Waarom is het strafbaar voor een voetballer van Ajax om geld in te zetten op een Ajax-wedstrijd? Waarom mag een student zichzelf geen cijfer geven? En waarom mag een slager zijn eigen vlees niet keuren? Juist, omdat er sprake is van eigen belang. In al deze voorbeelden zijn mensen stakeholder in de beschreven situatie, waardoor zij er het beste voor zichzelf willen uithalen. Dit principe zien we in veel aspecten van de maatschappij terugkomen, maar ook in het cryptocurrency consensus mechanisme proof-of-stake. Er wordt bij proof of stake voor gezorgd dat mensen handelen ten gunste van het netwerk vanwege hun eigenbelang. Net zoals er nu voor jouw eigenbelang is om dit artikel te lezen!
Key takeaways
- PoS vereist dat mensen een belang (stake) hebben in het netwerk in ruil voor zeggenschap in het netwerk.
- Proof of stake selecteert validators op pseudo-willekeurige basis, waarna zij een blok mogen creëren.
- Je ontvangt passief inkomen over waarde die je in het netwerk opslaat.
- PoS verspilt nauwelijks energie.
- In netwerk waar veel onenigheid is, is PoS een slecht mechanisme.
Wat is proof of stake?
Proof of stake is een consensus mechanisme dat het principe van eigenbelang gebruikt als bewijs voor validiteit van blokken in de blockchain.
Proof of stake (PoS) werd in 2011 voor het eerst voorgesteld als alternatief op het proof-of-work consensus mechanisme. Het idee was zelfs om de problemen waarmee proof of work kampte op te lossen. Denk hierbij vooral aan het energie-inefficiënte gebruik en het gevaar van centralisatie die bij proof of work spelen. Het PoS-mechanisme wil consensus in een blockchain bereiken door middel van digitale verkiezingen. Hierin bewijzen computers dat zij een bepaald belang (stake) hebben in het netwerk. Enkele blockchains die met het proof-of-stake consensus mechanisme werken zijn Ethereum 2.0, Tezos, NEO, Cosmos en VeChain.
Hoe werkt proof of stake?
Het proof of stake consensus mechanisme werkt op basis van stemrecht dat mensen vergaren door een bepaald belang in het netwerk te kopen.
Allereerst kun je heel gemakkelijk mee doen als node in een proof-of-stake netwerk. Door een bepaald belang (stake) in het netwerk te hebben, krijg je stemrecht. Dit belang toon je aan door een bepaalde hoeveelheid van de betreffende munt in een digitale kluis vast te zetten. Dit staat ook wel bekend als staking, of minting. De gedachte hierachter is dat hoe groter je stake is, des te kleiner je motivatie is om fraude te plegen. Ook is het goed om te weten dat iedere PoS-blockchain hier zijn eigen regels en methoden bij kan gebruiken. In dit artikel zullen we de principes van proof of stake uitleggen.
Verder gebruikt proof of stake geen miners gebruikt, maar validators. Validators minen ook geen blokken, maar zij forgen blokken. Het mechanisme kiest middels een pseudo-willekeurige verkiezing validators. Iedere node in het netwerk doet hieraan mee en maakt dus kans om validator te worden. Zoals aangegeven is dit proces niet volledig willekeurig. Sommige nodes hebben namelijk meer kans om gekozen te worden dan andere nodes. Aanvankelijk koos een PoS consensus mechanisme nodes puur op basis van de hoeveelheid die zij hadden vastgezet. Echter, omdat deze hoeveelheid openbaar is, kon men vrij goed voorspellen welke node de volgende validator zou worden.
Daarom zijn in de loop van de tijd meerdere factoren hierin een rol gaan spelen. Een aantal van die factoren zijn vaak de hoeveelheid tijd dat de munten gestaked worden (staking age), willekeur en de hoeveelheid munten die een bepaalde node heeft vastgezet. Een aantal blockchains proof-of-stake-blockchains bouwen mechanismen in die ervoor zorgen dat de macht in het netwerk niet te gecentraliseerd wordt. Mechanismen als coin age selection en randomised block selection voorkomen dat mensen die het langst staken of mensen met de hoogste stakes altijd de validators zijn. En daarmee degenen zijn die de transacties valideren en blokken toevoegen.
Nadat een node eenmaal geselecteerd is om validator van het volgende blok te worden, zal deze het blok forgen. Dat houdt in dat de validator de transacties in het blok controleert op validiteit, een digitale handtekening op dit blok zet en het toevoegt aan de blockchain. De reward die de validator hiermee verdient is de som van de transactie fees die gemoeid gaan met de transactie in dat specifieke blok. Er dus geen sprake van een block reward, zoals bij proof of work.
Op het moment dat een node niet meer wil deelnemen aan het netwerk kan deze zijn/haar stake en de inmiddels verdiende transactie fees ontgrendelen. Echter, de node zal wel even moeten wachten op zijn/haar geld. De blockchain zal namelijk eerst checken of de betreffende node geen frauduleus gedrag vertoond heeft in het netwerk. Mocht dit het geval zijn, vernietigt de blockchain (een deel van) het geld van de node. Bovendien zal deze node in de toekomst niet meer mogen meedoen met het staken.
Wat zijn de voordelen van proof of stake?
