Криптовалютна індустрія стрімко розвивається, а разом з нею еволюціонують і методи забезпечення ефективності та безпеки роботи блокчейнів. Майнінг відіграє ключову роль у функціонуванні криптомереж, забезпечуючи їхню децентралізацію та стійкість. Однак традиційний метод Proof-of-Work (PoW) стикається з низкою проблем, включно з високим енергоспоживанням, централізованим характером видобутку та обмеженою масштабованістю. У зв’язку з цим індустрія шукає альтернативні рішення, такі як Proof-of-Stake (PoS) та інші нові консенсусні алгоритми в блокчейні. Мета цієї статті — розглянути тенденцію щодо переходу мереж від Proof-of-Work до Proof-of-Stake, проаналізувати переваги та недоліки різних алгоритмів консенсусу та оцінити майбутнє майнінгу криптовалют.

Що таке Proof-of-Work (PoW) і його роль у майнінгу

Proof-of-Work — це механізм консенсусу, за якого майнери виконують складні обчислення для підтвердження транзакцій і додавання блоків у блокчейн. Цей метод забезпечує високий рівень безпеки, однак вимагає значних обчислювальних ресурсів. Першою криптовалютою, що використовує PoW, став Bitcoin (BTC), запущений 2009 року Сатоші Накамото. Біткоїн довів ефективність цього методу для забезпечення високого рівня децентралізації, однак зі зростанням популярності зіткнувся з проблемами низької масштабованості, високого енергоспоживання і ризиками централізації майнінгу у великих пулах. Це спонукало індустрію шукати альтернативи Proof-of-Work у майнінгу.

Переваги PoW

• Високий ступінь захищеності. Він досягається завдяки високій складності обчислювальних завдань, що робить атаки економічно невигідними. Децентралізований характер системи й механізм підтвердження роботи забезпечують захист від зломів і будь-яких інших злочинних спроб порушити цілісність мережі.
• Опірність атакам, таким як атака 51%. Для успішної атаки зловмисникам необхідно контролювати понад 50% обчислювальної потужності блокчейну, що вимагає величезних фінансових та енергетичних витрат. 

Недоліки PoW

• Вплив майнінгу на навколишнє середовище через величезне споживання енергії. Згідно з аналітичними даними, глобальний майнінг біткоїна щорічно споживає близько 120-140 ТВт⋅год електроенергії, що можна порівняти з енергоспоживанням невеликих держав. Основна проблема полягає в тому, що значна частина цієї енергії надходить з невідновлюваних джерел, що призводить до великих викидів CO₂. Однак з’являється дедалі більше ініціатив щодо використання відновлюваних джерел енергії для майнінгу, як-от гідроелектростанції та сонячні ферми, що знижує вуглецевий слід індустрії. До слова, впровадження цих ініціатив йде активними темпами.
• Централізація майнінгу. Це пов’язано з тим, що обладнання для видобутку стає продовжує дорожчати. За даними TheMinerMag, із січня до вересня 2024 року майнінгові компанії вклали приблизно $3,49 млрд в основні засоби, включно з обладнанням для видобутку монет і модернізацією інфраструктури. Таким чином, за перші три квартали 2024 року інвестиції вже перевищили показники 2023 року більш ніж у 2,5 раза. Висока вартість такого обладнання робить його недоступним для звичайних користувачів, залишаючи перевагу за великими технічними корпораціями й майнінговими фермами, які можуть дозволити собі масштабні інвестиції в обчислювальні потужності, а також доступ до дешевої електроенергії.
• Обмежена масштабованість. Біткоїн здатний обробити всього близько 7 TPS. Обмежена пропускна здатність пов’язана з фіксованим розміром блоку і середнім часом створення блоку (10 хвилин). Розробники намагаються усунути цю проблему за допомогою рішень другого рівня, таких як Lightning Network, що дають змогу проводити швидкі та дешеві платежі поза основним ланцюгом блокчейну.

