Omistustodistus

Todistus omistajuudesta, Proof-of-stake (PoS) ( englannin kielestä proof of stake , kirjaimellisesti: "osuuden vahvistus") on kryptovaluuttojen turvamenetelmä , jossa todennäköisyys, että osallistuja muodostaa seuraavan lohkon lohkoketjussa, on verrannollinen tämän osallistujan omistama osuus tämän kryptovaluutan laskentayksiköistä niiden kokonaismäärästä. Tämä menetelmä on vaihtoehto proof of work (PoW) -menetelmälle, jossa tehokkaamman laitteen omistajalla on suurempi todennäköisyys luoda seuraava lohko [2] .

Tätä menetelmää käytettäessä lohkon muodostusalgoritmi ei riipu laitteiston kapasiteetista, mutta lohko muodostuu todennäköisemmin tililtä, jolla on suurin virtasaldo. Esimerkiksi osallistuja, joka omistaa 1 % kokonaismäärästä, tuottaa keskimäärin 1 % uusia lohkoja [3] .

Proof-of-stake ideaa ehdotettiin ensimmäisen kerran Bitcointalk-foorumissa vuonna 2011 . PoS-protokollan ensimmäinen toteutus otettiin käyttöön vuonna 2012 PPCoin-kryptovaluutassa (tällä hetkellä PeerCoin ) [4] . 15. syyskuuta 2022 Ethereum siirrettiin Proof-of- stake -konsensusalgoritmiin [5] .

Käytännössä kohdataan usein sekalaisia vaihtoehtoja uusien lohkojen muodostamiseksi. Esimerkiksi sekä PoW- että PoS-menetelmiä käytetään Emercoinin , NovaCoinin ja YaCoinin kryptovaluutoissa . PeerCoin- ja Reddcoin -kryptovaluutoissa PoW-menetelmää käytetään alkujakelussa ja PoS-menetelmää transaktioiden vahvistamiseen [ 6 ] . Nxt , Gridcoin ja BlackCoin kryptoalustoissa PoS -menetelmää käytetään kaikissa vaiheissa [6] .

Idea

Todistuksen ideana on ratkaista korkeaan energiankulutukseen liittyvä työtodistuksen ongelma. Osallistujien laskentatehon sijaan heidän tilillään olevan kryptovaluutan määrä ratkaisee. Joten sen sijaan, että käyttäisit suurta määrää sähköä PoW-ongelman ratkaisemiseen, PoS-osallistujalla on rajoitettu prosenttiosuus mahdollisista tapahtumien varmentamisesta. Raja vastaa osallistujan tilillä olevan kryptovaluutan määrää .

Todistus tärkeydestä

Yksi PoS-teknologian yhdistetyn käytön vaihtoehdoista on Proof -of-importance (PoI), NEM- kryptovaluutoissa käytetty algoritmi . Lohkon muodostamisen todennäköisyydellä on kolme komponenttia [7] :

saldolla olevien kryptovaluutan yksiköiden määrä (PoI:lle merkitseviä saldoja ovat sovittua yksikkömäärää suuremmat saldot, esim. NEM:lle vähintään 10 tuhatta);
tilitoiminta (tapahtumien määrä);
kun tili oli verkossa.

Kun saldo kasvaa, parametrien vaikutus muuttuu - kun kryptovaluuttayksiköiden määrä saldoon kasvaa, ensimmäisen parametrin vaikutus kasvaa ja 2. ja 3. parametrin vaikutus pienenee (PoI toimii melkein kuin PoS) . Mitä pienempi tasapaino, sitä vahvempi 2. ja 3. parametrin vaikutus.

Jos kryptovaluuttapäästöjen kokonaismäärä on rajoitettu, 1. parametrin vähimmäisvaatimukset muodostavat hakijoiden enimmäismäärän lohkon luomiseen.

Edut

Lohkoketjun turvaamiseksi ei tarvitse kuluttaa suuria määriä sähköä. Esimerkiksi Bitcoin ja Ethereum käyttävät yhdessä yli miljoona dollaria sähköä päivässä konsensusmekanismiensa kautta [8] .
Koska ei tarvitse kuluttaa paljon energiaa, osallistujien kulut pienenevät. Siksi ei ole tarvetta lisätä valuuttayksiköiden määrää osallistujien motivoimiseksi [8] .
Panoksen todistaminen mahdollistaa peliteoriaalgoritmien käytön keskittämisen torjumiseksi tehokkaasti [9] .