Het meest bekende voordeel van het proof-of-stake consensus mechanisme is dat het nauwelijks energie gebruikt. Bij het bereiken van consensus komen geen complexe berekeningen kijken. Hierdoor kunnen tevens blokken sneller gecreëerd worden, wat tot gevolg heeft dat PoS-blockchains vaak sneller transacties verwerken dan PoW-blockchains.
Verder zijn PoS-blockchains meer gedecentraliseerd dan bijvoorbeeld PoW-blockchains. Dit komt onder andere door de lage instapdrempel om mee te doen aan het staking-proces. Iedereen die zijn/haar munten in een digitale kluis stopt, doet in principe mee. Ook verdient diegene daar ook een soort dividend mee. De transactie fees die in het netwerk worden betaald, worden namelijk gedistribueerd naar de validators in het netwerk. Validators hebben dus niet alleen een stimulans om het netwerk veilig te houden, maar ook een financiële stimulans. Ze kunnen er immers passief inkomen mee verdienen.
PoS onderhoudt dus het evenwicht tussen stimulans om deel te nemen en het beperken van mogelijkheden om te veel macht te grijpen. Voor veel verschillende mensen is het namelijk aantrekkelijk om in een PoS-blockchain deel te nemen. Maar tegelijkertijd zorgen eventuele toepassingen van mechanismen als coin age selection en randomised block selection ervoor dat de macht niet per se in handen komt van de rijkste en langst gevestigde nodes.
Daarnaast is de kans op een 51%-attack bij proof of stake zeer klein. De aanvaller heeft bij zo een aanval op een PoS-blockchain immers meer dan de helft van de gestakete waarde nodig. Allereerst is dat, afhankelijk van de grootte van het netwerk, een enorm grote investering. Maar nog belangrijker is dat het belang van de beoogde fraudeur gigantisch is. Het bedrag dat door de fraudeurs is geïnvesteerd zal dus (grotendeels) verdampen als het netwerk wordt aangevallen.
Ten slotte is een bijkomend voordeel van het verdiende “dividend” en het ontbreken van block rewards een positief effect op de prijs van de onderliggende munt. Dit komt enerzijds omdat mensen minder snel willen verkopen door de deels weggenomen verkoopdruk. Ze verdienen er immers passief inkomen mee. Anderzijds zal er een positief effect op de prijs bestaan omdat de ontbrekende block rewards betekenen dat het aanbod over het algemeen minder hard toeneemt.
Wat zijn de nadelen van proof of stake?
Het gegeven dat proof-of-stake blockchains over het algemeen niet op wiskundige basis en niet tegen geleverde arbeid munten creëren, ziet men regelmatig als nadeel. Munten worden in die zin dus kosteloos geproduceerd en zijn daardoor in principe speculatiever van aard. Aan de andere kant: de betreffende munten, ook wel tokens, hebben vaak andere functies in de betreffende blockchain (en soms daarbuiten) waardoor er wel intrinsieke vraag naar is. Let hierbij op dat creatie van tokens niet in elk PoS-netwerk plaatsvindt.
Een ander nadeel is dat de rijkste en/of langst stakende node het vaakst gekozen wordt als validator en dus veel macht krijgt over de te valideren transacties. Echter, veel proof-of-stake blockchains hebben dit probleem weten op te lossen door mechanismen als coin age selection en randomised block selection toe te passen.
Ten slotte is een fork bij proof of stake gevaarlijker dan bij proof of work. Met een fork wordt een situatie bedoeld waarin onenigheid ontstaat binnen de blockchain. Hierbij ontstaat tevens een splitsing van de huidige blockchain, die vervolgens als twee blockchains verdergaat. Deze onenigheid kan bijvoorbeeld ontstaan door een 51%-attack. Maar de theorie die vooral beweert dat een fork in PoS gevaarlijk is, is de nothing-at-stake theorie.
Conclusie
De menselijk psychologie is hetgeen dat gebruikt wordt in het proof-of-stake consensus mechanisme om overeenstemming in blockchains te bereiken. Meer specifiek gaat proof-of-stake over het principe dat mensen uit eigen belang handelen. Door het eigen belang (stake) te koppelen aan het belang van het netwerk, zullen mensen indirect bevorderlijk handelen jegens het netwerk.
De grote voordelen van PoS zijn dat er nauwelijks sprake is van energieverspilling, het sneller transacties verwerkt, er meer ruimte is voor decentralisatie, en mensen in het netwerk een stimulans hebben om de onderliggende token niet te verkopen. Genoemde nadelen zijn dat de tokens out of thin air worden geproduceerd, de macht in principe kan worden gedreven naar de rijkste entiteit in het netwerk en dat een eventuele fork in PoS gevaarlijker is dan in PoW. Tegenover alle nadelen komt hetzelfde punt altijd terug: de kans op fraude is zeer klein omdat mensen zullen handelen uit eigen belang (stake).
Concluderend stellen we dat het proof-of-stake consensus mechanisme een goed doordacht consensus mechanisme is. Het is ideaal voor kleinere blockchains en blockchains die sneller willen opschalen. Wat betreft eventuele instabiliteit binnen de gemeenschap van nodes in het netwerk, is waakzaamheid geboden. Als deze het regelmatig oneens zijn, is het voor die blockchains waarschijnlijk nog te vroeg om het proof-of-stake consensus mechanisme te hanteren.
In deze video legt Binance Academy het concept van proof of stake uit: