Mitä ovat Proof of Work ja Proof of Stake?

Tässä blogitekstissä käsittelemme kahta merkittävää konsensusalgoritmia: Proof of Work (PoW) ja Proof of Stake (PoS). Nämä algoritmit ovat olennaisia lohkoketjujen turvallisuuden ja toiminnan kannalta, ja ne määrittelevät, miten transaktiot validoidaan ja uusia lohkoja lisätään lohkoketjuun. Ymmärtämällä PoW ja PoS erot ja toimintaperiaatteet voit saada paremman käsityksen siitä, miten eri kryptovaluutat toimivat ja mihin niiden turvallisuus perustuu.

              
Mikä on lohkoketju?
Ennen Proof of Work ja Proof of Stake -konsensusalgoritmeihin perehtymistä on hyvä käydä vielä läpi lohkoketjun keskeiset periaatteet. Kryptovaluuttojen kohdalla puhuttaessa lohkoketju on hajautettu ja julkinen digitaalinen tietokanta, joka tallentaa kaikki verkon transaktiot pysyvästi ja muuttumattomasti. Se koostuu peräkkäin linkitetyistä lohkoista, joista jokainen sisältää joukon transaktioita, aikaleiman ja viittauksen edelliseen lohkoon kryptografisen tiivisteen avulla. Tämä rakenne muodostaa ketjun, jossa jokainen lohko vahvistaa edeltävän lohkon oikeellisuuden, tehden tietomuutoksista käytännössä mahdottomia ilman verkon konsensusta. Lohkoketjun hajautettu luonne tarkoittaa, että sen kopiot ovat tallennettuina tuhansilla eri tietokoneilla ympäri maailmaa, mikä lisää sen turvallisuutta ja luotettavuutta.
Lähtökohtaisesti lohkoketjun toimintaa valvoo hajautettu verkko, joka koostuu palvelimista eli nodeista, jotka suorittavat erilaisia tehtäviä, kuten transaktioiden validointia. Näiden tehtävien suorittamiseksi ja lohkoketjun eheyden varmistamiseksi tarvitaan konsensusalgoritmi, joka määrää, miten verkon nodet pääsevät yhteisymmärrykseen lohkoketjun tilasta. Kaksi yleisimmin käytettyä konsensusalgoritmia ovat Proof of Work (PoW) ja Proof of Stake (PoS). PoW perustuu laskennallisesti vaativiin tehtäviin, joissa verkon osallistujat kilpailevat ratkaistakseen matemaattisia ongelmia. PoS puolestaan jakaa lohkoketjun ylläpitovastuun osallistujille heidän omistamiensa kryptovaluuttojen määrän perusteella.
Lohkoketjun perusperiaatteet tekevät siitä luotettavan ja läpinäkyvän teknologian, joka tulee todennäköisesti vaikuttamaan tulevaisuudessa jokapäiväiseen elämäämme monin eri tavoin. Seuraavaksi tarkastelemme tarkemmin PoW- ja PoS -algoritmeja ja niiden vaikutusta lohkoketjun ylläpitoon ja turvallisuuteen.
Mikä on Proof of Work?
Proof of Work (PoW) on konsensusalgoritmi, jota käytetään useissa, etenkin vanhemmissa kryptovaluutoissa, lohkoketjun turvallisuuden ja eheyden varmistamiseksi. PoW perustuu siihen, että verkon ylläpitäjät, eli louhijat, kilpailevat keskenään ratkaistakseen monimutkaisia matemaattisia ongelmia. Näiden ongelmien ratkaiseminen vaatii huomattavaa laskentatehoa ja energiaa, mikä tekee prosessista kalliin ja resursseja vaativan. Kun louhija onnistuu ratkaisemaan edellä mainitun ongelman, hän saa oikeuden lisätä uuden lohkon lohkoketjuun ja saa palkkion kryptovaluutassa.
Vaikka PoW on tunnettu sen tarjoamasta vahvasta turvallisuudesta ja luotettavuudesta, sen valtava energiankulutus on herättänyt vuosien saatossa myös huomattavaa kritiikkiä ja huolta. Tämä on johtanut siihen, että erityisesti uudempien kryptovaluuttojen kehittäjät ja yhteisöt ovat alkaneet suosia energiatehokkaampia konsensusalgoritmeja kuten PoS. PoW on toiminut erityisen menestyksekkäästi etenkin Bitcoinin tapauksessa, mikä on tehnyt siitä kryptovaluuttojen maailmassa keskeisen ja ikonisen algoritmin. Näin ollen, vaikka PoW:illa on useita haasteita, sen asema yhtenä kryptovaluuttojen keskeisimmistä konsensualgoritmeista pysyy muuttumattomana. 
Seuraavaksi tarkastelemme Proof of Stake -algoritmia, joka tarjoaa vaihtoehtoisen tavan saavuttaa konsensus lohkoketjuverkossa.
Mikä on Proof of Stake?
Proof of Stake (PoS) on konsensusalgoritmi, jota käytetään monissa lohkoketjuissa vaihtoehtona PoW:ille. Tunnetuin PoS-pohjainen kryptovaluutta on ehdottomasti kryptovaluuttamaailman suurin alustaratkaisu, Ethereum. PoS-algoritmin avulla verkon osallistujat, joita kutsutaan validaattoreiksi, valitaan lohkojen luomiseen ja transaktioiden vahvistamiseen heidän omistamiensa kryptovaluuttojen määrän perusteella. Tämä tarkoittaa, että mitä enemmän kryptovaluuttaa validaattori lukitsee (stake) lohkoketjun ylläpitotyöhön, sitä suurempi todennäköisyys hänellä on tulla valituksi uuden lohkon luojaksi.
PoS-algoritmissa validaattorit eivät kilpaile keskenään ratkaistakseen matemaattisia ongelmia, vaan heidät valitaan satunnaisesti tai yhdistelmänä satunnaisuutta ja steikatun valuutan määrää. Kun validaattori valitaan, hän luo uuden lohkon ja lisää sen lohkoketjuun. 
Yksi merkittävä etu PoS-algoritmissa on sen energiatehokkuus verrattuna PoW:iin, sillä se ei vaadi valtavaa laskentatehoa ja energiankulutusta. Tämä tekee PoS-algoritmista ympäristöystävällisemmän ja skaalautuvamman vaihtoehdon lohkoketjuverkkojen ylläpitoon. PoS:n turvallisuus perustuu siihen, että validaattorit menettävät osan steikkaamastaan kryptovaluutasta, jos he yrittävät vilpillistä toimintaa. Tämä luonnollisesti kannustaa heitä toimimaan rehellisesti.
PoS-algoritmin suosio on kasvanut erityisesti sen skaalautuvuuden ja ympäristöystävällisyyden vuoksi, mutta sen käyttöön liittyy myös merkittäviä haasteita. Yksi suurimmista huolenaiheista on mahdollinen vallan keskittyminen, sillä suuret sijoittajat, joilla on huomattavia määriä kryptovaluuttaa, voivat hallita verkkoa ja vaikuttaa lohkoketjun päätöksentekoon. Tämä voi johtaa keskitettyihin rakenteisiin, jotka heikentävät lohkoketjun alkuperäistä ideaa hajautetusta ja demokraattisesta järjestelmästä. Lisäksi, vaikka PoS-algoritmi on energiatehokas, se edellyttää huolellista suunnittelua ja sääntöjä, jotta verkon turvallisuus ja oikeudenmukaisuus voidaan varmistaa. Tulevaisuudessa PoS saattaa kehittyä edelleen, ja näitä haasteita pyritään ratkaisemaan erilaisilla teknisillä ja taloudellisilla innovaatioilla, jotka voivat tehdä siitä entistä houkuttelevamman vaihtoehdon kryptovaluuttaekosysteemeille.
Proof of Workin ja Proof of Staken keskeisimmät erot
Proof of Work (PoW) ja Proof of Stake (PoS) ovat kryptovaluuttojen suosituimmat konsensusalgoritmit. Ne toimivat eri periaatteilla varmistaakseen lohkoketjujen turvallisuuden ja eheyden. Vaikka molemmat algorimit pyrkivät samaan lopputulokseen, niiden toimintatavat ja vaikutukset eroavat huomattavasti toisistaan. Näiden algoritmien erot vaikuttavat merkittävästi siihen, kuinka energiaa käytetään, miten validaattorit valitaan ja miten turvallisuus sekä hajauttaminen toteutetaan. Lisäksi ne määrittävät kuinka osallistujat palkitaan. Seuraavassa on käyty läpi näiden konsensusalgoritmien keskeisimmät erot:
Energiankulutus:
PoW: Vaatii valtavasti laskentatehoa ja energiaa.