Haitat

Argumentit, jotka aiheuttavat huolta [4] :

Omistustodistus tarjoaa lisäkannustimen keräämään varoja samoihin käsiin, mikä voi johtaa verkon keskittämiseen [10] .
Jos muodostuu pieni ryhmä, joka keskittää riittävän suuria varoja, se pystyy asettamaan kryptovaluutan toiminnalle omat ehdot, joiden kanssa suurin osa vähemmistöosakkaista , jotka eivät hallitse väärentämistä , on eri mieltä [10] .

Toteutukset

Peercoin

Peercoin on "puhdas" panostodistusjärjestelmä siinä mielessä, että PoW:tä käytetään vain rahan tarjonnan alustavaan jakamiseen .

Lohkon sukupolvi

Peercoin-verkoston jäsenillä on mahdollisuus luoda lohko seuraavan ehdon mukaisesti :

hash(prevBlocksData,timeInSeconds,txout_{A})\leq d_{0}*kolikot(txout_{A})*timeweight(txout_{A})

$timeInSeconds$ — nykyinen aika, tässä epäyhtälössä rajoittaa hajautusyrityksiä ja estää seuraavan lohkon luomisen.

$txout_{A}$ on kaupan tulos.

$coins(txout_{A})$ — tapahtuman käyttämättömän kryptovaluutan määrä.

Jos sidosryhmällä on avain, joka ohjaa , se voi luoda lohkon käyttämällä avainta allekirjoituksena. Allekirjoitus toimii tässä tapauksessa todisteena ehdon täyttymisestä. Esimerkiksi osallistuja, joka omistaa 50 yksikköä kryptovaluuttaa, luo 10 kertaa todennäköisemmin uuden lohkon kuin osallistuja, joka omistaa 5 yksikköä. $txout_{A}$

$timeweight(txout_{A})$ on aika, joka on kulunut siitä, kun tapahtuman tulos sisällytettiin lohkoon . Todennäköisyys luoda seuraava lohko välittömästi edellisen luomisen jälkeen on hyvin pieni, mutta se kasvaa ajan myötä. Tämä välttää eksponentiaalisen jakautumisen maksujen välillä, mikä lisää osallistujien mahdollisuuksia hallussaan pienen määrän kryptovaluuttaa. $txout_{A}$

$prevBlocksData$ - edellisen lohkon tiedot.

Osallistujalla, joka omistaa merkittävän osan järjestelmän koko kryptovaluutasta, on mahdollisuus tuottaa merkittävä osa lohkoista, koska lohkon syntymisen todennäköisyys on verrannollinen hänen tilillään olevien kolikoiden määrään. Siksi kiinnostuneella osapuolella on aika ajoin mahdollisuus luoda peräkkäisten lohkojen ketjuja .

$d_{0}$ on vakio, joka säädetään siten, että lohkoja luodaan keskimäärin 10 minuutin välein.

CoA

CoA (toimintaketjut) perustuu osittain toiminnan osoituksen pääelementtiin , esimerkiksi aktiivisten osallistujien väliseen arpajaiseen seuraamalla satoshia (satoshi [11] on pienin yksikkö kryptovaluutta, esimerkiksi bitcoinille se on yhtä suuri kuin 0,00000001 BTC).

Follow-the-satoshi

Algoritmi, joka ottaa syötteeksi satoshi-kertoimen nollan ja liikkeessä olevien satoshien kokonaismäärän välillä. Sitten se kysyy lohkosta, jossa tämä satoshi on tuotettu, ja seuraa sen läpikäymiä tapahtumia, kunnes se löytää osallistujan, joka pystyy tällä hetkellä käyttämään sen. Esimerkiksi jos Alicella on 6 satoshia ja Bobilla 2, niin Alice valitaan 3 kertaa todennäköisemmin jonkun satoshin seuraavaksi omistajaksi kuin Bob .

Protokollaparametrit

Jäsenten lukumäärä ryhmässä, joka luo seuraavat lohkot $w\geq 1$
Tämän ryhmän tuottamien kryptovaluuttayksiköiden määrä $2^k$
Tämän ryhmän luomien lohkojen määrä $l=k*w$
Toiminto $h:\{0,1\}^{l}\rightarrow \{0,1\}^{k}$
Minimiaika lohkon luomisen välillä $G_{0}$
Minimi omistusosuus $C_{0}$
Palkinto : $C_{1}$ $0\leq C_{1}\leq C_{0}$

CoA-lohkojen luontiprosessi muodostaa lohkoketjun, joka koostuu peräkkäisten lohkojen ryhmistä : $l$

\alleviivaus {\neliö \neliö ...\neliö } _{l},\alleviivaus {\neliö \neliö ...\neliö } _{l},\aliviiva {\square \square ...\ neliö } _{l}...

