Čo znamená Proof-of-Stake (PoS) v kryptografii?

Table of content

• Čo je Proof-of-Stake v blockchaine?
• Ako funguje Proof-of-Stake?
• Čím sa líši Proof-of-Stake od Proof-of-Work?
• Hlavné ciele proof-of-stake
• Dôkaz o bezpečnosti
• Výhody dôkazu o prevzatí
• Dôkaz o nevýhodách kolku
• Ktoré kryptomeny používajú proof of stake?
• Záverečné slová o Proof-of-Stake (PoS)
• Odpovede na otázky týkajúce sa Proof-of-stake (PoS)

Proof-of-stake (PoS) je mechanizmus konsenzu používaný v blockchainových sieťach na dosiahnutie dohody o stave blockchainu. Na rozdiel od Proof-of-Work (PoW), ktorý vyžaduje, aby baníci riešili zložité matematické hádanky na overovanie transakcií a vytváranie nových blokov, PoS vyberá overovateľov na vytváranie a overovanie nových blokov na základe množstva kryptomeny, ktorú vlastnia a sú ochotní “vsadiť” ako zábezpeku.

Tu je niekoľko kľúčových bodov o PoS:

• Energeticky úspornejší: Keďže sa nespolieha na hrubý výpočtový výkon, PoS spotrebuje oveľa menej energie ako PoW.
• Rýchlejšie časy transakcií: Vďaka zjednodušenému procesu overovania môžu PoS blockchainy často spracovať transakcie rýchlejšie ako PoW reťazce.
• Zvýšená dostupnosť: Každý, kto má dostatok kryptomeny, sa môže zúčastniť na stávkovaní, na rozdiel od PoW, ktoré si vyžaduje špecializovaný hardvér.
• Obavy o bezpečnosť: Niektorí tvrdia, že systémy PoS sú menej bezpečné ako PoW, pretože veľké zainteresované strany by mohli potenciálne manipulovať so sieťou.

Tu je rozpis:

• Skladanie: V systéme PoS musia účastníci, často nazývaní validátori, “vsadiť” určitú sumu natívnej kryptomeny blockchainu. Tento vklad slúži ako zábezpeka a je uložený v určenej peňaženke alebo inteligentnom kontrakte. Množstvo vsadenej kryptomeny sa môže líšiť v závislosti od konkrétneho protokolu blockchainu.
• Vytváranie a validácia blokov: Validátory sa vyberajú na vytváranie nových blokov a validáciu transakcií na základe výberového algoritmu. Pravdepodobnosť, že budete vybratí ako validátor, je často úmerná množstvu vsadenej kryptomeny – tí, ktorí vsadili viac, majú väčšiu šancu, že budú vybraní.
• Návrh bloku: Validátory vybrané na vytvorenie nového bloku navrhnú nový blok so súborom transakcií. Tento navrhovaný blok obsahuje kryptografický hash predchádzajúceho bloku, čím sa vytvorí reťaz blokov – blockchain.
• Hlasovanie: Ostatné validátory v sieti potom posúdia platnosť navrhovaného bloku. Môžu hlasovať o tom, či je podľa nich navrhovaný blok platný alebo nie. Validátori môžu mať možnosť hlasovať priamo, alebo ich podiel môže hlasovať automaticky v ich mene.
• Súhlas: Konsenzus sa dosiahne, keď sa nadpolovičná väčšina schvaľovateľov (často dvojtretinová väčšina alebo viac) zhodne na platnosti navrhovaného bloku. Po dosiahnutí konsenzu sa blok pridá do blockchainu a proces sa začína znova pre ďalší blok.
• Rozdelenie odmien: Validátori, ktorí sa podieľajú na vytváraní a validácii blokov, sú odmeňovaní poplatkami za transakcie a niekedy aj novo vyrazenými mincami. Odmeny sa rozdeľujú medzi validátorov na základe ich podielu a účasti v sieti.
• Sankcie: Validátori, ktorí konajú zlomyseľne alebo sa pokúšajú validovať podvodné transakcie, môžu čeliť sankciám vrátane zníženia časti ich vsadených mincí alebo dočasnej či trvalej straty práv na stávkovanie.
• Bezpečnosť: Systémy PoS často obsahujú mechanizmy na zabezpečenie bezpečnosti siete a zabránenie centralizácii. Môžu zahŕňať náhodný výber validátorov, sankcie za nečestné správanie a mechanizmy, ktoré zabraňujú tomu, aby jeden subjekt ovládal významnú časť siete.

