Tại sao Proof of Stake (PoS) kém an toàn hơn Proof of Work (PoW)?

Một blockchain Proof of work (PoW) như Ethereum Classic (ETC) là một hệ thống chủ quan của các tài khoản, số dư và hợp đồng thông minh, được gắn trên cơ sở vật lý khách quan sử dụng một lượng lớn năng lượng để tạo ra các khối dữ liệu, thứ mà sau đó được thêm vào một chuỗi bảo mật cao của các khối trong hệ thống. Bằng cách làm cho chúng gắn liền, lớp chủ quan thu được các bậc độ lớn (orders of magnitude) có độ khách quan cao hơn, do đó bảo mật hơn là nếu nó không được kết nối với một cơ sở vật lý PoW.

Sự khác biệt chính: Các blockchain PoW có một cơ sở vật lý khách quan. Sổ cái phân phối Proof of stake (PoS) loại bỏ PoW, do đó không có cơ sở vật lý khách quan. Tất cả các thiết kế và biến thể ở phần trên là không phù hợp.

Để tìm kiếm khả năng mở rộng, các hệ thống PoS loại bỏ cơ sở vật lý PoW không thể mở rộng, khiến cho hệ thống trở nên chủ quan trở lại.

Vì những điều trên, tôi nghĩ rằng tên chính xác của các hệ thống proof of stake là “các sổ cái phân tán proof of stake”, vì chúng không phải là các hệ thống tiêu tốn 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 các “blockchain” chỉ vì muốn 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, theo đó là bảo mật, trong sổ cái phân tán.

Cái mà tôi gọi là phần “chủ quan” 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 và chức năng hữu ích.

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 token 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 (DAPP), 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 “token fiat của cộng đồng và hệ thống”, như một sự tương tự với 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 họ. 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 để liên kết cơ sở vật lý chủ quan, cũng như là các hệ thống không an toàn, vào một cơ sở vật lý khách quan. Không có sự gắn kết đó, sổ cái phân tán PoS về cơ bản trở thành hệ thống quản lý chủ quan truyền thống một lần nữa.

Không quan trọng họ thực hiện thiết kế và các lựa chọn phức tạp nào, ví dụ: liên đoàn, nhà sản xuất khối được bầu, người xác nhận luân phiên, thợ làm bánh, nhóm, bỏ phiếu, bỏ phiếu bậc hai, dân chủ, 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 giữa PoW và PoS

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

PoW là khách quan hơn, do đó có thể mở rộng một cách rộng khắp, nhưng không thể mở rộng tính toán được. PoS là chủ quan, do đó không thể mở rộng một cách rộng rãi, nhưng có thể mở rộng tính toán được.

Fault Tolerance: Fault tolerance (khả năng chịu lỗi) là số lượng node trong mạng phân tán mà có thể phá vỡ hệ thống nếu chúng không trung thực bằng cách gửi thông tin bị hỏng cho các đồng nghiệp của chúng. 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 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 PoW, một công cụ khai thác tín hiệu vật lý bên ngoài gửi đến các node trong mạng. PoS, vì loại bỏ PoW, vẫn là một hệ thống chịu lỗi 33%.

Fork Choice: Fork choice (lựa chọn fork) là những quyết định về quy tắc mạng người tham gia phải thực hiện khi được đưa ra 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 fork choice khách quan rõ ràng dưới dạng “chuỗi proof of work dài nhất”. Nó là khách quan bởi vì chỉ với khả năng tính toán của toàn bộ mạng, chuỗi dài nhất có thể được thiết lập. Vì các hệ thống PoS không được tính với số lượng khách quan như vậy để quyết định chuỗi chính xác, chúng phải sử dụng quy trình quyết định chủ quan của những người tham gia. Điều này có nghĩa là họ cần tham khảo offchain với các nhà thám hiểm khối, nhà phát triển, người khai thác hoặc các nguồn khác để có thể quyết định chuỗi nào sẽ tuân theo. Trong trường hợp chia tách, điều này áp dụng cho các node tham gia trong mạng, những người mới tham gia và các node rời khỏi và tham gia lại.

Unforgeable Costliness (Chi phí không thể giả mạo): Một trong những tính năng vật lý cơ bản của đồng tiền mạnh là việc sản xuất rất tốn kém để đảm bảo không thể giả mạo. PoW mang lại chi phí này cho các token khi các công ty khai thác phải chịu chi phí rất lớn, trong máy móc và điện, để có thể xây dựng các khối. Điều này làm cho token PoW, như trong ETC và BTC, không thể giả mạo trong thực tế. Trong các hệ thống PoS, vì cơ sở dữ liệu có tài khoản và số dư là không đáng kể để viết bởi các node và người đặt cược trong hệ thống, không có chi phí khách quan.

Ủy nhiệm cho giá trị: Chi phí trong PoW được đề cập ở trên cũng đóng vai trò là ủy nhiệm cho giá trị của các token trong nền kinh tế rộng lớn hơn. Trong các hệ thống PoS, tính năng này không có, vì vậy token của chúng không có thước đo khách quan về giá trị.

Công việc tích lũy: Khi các miner trong PoW blockchain hoạt động trên khối theo cơ sở khối, công việc đó không chỉ là rào cản cho các node không trung thực làm xáo trộn các khối hiện tại hoặc mới nhất, mà hành động đó thực sự ứ đọng khi chuỗi được xây dựng. Điều này có nghĩa là các khối bị “chôn vùi” xa hơn trong chuỗi trở nên khó khăn hơn theo cấp số nhân cho những kẻ tấn công để có thể thay đổi hoặc giả mạo. Ví dụ, tại thời điểm viết bài này, sẽ mất 340 ngày với 100% hashing power 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, nên có thể thực hiện trong vài phút.

