Proof of Work vs Proof of Stake

pedrohnas · Março 8, 2022, 10:57am

Olá, gostaria de promover um debate sobres essas alternativas de prova de consenso, suas vantagens e desvantagens.

No meu entendimento o proof of work (PoW) é bastante seguro pois para fraldar a rede seria necessário individualmente mais poder de processamento do que a rede inteira, por outro lado o PoW me parece limitar a quantidade de trasações por segundo e a medida que a rede é mais demandada o custo energético por transação aparenta aumentar (No caso do BTC mais demanda, oferta estável, o preço tende a subir, a recompensa dos validadores tende a subir, aumenta o icentivo para novos validadores entrarem na rede, supondo uma estabilidade na eficiência dos processadores e no número de transações por segundo, o custo energético por transação tenderia a subir) o PoW também me parece que acaba tornado a entrada de novos validadores eficientes (lucrativos) mais difícil a medida que os atuais validadores forem se especializado e na minha visão isso pode acarretar em problemas de centralização no futuro.

Com relação ao proof of stake (PoS), me parece uma alternativa com uma segurança próxima ou superior, pois no caso do PoW bastaria um poder processamento superior a 1/2 para fraudar a rede e em caso de fracasso não haveria grades percas, criando um incentivo para que existam tentativas, o quanto que no PoS podem haver punições para tentativas fracassaras de fraude (criando um incentivo para não haverem tentativas) e para haver fraude em uma rede PoS, dependendo da rede, seria necessário ter sobre controle 2/3 ou mais, dos nós validadores, o quanto que no PoW é necessário apenas mais que 1/2. O PoS também me parece possibilitar uma maior quantidade de transações por segundo e também me parece possibilitar uma maior descentralização (pois para se tornar um validador não é necessário obter vários processadores, garantir o seu resfriamento e sua manutenção, bastaria pegar o recurso, que seria gasto anteriormente, travar em um contrato e se manter conectado na rede com um processador não tão potente), essa grade acessibilidade ao meu ver também pode ocorrer em um problema de segurança, pois alguém com muitos recursos não necessária tem que obter um grade poder de processamento para fraudar a rede, mas apenas travar esses recursos em um contrato, porém ao meu ver, esse possível problema é bem inferior às outras vantagens de segurança.

Em um balanço geral o que me parece é

Segurança: PoW < PoS
Escalabilidade: PoW < PoS
Descentralização: PoW < PoS

Estou estudando sobre o assunto, esse é o meu ponto de vista até agora, peço que exponham o de vocês e o motivo pelo o qual pensam dessa forma. Agradeço pela atenção.

Lucas · Março 9, 2022, 4:35pm

Oi Pedrohnas, não entendo muito e estou iniciando no assunto mas, a primeira moeda neste estilo é o bitcoin, e ela é “fruto da árvore anarcocapitalista”. Então o problema de segurança não é estritamente contra outros indivíduos e sim estar seguro do estado. Para o estado seria muito mais fácil comprar moedas com dinheiro dos impostos e adquirir stake na rede, passando a controla-la na prática. O estado pode comprar supercomputadores e controlar redes PoW mas seria mais difícil, principalmente considerando pools de mineração enormes. Quanto a escalabilidade realmente PoS é melhor, mas depois da rede lightning esse fator passou a ser mais equilibrado entre os dois projetos.

Philippe · Março 9, 2022, 7:20pm

Na questão da descentralização, a crítica ao PoS é que o sistema trará a validação aos mais ricos, logo teremos esse poder concentrado na mãos de poucos. No PoW a validação é dos que possuem maior poder computacional, porém por questões óbvias, essa capacidade enorme de processamento também se restringe aos que tem muito dinheiro, logo penso que dá no mesmo.

Quanto à questão da segurança, por mais que o PoS seja mais seguro, considerar que alguém consiga sucesso no ataque dos 51% em redes gigantes como a do Bitcoin ou da Ethereum também acredito que seja missão impossível, logo também penso como algo não tão relevante essa diferença.

O Estado pode tanto adquirir muitas moedas pro stake como também investir mais do que qualquer um para montar suas farms de mineração. Na vdd se analisarmos bem, no PoW teremos mais centralização ainda, porque além de um Estado/Indivíduo precisar de muito dinheiro investindo nas máquinas, eles também precisarão estar em um local onde a energia seja barata, logo teríamos uma seleção maior ainda de quem realmente poderia realizar as validações.

Ao meu ver o grande diferencial fica na questão ambiental. Na pegada ESG que o mundo vem procurando adotar, ter uma alternativa que consuma muito menos recursos será essencial para que o ecosistema tenha aprovação global.