Vcelku PoS ponúka energeticky efektívnu alternatívu k mechanizmom konsenzu PoW a motivuje overovateľov k čestnému konaniu pri zabezpečovaní siete.

Proof-of-Stake (PoS) a Proof-of-Work (PoW) sú dva základné mechanizmy konsenzu používané v blockchainoch na overovanie transakcií a zabezpečenie siete. Hoci oba dosahujú rovnaký cieľ, ich prístupy sa výrazne líšia, čo vedie k odlišným výhodám a nevýhodám.

Tu je rozpis hlavných rozdielov:

Funkcia	Dôkaz o prevzatí (PoS)	Dôkaz o- Work (PoW)
Proces overovania	Skladanie kryptomeny	Riešenie zložitých hádaniek pomocou výpočtového výkonu
Spotreba energie	Veľmi nízka	Veľmi vysoká
Dostupnosť	Každý, kto má dostatok kryptomeny, môže vsádzať	Vyžaduje špecializovaný hardvér
Zabezpečenie	Vyvíja sa, potenciálne obavy s veľkými zainteresovanými stranami	Ustanovené, ale zraniteľná voči útokom na ťažobné pooly
Rýchlosť transakcií	Všeobecne rýchlejšia	Všeobecne pomalšia
Decentralizácia	Môže byť menej decentralizovaná kvôli koncentrácii ťažobných poolov	Môže byť vysoko decentralizovaná
Životné prostredie vplyv	Nízky	Vysoký
Náklady na vstup	Nízke	Vyššie
Odmeny	Získané za validáciu blokov	Získané za ťažbu blokov
Zrelosť	Nová technológia	Zavedená technológia

• PoW: Ťažba zabezpečuje blockchainové siete riešením zložitých matematických hádaniek, overovaním transakcií a vytváraním nových blokov, pričom ťažiarov motivuje odmenami za ich výpočtové úsilie.
• PoS: Používatelia si “založia” svoje existujúce kryptomeny, čím ich v podstate na určité obdobie zablokujú. Vsadená suma určuje ich šancu, že budú náhodne vybraní ako validátori pre nasledujúci blok. Validátori overujú transakcie a pridávajú nové bloky do reťazca, pričom za svoju prácu získavajú odmenu.

• PoW: Kvôli konkurenčnému procesu ťažby spotrebúvajú PoW blockchainy ako Bitcoin obrovské množstvo energie, čo vyvoláva obavy o životné prostredie.
• PoS: Tým, že PoS blockchains nepotrebujú výkonný ťažobný hardvér, sú výrazne energeticky úspornejšie, čím sa znižuje ich vplyv na životné prostredie.

• PoW: Účasť na ťažbe PoW si často vyžaduje drahý špecializovaný hardvér, čo ju robí menej dostupnou pre jednotlivcov s obmedzenými zdrojmi.
• PoS: Na stávkovaní sa môže zúčastniť každý, kto má dostatok kryptomeny, čím sa stáva prístupnejším a demokratickejším.

• PoW: Distribuovaná povaha ťažby s mnohými účastníkmi robí PoW blockchainy všeobecne odolnými voči útokom. Možnosť získania kontroly veľkými ťažobnými skupinami však vyvoláva bezpečnostné obavy.
• PoS: Hoci PoS ponúka slušné zabezpečenie, niektorí tvrdia, že veľké zainteresované strany so značným množstvom vsadených kryptografických prostriedkov by mohli potenciálne manipulovať so sieťou. Je to téma prebiehajúcej diskusie a výskumu.

• PoW: Složitý proces overovania v PoW môže viesť k pomalším časom transakcií, najmä v obdobiach vysokej aktivity siete.
• PoS: Jednoduchší proces validácie v PoS často vedie k vyššej rýchlosti transakcií v porovnaní s PoW.

Výber medzi PoW a PoS závisí od konkrétnych priorít projektu blockchain. Zatiaľ čo PoW ponúka overenú bezpečnosť, jeho spotreba energie je hlavnou nevýhodou. PoS predstavuje ekologickejšiu a inkluzívnejšiu alternatívu, ale je stále vo vývoji a jeho dlhodobé bezpečnostné dôsledky sa vyhodnocujú.

