De meeste blockchains hebben veel gemeen en functioneren op vergelijkbare manieren, maar één van de manieren waarop blockchains uniek kunnen zijn, is de manier waarop een consensus wordt bereikt. Welke transacties zijn legitiem en welke transacties worden toegevoegd aan de blockchain? Blockchains doen dit met behulp van verschillende consensusmechanismen, we zullen de 2 belangrijkste hieronder toelichten. Vanaf het moment dat we deze twee consensusmechanismen hebben toegelicht kunnen we beoordelen welke van de twee het eerlijkste zijn en uiteindelijk tot de beste oplossing komen. In onze ogen is het belangrijk om dit te beseffen mits Ethereum dit jaar nog naar proof of stake wil verhuizen, maar is dat ook echt de beste oplossing?

374Proof of Work (PoW) is het eerste consensusmechanisme van de blockchain en werd voor het eerst gebruikt door Bitcoin in 2009. Veel cryptocurrencies hebben het voorbeeld van Bitcoin gevolgd en hebben ook dit consensusmechanisme overgenomen.

Het Proof of Work-proces staat bekend als mining en de nodes staan bekend als miners. Miners lossen complexe wiskundige puzzels op waarvoor veel rekenkracht nodig is. De eerste die de puzzel oplost, mag een block creëren en krijgt daarvoor een zogenaamde “reward”. Deze wiskundige puzzels hebben een aantal interessante eigenschappen.

Ten eerste zijn ze asymmetrisch, wat betekent dat het veel tijd kost om de oplossing te vinden, maar dat het gemakkelijk is om na te gaan of de oplossing correct is.

Ten tweede is de enige manier om deze puzzels op te lossen het raden van het antwoord. Het is niet mogelijk om de puzzels sneller op te lossen met een andere methode (het is vooral met vallen en opstaan). Dit betekent ook dat als men de oplossing van de puzzel sneller wil vinden, men meer rekenkracht nodig heeft, wat zeer kostbaar kan worden.

Tenslotte verandert de moeilijkheidsgraad van deze puzzels afhankelijk van hoe snel de blocks gemined worden. Om een constante aanvoer van nieuwe coins te behouden, moeten blocks binnen een bepaald tijdsbestek gemaakt worden. Als blocks te snel worden gemaakt, worden de puzzels moeilijker, en als ze te langzaam worden gemaakt, worden de puzzels makkelijker.

Dit proces zorgt ervoor dat men, om een block te kunnen creëren, eerst veel rekenkracht nodig heeft om de puzzel op te lossen.

Er is echter een groot nadeel aan dit consensus mechanisme. Proof of Work gebruikt veel energiebronnen en zou in de toekomst onhoudbaar zijn, daarom stappen sommige blockchains over op een ander consensusmechanisme.

Om je een idee te geven van hoeveel energie blockchains die gebruik maken van Proof of Work kunnen verbruiken, hebben we de onderstaande grafiek toegevoegd, die een schatting geeft van hoeveel energie Bitcoin in het afgelopen jaar heeft verbruikt. De schatting is dat Bitcoin het afgelopen jaar ongeveer 132,26 TWh heeft verbruikt, met een geschatte kostprijs van $6.612.763.161.

iProof of Stake (PoS) daarentegen is het milieuvriendelijkere broertje van Proof of Work. Proof of Stake maakt gebruik van de veronderstelling dat diegene die de meeste coins in een netwerk bezitten, een gevestigd belang hebben om het netwerk in stand te houden en de waarde van de coins hoog willen houden.

In een systeem dat gebruik maakt van Proof of Stake wordt een gerandomiseerd proces gebruikt om te bepalen wie het volgende block mag produceren. Gebruikers kunnen hun tokens inzetten om een validator te worden (iemand die blocks kan produceren), wat betekent dat ze hun tokens voor een bepaalde tijd vastzetten. Als ze dat gedaan hebben, komen ze in aanmerking om blocks te produceren. Het proces dat beslist wie het volgende block mag produceren, houdt rekening met een aantal factoren. Wat deze factoren zijn hangt af van het ontwerp van de blockchain, maar over het algemeen heeft de persoon met de grootste inzet het meeste kans om een block te mogen produceren. Een voorbeeld van een andere factor waar rekening mee gehouden kan worden is hoe lang de coins al gestaked zijn.

Validators worden ook beloond voor hun werk. De beloning die de validator ontvangt voor het maken van het volgende block hangt wederom af van het ontwerp van de blockchain. Gewoonlijk ontvangen zij ofwel alle, of een deel van alle transactiekosten van alle transacties in het block dat zij gecreëerd hebben, of zij ontvangen een vast bedrag aan coins (gegenereerd door inflatie).

Proof of Stake is niet alleen veel energie-efficiënter dan het Proof of Work-systeem, het heeft ook een ander belangrijk onderscheid. In een Proof of Work-systeem mag een miner niets bezitten van de coins die hij mined, wat betekent dat hij alleen zijn winst wil maximaliseren zonder daadwerkelijk het netwerk te verbeteren. In een Proof of Stake-systeem hebben validators een veel grotere drijfveer om het netwerk te onderhouden, aangezien zij daadwerkelijk de coins bezitten van de blockchain waarop zij valideren.

Toen Satoshi PoW ontwierp, veranderde hij fundamenteel de manier waarop consensus tussen mensen wordt gevormd van politieke stemmen naar apolitieke stemmen (hashes) via de omzetting van energie. PoW is bewijs van het verbranden, of de validatie dat energie verbrand wordt. PoW gaat uiteindelijk over natuurkunde, niet over code.

De blockchain van Bitcoin produceert een “block reward” voor deze miners in ruil voor het verrichten van het werk. Dit is hoe de speltheorie werkt: miners worden gecompenseerd in de valuta waarin ze beloofd hebben transacties correct te organiseren. Als ze zouden besluiten een 51%-aanval uit te voeren, zouden ze de waarde van hun toekomstige verwachte rewards vernietigen, en hebben ze de initiële kosten reeds gemaakt.

Bij PoS wordt kapitaal ingezet of op het spel gezet in afwachting van een toekomstige reward (omdat tokens voor een bepaalde periode vastzitten). Ze worden willekeurig geselecteerd om transacties op het protocol te verifiëren en worden gestimuleerd om de integriteit van transacties te handhaven door beloond te worden met nieuwe tokens. Als een staker zich niet correct gedraagt (transacties valselijk verifiëren/ordenen) dan zullen ze “ge-slashed” worden, wat betekent dat ze een deel van hun coins kunnen verliezen.

PoS voorstanders beweren dat PoS eerlijker is, efficiënter in termen van energieverbruik, en andere voordelen die wij hieronder zullen ontkrachten.

De problemen met Proof Of Stake

De enige manier om een PoW-coin te bezitten is door hem te minen of te kopen. Dit zorgt voor een zo eerlijk mogelijke verdeling, aangezien er werk nodig is voor de verwerving. Bij de meeste PoS-coins was er een pre-mine, wat betekent dat een deel van de coins werd uitgegeven aan een selecte groep van vroege investeerders (ex: Ethereum’s pre-mine was ~70% van de initiële project distributie, met ~50% verkocht aan ~100 individuen). Om terug te komen op hoe elk systeem werkt: bij PoW moet een miner apparatuur en elektriciteit kopen met een onzekere “reward”. Dit zorgt ervoor dat er verandering optreedt in de validatorset, aangezien een rendement niet gegarandeerd is. Er zijn veel dingen die fout kunnen gaan.

Met PoS wordt kapitaal op het spel gezet, maar er zijn weinig kosten vooraf. Na verloop van tijd betekent dit dat PoS-coins waarschijnlijk meer en meer geconcentreerd zullen raken in de handen van bestaande houders.

Vitalik beweert dat PoS met Ethereum eerlijker is (zonder rekening te houden met de pre-mine), omdat het minder werkkapitaal vereist dan een commerciële mining onderneming. Het vereist echter een minimum van 32 ETH dat gestaked moet worden, wat buiten het bereik ligt van een gewone HODLer. Bovendien zorgen de internetconnectiviteit en de opslagcapaciteit ervoor dat de meeste mensen een node met ETH niet kunnen gebruiken.

Door de complexiteit, de verlaging van de risico’s (bv. het behouden van een hoge uptime), en de minimumvereisten om op verschillende netwerken te staken, duwt dit de meeste PoS-stakers naar gecentraliseerde services.

Bijvoorbeeld, ETH staking rewards kunnen samengaan, maar men moet tot 32 ETH aan beloningen opsparen om een andere validator te lanceren. Dit zal zorgen voor meer centralisatie mits gedelegeerde staking modellen zoals exchanges grote reserves hebben.

Daarnast zullen de PoS-voorstanders ook het energieverbruik van Bitcoin vaak gebruiken als een negatief element en dit is onterecht.

De Bitcoin ledger kan alleen onveranderlijk zijn wanneer de productie ervan kostbaar is. Het feit dat Proof of Work (PoW) “duur” is, is een kenmerk, geen fout. Het publieke grootboek van Bitcoin wordt beveiligd door de collectieve hashing-kracht: de som van alle energie die wordt besteed om de muur te bouwen. En door het kostbare ontwerp kost het evenveel energie om hem af te breken.

Het is ook belangrijk om op te merken dat PoS-systemen geleidelijk aan de koopkracht van HODLers eroderen, dit door de voorgeprogrammeerde eeuwigdurende inflatie. Deelnemers worden gestimuleerd om te staken, anders zullen ze na verloop van tijd een kleiner percentage van de totaal uitgegeven coins hebben. Sommige PoS-protocollen hebben 60-70% deelnamepercentages, maar afhankelijk van hoe moeilijk staking is en de opbrengst, kunnen die veel lager zijn. 

Er is een vervelend fiscaal neveneffect aan het staken met inflatoire rewards: ze worden door de meeste regeringen belast als inkomen. Terwijl bij PoW-systemen met non-perpetual inflatie, HODLers van de coin (vb. Bitcoin) geen belastbare gebeurtenissen hebben wanneer ze HODLen. Dit betekent dat PoS-HODLers na verloop van tijd hun stack langzaam zullen laten opslokken door overheden.

Bovendien worden staking- en mining-rewards berekend op het moment dat ze worden ontvangen. Dit betekent dat tegen de tijd dat een deelnemer belasting betaalt, de waarde van de coin aanzienlijk gedaald kan zijn. Dit betekent dat de deelnemer een grotere belastingdruk kan hebben dan verwacht (vb. je ontvangt inkomsten tegen $100/coin en nu is de coin nog maar $50/coin waard).

Uiteindelijk hebben Proof of Work en Proof of Stake en andere consensusmechanismen hetzelfde doel: consensus bereiken in een gedecentraliseerd netwerk. Maar ondanks dat deze mechanismen een gemeenschappelijk doel hebben, verschillen ze enorm in hun aanpak om consensus te bereiken.

Hoewel het perfecte consensusmechanisme nog niet bestaat, is het interessant en inspirerend om te zien hoe consensusmechanismen in de loop der tijd zijn geëvolueerd en aangepast aan de steeds veranderende behoeften van een protocol, en het zal zeker boeiend zijn om te zien hoe nieuwe ideeën werkelijkheid worden.

Satoshi heeft met een reden niet voor PoS gekozen. PoW was de innovatie.