О доказательстве владения долей (Proof-of-Stake, PoS) написано много. Есть много способов всесторонне проанализировать PoS и выявить его слабые стороны. К основным из них можно отнести:

Эволюционная психология / история: Все «предметы коллекционирования» или «прототипы денег» в истории имели одну общую черту: устойчивость к подделке [1] – или, по крайней мере, устойчивость к подделке в контексте своего времени. От морских ракушек, пушнины, зубов до драгоценных металлов и чеканных монет. Так как алгоритм PoS подразумевает не потребление имеющихся средств, а всего лишь временное владение ими, он не удовлетворяет требованию об устойчивости к подделке, которую Ник Сабо назвал одним из трёх ключевых качеств денег.

Экономика: Если объект имеет ценность, люди будут прилагать усилия к обладанию им, соразмерные его стоимости (MC=MR). К усилиям относится также «работа». Как верно заметил Пол Шторц, PoS – это одна из скрытых форм PoW.

Работа так или иначе присутствует в PoS, будь то получение ссуды в банке, поддержание круглосуточной работы серверов или попытка похитить ключи от доли.

PoS не только является скрытой формой PoW, но и уступает ему. Любая потенциальная экономия средств, которую обещает PoS, компенсируется эквивалентным снижением уровня безопасности.

Как мы увидим ниже, доллар [2], замороженный для стейкинга, обеспечивает далеко не тот же уровень безопасности, что доллар, потраченный на майнинг.

Компьютерные науки: Эндрю Поэлстра написал одну из первых формализованных работ с критикой PoS, в которой ввёл новые термины: проблему симуляции наличия средств (nothing-at-stake, или «ничего на кону») и атаки дальнего действия.

Недавняя публикация Джона Брауна-Коэна и Арвинда Нараянана с соавт. также раскрывает неожиданные подводные камни в обеспечении хорошего и надёжного источника произвольного выбора в протоколах PoS [3].

Технические разработки: Я тоже написал работу из двух частей [Часть 1] [Часть2], в которой представил обзор слабых сторон PoS с точки зрения практической инженерии и перечислил несколько пессимистичных сценариев, в которых алгоритм PoS особенно уязвим, а именно: разделение сети, кража секретных ключей и низкая ставка за участие в стейкинге.

Но, возможно, проще всего было бы рассматривать PoS через призму времени, о чём я уже писал в предыдущих постах, но хотел бы развить эту тему здесь.

Доказательство владения долей (или, при дословном переводе, «подтверждение доли») – это ошибочное название. Правильнее было бы назвать этот алгоритм подтверждением временной доли (Proof-of-Temporary-Stake, или PoTS). Такое название полнее отражает принцип его работы. Оно точнее, так как содержит элемент времени – или отсутствие такого – в PoS.

Чтобы лучше понять влияние фактора времени, давайте посмотрим, какую роль он играет в PoW.

Постоянный расход энергии в PoW способствует безопасности сети двумя способами:

Для лучшего понимания можно представить эту концепцию в виде «прямой времени». Единицы работы, затраченные в прошлом, аккумулированы в реестре. Единицы работы, которые будут затрачены в будущем, аккумулированы в нынешнем майнинговом оборудовании.

Реестр содержит прошлую работу; майнинговое оборудование содержит будущую работу.

С течением времени единицы работы из правой части рисунка материализуются и перемещаются в левую часть. Майнинговое оборудование можно также сравнить с «буфером» – местом, где единицы работы хранятся до начала пути к конечному пункту назначения: реестру [4].

Официальный термин для обозначения такого рода основанной на времени аккумуляции запасов – запас и прирост, которые часто можно наблюдать также в природе. В сети Биткоина защита в значительной мере строится на высоком соотношении запасов и прироста в двух областях: реестре и майнинговом оборудовании (подробное описание модели запаса и прироста можно найти здесь [англ.]).

В отличие от алгоритма PoW, в PoS подобной системы нет.

Прошлые доли (левая часть прямой времени) не аккумулируются в реестре, так как эти средства снимаются со счёта после некоторого произвольного периода [5]. Атаки дальнего действия являются следствием этого недостатка алгоритма: они возможны из-за неспособности PoS обеспечить защиту прошлых операций. В атаках дальнего действия заключена суть всех проблем с PoS, так как они показывают, что в долгосрочной перспективе PoS не может гарантировать неизменности данных в реестре – важнейшего свойства всей этой инновационной технологии.