PoS: On huomattavasti energiatehokkaampi, koska validaattorit valitaan steikattujen kryptovaluuttojen kokonaismäärän perusteella.
Validaattorien valinta:
PoW: Louhijat kilpailevat keskenään laskentateholla ratkaistakseen matemaattisia ongelmia. Ensimmäinen ongelman ratkaiseva saa lisätä uuden lohkon.
PoS: Validaattorit valitaan satunnaisesti tai heidän steikkaamansa kryptovaluutan määrän perusteella. Mitä enemmän kryptovaluuttaa validaattori lukitsee steikkaukseen, sitä suurempi todennäköisyys on tulla valituksi.
Turvallisuus:
PoW: Turvallisuus perustuu siihen, että hyökkääjän pitäisi kontrolloida yli 50 prosenttia verkon laskentatehosta voidakseen manipuloida lohkoketjua. Tämä on lähtökohtaisesti erittäin kallista ja äärimmäisen vaikeaa.
PoS: Turvallisuus perustuu siihen, että validaattorit menettävät steikkaamansa kryptovaluutat, jos he yrittävät vilpillistä toimintaa, mikä kannustaa heitä toimimaan rehellisesti.
Palkitseminen:
PoW: Louhijat saavat palkkion uusina kryptovaluuttoina ja transaktiomaksuina.
PoS: Validaattorit saavat palkkion transaktiomaksuina ja mahdollisesti uusina kryptovaluuttoina.
Hajauttaminen ja keskittäminen:
PoW: Lohkoketjusta voi tulla hajautetun sijasta keskitetty, jos suuret louhijoiden keskittymät tai ryhmä louhijoita (mining pools) hallitsevat suurinta osaa verkon laskentatehosta.
PoS: Valta voi keskittyä suuria määriä kyseistä valuuttaa steikanneille validaattoreille, mikä voi johtaa lohkoketjun keskittymiseen.
Yllä esitellyt eroavaisuudet vaikuttavat merkittävästi siihen, miten eri kryptovaluutat ja lohkoketjut toimivat ja miten niiden turvallisuus, tehokkuus ja hajauttaminen toteutetaan. PoW ja PoS eroavat myös siinä, miten ne vaikuttavat lohkoketjuverkkojen kehitykseen ja käyttöönottoon. PoW on perinteisesti ollut suosituin konsensusalgoritmi, erityisesti Bitcoinin menestyksen myötä, mutta sen energiankulutus on saanut monet projektit siirtymään PoS-algoritmiin tai sen variaatioihin. PoS omaa potentiaalia nopeuttaa lohkoketjun konsensusta ja parantaa skaalautuvuutta, mutta se herättää myös kysymyksiä turvallisuuden ja hajauttamisen tasapainottamisesta. Valinta PoW:in ja PoS:in välillä riippuu lopulta kunkin lohkoketjun erityistarpeista ja tavoitteista.
Yhteenveto
Proof of Work (PoW) ja Proof of Stake (PoS) ovat kaksi merkittävää konsensusalgoritmia, jotka määrittävät, miten lohkoketjujen turvallisuus ja toiminta varmistetaan. Näiden algoritmien periaatteiden ymmärtäminen auttaa hahmottamaan, kuinka eri kryptovaluutat toimivat ja mihin niiden turvallisuus perustuu. PoW vaatii huomattavaa laskentatehoa ja energiaa, kun taas PoS on energiatehokkaampi ja perustuu validaattorien steikkaamaan kryptovaluuttaan. PoW ja PoS eroavat merkittävästi myös siinä, miten validaattorit valitaan ja palkitaan, sekä miten ne estävät lohkoketjun manipulointia. Yhteenvetona voidaan todeta, että PoW ja PoS tarjoavat erilaisia ratkaisuja lohkoketjujen ylläpitoon. Niillä molemmilla on omat vahvuutensa ja heikkoutensa, joten niiden laittaminen paremmuusjärjestykseen on haastavaa. 

Mikko Soon
Head of Northcrypto Private