Что такое Proof of Stake?

Proof of stake (доказательство доли владения) — это способ, которым блокчейн соглашается о новых блоках: участники блокируют монеты самой сети в качестве залога вместо траты электроэнергии на майнинг. Эти участники, называемые валидаторами, предлагают блоки и голосуют за них. Честная работа приносит вознаграждение, а доказанное мошенничество может стоить им части залога.

Проблема, которую должен решить каждый блокчейн

У блокчейна нет центрального администратора, поэтому ему нужен способ, при котором тысячи компьютеров согласуют одну историю и делают атаки дорогими. Proof of work, который используется в Bitcoin, заставляет атакующих тратить реальную энергию; наше базовое руководство о том, как работает майнинг Bitcoin, объясняет это подробнее.

Proof of stake вместо этого заставляет атакующих вкладывать и рисковать капиталом. Чтобы влиять на то, какие блоки принимаются, нужна большая доля монет, находящихся в стейкинге, а недобросовестное поведение ставит эти монеты под угрозу.

Как выбираются валидаторы и что они делают

В сети proof of stake любой, кто соответствует требованиям, может заблокировать монеты в специальном контракте и запустить программное обеспечение валидатора. В Ethereum, крупнейшей сети proof of stake, для активации валидатора нужно 32 ETH.

Рисунок: цикл валидатора в Ethereum с двумя видами штрафов.

Время в сети делится на короткие слоты. В каждом слоте протокол случайным образом выбирает валидатора, который предлагает блок, причём шансы взвешены по размеру стейка. Другие валидаторы назначаются на подтверждение (attest), то есть проверяют предложенный блок и голосуют за него, если он корректен. Блоки, собравшие достаточно голосов, становятся частью цепочки.

В Ethereum обновление Pectra повысило максимальный эффективный баланс одного валидатора до 2 048 ETH, поэтому крупные стейкеры могут запускать меньше, но более крупных валидаторов. Минимум в 32 ETH остался прежним.

Как работают «часы» Ethereum

Proof of stake в Ethereum работает по фиксированному графику. Время делится на слоты по 12 секунд, и в каждом слоте есть один выбранный предлагающий. Тридцать два слота составляют эпоху, примерно 6,4 минуты. В течение каждой эпохи каждый активный валидатор назначается на одно голосование, поэтому весь набор валидаторов участвует в решении, и не нужно, чтобы все голосовали за каждый блок.

На границе каждой эпохи находится контрольная точка. Когда валидаторы, владеющие двумя третями стейка, голосуют, чтобы обосновать одну контрольную точку, а затем следующую, более ранняя становится финальной. В обычных условиях это занимает около двух эпох, примерно 13 минут. Поэтому транзакция обычно оказывается «в блоке» в течение нескольких секунд, а «финальной» — примерно через четверть часа.

Вознаграждения за честное участие

Валидаторы получают вознаграждение за предложение блоков и за своевременные и корректные голоса. В Ethereum они складываются из новых ETH, созданных протоколом, а также комиссий за транзакции и чаевых, которые платят пользователи. Размер вознаграждений меняется со временем в зависимости от количества валидаторов, активности сети и комиссий, поэтому фиксированной доходности нет.

Валидаторы, которые оказались офлайн в момент, когда должны были голосовать, теряют небольшие суммы в качестве штрафа. Штраф мягкий за редкие простои и растёт, когда many валидаторов отключаются одновременно.

Слэшинг: цена мошенничества

Слэшинг — это более серьёзный штраф, который применяется за действия, которые могут быть только умышленными или результатом серьёзной ошибки в настройке, например подписание двух разных блоков для одного слота или подача противоречивых голосов. Валидатор, подвергшийся слэшингу, теряет часть стейка и исключается из набора валидаторов.

Именно слэшинг придаёт proof of stake реальную силу. Атакующего, который пытается поддержать две конкурирующие версии истории, может поймать любой участник, а доказательств достаточно, чтобы протокол уничтожил часть его стейка.

Финальность

Многие сети proof of stake предлагают финальность: точку, после которой блок нельзя отменить без уничтожения большого объёма заблокированного капитала. В Ethereum блоки становятся финальными, когда валидаторы, владеющие не менее чем двумя третями общего стейка, проголосовали за контрольные точки, которые их включают.

Это отличается от Bitcoin, где с каждым новым блоком транзакцию становится всё труднее отменить, но она никогда не достигает формального состояния «финальной». Наше руководство о том, почему важны подтверждения сети, объясняет, как платформы работают с обеими моделями.

Вход и выход занимают время

Валидаторы не могут присоединиться или выйти мгновенно. Ethereum ограничивает количество валидаторов, которые могут войти или выйти в каждую эпоху, поэтому, когда многие хотят переместиться одновременно, они ждут в очереди. Это ограничение оттока защищает сеть: значительная доля стейка не может быть выведена внезапно, например сразу после недобросовестного поведения, до того как можно применить штрафы. Для стейкеров это означает, что планы выхода должны учитывать периоды ожидания, которые в загруженные времена могут длиться от нескольких дней до недель.

