Proof of Work nebo Proof of Stake? Jaké typy těžby kryptoměn a dosahování konsenzu existují?

Mezi jednu z vlastností kryptoměn patří decentralizace. To znamená, že i základní funkce jako je například provádění a ověřování transakcí se neděje v žádném centrálním počítači, ale po celé kryptoměnové síti. V zásadě každá kryptoměna tvrdí, že i přes decentralizaci je proces souladu a ověřování velmi bezpečný, ale je tomu tak?

A který systém ověření transakcí (těžby) je nejlepší? PoW nebo PoS?

Co je to těžba kryptoměn?

Zjednodušeně můžeme říci, že těžba kryptoměn spočívá v potvrzování transakcí a zajištění chodu celé kryptoměnové sítě. Představte si stovky, tisíce či statisíce počítačů připojených k internetu (klidně i klasický počítač jako máte doma vy). Tyto počítače mají puštěný software, zajišťují chod transakcí a zároveň se vzájemně kontrolují, aby nedošlo k podvodu.

Software pro chod transakcí může využívat několik druhů algoritmů. Pojem těžba kryptoměny je laickou veřejností používán pro všechny druhy ověřovacích algoritmů, ale výstižně definuje protokoly, kde je typicky potřeba vysoký výpočetní výkon a štěstí v objevení vhodné kombinace.

Představte si, že se váš počítač snaží uhádnout správnou kombinaci čísel a ověřuje, zda se trefil, či nikoliv. K tíženému výsledku tak musí být vykonáno velké množství práce a výsledek je nejasný.

Je to tedy obdobné jako těžba zlata, kdy také musíte obětovat mnoho času, tvrdé práce a výsledek v podobě zlatého valounu nikdo zaručit nemůže.

Pokud vás těžba zaujala, tak se podívejte, jak se těží Bitcoin. Právě tato nejznámější kryptoměna využívá systém založený na vysokém výpočetním výkonu a náhodě (Proof of Work – viz níže).

Pokud k ověřování transakcí a chodu systému není potřeba tak vysoký výpočetní výkon, tak místo pojmu težba (mining) používáme pojmy ražení (minting) či slévání (forging). Tím se ale již dostáváme k tomu, jak kryptoměny dosahují konsensu, v čem se liší, jaký to má potenciál pro těžaře a jak je to bezpečné.

Pokud se vám nechce číst a ovládáte angličtinu, můžete se podívat na video vysvětlující Proof of Work a Proof of Stake. Jestli angličtinu neovládáte, můžete si na YouTube zapnout titulky (cc):

Proof of Work

Proof of Work je typickým příkladem těžby. Představit si to můžeme jako soutěž o vyřešení složitého matematického problému. Ten, kdo daný problém vyřeší, získává odměnu – typicky novou (vytěženou) měnu.

Blok transakcí se dle předem stanovených pravidel naplní (určitý objem – velikost, čas…). Neověřené transakce se v podobě bloku dostanou k těžařům. Ti blok vezmou a pomocí tvz. hashovací funkce převedou velké množství dat na hash. Hash je krátký řetězec symbolů. Vytvořit hash je snadné, ale získat zpět data je velmi obtížné, v zásadě nemožné.

Vytvořit hash je skutečně jednoduché, ale systém těžby je čím dál komplikovanější. U systému Proof of Work se typicky do bloku přidává tzv. nonce. Jedná se o krátký text, který sice nedává smysl, ale změní výsledky hash (a s ním i celkovou složitost). Program změní nonce, software vyřeší hash a kontroluje, zda splňuje všechny požadavky, pokud ne, koloběh se opakuje.

Nyní už víte, že po výpočetním výkonu vyžaduje ověření velkého množství transakcí a zároveň potřebujete i štěstí, protože generujete hashe a ověřujete, zda splňují požadavky. Samotný algoritmus může být záložen na hashovací funkci SHA 256 respektive SHA 256d (aplikované dvakrát po sobě).

K řešení se používá speciální hardware, tzv. ASIC miner. Druhý systém kódování je skript, angl. scrypt. Ten používá například Litecoin a pro těžaře je podstatné, že tento druh kódování si nejlépe rozumí s grafickými kartami a na těžbu jsou tak vhodné stroje složené ze speciálních či herních GPU– grafických karet.

Hashovacích funkcí je více, například jen u scryptu máme několik variant – Scyrpt ChaCha, NeoScpryt, Scrypt-Jane a podobně. Této problematice se můžeme věnovat v jiném článku, nyní nám postačí vědět, že hashovacích funkcí je více, jsou jinak náročné a v některých případech je potřeba speciální hardware – SHA 256 a jindy postačí grafické karty – Scrypt. Ve všech případech jde o náhodu v nalezení správného řešení a následně jeho ověření.

Proof of Work využívají např. tyto kryptoměny:

• Bitcoin,
• Litecoin,
• Bitcoin Cash,
• Monero,
• Dash,
• a další…

Rizika Proof of Work

Celý systém Proof of Work by se mohl zhroutit, pokud by útočník ovládl více jak 50 % těžařského výpočetního výkonu. Potom by mohl potvrdit falešné transakce. U kryptoměny typu Bitcoin to je nemyslitelné a zcela nereálné, ale u menších kryptoměn je potřeba toto riziko zahrnout.

