Криптовалютная индустрия стремительно развивается, а вместе с ней эволюционируют и методы обеспечения эффективности и безопасности работы блокчейнов. Майнинг играет ключевую роль в функционировании криптосетей, обеспечивая их децентрализацию и устойчивость. Однако традиционный метод Proof-of-Work (PoW) сталкивается с рядом проблем, включая высокое энергопотребление, централизованный характер добычи и ограниченную масштабируемость. В связи с этим индустрия ищет альтернативные решения, такие как Proof-of-Stake (PoS) и другие новые консенсусные алгоритмы в блокчейне. Цель данной статьи — рассмотреть тенденцию по переходу сетей от Proof-of-Work к Proof-of-Stake, проанализировать преимущества и недостатки различных алгоритмов консенсуса и оценить будущее майнинга криптовалют.

Что такое Proof-of-Work (PoW) и его роль в майнинге

Proof-of-Work — это механизм консенсуса, при котором майнеры выполняют сложные вычисления для подтверждения транзакций и добавления блоков в блокчейн. Данный метод обеспечивает высокий уровень безопасности, однако требует значительных вычислительных ресурсов. Первой криптовалютой, использующей PoW, стал Bitcoin (BTC), запущенный в 2009 году Сатоши Накамото. Биткоин доказал эффективность этого метода для обеспечения высокого уровня децентрализации, однако с ростом популярности столкнулся с проблемами низкой масштабируемости, высокого энергопотребления и рисками централизации майнинга в крупных пулах. Это побудило индустрию искать альтернативы Proof-of-Work в майнинге.

Преимущества PoW

• Высокая степень защищенности. Она достигается за счет высокой сложности вычислительных задач, что делает атаки экономически невыгодными. Децентрализованный характер системы и механизм подтверждения работы обеспечивают защиту от взломов и любых других преступных попыток нарушить целостность сети.
• Сопротивляемость атакам, таким как атака 51%. Для успешной атаки злоумышленникам необходимо контролировать более 50% вычислительной мощности блокчейна, что требует огромных финансовых и энергетических затрат. 

Недостатки PoW

• Влияние майнинга на окружающую среду из-за огромного потребления энергии. Согласно аналитическим данным, глобальный майнинг биткоина ежегодно потребляет около 120–140 ТВт⋅ч электроэнергии, что сопоставимо с энергопотреблением небольших государств. Основная проблема заключается в том, что значительная часть этой энергии поступает из невозобновляемых источников, что приводит к большим выбросам CO₂. Однако появляется все больше инициатив по использованию возобновляемых источников энергии для майнинга, такие как гидроэлектростанции и солнечные фермы, что снижает углеродный след индустрии. К слову, внедрение этих инициатив идет активными темпами.
• Централизация майнинга. Это связано с тем, что оборудование для добычи становится все более дорогостоящим. По данным TheMinerMag, с января по сентябрь 2024 года манинговые компании вложили около $3,49 млрд в основные средства, включая оборудование для добычи монет и модернизацию инфраструктуры. Таким образом, за первые три квартала 2024 года инвестиции уже превысили показатели 2023 года более чем в 2,5 раза. Высокая стоимость такого оборудования делает его недоступным для обычных пользователей, оставляя преимущество за крупными техническими корпорациями и майнинговыми фермами, которые могут позволить себе масштабные инвестиции в вычислительные мощности, а также доступ к дешевой электроэнергии.
• Ограниченная масштабируемость. Биткоин способен обработать всего около 7 TPS. Ограниченная пропускная способность связана с фиксированным размером блока и средним временем создания блока (10 минут). Разработчики пытаются устранить эту проблему с помощью решений второго уровня, таких как Lightning Network, позволяющих проводить быстрые и дешевые платежи вне основной цепи блокчейна.

Переход к новым консенсусным алгоритмам

Развитие криптовалютных технологий требует более эффективных и экологичных решений. Основные цели новых алгоритмов:

• Повышение энергоэффективности с помощью новых алгоритмов консенсуса.
• Внедрение более экологичных методов добычи монет.
• Улучшение масштабируемости блокчейна с новыми алгоритмами и снижение комиссий.

Обзор современных алгоритмов консенсуса в блокчейне 

Как работает Proof-of-Stake в криптовалютах? 

В отличие от PoW, где необходимо решать сложные вычислительные задачи, PoS основывается на количестве токенов, находящихся во владении пользователя. Роль майнеров в новых сетях с алгоритмом PoS выполняют валидаторы. Упрощение процесса добычи снижает энергозатраты и делает блокчейн более устойчивым. В сравнении Proof-of-Work и Proof-of-Stake, PoS подвержен большему риску централизации, так как крупные держатели монет могут получить больший контроль над сетью. Примеры криптовалют, применяющих PoS: Ethereum 2.0, Cardano (ADA), Tezos (XTZ), Polkadot (DOT), Algorand (ALGO).

Другие альтернативы Proof-of-Work в майнинге 

Delegated Proof-of-Stake (DPoS) — позволяет пользователям голосовать за делегатов, которые будут подтверждать транзакции. Используется в таких сетях, как EOS и TRON (TRX). DPoS позволяет существенно повысить скорость за счет упрощения цепочки валидации. 

Proof-of-Authority (PoA) — это механизм консенсуса, используемый в корпоративных и частных блокчейнах, где небольшое количество доверенных узлов получает право валидировать транзакции. Это обеспечивает высокую скорость обработки операций, но несколько снижает уровень децентрализации.

Proof-of-History (PoH) — применяется в Solana (SOL) и предназначен для повышения эффективности подтверждения транзакций. В основе PoH лежит концепция хронометрической отметки: каждая транзакция получает метку времени, что упрощает процесс ее валидации узлами сети. Это позволяет Solana достигать скорости более 65 000 TPS, что значительно превосходит возможности традиционных блокчейнов.