• Bezpečná a decentralizovaná sieť: Podobne ako PoW, aj PoS sa zameriava predovšetkým na zabezpečenie blockchainovej siete a zachovanie jej decentralizácie. To znamená zabezpečiť presnosť a nemennosť údajov o transakciách a zároveň zostať odolný voči manipulácii alebo kontrole zo strany jediného subjektu.
• Zvýšená efektívnosť: PoS sa snaží dosiahnuť bezpečnosť a decentralizáciu efektívnejšie ako PoW. Eliminuje potrebu energeticky náročnej ťažby, čo vedie k rýchlejšiemu spracovaniu transakcií a nižšiemu vplyvu na životné prostredie.
• Zlepšená dostupnosť: Cieľom PoS je sprístupniť účasť na blockchaine odstránením hardvérových prekážok spojených s ťažbou PoW. Každý, kto má dostatok kryptomeny, sa môže zúčastniť na stakingu, čím sa podporuje širšie zapojenie do siete.
• Udržateľný rast: PoS sa snaží zabezpečiť udržateľný rast blockchainového ekosystému tým, že rieši problémy s vysokou spotrebou energie PoW. To umožňuje širšie prijatie a potenciál reálneho využitia.
• Dynamické stimuly: PoS podporuje účasť tým, že ponúka dynamické odmeny za overovanie transakcií a zabezpečenie siete. To podporuje čestné správanie a odrádza od nesprávnych činností.

Kým bezpečnosť zostáva hlavným cieľom, PoS sa zameriava na jej dosiahnutie efektívnejším, dostupnejším a udržateľnejším spôsobom, čím pripravuje pôdu pre širšie prijatie a vývoj technológie blockchain.

PoS security sa točí okolo dvoch hlavných princípov: ekonomických stimulov a náhodného overovania. Obidva spoločne vytvárajú systém, v ktorom je poctivé správanie odmeňované a škodlivé aktivity sú penalizované.

• Podpory: Užívatelia si “stavia” vlastnú kryptomenu, čím si ju v podstate na určité obdobie uzamknú. Funguje to ako zábezpeka, podobne ako bezpečnostný vklad.
• Slashing: Ak sa validátor správa nečestne, príde o časť svojej vsadenej kryptomeny, čo vytvára silné nutkanie podvádzať.
• Odmeny: Poctiví validátori, ktorí pomáhajú zabezpečovať sieť, získavajú odmeny, čo ich ďalej motivuje k čestnému konaniu.

• Validátory: Nie každý môže validovať transakcie. Namiesto toho sú validátori vyberaní náhodne na základe veľkosti ich podielu a ďalších faktorov.
• Obtiažne napadnuteľné: Táto náhodnosť sťažuje ovládanie siete alebo manipuláciu transakcií jediným subjektom, pretože by vopred nevedeli, kto sú validátori.
• Byzantská tolerancia porúch (BFT): Niektoré systémy PoS používajú BFT, čo umožňuje fungovanie siete aj v prípade, že je malý počet validátorov škodlivý alebo nedostupný.

• Koncentrácia stávok: Ak malá skupina kontroluje veľkú časť vsadených mincí, môže potenciálne manipulovať so sieťou. Toto je veľká obava a aktívna oblasť výskumu.
• Nová technológia: PoS je novšia ako PoW a jej dlhodobé bezpečnostné dôsledky sa stále skúmajú a diskutujú.
• Sociálne inžinierstvo: Cielené útoky by mohli validátory oklamať, aby sa správali zle.
• Zraniteľnosti inteligentných zmlúv: Zraniteľnosti v inteligentných zmluvách nasadených na blockchaine sa dajú zneužiť bez ohľadu na mechanizmus konsenzu.

PoS ponúka sľubný prístup k bezpečnosti blockchainu, ale nie je dokonalý. Bezpečnosť je nepretržitý proces, ktorý si vyžaduje neustále monitorovanie, aktualizácie a výskum s cieľom riešiť vyvíjajúce sa hrozby. Výber medzi PoS a PoW závisí od konkrétnych potrieb a bezpečnostných priorít projektu blockchain.

• Energetická účinnosť: PoS eliminuje potrebu energeticky náročného ťažobného hardvéru, čím sa výrazne znižuje vplyv technológie blockchain na životné prostredie. To je v súlade s rastúcimi obavami o udržateľnosť systémov PoW, ako je Bitcoin.
• Rýchlejšie transakcie: PoS vo všeobecnosti ponúka rýchlejší čas spracovania transakcií v porovnaní s PoW. Je to spôsobené zjednodušeným procesom validácie, pri ktorom sa validátory vyberajú náhodne namiesto toho, aby súťažili prostredníctvom zložitých výpočtov.
• Zvýšená dostupnosť: Do stakingu sa môže zapojiť každý, kto má dostatok kryptomeny, vďaka čomu je PoS dostupnejší ako PoW, ktorý si vyžaduje špecializovaný hardvér. Táto širšia účasť posilňuje decentralizáciu a bezpečnosť siete.
• Nízke poplatky za transakcie: Vďaka nižšej spotrebe energie a zjednodušenému procesu validácie majú PoS blockchainy často nižšie poplatky za transakcie v porovnaní s PoW blockchainami. To môže byť výhodné najmä pre mikrotransakcie a prípady každodenného použitia.