Výhody a nevýhody Proof of Work

• Tisíce těžařů se nezávislé podílí na chodu kryptoměny
• Těžaři nemusejí vlastnit danou kryptoměnu
• Odměna je předem stanovena – nová kryptoměna

• Vysoké nároky na výpočetní výkon (nutnost poolu)
• Vysoká spotřeba energie
• Riziko vlastnictví více jak poloviny výkonu sítě
• Nové mince = znehodnocování kryptoměny a inflace

Proof of Stake

Druhý nejrozšířenější systém je Proof of Stake. Nové bloky zde ověřují samotní uživatelé. Algoritmus vybere uživatele, ten vytvoří nový blok (vloží část držené kryptoměny jako zálohu) a ostatní uživatelé jej schválí (tím uvolní zadrženou část kryptoměny – zálohu uživatele, který blok vytvořil).

Zvýhodnění jsou majitelé kryptoměny, kteří ji drží velké množství a dlouho. Takový uživatel má v kryptoměně uloženo značné množství finančních prostředků a je zde velká pravděpodobnost, že nebude podvádět (ani on nechce, aby kryptoměna kterou drží oslabila). Navíc nový blok je ověřen i dalšími uživateli, je to tedy zcela bezpečné.

V systému Proof of Stake není potřeba tak vysokého výpočetního výkonu a není zde už přesný termín “těžba”. V tomto případě se více hodí pojmy zmíněné úvodem – ražení (minting) nebo slévání (forging). Odměnou za vytěžený blok taky není nová kryptoměna, ale poplatky za provedení transakcí.

Proof of Stake využívají tyto kryptoměny:

• Ethereum,
• NEO,
• PIVX,
• Cardano,
• Solana,
• a další…

Rizika Proof of Stake

Odpůrci systému Proof of Stake někdy napadají jeho bezpečnost. Teoreticky je zde riziko rychlého pohybu kryptoměny, ale Proof of Stake protokol myslel i na tyto případy – používají se tzv. záchytné body (checkpoints). Ty kontrolují počet bloků i časový úsek jejich vytvoření (ten může být podepsán soukromým klíčem – to jde proti decentralizaci, ale to už jdeme hodně do detailu a nakonec je riziko v zásadě zcela potlačeno).

Teoreticky by i zde mohl nastat problém při držení více jak poloviny kryptoměny, ale v tomto případě by došlo pouze ke ztrátě důvěry, nikoliv k podvodu samotnému.

Výhody a nevýhody Proof of Stake

• Nevyžaduje vysoké nároky na výpočetní výkon
• Nové bloky tvoří přímo uživatelé kryptoměny
• Obvykle bez inflace

• Je nutné danou kryptoměnu držet
• Nízká odměna za nový blok (jen poplatky)
• Nevhodný systém pro malé a začínající kryptoměny

Další algoritmy: DPoS, PoA, PoI

Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Proof of Work a Proof of Stake jsou jednoznačně nejrozšířenější, ale rozhodně nejsou bez konkurence. Máme zde například Delegated Proof-of-Stake (DPoS) používaný na kryptoměně BitShares nebo EOS. V tomto principu je definovaný počet validátorů.

Ti jsou voleni na základě hlasování (čím více máte kryptoměny, tím větší máte hlasovací podíl) a mohou být i odvoláni. Systém zadává validátorům práci proporcionálně dle hlasů a neexistuje zde tak soupeření. Tento princip je chválen za jednoduchost a nízkou energetickou náročnost. Kritici poukazují na jeho uzavřenost a malé množství validátorů.

Proof-of-Authority (PoA)

PoA využívá například kryptoměna VeChain. Algoritmus je založen na tzv. validátorech a jejich stoprocentní shodě. Validátor je jasně definovaný, obvykle je to například někdo s veřejnou notářskou licencí. Pro malé sítě je to ideální, ale pozor, dostáváme se od decentralizace k centralizaci na několik validátorů.

Proof-of-Importance (PoI)

Systém obdobný Proof of Stake, ale bere do úvahy i množství uskutečněných transakcí. Snaží se podpořit obrat kryptoměny (odrazuje od investorů, kteří kryptoměnu drží jen za účelem tvorby nových bloků). Tento systém využívá například kryptoměna NEM.

Další protokoly

V kryptoměnovém světě existují i další protokoly, například Proof-of-Space (PoSpace) / Proof-of-Capacity (PoC). V tomto případě je od těžařů vyžadováno místo na disku. Jak vidíte, možností je hodně. Každý algoritmus chce něco jiného, ale vždy je zde určitá komunita (obecně těžařů či validátorů), kde dochází k realizaci o ověření transakcí. “Těžaři” jsou následně odměněni novou měnou nebo poplatky za transakci. Teoreticky je zde i možnost souběhu několika protokolů zároveň.

Zhodnocení

Algoritmy jsou skutečně velmi důmyslné a jen těžko byste v nich hledali bezpečnostní rizika. Za potenciální hrozbu můžeme považovat snad jen nové neznámé kryptoměny a ovládnutí více jak poloviny kryptoměny nebo poloviny výpočetního výkonu dané sítě. Největší kryptoměny typu Bitcoin, Ethereum a podobně jsou velmi bezpečné. Rizika zde nehledejte, raději se zaměřte třeba na kryptoměnovou peněženku.

Další zdroje ifnormací:

• https://cryptoslate.com/cryptos/proof-of-work/
• https://blog.qtum.org/how-proof-of-stake-renders-a-51-attack-unlikely-and-unappealing-ddebdc91a569
• https://www.coinpursuit.com/pages/bitcoin-altcoin-SHA-256-scrypt-mining-algorithms/
• https://www.beck.cz/kryptomeny
• Co je to staking? Jak zhodnotit své kryptoměny?