Vị trí trình tạo khối: Như đã đề cập ở trên, trong PoW, khai thác là một quy trình bên ngoài tới mạng lưới các node giữ sổ cái với các tài khoản, số dư và hợp đồng thông minh. Điều này tách biệt sổ cái khỏi các trình tạo khối mà cung cấp cho mạng lưới các node đầy đủ một số lợi ích của 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 thuộc nội bộ của cơ sở dữ liệu, do đó tất cả các node khác trong mạng không độc lập với trình tạo khối.

Phân chia quyền lực: ý trên kia cực kỳ quan trọng về mặt bảo mật bởi vì, trong PoW, người điểu khiển node đầy đủ, người mà giữ sổ cái, có thể ngưng kết nối các trình tạo khối nếu chúng bị hỏng hoặc rối loạn chức năng mạng. Trong hệ thống PoS là không thể, họ bị mắc kẹt với các nhà sản xuất, làm cho sổ cái phân tán không bị kiểm duyệt.

Đầu tư chìm: Trong các hệ thống PoW, các miner 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 thụt giảm vốn, cách duy nhất để thu hồi nó là thực sự khai thác 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 giảm vốn, 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. Tiền mặt không phải là “khoản đầu tư”, đó chỉ là vốn chưa đầu tư mà không gặp rủi ro gì.

Sao chép toàn bộ: Một thiết kế cơ bản nữa về bảo mật của các blockchain 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 node trên toàn cầu trong mạng càng tốt. Một số mạng proof of stake, 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 thêm an ninh trong các sổ cái phân tán.

Dựa trên Bitgold: Như được minh họa trong hình ảnh đầu tiên của bài viết này, các hệ thống proof of work là một biến thể của một hệ thống được tạo bởi Nick Szabo có tên là Bitgold. Hệ thống đó sử dụng proof of work để có chi phí không thể giả mạo để sản xuất “vàng kỹ thuật số” trong hệ thống và không có token được xác định tùy ý là ETC hoặc BTC. Có thể nói rằng các PoW blockchain chính là Bitgold, nhưng với một sổ cái, token và các thành phần khác. Điều này rất quan trọng bởi vì nếu hệ thống phí trong các mạng này xảy ra lỗi như một cơ chế bồi thường cho các miner hoặc nếu hệ sinh thái, mặc dù là không thể, quyết định sửa đổi chính sách tiền tệ phát hành thêm token một cách vô trách nhiệm, thì các hệ thống này có thể quay lại và chuyển đổi token 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 rằng một hệ thống phải 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 blockchain PoW rất khách quan, chúng có khả năng mở rộng rộng rãi trên quy mô hành tinh. Các hệ thống PoS có thể sẽ phát triển để có rất ít các staker kiểm soát hệ thống trong thực tế. Các staker đó sẽ dễ dàng được xác định và sẽ bị áp lực, hoặc bởi 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 là thiếu khả năng mở rộng xã hội, chúng sẽ bị giới hạn và giới hạn trong 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 có lẽ rất hữu ích khi 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. Chúng 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 được so với PoS.

Sáu ngụy biện của Proof of Stake

Căn cứ vào 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 vạch trần:

1. “Sống chung với kẻ thù vẫn ổn”: Hoạt động khai thác với PoW là thuộc về bên ngoài, nhưng staker của PoS là ở trong sổ cái. Nói cách khác, các node 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 với kẻ thù là không ổn.

2. “Cổ phần và đầu tư chìm”: Không có thứ gì thực sự là “cổ phần” trong PoS, nó chỉ là một nhóm những người tham gia giàu có đáng tin cậy kiểm soát hệ thống. Trên thực tế, các miner là những staker thực sự bởi vì họ đưa 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. “Sự đổi mới 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 trong thực tiễn chính là hệ thống proof of stake: 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. “Các sổ cái phân tán vs. blockchain”: các mạng PoS bắt chước cấu trúc và quy trình của các blockchain thực sự như một sự hấp dẫn đối với chính quyền, nhưng chỉ là các mạng sổ cái phân tán, chúng không phải là các blockchain. Blockchain là hệ thống với các máy móc đắt tiền và đầu tư để thực hiện tính toán đáng kinh ngạc trong proof of work để xây dựng các khối rất tốn kém. Mạng PoS là tầm thường và giá để vận hành rất rẻ.

5. “Các mánh lới toán học”: Nhiều dự án PoS tạo ra các toán học và thuật toán rất phức tạp để bù đắp cho sự thiếu bảo mật trong hệ thống của họ, tạo ấn tượng và hấp dẫn cho năng lực học tập cao, nhưng chỉ che giấu sự tập trung hóa và không đạt được gì trong bảo mật cận biên ngoài lỗi cơ sở khả năng chịu lỗi Byzantine 33%.

6. “Các mánh lới bầu cử”: Nhiều dự án của 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 “dân chủ”, “sự cân bằng quyền lực” và “bảo đảm cơ bản” cho các hệ thống truyền thống. Nhưng đó không phải là sự đổi mới. Các blockchain thực sự tìm cách tránh chính xác các hệ thống này 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 dưới bất kỳ cách nào sự cho phép cũng như các lựa chọn kỹ thuật chắc chắn.

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 tốt hơn nên được gọi là “các sổ cái phân tán non-proof-of-work,” vì họ không có tài khoản 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, họ 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 blockchain PoW được kết hợp các hệ thống chủ quan và khách quan, mô hình này thực sự có thể được mở rộng sang các sổ cái phân tán PoS, có thể được liên kết vào các blockchain PoW hiện tại để đạt được mức độ bảo mật cao hơn.

Theo Tapchiblockchain/Etherplan