Proof-of-Capacity (PoC) — модель, при которой майнеры используют свободное место на жестких дисках для хранения возможных решений криптографических задач. В отличие от PoW, где используется мощность процессоров и видеокарт, PoC требует значительных объемов памяти. Это делает майнинг более энергоэффективным и доступным для пользователей с обычными жесткими дисками. Применяется, например, в Burstcoin (BURST).

Proof-of-Burn (PoB) — алгоритм, в котором пользователи сжигают (безвозвратно уничтожают) часть своей криптовалюты для получения права на майнинг. Чем больше монет сожжено, тем выше вероятность быть выбранным для добавления блока. Это снижает инфляцию и стимулирует долгосрочное участие. 

Proof-of-Elapsed Time (PoET) — механизм консенсуса, использующий случайный выбор узлов для валидации. Узлы «засыпают» на случайный промежуток времени, и тот, кто просыпается первым, получает право записать новый блок. Подобный рандомный принцип снижает нагрузку на сеть и не требует больших вычислительных мощностей. 

Влияние новых алгоритмов на индустрию

Энергоэффективность и экологические преимущества

• Снижение энергопотребления в блокчейнах достигается за счет перехода на алгоритмы консенсуса с меньшими вычислительными затратами. Например, после перехода Ethereum на Proof-of-Stake энергопотребление сети снизилось на 99,95%, что позволило значительно уменьшить нагрузку на окружающую среду.
• Использование экологичных методов майнинга является одним из основных преимуществ новых алгоритмов консенсуса. Индустрия активно развивает экологичные методы майнинга, включая использование солнечной и ветровой энергии. Майнинговые фермы начинают применять энергоэффективные технологии охлаждения, такие как иммерсионное охлаждение, снижающее затраты на электроэнергию и увеличивающее срок службы оборудования. Также развивается практика утилизации тепла от майнинговых установок, используемого для обогрева жилых и промышленных помещений.
• Уменьшение углеродного следа. В результате всех этих инициатив по развитию экологичных методов майнинга криптовалют, по данным 2024 года, доля возобновляемых источников в криптомайнинге выросла до 57%, а общий углеродный след индустрии снизился на 20% по сравнению с 2021 годом.

Масштабируемость блокчейна с новыми алгоритмами

• Обработка большего числа транзакций. Примеры криптовалют с новыми алгоритмами консенсуса демонстрируют беспрецедентную пропускную способность. Современные сети на основе Proof-of-Stake и гибридных алгоритмов (например, Avalanche, Solana и Algorand) способны обрабатывать от 1 000 до 50 000 TPS, что значительно превосходит традиционные сети на PoW. 
• Снижение комиссий. В сетях, работающих на PoS, средний размер комиссии значительно ниже, чем в PoW-блокчейнах. Например, в сети Эфириума после перехода на PoS комиссии снизились в несколько раз, а в таких блокчейнах, как Solana и Algorand, комиссии составляют всего несколько центов.
• Ускоренное время подтверждения блоков. В сетях с альтернативными алгоритмами консенсуса подтверждение блоков происходит значительно быстрее, чем в PoW-сетях. Например, среднее время формирования блока в Solana составляет около 0,4 секунды, в Algorand — 4,5 секунды, тогда как в Биткоине оно достигает 10 минут. Это позволяет ускорить обработку транзакций и повысить эффективность использования блокчейна в реальных приложениях.
• Улучшенная поддержка смарт-контрактов и DeFi-платформ достигается благодаря высокой пропускной способности, сниженным комиссиям и механизму финализации транзакций, который позволяет быстро подтверждать операции. В таких сетях, как Ethereum, Solana и Avalanche, смарт-контракты выполняются быстрее и с меньшими затратами, что делает блокчейн более привлекательным для децентрализованных финансовых решений. Дополнительно, механизмы шардинга и Layer2-решения позволяют распределять нагрузку между узлами, обеспечивая более высокую эффективность работы DeFi-приложений.

Безопасность блокчейна при новых алгоритмах

В процессе майнинга без использования Proof-of-Work применяются дополнительные меры безопасности для достижения устойчивости:

• Экономические стимулы для предотвращения атак. Валидаторы получают вознаграждение за честную работу и могут терять стейк при нарушениях.
• Риски централизации владения токенами и механизмы их нивелирования. Крупные держатели могут получать больше влияния, что решается механизмами случайного выбора валидаторов.
• Использование гибридных систем безопасности, комбинирующих разные механизмы консенсуса.

Будущее майнинга и консенсусных алгоритмов

Переход индустрии к новым алгоритмам консенсуса продиктован потребностью в снижении энергопотребления, повышении безопасности и масштабируемости. Тенденции развития майнинга криптовалют демонстрируют продолжение исследований в области усовершенствования механизмов консенсуса и создания гибридных моделей, направленных на достижение этих целей. 

Заключение

Эволюция майнинга криптовалют привела к переходу большинства сетей на Proof-of-Stake и другие альтернативные алгоритмы. Развитие децентрализации и новых консенсусных механизмов открывает перспективы для роста индустрии и появления инновационных решений. В ближайшие годы ожидается продолжение тестирования и создания новых гибридных решений, которые улучшат масштабируемость блокчейна с новыми алгоритмами и повысят его энергоэффективность. 

Спасибо за внимание к нашей статье. Инвестируйте безопасно и выгодно!

AnyExchange — обменник, через который вы можете конвертировать популярные криптовалюты по самому выгодному курсу валют. На нашей платформе также доступны быстрые и анонимные денежные переводы по всему миру.