Protokollasäännöt

protokollasäännöt :

Jokainen uusi lohko on yhden osallistujan luoma
Jokainen uusi lohko liittyy tiivisteen ensimmäiseen bittiin. $B_{i}$ $b_{i}$ $hash(B_{i})$
Kahden lohkon välinen aikaväli ei saa olla pienempi kuin . Tämä tarkoittaa, että jos osallistujat luovat seuraavat 4 lohkoa , ja välillä ja on oltava vähintään aikaväli $B_{i}$ $B_j$ ${\displaystyle \left|ji-1\right|*G_{0))$ $B_{i},B_{i+1},B_{i+2},B_{i+3}$ $A_{i},A_{i+1},A_{i+2},A_{i+3}$ $B_{i+3}$ $B_{i}$ ${\displaystyle 2G_{0))$
Lohkojen ryhmän luomisen jälkeen verkkosolmut muodostavat -bittisen alkutilan (englanninkielinen siemen) , jossa ovat syöttöarvot $l$ $B_{i},B_{i+1},B_{i+2},B_{i+3}$ $k$ $S^{B_{il}}=\sum _{j=1}^{l}b_{ij}$ $b_{{ij}}$
Seuraavaksi alkutilaa (englanninkielinen siemen) käytetään määrittämään identiteetit, joita käytetään seuraavien omistajien määrittämiseen Follow-the-satoshi- algoritmin avulla . $S^{B_{il))$ $l$
Jos vastaanotettua satoshia ei käytetä, omistaja on velvollinen antamaan ylimääräisen allekirjoituksen, joka todistaa vähintään kryptovaluutan yksiköiden omistajuuden, muuten osallistuja ei voi luoda uutta lohkoa. ${\displaystyle c<C_{0))$ $C_{0}-c$

Dense-CoA

Tiheä-CoA on CoA:n vaihtoehtoinen toteutus, jossa ketjun seuraavat lohkot muodostavat osallistujat eivät ole tiedossa etukäteen. CoA:ssa lohkon luo yksi osallistuja, ja Dense-CoA:ssa kunkin lohkon luo osallistujaryhmä: $l$

${\begin{matrix}{\begin{aligned}l{\begin{cases}&\bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \\&\bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \\&\ bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \\&\ \vdots \qquad \vdots \qquad \vdots \\&\bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \end{cases}} \\qquadrow \\\neliö \neliö \neliö \neliö \neliö \neliö \end{aligned}}\end{matrix}}$

Antaa olla peruuttamaton funktio . Liitä lohko alkutilaan (englanninkielinen siemen) , jonka muodostaa tämän lohkon luonut osallistujaryhmä. Osallistuja , joka päättää, mitkä tapahtumat menevät seuraavaan lohkoon , määritetään käyttämällä follow-the-satoshi- algoritmia , jossa syötteenä on hash-funktio . Loput osallistujat määritetään samalla algoritmilla, mutta syötearvo on , jossa . $h:\{0,1\}^{n}\rightarrow \{0,1\}^{n}$ $B_{i-1}$ $S^{B_{i-1))$ $l$ $A_{l}$ $B_{i}$ $hash(i,l,S^{B_{i-1)))$ ${\displaystyle A_{1},A_{2},...,A_{l-1))$ $hash(i,l,S^{B_{j-1)))$ $j\in {1,2,...,l-1}$

Seuraavaksi valitut osallistuvat lohkon luomisprosessiin , joka koostuu kahdesta vaiheesta: ${\displaystyle A_{1},A_{2},...,A_{l-1))$ $B_{i}$

Jokainen osallistuja , jossa , valitsee satunnaisen salaisen arvon $A_{j}$ ${\displaystyle j\in {1,2,...,l))$ ${\displaystyle R_{j}\in \{0,1\}^{n))$
Jokainen osallistuja allekirjoittaa viestin ja lataa allekirjoituksensa ja prototyyppinsä verkkoon. $M{\stackrel {\mathrm {def} }{=}}h(R_{1})\circ h(R_{2})\circ ...\circ h(R_{l})$ $sign_{S_{kj}}(M)$ ${\displaystyle R_{j))$

