по-настоящему разными способами, каждый со своими реальными компромиссами. Ни один из них не является просто «лучшим» в отвлечённом смысле; каждый отражает свой набор допущений о том, как сделать обман дорогостоящим.

Доказательство работы: безопасность через вычисления

Доказательство работы защищает сеть, делая создание блоков вычислительно дорогим. Участники, называемые майнерами, соревнуются в решении криптографической головоломки, и первый, кто находит верное решение, добавляет следующий блок и получает связанное с ним вознаграждение. Майнинг требует ресурсов реального мира — а именно специализированного оборудования и постоянного электричества, и в этом как раз весь смысл: переписать историю сети потребовало бы заново проделать эту вычислительную работу быстрее, чем все остальные вместе взятые, что делает нечестность дорогой в самом буквальном, физическом смысле. Bitcoin — это первоначальная и самая известная сеть на доказательстве работы, и её фиксированный предел эмиссии обеспечивается тем же процессом майнинга.

Головоломка, которую соревнуются решить майнеры, намеренно трудна, но дёшева для проверки: найти верное решение требует значительных вычислительных усилий, тогда как подтвердить, что решение верно, для остальной сети почти мгновенно. Большинство схем доказательства работы также со временем корректируют сложность головоломки, чтобы новые блоки продолжали появляться примерно с постоянной скоростью, даже когда суммарная вычислительная мощность, отданная сети, растёт или падает. Это свойство саморегуляции — часть того, что позволяет системе продолжать плавно работать по мере изменения участия.

Доказательство доли: безопасность через капитал под риском

Доказательство доли заменяет вычислительное соревнование финансовым риском. Вместо майнеров сеть опирается на валидаторов, которые блокируют, или «стейкают», собственный актив сети в качестве залога. Валидаторов выбирают предлагать и подтверждать блоки примерно пропорционально тому, сколько они застейкали, а у валидатора, уличённого в нечестных действиях, часть или весь застейканный актив может быть уничтожен — процесс, который обычно называют слэшингом. Стейкинг преследует цель, схожую с майнингом, — сделать нечестное поведение дорогим, но через капитал под риском, а не через затраченную энергию. Ethereum — самый заметный пример сети, которая перевела весь свой уровень консенсуса с доказательства работы на доказательство доли.

Сети на доказательстве доли довольно сильно различаются в деталях реализации. Некоторые позволяют любому, кто удовлетворяет минимальному требованию по стейку, напрямую запускать собственного валидатора. Другие в значительной мере полагаются на делегирование, при котором более мелкие держатели передают свой стейк профессиональному оператору валидатора и участвуют в вознаграждениях, не запуская оборудование сами. Большинство схем также вводят период ожидания перед тем, как застейканные активы можно вывести, что призвано дать сети время обнаружить и наказать нарушение, прежде чем валидатор сможет выйти с нетронутыми средствами.

Энергопотребление: самый обсуждаемый компромисс

Энергопотребление доказательства работы — прямое следствие его устройства: безопасность масштабируется с тем, сколько вычислительных усилий майнеры коллективно вкладывают в сеть, а эти усилия несут реальные затраты на электричество, которые нельзя устранить конструктивно, не изменив лежащий в основе механизм. Доказательство доли избегает этого по своей конструкции, поскольку валидаторы не соревнуются в решении вычислительных головоломок: их влияние определяется стейком, а не производительностью оборудования, так что энергетические накладные расходы кардинально ниже. Это самое часто упоминаемое преимущество доказательства доли, и оно отражает подлинное структурное различие, а не вопрос эффективности реализации.

Стоит быть точным в том, что доказательство доли на самом деле сокращает. Валидаторы всё равно круглосуточно эксплуатируют стандартные компьютеры и сетевое оборудование, так что энергопотребление сети на доказательстве доли не равно нулю — оно просто больше не привязано к конкурентной гонке хеширования, откуда исходит подавляющая часть энергозатрат доказательства работы. Со стороны доказательства работы оборудование для майнинга к тому же довольно специализировано и, как правило, имеет ограниченный срок полезной службы, прежде чем его вытесняет более новое и эффективное оборудование, что поднимает связанный вопрос об оборачиваемости оборудования, который сопровождает спор об электричестве, а не заменяет его.

Давление централизации выглядит по-разному в каждой модели

Обе модели сталкиваются с рисками централизации; они просто принимают разные формы. В доказательстве работы майнинг склонен концентрироваться там, где электричество дешевле всего, а оборудование доступнее всего, и крупные майнинговые операции могут получить непропорциональное влияние за счёт объединённой вычислительной мощности. В доказательстве доли влияние концентрируется вокруг того, кто держит и стейкает больше всего капитала, включая крупные биржи, которые стейкают активы клиентов от их имени, что может создавать собственную форму сосредоточенного влияния на производство блоков. Ни одна из конструкций полностью не решила проблему сосредоточения власти у хорошо обеспеченных ресурсами участников; они лишь переместили то, где это давление проявляется.

Сети на доказательстве доли также увидели рост ликвидного стейкинга, при котором третья сторона стейкает активы от имени держателя и выпускает отдельный торгуемый токен, представляющий эту застейканную позицию. Это делает стейкинг доступнее для людей, которые не хотят запускать собственного валидатора, но также означает, что небольшое число провайдеров ликвидного стейкинга может в итоге контролировать значительную долю всего стейка, — это более новый путь к централизации, эквивалента которому у доказательства работы просто нет.

От чего на самом деле защищает каждая модель

Оба механизма существуют, чтобы сделать один конкретный вид атаки непомерно дорогим: попытку одной-единственной стороны переписать историю транзакций или потратить одни и те же средства дважды. В доказательстве работы это требует превзойти по вычислениям остальную честную сеть, что становится дороже по мере того, как к сети присоединяется больше суммарной майнинговой мощности. В доказательстве доли это требует приобрести и подвергнуть риску достаточно большую долю застейканного актива, чтобы перевесить честных валидаторов, с дополнительным сдерживающим фактором: нарушение может привести к уничтожению этого стейка. Конкретные издержки и пути атаки различаются, но лежащая в основе цель — сделать нечестность дороже честности — одна и та же.

Это иногда обобщают как бюджет безопасности каждой модели: общую стоимость ресурсов, которые атакующему нужно было бы контролировать, чтобы одолеть честных участников. В доказательстве работы этот бюджет выражается в оборудовании и электричестве. В доказательстве доли он выражается напрямую в самом застейканном активе, что создаёт любопытное свойство: стоимость атаки на сеть и та ценность, которой атакующий рисковал бы, номинированы в одном и том же активе, а не в двух отдельных ресурсах.

Ни одна модель не «решена»

И доказательство работы, и доказательство доли всё ещё развиваются, и обе по-прежнему вызывают обоснованную критику. Энергопотребление остаётся центральным аргументом против доказательства работы, даже несмотря на то, что состав этой энергии различается по регионам и операциям. Концентрация стейка, включая роль крупных кастодиальных провайдеров стейкинга, остаётся живой проблемой для сетей на доказательстве доли. Выбор между ними меньше связан с тем, чтобы объявить победителя, и больше — с пониманием того, какие компромиссы приняла та или иная сеть и почему. Оба подхода были созданы, чтобы ответить на один и тот же основополагающий вопрос, и оба остаются честными, несовершенными ответами, а не завершённым решением.