Основные критические замечания

Концентрация у крупных провайдеров. Значительная часть застейканного эфира проходит через небольшое количество бирж и протоколов ликвидного стейкинга. Если несколько операторов контролируют большую долю валидаторов, они получают непропорционально большое влияние на то, какие транзакции включаются в блоки.

«Богатые становятся богаче». Вознаграждения пропорциональны стейку, поэтому крупные держатели зарабатывают больше в абсолютном выражении. Защитники указывают, что ставка одинакова для всех, в отличие от proof of work, где крупные майнеры могут купить более дешёвую электроэнергию и оборудование.

Слабая субъективность. Совершенно новый узел не может отличить поддельную историю от настоящей исключительно по правилам цепи, поскольку старые валидаторы, которые вывели средства, теоретически могли бы подписать альтернативное прошлое без затрат. Поэтому новые узлы начинают с недавней, широко согласованной контрольной точки. Критики видят в этом опору на социальное доверие; сторонники видят небольшое, практичное допущение.

Способы участия в стейкинге

• Соло-стейкинг. Запуск собственного валидатора с полным минимальным стейком. Вы сохраняете контроль над своими ключами и вознаграждениями, но несёте всю техническую ответственность.
• Пуловый или ликвидный стейкинг. Объединение средств с другими участниками через протокол, часто с получением токена, который представляет вашу долю. Это снижает минимальный порог, но добавляет риски смарт-контракта и провайдера.
• Стейкинг через платформу. Биржа или кастодиан запускает валидаторов за вас. Это просто, но вы полагаетесь на этого провайдера и его условия.

Каждый вариант связан с рисками: колебания цены застейканной монеты, штрафы, периоды ожидания перед выводом средств и риск провайдера или программного обеспечения, на которое вы полагаетесь.

Варианты proof of stake

Дизайн Ethereum позволяет любому держателю с достаточным количеством монет запустить валидатор, но другие сети используют иные подходы:

• Делегированное доказательство доли. Держатели токенов голосуют за ограниченный набор блок-продюсеров, часто несколько десятков, которые управляют сетью. Это может быть быстро, но концентрирует производство блоков у избранных.
• Номинированные и пуловые модели. Держатели номинируют или поддерживают валидаторов своим стейком и разделяют как вознаграждения, так и штрафы. Это распределяет риск, но связывает делегаторов с поведением их валидаторов.
• Комбинированные конструкции. Некоторые сети сочетают proof of stake с другими методами для быстрого упорядочивания транзакций, используя стейк главным образом для определения того, кто может производить блоки, и для наказания за недобросовестное поведение.

Общее свойство этих вариантов — залог: в любом из них участники предоставляют монеты самой сети в качестве гарантии добросовестного поведения.

Где используется proof of stake

Ethereum перешёл с proof of work на proof of stake 15 сентября 2022 года в рамках обновления под названием The Merge, которое, по оценкам, сократило энергопотребление сети на 99,95%. Многие новые сети изначально разрабатывались на основе proof of stake, часто с собственными вариациями, например с делегированием стейка меньшему набору валидаторов.

Для прямого сравнения двух основных подходов см. наше руководство proof of work vs proof of stake. Чтобы понять, как Ethereum вписывается в общую картину, прочитайте статью «Что такое Ethereum».

Эта статья носит образовательный характер и не является финансовой, инвестиционной, юридической или налоговой консультацией. Цифровые активы подвержены волатильности, и вы можете потерять вложенную сумму.

Часто задаваемые вопросы

Могу ли я потерять застейканные монеты?

Да, несколькими способами. Слэшинг может удалить часть стейка валидатора, делегаторы могут разделять штрафы своего валидатора, цена монеты может упасть, а монеты, хранящиеся через провайдера, подвержены рискам этого провайдера.

Менее ли безопасен proof of stake, чем proof of work?

Они защищают цепь по-разному, а не один из них просто слабее. Proof of stake может наказывать атакующих напрямую, уничтожая их стейк; proof of work связывает безопасность с постоянными физическими затратами. У каждого подхода есть компромиссы, которые рассмотрены в статье proof of work vs proof of stake.

Sources

• Слияние (The Merge) (дата и снижение энергопотребления примерно на 99,95%) — ethereum.org
• Спецификации консенсуса Ethereum, Phase 0 beacon chain (эффективный баланс 32 ETH) — Ethereum, GitHub
• Спецификации консенсуса Ethereum, Electra beacon chain (минимальный баланс для активации 32 ETH; максимальный эффективный баланс 2 048 ETH) — Ethereum, GitHub
• Proof-of-stake (слоты, эпохи, финальность) — документация для разработчиков ethereum.org
• Слабая субъективность — документация для разработчиков ethereum.org