Osallistuja allekirjoittaa ja lataa lohkon verkkoon . Lohko sisältää: tapahtumat, edellisen lohkon tiivisteen , nykyisen aikaleiman, esikuvat ja kaikkien allekirjoitusten kokoelman . Osallistujat käyttävät funktiota kuvien laskemiseen . Näitä kuvia käytetään saamaan . Seuraavaksi allekirjoituksen kelpoisuus tarkistetaan osallistujien julkisiin avaimiin . $A_{l}$ $B_{i}$ $B_{i-1}$ $l$ ${\displaystyle R_{1},R_{2},...,R_{l))$ ${\hat {s}}(M)=\{sign_{S_{kj}}\}_{j=1}^{l}(M)$ $h$ $h(R_{1}),h(R_{i}),...,h(R_{l})$ $M$ ${\näyttötyyli {\hattu {s}}(M)}$ ${\displaystyle pk_{1},pk_{2},...,pk_{l))$ ${\displaystyle A_{1},A_{2},...,A_{l))$

Kryptovaluutan alkujakelu

Kryptovaluutalle, joka ei käytä todistetta työstä, on yksi yksinkertainen tapa jakaa rahaa osallistujien kesken, joilla on ICO . Tässä tapauksessa viitataan kuitenkin siihen, että aluksi koko valuutta on yhden osapuolen hallinnassa, mikä vaikeuttaa hajauttamisprosessia. Monissa panostodistusta käyttävissä kryptojärjestelmissä tämä ongelma ratkaistaan käyttämällä PoW:tä luomaan aluksi kryptovaluutta, joka kiertää järjestelmässä tulevaisuudessa. Näin ollen kryptovaluuttayksiköiden alkukustannukset määräytyvät niiden tuotantokustannusten perusteella .

Kritiikki

Jotkut kirjoittajat väittävät, että panoksen osoittaminen ei ole ihanteellinen hajautettua konsensusprotokollaa varten [12] .

Mitään ei ole vaakalaudalla

"Ei mitään vaakalaudalla" -ongelma on, että konsensusvirheen sattuessa lohkogeneraattorit eivät menetä mitään äänestämällä useita ketjun jalkoja. Tämä estää yksimielisyyden saavuttamisen koskaan [12] .

Tuplakulutus

Koska ketjuttaminen on vähän resursseja (toisin kuin PoW-järjestelmät), kuka tahansa voi väärinkäyttää ongelmaa yrittämällä tuplata kulutuksen "ilmaiseksi" [12] .

Ongelmanratkaisuvaihtoehdot

Käytännössä projektit ratkaisivat nämä ongelmat eri tavoin:

Ethereumin tarjoaman Slasher-protokollan avulla käyttäjät voivat "rangaista" huijareita, jotka toimivat useamman kuin (kuin) ketjun yhden haaran päässä [13] . Tämä vaihtoehto edellyttää, että sinun on allekirjoitettava kaksoisallekirjoitus uuden ketjun haaran luomiseen ja että sinua voidaan rangaista, jos luot haaran vahvistamatta panosta. Slasher-protokollaa ei kuitenkaan koskaan hyväksytty. Ethereumin kehittäjät tulivat siihen tulokseen, että todiste panoksesta tässä tapauksessa ei ole triviaali [14] . Sen sijaan Ethereum kehitti Ethash-protokollan käyttämällä PoW:tä [15] .
Peercoin käyttää tarkistuspisteitä, jotka on allekirjoitettu kehittäjän yksityisellä avaimella . Tästä johtuen lohkoketjun uudelleenorganisointi ei ole mahdollista ennen viimeistä tarkistuspistettä. Tässä tapauksessa kompromissi on, että Peercoinin kehittäjä on keskusviranomainen, joka hallitsee lohkoketjua [4] .
Nxt - protokollan avulla voit järjestää uudelleen viimeiset 720 lohkoa. Tämä kuitenkin vain vääristää ongelmaa: asiakas voi seurata 721-lohkohaarukkaa riippumatta siitä, onko se pisin ketju. [16] .
Decred -protokollan hybridi PoS- ja PoW-algoritmi . Tässä tapauksessa käytetään panoksen todistetta, joka riippuu PoW-algoritmin aikaleimasta, jota ehdotetaan kutsuttavaksi "Proof-of-Activity" (Proof of-Activity), jossa todisteiden ongelma ratkaistaan käyttämällä toinen todistusmekanismi - PoW [17] .