Перехід до нових консенсусних алгоритмів

Розвиток криптовалютних технологій вимагає більш ефективних і екологічних рішень. Основні цілі нових алгоритмів:

• Підвищення енергоефективності за допомогою нових алгоритмів консенсусу.
• Впровадження більш екологічних методів видобутку монет.
• Поліпшення масштабованості блокчейну з новими алгоритмами й зниження комісій.

Огляд сучасних алгоритмів консенсусу в блокчейні 

Як працює Proof-of-Stake у криптовалютах? 

На відміну від PoW, де необхідно розв’язувати складні обчислювальні задачі, PoS ґрунтується на кількості токенів, що перебувають у володінні користувача. Роль майнерів у нових мережах з алгоритмом PoS виконують валідатори. Спрощення процесу видобутку знижує енерговитрати й робить блокчейн стійкішим. Порівняно з Proof-of-Work і Proof-of-Stake, PoS схильний до більшого ризику централізації, оскільки великі власники монет можуть отримати більший контроль над мережею. Приклади криптовалют, що застосовують PoS: Ethereum 2.0, Cardano (ADA), Tezos (XTZ), Polkadot (DOT), Algorand (ALGO).

Інші альтернативи Proof-of-Work у майнінгу

Delegated Proof-of-Stake (DPoS) — дає змогу користувачам голосувати за делегатів, які підтверджуватимуть транзакції. Використовується в таких мережах, як EOS і TRON (TRX). DPoS дає змогу істотно підвищити швидкість завдяки спрощенню ланцюжка валідації. 

Proof-of-Authority (PoA) — це механізм консенсусу, який використовується в корпоративних і приватних блокчейнах, де невелика кількість довірених вузлів отримує право валідувати транзакції. Це забезпечує високу швидкість обробки операцій, але дещо знижує рівень децентралізації.

Proof-of-History (PoH) — застосовується в Solana (SOL) і призначений для підвищення ефективності підтвердження транзакцій. В основі PoH лежить концепція хронометричної позначки: кожна транзакція отримує мітку часу, що спрощує процес її валідації вузлами мережі. Це дозволяє Solana досягати швидкості понад 65 000 TPS, що значно перевершує можливості традиційних блокчейнів.

Proof-of-Capacity (PoC) — модель, за якої майнери використовують вільне місце на жорстких дисках для зберігання можливих рішень криптографічних завдань. На відміну від PoW, де використовується потужність процесорів і відеокарт, PoC вимагає значних обсягів пам’яті. Це робить майнінг більш енергоефективним і доступним для користувачів зі звичайними жорсткими дисками. Застосовується, наприклад, у Burstcoin (BURST).

Proof-of-Burn (PoB) — алгоритм, у якому користувачі спалюють (безповоротно знищують) частину своєї криптовалюти для отримання права на майнінг. Що більше монет спалено, то вища ймовірність бути обраним для додавання блоку. Це знижує інфляцію і стимулює довгострокову участь. 

Proof-of-Elapsed Time (PoET) — механізм консенсусу, що використовує випадковий вибір вузлів для валідації. Вузли «засинають» на випадковий проміжок часу, і той, хто прокидається першим, отримує право записати новий блок. Подібний рандомний принцип знижує навантаження на мережу і не вимагає великих обчислювальних потужностей. 

Вплив нових алгоритмів на індустрію

Енергоефективність та екологічні переваги

• Зниження енергоспоживання в блокчейнах досягається шляхом переходу на алгоритми консенсусу з меншими обчислювальними витратами. Наприклад, після переходу Ethereum на Proof-of-Stake енергоспоживання мережі знизилося на 99,95%, що дало змогу значно зменшити навантаження на навколишнє середовище.
• Використання екологічних методів майнінгу є однією з основних переваг нових алгоритмів консенсусу. Індустрія активно розвиває екологічні методи майнінгу, включно з використанням сонячної та вітрової енергії. Майнінгові ферми починають застосовувати енергоефективні технології охолодження, як-от імерсійне охолодження, що знижує витрати на електроенергію і збільшує термін служби обладнання. Також розвивається практика утилізації тепла від майнінгових установок, що використовується для обігріву житлових і промислових приміщень.
• Зменшення вуглецевого сліду. Унаслідок усіх цих ініціатив із розвитку екологічних методів майнінгу криптовалют, за даними 2024 року, частка поновлюваних джерел у криптомайнінгу зросла до 57%, а загальний вуглецевий слід індустрії знизився на 20% порівняно з 2021 роком.

