Tại sao Proof of Stake kém an toàn hơn Proof of Work

Một blockchain sử dụng bằng chứng công việc (PoW) như Ethereum Classic (ETC) là một hệ thống chủ quan của các tài khoản, số dư và hợp đồng thông minh, được đặt trên cơ sở vật lý khách quan sử dụng một lượng lớn năng lượng để tạo ra các khối dữ liệu, sau đó được thêm vào một chuỗi các khối an toàn cao trong hệ thống. Bằng cách neo vào đặc tính này, lớp chủ quan thu được sự sắp xếp có độ khách quan cao hơn, do đó bảo mật hơn là nếu nó không được kết nối với một cơ sở vật lý bằng chứng công việc.

Để tìm kiếm khả năng mở rộng, các hệ thống bằng chứng cổ phần (PoS) loại bỏ các tính toán không thể đánh giá được của cơ sở vật lý bằng chứng công việc, làm cho hệ thống của họ trở nên chủ quan một lần nữa.

Vì những điều trên, tôi nghĩ rằng tên chính xác của các hệ thống bằng chứng cổ phần (POS) là “các sổ cái phân phối bằng chứng cổ phần”, vì chúng không phải là các hệ thống sử dụng một lượng lớn năng lượng để xây dựng và bảo mật các khối dữ liệu. Trên thực tế, lý do họ tạo ra các lô dữ liệu giao dịch và liên kết chúng như thể chúng là khối blockchains, chỉ là một sự hấp dẫn đối với chính quyền bằng cách bắt chước thiết kế blockchain thực, nhưng điều đó không nhằm mục đích tăng hoặc giảm tính khách quan trong sổ cái phân tán.

Cái mà tôi gọi là “phần chủ quan” của người dùng trong các hệ thống này, được chia sẻ bởi cả blockchain và sổ cái phân tán, về cơ bản là nơi chứa các tính năng hữu ích và chức năng lưu trữ.

Như đã thấy trong sơ đồ trên, các thành phần của phần chủ quan là sổ cái, với các tài khoản và số dư của mã thông báo gốc, EVM (Máy ảo Ethereum) khi áp dụng, ngôn ngữ lập trình và hợp đồng thông minh. Trên hết là các ứng dụng phi tập trung (DAPPs), các ứng dụng khác như IoT và các giải pháp mở rộng ở cấp độ cao hơn như kênh và sidechains.

Tôi gọi phần chủ quan trong blockchains và sổ cái phân tán là một “cộng đồng mã thông báo fiat và hệ thống”, tương tự như hệ thống tiền tệ fiat, nhưng thay vì được quản lý bởi chính phủ hoặc ngân hàng trung ương, chúng được quản lý bởi hệ sinh thái của chúng. Nói cách khác, tất cả các quy tắc, số dư, hợp đồng thông minh và ứng dụng có thể được thay đổi nếu được người tham gia đồng ý.

Tuy nhiên, phát minh tuyệt vời của Satoshi Nakamoto là neo các hệ thống chủ quan, không an toàn này vào một cơ sở vật lý khách quan. Không có mỏ neo đó, sổ cái phân phối bằng chứng cổ phần về cơ bản trở thành hệ thống quản lý chủ quan truyền thống một lần nữa.

Không quan trọng họ thiết kế và chọn lựa phức tạp nào, ví dụ: liên đoàn, nhà sản xuất khối được bầu, người xác nhận luân phiên, bakers, pools, epochs, vị trí, bỏ phiếu, bỏ phiếu bậc hai, dân chủ linh hoạt, slashing, kho bạc, hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của chúng, bởi vì cuối cùng, tất cả phụ thuộc vào sự khuyến khích chủ quan của con người, chứ không phụ thuộc vào bất kỳ hình thức bảo mật khách quan nào khác.

Tóm tắt các tính năng và sự khác biệt

Để minh họa tại sao mỏ neo khách quan của PoW an toàn hơn PoS, cần xem xét sự khác biệt giữa các hệ thống trên từng tính năng một:

Dung sai lỗi (Fault Tolerance): Dung sai lỗi là số lượng nút trong mạng phân tán có thể phá vỡ hệ thống nếu chúng không trung thực bằng cách gửi thông tin bị hỏng cho các nút khác. Trước Bitcoin, các hệ thống phân tán đã đạt được khả năng chịu lỗi 33%. PoW được giới thiệu bởi Bitcoin có khả năng chịu lỗi lên đến 50%. Điều đáng nói là Bitcoin không thực sự giải quyết được mức độ bảo mật này, nhưng thực sự đã bỏ qua nó bằng cách tạo ra PoW cái mà tín hiệu từ một công cụ khai thác vật lý bên ngoài gửi đến các nút khác trong mạng lưới. PoS, bằng cách loại bỏ PoW, vẫn là một hệ thống chịu lỗi 33%.

Lựa chọn rẽ nhánh (Fork Choice): Lựa chọn rẽ nhánh là quyết định của những người tham gia mạng lưới phải đưa ra khi có nhiều hơn một chuỗi khi nó tách ra, khi họ tham gia lần đầu tiên hoặc khi họ rời đi và tham gia lại. Là một tín hiệu vật lý bên ngoài, PoW có một lựa chọn rẽ nhánh rõ ràng khách quan dưới dạng “bằng chứng của chuỗi công việc dài nhất”. Nó khách quan bởi vì chỉ với sức mạnh tính toán của toàn bộ mạng lưới, chuỗi dài nhất có thể được xác nhận. Vì các hệ thống PoS không được tính với số lượng khách quan như vậy để quyết định chuỗi chính xác, nên họ phải sử dụng quy trình quyết định chủ quan của những người tham gia. Điều này có nghĩa là họ cần xin ý kiến offchain với các trình duyệt khối, nhà phát triển, người khai thác hoặc các nguồn lực khác để có thể quyết định chuỗi nào sẽ được chấp nhận. Trong trường hợp chia tách điều này áp dụng cho các nút tham gia trong mạng, những người mới tham gia và các nút rời khỏi và tham gia lại.

Chi phí không thể giả mạo (Unforgeable Costliness): Một trong những tính năng vật lý cơ bản của tiền là rất tốn kém khi sản xuất để đảm bảo nó không thể bị giả mạo. PoW cung cấp chi phí này thông qua các mã thông báo khi các công ty khai thác phải chịu chi phí rất lớn cho máy móc và năng lượng để có thể xây dựng các khối. Điều này làm cho mã thông báo PoW, như trong ETC và BTC, không thể đo lường được trong thực tế. Trong các hệ thống PoS, vì cơ sở dữ liệu với tài khoản và số dư là không đáng kể để lưu trữ bởi các nút và người đặt cược trong hệ thống do vậy không có chi phí khách quan.

Ủy thác giá trị (Proxy for Value): Chi phí trong PoW được đề cập ở điểm trên cũng đóng vai trò là ủy thác giá trị của các mã thông báo trong nền kinh tế rộng lớn hơn . Trong các hệ thống PoS, tính năng này không có, vì vậy mã thông báo của chúng không có thước đo khách quan về giá trị.

Công việc tích lũy: Khi các công cụ khai thác trong chuỗi khối PoW hoạt động trên khối theo cơ sở khối, công việc đó không chỉ là rào cản cho các nút không trung thực làm xáo trộn các khối hiện tại hoặc mới nhất, mà còn là công việc thực sự tích lũy khi chuỗi được xây dựng. Điều này có nghĩa là các khối xa hơn trong chuỗi sẽ trở nên khó khăn hơn theo cấp số nhân đối với những kẻ tấn công muốn thay đổi hoặc giả mạo. Ví dụ, tại thời điểm viết bài này , sẽ mất 340 ngày với 100% sức mạnh băm hiện tại trong mạng để có thể đảo ngược toàn bộ chuỗi. Trong sổ cái phân tán PoS, vì họ không sử dụng PoW, để đảo ngược toàn bộ chuỗi là chuyện nhỏ về mặt tính toán, do đó có thể được thực hiện trong vài phút.

Vị trí người tạo khối (Block Creator Location): Như đã đề cập ở trên, trong PoW, khai thác là một quy trình bên ngoài gửi tới mạng lưới các nút giữ sổ cái với các tài khoản, số dư và hợp đồng thông minh. Điều này tách biệt sổ cái khỏi các nhà tạo khối, người mà cung cấp các nút đầy đủ cho mạng lưới với một số lợi ích bảo mật trong tính độc lập của chúng. Trong PoS, vì các nhà đầu tư chỉ có thể tham gia nếu họ thực sự có tiền gửi vào sổ cái, điều đó làm cho chúng nằm trong cơ sở dữ liệu nội bộ, do đó tất cả các nút khác trong mạng lưới không độc lập với người tạo khối.

Phân chia quyền lực (Division of Power): Quan điểm trước đó cực kỳ quan trọng về mặt bảo mật bởi vì, trong PoW, các node vận hành đầy đủ giữ sổ cái có thể liên kết lại từ những người tạo khối nếu chúng bị hỏng hoặc rối loạn chức năng mạng. Nhưng trong hệ thống PoS là không thể, chúng bị mắc kẹt với các nhà sản xuất khối, điều đó làm cho sổ cái phân tán không bị kiểm duyệt .

Đầu tư chìm (Sunk Investment): Trong các hệ thống PoW, các nhà khai thác có “cổ phần” thực sự trong hệ thống vì họ thực sự sử dụng vốn để mua thiết bị rất tốn kém, xây dựng trung tâm dữ liệu và mua điện để sản xuất các khối. Điều này có nghĩa là một khi họ đầu tư vốn, cách duy nhất thu hồi đó là khai thác thực sự trên chuỗi để có thể thu hồi nó với lợi nhuận. Trong các hệ thống PoS, các nhà đầu tư thực sự không phải là nhà đầu tư vì họ không có vốn chìm, cũng không chuyển đổi vốn thành bất kỳ hình thức đầu tư rủi ro nào. Họ chỉ cần chuyển tiền mặt từ ngân hàng vào một sổ cái phân tán và tiếp tục kiếm lãi cho một hoạt động tầm thường. Chi trả tiền mặt không phải là “đầu tư”, đó chỉ là vốn chưa đầu tư mà không gặp rủi ro gì.

Sao chép toàn bộ: Thiết kế bảo mật cơ bản khác của các chuỗi khối an toàn là sao chép toàn bộ cơ sở dữ liệu. Điều này có nghĩa là sổ cái an toàn hơn vì nó được sao chép vào càng nhiều nút trên toàn cầu trong mạng càng tốt. Một số bằng chứng về các mạng lưới cổ phần, chẳng hạn như Ethereum 2.0 và Cardano, trong quá trình tìm kiếm khả năng mở rộng cao hơn của họ, đang chuyển từ định dạng sao chép sang cơ sở dữ liệu bị phân mảnh thông qua shending. Chiến lược này làm giảm tính an toàn trong các sổ cái phân tán.

Dự phòng cho Bitgold: Như được minh họa trong hình ảnh đầu tiên trong bài viết trên, bằng chứng về các hệ thống làm việc là một biến thể của một hệ thống được tạo bởi Nick Szabo có tên là Bitgold . Hệ thống đó sử dụng bằng chứng công việc để có chi phí không thể đo lường để sản xuất vàng kỹ thuật số trong hệ thống và không có mã thông báo được tùy ý xác định như ETC hoặc BTC. Có thể nói rằng các chuỗi khối PoW là Bitgold, nhưng với một sổ cái, mã thông báo và các thành phần khác ở trên cùng. Điều này rất quan trọng vì nếu hệ thống phí trong các mạng này xảy ra lỗi như một cơ chế bồi thường cho các thợ mỏ, hoặc nếu hệ sinh thái, tuy nhiên không có khả năng, quyết định sửa đổi chính sách tiền tệ để phát hành thêm mã thông báo một cách vô trách nhiệm, thì các hệ thống này có thể quay lại và chuyển đổi mã thông báo của họ thành Bitgold và tiếp tục xây dựng vàng kỹ thuật số vĩnh viễn như thiết kế ban đầu. Các hệ thống PoS, bằng cách loại bỏ cơ sở vật lý PoW đã loại bỏ khả năng này.

Khả năng mở rộng xã hội : Khả năng mở rộng xã hội được xác định bởi thực tế một hệ thống là khách quan để không ai có thể bị loại trừ khỏi việc tham gia hoặc sử dụng hệ thống cho bất kỳ tình trạng hoặc sai lệch nào của con người. Vì blockchains PoW rất khách quan, chúng có khả năng mở rộng về mặt xã hội trên quy mô hành tinh. Các hệ thống PoS có thể sẽ phát triển để có rất ít các nhà sản xuất kiểm soát hệ thống trong thực tế. Những nhà sản xuất đó sẽ dễ dàng được xác định và sẽ bị áp lực, hoặc vì những niềm tin cá nhân hoặc tổ chức, sẽ có sự thiên vị để loại trừ người tham gia do nguồn gốc, danh tính, hoạt động, quốc tịch hoặc các điều kiện khác, giống như các hệ thống truyền thống ngày nay. Vì các hệ thống PoS là chủ quan, cơ sở cho việc thiếu khả năng mở rộng xã hội, chúng sẽ bị giới hạn và giới hạn ở một số phân khúc hoặc khu vực nhất định, rất giống với các hệ thống fiat ngày nay.

Khả năng mở rộng tính toán: Đây là tính năng chính làm cho PoW hoạt động kém hơn và các hệ thống PoS rất hữu ích có lẽ kết hợp với các hệ thống PoW. Vì PoW yêu cầu rất nhiều công việc dưới dạng tính toán, các khối của chúng chỉ có thể được tạo sau mỗi 15 giây đến 10 phút. Họ cũng có một số hạn chế vật lý khác về mặt xử lý cục bộ và lan truyền toàn cầu, điều này làm cho PoW không thể tính toán nhanh được so với PoS.

Sáu bằng chứng về sự ngụy biện của bằng chứng cổ phần

Đưa ra những so sánh ở trên của hai hệ thống, nhưng những câu chuyện công khai mà những người đề xướng PoS đã phổ biến, có sáu ngụy biện PoS cần được làm rõ và gỡ lỗi:

1. “Ngủ chung với kẻ thù là tốt” là một ngụy biện: Khai thác trong PoW là từ bên ngoài, nhưng các nhà sản xuất trong PoS lại ở trong sổ cái. Nói cách khác, các nút đầy đủ không thể loại bỏ các staker trong các hệ thống PoS, ngay cả khi chúng tách ra. Điều này có nghĩa là PoS không bị kiểm duyệt vì không thể bị kiểm duyệt. Ngủ chung với kẻ thù là không ổn.
2. Sự ngụy biện “Đặt cược và chìm đắm trong đầu tư”: Thực sự không có thứ gì giống như “staking” trong PoS, đó chỉ là một nhóm những người tham gia giàu có đáng tin cậy kiểm soát hệ thống. Trên thực tế, các công ty khai thác là những nhà sản xuất thực sự bởi vì họ chôn vốn vào thiết bị, trung tâm dữ liệu và điện và chỉ có thể thu hồi vốn đầu tư sau khi khai thác trong nhiều tháng nếu không phải là nhiều năm.
3. Ngụy biện “Sự đổi mới của khoa học máy tính”: PoS chỉ là một hệ thống fiat cộng đồng, hay hệ thống quản trị truyền thống chủ quan. Không có sự đổi mới nào, và không có đột phá khoa học máy tính theo bất kỳ cách nào. Trên thực tế, mô hình ngân hàng trung ương, trên thực tế, là bằng chứng của hệ thống cổ phần: Các ngân hàng tham gia phải gửi tiền bảo đảm, yêu cầu vốn tối thiểu và tuân theo các quy tắc để được cấp phép chấp nhận và xử lý các giao dịch duy trì số dư tài khoản của khách hàng. PoS cũng không khác.
4. Ngụy biện “Các sổ cái phân tán và blockchain”. Blockchains là hệ thống với các máy móc đắt tiền và đầu tư để thực hiện tính toán đáng kinh ngạc trong việc chứng minh công việc để xây dựng các khối rất tốn kém. Mạng PoS là tầm thường và giá rẻ để chạy.
5. Các “mánh lới quảng cáo toán học”: Nhiều dự án PoS làm ra các tính toán rất phức tạp và các thuật toán để bù đắp cho sự thiếu an toàn của hệ thống của họ, tạo cảm giác và hấp dẫn đến năng lực học tập cao, nhưng chỉ che dấu đi sự tập quyềnquyền , và không đạt được an toàn gì ngoài cơ sở dung sai lỗi Byzantine là 33%.
6. Các “mánh lới bầu cử bầu cử trực tuyến”: Nhiều dự án PoS đã phát minh ra các cơ chế bỏ phiếu, để bù đắp cho các mô hình không an toàn của họ, bằng cách kêu gọi chính quyền của nền dân chủ, sự cân bằng của quyền lực và bảo đảm cơ bản cho các hệ thống truyền thống. Nhưng đó không phải là sự đổi mới. Các blockchains thực sự tìm cách tránh các hệ thống và quy trình ra quyết định ngay từ đầu. “Bỏ phiếu” trực tiếp là một cơ chế tồi tệ hơn để đưa ra các quyết định kỹ thuật trong các blockchain, nó chỉ là một thiết bị giảm thiểu xung đột, nhưng không đảm bảo sự cho phép bất kỳ cách nào cũng như các lựa chọn kỹ thuật đúng nghĩa.

Phần kết luận

Có nhiều lý do tại sao PoS kém an toàn hơn PoW, rất có thể nhiều lý do hơn được giải thích trong bài viết này. Hơn nữa, các hệ thống PoS được gọi tốt hơn là các sổ cái phân phối không chứng minh công việc, vì họ thậm chí không có cổ phần thực sự trong hệ thống.

Tuy nhiên, PoS tốt hơn các hệ thống truyền thống vì chúng có một số cấp độ phân phối quyền lực bổ sung và đa dạng hơn về mặt pháp lý. Có thể nói, chúng nằm ở đâu đó ở giữa, về bảo mật và khả năng mở rộng xã hội, giữa PoW và các hệ thống fiat truyền thống, nhưng gần với các hệ thống fiat hơn là PoW.

Nếu các chuỗi khối PoW được kết hợp các hệ thống chủ quan và khách quan, mô hình này thực sự có thể được mở rộng bằng việc các sổ cái phân tán PoS có thể được neo vào các chuỗi khối PoW hiện tại để đạt được mức độ bảo mật cao hơn.

Tôi muốn cảm ơn @hugohanoi , @StopAndDecrypt , @nic__carter , @eric_lombrozo , @pyskell và @evoskuil vì những bài viết của họ trong ba năm qua, các cuộc thảo luận trên twitter và phản hồi của họ đã giúp xác định các giả định cho bài viết này.

Mã là luật

Theo Etherplan.com

Nguồn: https://etherplan.com/2019/10/07/why-proof-of-stake-is-less-secure-than-proof-of-work/9077

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — -
Tham gia thảo luận và cập nhật tin tức mới nhất trên các kênh chính thức của chúng tôi:
- Facebook: facebook.com/EthereumClassicVietnam/
- Telegram: t.me/ETCVietnam
- Twitter: twitter.com/etcvietnam
- Medium: medium.com/@ETCVietnam
- Youtube: youtube.com/channel/UCXfEBzpKKy1pwl7KGCzS7ow