Muistiinpanot

↑ Omistustodistus. "Proof-of-stake Algorithmic Methods: A Comparative Summary". Arkistoitu 23. syyskuuta 2020 Wayback Machine Social Science Research Networkiin (SSRN). 11-03-2018.
↑ Todiste toiminnasta: Bitcoinin työtodisteen laajentaminen panostodistuksen avulla . Haettu 24. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 17. lokakuuta 2017. (määrätön)
↑ 1 2 3 PPCoin: Peer-to-Peer kryptovaluutta, jossa on panostodistus (downlink) . Haettu 24. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 11. joulukuuta 2017. (määrätön)
↑ Yhdistäminen aktivoitiin Ethereum-verkossa. Blockchain siirtyi PoS:ään (englanniksi) . forklog (15. syyskuuta 2022). Käyttöönottopäivä: 17.9.2022.
↑ 1 2 Karl Whelan. Perustelut kryptovaluuttojen suojausmenetelmistä . 11.6.2011 (englanniksi) forbes.com (20.11.2013). Haettu 1. syyskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 8. elokuuta 2017. (määrätön)
↑ Blockchain sadaqa -mekanismi katastrofiavun joukkorahoitukseen . Haettu 24. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 25. joulukuuta 2017. (määrätön)
↑ 1 2 Vitalik Buterin. Todiste vaarnan suunnittelufilosofiasta . Haettu 24. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 10. maaliskuuta 2021. (määrätön)
↑ Pos vs Pow . steemit.com. Haettu 24. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 25. joulukuuta 2017. (määrätön)
↑ 1 2 Andrew Poelstra. Hajautettu konsensus panoksen todistamisessa ei ole mahdollista. (englanniksi) . wpsoftware.net (28.5.2014). Haettu 23. syyskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 3. toukokuuta 2018.
↑ Satoshi . fi.bitcoin.it. Haettu 23. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 23. joulukuuta 2017. (määrätön)
↑ 1 2 3 Todistus aktiivisuudesta: Bitcoinin työtodistuksen laajentaminen panostodistuksen avulla . (määrätön)
↑ Slasher: Punitive Proof-of-stake Algorithm . Ethereum-blogi (15. tammikuuta 2014). Haettu 11. elokuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 8. huhtikuuta 2018. (määrätön)
↑ Slasher Ghost ja muut edistykset vaarnan todistamisessa . Ethereum-blogi (3. lokakuuta 2014). Haettu 11. elokuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 2. tammikuuta 2018. (määrätön)
↑ Wood, Gavin Ethereum: Turvallinen hajautettu yleinen tapahtumakirja . - "Ethash on suunniteltu PoW-algoritmi Ethereum 1.0:lle". Käyttöpäivä: 23. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 18. helmikuuta 2015. (määrätön)
↑ Nxt Whitepaper: History Attack (downlink) . nxtwiki . Haettu 2. tammikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 3. helmikuuta 2015. (määrätön)
↑ Bentov I., Gabizon A., Mizrahi A. Kryptovaluutat ilman työtodistusta. // arXiv Cryptography and Security.. - 2015. Arkistoitu 6. maaliskuuta 2016.

Kryptovaluutat
PoW perustuu SHA-2 :een	bitcoin bitcoin käteistä nimikolikko
PoW perustuu Scryptiin	auroracoin Dogecoin Litecoin
PoW perustuu CryptoNoteen	Bytecoin Monero
Muut PoW-algoritmit	Dash Ethereum Classic peercoin primecoin
PoS- algoritmit	Bitshares Cardano EOS.IO Ethereum Everscale gramma Tezos TRON aallot
Muut tekniikat	Burstcoin emercoin GNU Taler Gridcoin IOTA Mastercoin NEM NEO NXT OmiseGO XRP (Ripple) XLM (tähti) TON Lieka Zcash
liittyvät aiheet	Hodl ICO NFT (ei vaihdettava merkki) Web3 Vaihtoehtoinen valuutta Blockchain Virtuaalinen valuutta kaksinkertainen kulutus Rajoitettu luottamus toiminnasta todistus työstä Todistus panoksesta Krypto-anarkismi Crypto Valley Kaivostoiminta Online-digitaalinen valuutanvaihtopalvelu Kryptovaluuttojen oikeudellinen järjestelmä Bitcoinin skaalautuvuusongelma Kryptovaluuttakupla Älykäs sopimus vakaa kolikko Token (kryptovaluutta) Tokensale Taonta Digitaalinen valuutta Sähköinen raha