Масштабованість блокчейну з новими алгоритмами

• Обробка більшої кількості транзакцій. Приклади криптовалют із новими алгоритмами консенсусу демонструють безпрецедентну пропускну здатність. Сучасні мережі на основі Proof-of-Stake і гібридних алгоритмів (наприклад, Avalanche, Solana та Algorand) здатні обробляти від 1 000 до 50 000 TPS, що значно перевершує традиційні мережі на PoW. 
• Зниження комісій. У мережах, що працюють на PoS, середній розмір комісії значно нижчий, ніж у PoW-блокчейнах. Наприклад, у мережі Ефіріума після переходу на PoS комісії знизилися в кілька разів, а в таких блокчейнах, як Solana й Algorand, комісії становлять лише кілька центів.
• Прискорений час підтвердження блоків. У мережах з альтернативними алгоритмами консенсусу підтвердження блоків відбувається значно швидше, ніж у PoW-мережах. Наприклад, середній час формування блоку в Solana становить близько 0,4 секунди, в Algorand — 4,5 секунди, тоді як у Біткоїні він сягає 10 хвилин. Це дає змогу прискорити обробку транзакцій і підвищити ефективність використання блокчейну в реальних додатках.
• Покращена підтримка смарт-контрактів і DeFi-платформ досягається завдяки високій пропускній спроможності, зниженим комісіям і механізму фіналізації транзакцій, що дає змогу швидко підтверджувати операції. У таких мережах, як Ethereum, Solana і Avalanche, смарт-контракти виконуються швидше і з меншими витратами, що робить блокчейн більш привабливим для децентралізованих фінансових рішень. Додатково, механізми шардингу і Layer2-рішення дають змогу розподіляти навантаження між вузлами, забезпечуючи вищу ефективність роботи DeFi-додатків.

Безпека блокчейну за нових алгоритмів

У процесі майнінгу без використання Proof-of-Work застосовуються додаткові заходи безпеки для досягнення стійкості:

• Економічні стимули для запобігання атак. Валідатори отримують винагороду за чесну роботу і можуть втрачати стейк у разі порушень.
• Ризики централізації володіння токенами та механізми їх нівелювання. Великі власники можуть отримувати більше впливу, що вирішується механізмами випадкового вибору валідаторів.
• Використання гібридних систем безпеки, що комбінують різні механізми консенсусу.

Майбутнє майнінгу та консенсусних алгоритмів

Перехід індустрії до нових алгоритмів консенсусу продиктований потребою в зниженні енергоспоживання, підвищенні безпеки та масштабованості. Тенденції розвитку майнінгу криптовалют демонструють продовження досліджень у сфері вдосконалення механізмів консенсусу і створення гібридних моделей, спрямованих на досягнення цих цілей. 

Висновок

Еволюція майнінгу криптовалют призвела до переходу більшості мереж на Proof-of-Stake та інші альтернативні алгоритми. Розвиток децентралізації та нових консенсусних механізмів відкриває перспективи для зростання індустрії та появи інноваційних рішень. Найближчими роками очікується продовження тестування і створення нових гібридних рішень, які поліпшать масштабованість блокчейну з новими алгоритмами та підвищать його енергоефективність. 

Дякуємо за увагу до нашої статті. Інвестуйте безпечно та вигідно!

AnyExchange — обмінник, через який ви можете конвертувати популярні криптовалюти за найвигіднішим курсом валют. На нашій платформі також доступні швидкі та анонімні грошові перекази по всьому світу.