Будущие доли (правая часть прямой времени) тоже не аккумулируются в валидаторах в настоящем, и всё по той же причине: стейкинг, закладывание доли, имеет значение только в том коротком промежутке времени, когда он происходит – то, что должно произойти в будущем, не оказывает влияния на сегодняшний день. Кражи приватных ключей, которые случаются сегодня, являются проявлением этого недостатка. Они эффективны из-за неспособности PoS защитить будущее. Возможность похищения ключей сводит на нет необходимость крупных финансовых затрат, которые, как утверждается, понадобились бы злоумышленникам для покупки контрольной доли токенов. Тогда как в PoW нет подобного обходного пути, и хакеру придётся завладеть контролем над большей частью мощностей майнингового оборудования и оплачивать сопутствующие этому затраты на электроэнергию, чтобы начать и обеспечить продолжение атаки 51% [6].

(В PoS всё же имеется одна из форм аккумуляции данных. Это информация о периодических выплатах вознаграждений за стейкинг валидаторам. Но в отличие от аккумуляции в PoW, данные о выплатах вознаграждений полезны только конкретным PoS-валидаторам и никак не влияют на безопасность сети в целом.)

Суммируя всё вышесказанное: чем дальше мы отходим от настоящего момента в PoS, тем быстрее доли валидаторов теряют своё значение, пока не лишатся его совсем.

Работа устойчива к разрушительному влиянию времени [7]. Владение долей – нет.

Тот факт, что затраты на майнинг для PoW необратимо запечатлеваются и аккумулируются как в реестре, так и в майнинговом оборудовании – это важнейшая «фича, а не баг». Исследования PoS часто основаны на фундаментально ложной идее, что это свойство PoW-протоколов является багом и источником неэффективного расходования энергии.

* PoS также критикуют за то, что он неизбежно ведёт к образованию плутократической системы, в которой богатые становятся богаче и получают всё большее влияние. Здесь мы этот вопрос не упоминали, так как он не относится к уровню защиты протокола как таковой и заслуживает отдельного рассмотрения.

[1] Не путайте устойчивость к подделке с трудовой теорией стоимости. Это не одно и то же. Одних только затрат энергии недостаточно, актив должно быть невозможно подделать.

[2] Доллар приведён здесь только для удобства. Это может быть любая другая денежная единица.

[3] Валюта PoS опирается на внешний источник произвольного выбора, что содержит логическую ошибку. Поэтому крайне желательно, чтобы генерация произвольного выбора происходила внутри алгоритма PoS и с использованием данных его же реестра. Однако это является сложной проблемой, решение которой тоже подразумевает нахождение своих компромиссов.

[4] Не все единицы работы в итоге сохраняются в реестре. Некоторые из них отклоняются, но даже отклонённая работа необходима для поддержания децентрализации сети.

[5] Концепция «завершённости« не изменяет (отсутствия) аспекта аккумуляции в алгоритме PoS, так как новые/неактивные/разделённые ноды могут видеть разные состояния «завершённости».

[6] В PoW есть риск конфискации оборудования (например, государственным органом), однако этот риск может быть снижен за счёт достаточной децентрализации майнинга. При этом рассредоточение оборудования не обеспечивает защиту для сетей с PoS, так как PoS-валидаторы представляют собой всего лишь программные узлы, и к ним может быть найден удалённый доступ откуда угодно. Более того, в PoW даже в случае конфискации оборудования хакерам не удастся избежать постоянных расходов на электроэнергию.

[7] Работа вечна/надёжна с точки зрения количества хэшей, а не требуемого расхода энергии. Новые технологии могут повысить эффективность майнинга – хотя на определённом этапе рост показателей эффективности замедлится по достижении физического лимита оборудования. Надёжность алгоритма PoW в сети Биткоина также зависит от целостности хэш-функции SHA256.

Будь в курсе! Подписывайся на Криптовалюта.Tech в Telegram. 
Обсудить актуальные новости и события на Форуме

Запись Слабые стороны Proof-of-Stake впервые появилась Криптовалюта.Tech.

210 +