• Sústredenie kolkov: Ak malá skupina jednotlivcov alebo subjektov vlastní významnú časť vsadených mincí, mohli by potenciálne manipulovať so sieťou alebo ovplyvňovať rozhodovanie. 
• Delegácia a združovanie: Validátori môžu delegovať svoje právomoci v oblasti stávkovania na tretie strany, čím vytvárajú združenia stávok. To síce zvyšuje dostupnosť, ale môže to viesť aj k centralizácii, ak veľké pooly získajú príliš veľký vplyv.
• Nová technológia: V porovnaní s PoW je PoS relatívne nová technológia a jej dlhodobé bezpečnostné dôsledky sa stále aktívne skúmajú a diskutuje sa o nich.
• Útoky sociálneho inžinierstva: Cielené útoky sociálneho inžinierstva by mohli potenciálne oklamať validátory, aby konali zle.
• Zraniteľnosti inteligentných zmlúv: Zraniteľnosti v inteligentných zmluvách nasadených na blockchaine môžu byť zneužité bez ohľadu na mechanizmus konsenzu.
• Rozdelenie počiatočnej mince: V závislosti od spôsobu rozdelenia počiatočnej kryptomeny môžu existovať obavy o spravodlivosť a potenciálnu centralizáciu, ak sa veľký podiel sústredí v rukách niekoľkých osôb.
• Útoky typu “nič za nič”: Niektoré implementácie PoS môžu byť zraniteľné voči útokom typu “nič v stávke”, pri ktorých validátory môžu validovať platné aj neplatné bloky bez sankcie.
• Regulačná neistota: Regulácie týkajúce sa kryptomien a systémov PoS sa stále vyvíjajú, čo vytvára neistotu pre používateľov.

Niekoľko významných kryptomien využíva konsenzuálny mechanizmus Proof-of-Stake (PoS), vrátane Ethereum (ETH), Cardano (ADA), Binance Coin (BNB), Polkadot (DOT), Solana (SOL), Tezos (XTZ), Cosmos (ATOM) a Algorand (ALGO).

• Ethereum (ETH): V súčasnosti prechádza z PoW na PoS prostredníctvom aktualizácie Ethereum 2.0, ktorej cieľom je zvýšenie škálovateľnosti a efektívnosti.
• Cardano (ADA): Jeden z prvých široko prijatých PoS blockchainov, známy svojím výskumným prístupom a zameraním na inteligentné kontrakty.
• Binance Coin (BNB): natívny token burzy Binance, implementovaný hybridný systém PoS a Proof-of-Authority (PoA) na rýchlejšie transakcie.
• Polkadot (DOT): Multi-chain sieť s unikátnou shardingovou architektúrou, využívajúca PoS pre svoj hlavný reťazec a umožňujúca flexibilitu pre rôzne mechanizmy konsenzu na jednotlivých parachainoch.
• Solana (SOL): Vysoko výkonný blockchain známy vysokou rýchlosťou transakcií a nízkymi poplatkami, využíva jedinečný hybridný mechanizmus PoS s validujúcimi uzlami a dôkazom histórie.
• Tezos (XTZ): platforma pre správu na reťazci známa svojím formálnym procesom overovania a zmenami, pracuje s delegovaným systémom PoS.
• Cosmos (ATOM): Hub blockchain spájajúci nezávislé blockchainy, pre svoj hlavný reťazec používa systém PoS založený na byzantskej tolerancii chýb (BFT).
• Algoritmus (ALGO): Čistý PoS blockchain známy svojím efektívnym a bezpečným konsenzuálnym mechanizmom, navrhnutý tak, aby bol rýchly a škálovateľný.

PoS ponúka sľubnú alternatívu k PoW a rieši jeho kľúčové obmedzenia. Je však nevyhnutné uvedomiť si jej problémy a prebiehajúce vývojové úsilie, aby sa zabezpečila bezpečná a decentralizovaná budúcnosť.