Philippe · Março 9, 2022, 7:42pm

Fora a questão da escalabilidade. A ligthtning network vejo como uma solução paliativa porque restringe as transações aos que estão naquele canal e também rola a restrição quanto à liquidez disponível dentro do canal. Então pensando assim o PoS, ao meu ver, tem uma enorme vantagem.

pedrohnas · Março 9, 2022, 9:51pm

Eu concordo a visão do @Philippe, o dinheiro nada mais é do que um bem como qualquer outro, dinheiro pode ser convertido em poder computacional e poder computacional pode ser convertido em dinheiro, a maior diferença é na liquidez, o dinheiro é extremamente mais líquido, não atoa ele é usado como meio de troca. No PoW, para obter uma operação lucrativa é necessário ter acesso a energia barata, ter bons fornecedores, exige tempo para manutenção, exige escala para ser viável contratar técnicos, exige um lugar físico, etc. O que acaba por criar barreiras de entradas para possíveis novos entrantes, o que me parece centralizar o sistema. O quanto que no PoS a barreira de entrada é apenas ter mínimo de recursos que o contrato de stake exigir, possibilitando competir de igual pra igual. Pra mim a única desvantagem é que justamente por ser muito acessível, alguém com muitos recursos teria mais facilidade em fraudar a rede, por outro lado, o fado de ser muito acessível faz com que exista cada vez mais recursos em stake, o que acaba por tonar uma fraude cada vez mais inviável.

Eu gostaria de saber a visão do @tiago, acho que ele acredita no PoW, queria saber quais são os argumentos a favor do PoW

tiago · Março 10, 2022, 6:06pm

PoS é um sistema que no final das contas muito se assemelha ao sistema fiat. Depende de confiança de quem tem mais dinheiro, e uma vez que estes acumulem uma quantidade X de moedas, não há como reverter. Não é possível tirar estas moedas da mão dos stakers.
Um sistema de consenso que parte da premissa que as baleias não farão nada de “errado” pois tem incentivo para não desvalorizar o próprio dinheiro é falho na minha opinião, e não me parece em nada diferente de argumentos contra um banco central emissor de moeda.

O PoW tem como objetivo retirar a necessidade de confiança e criar um sistema que para se atacar é necessário mais do que somente a vontade de um grupo. A prova de trabalho cria o link com o mundo físico, já que um bloco minerado é a prova irrefutável de que houve gasto de energia.

Preço de moedas são facilmente manipuláveis, especialmente por quem já detém dinheiro. No PoS, estes poderiam manipular preços para acumular mais moedas e assim aumentar sua participação na rede.

No PoW, pessoas com mais recursos podem comprar máquinas e aumentar suas chances de minerar, porém o fato de ela adicionar uma máquina em seu pool, não limita a quantidade de máquinas que outros podem comprar para participar do jogo da mineração. A dificuldade aumenta para todos, inclusive para quem tem mais máquinas. A vantagem que este ganha sobre os outros é temporária.

No PoS, uma moeda que está na mão do staker é reduzida do supply e portanto só poderá retornar ao mercado no caso do staker decidir vender.

Pra mim é bastante evidente as vantagens do PoW, e é o único que realmente resolveu o problema da descentralização até o momento.

pedrohnas · Março 11, 2022, 1:19am

Fala @tiago, agradeço pela contribuição nesse tópico. Eu dividi o seu poste em 4 argumentos centrais:

Confiança; De que no PoS seria necessário partir da premissa que as baleias não fraudariam o sistema.
Manipulação de mercado; De que seria fácil manipular o preço de uma moeda, logo no PoS seria possível usar disto para aumentar a sua participação na rede.
Limite de validação do sistema; De que em uma rede com inflação limitada, ao se tornar um validador no PoS você estaria ocupando um posto de n postos, onde n é um número finito.
Dinheiro em circulação; De que no PoS haveria menos dinheiro em circulação.

Com relação ao primeiro argumento, de fato seria necessário torcer para que um grupo de validadores não fraude a rede no PoS, porém no PoW não me parece ser diferente, também é necessário torcer para que eles não fraudem o sistema, além disso, no PoW uma fraude na rede não impactaria diretamente o seu principal ativo (os processadores), o quanto que no PoS uma fraude impactaria diretamente no ativo principal dos validadores. Então nesse ponto o PoS me parece lidar melhor com essa questão.

Sobre o segundo ponto eu tenho dúvidas do qual fácil seria manipular um mercado e limites de tal manipulação, de qualquer modo, de fato águem que tenha esse controle poderia manipular o mercado para baixo, comprar na baixa, assim aumentar a sua quantidade de moedas e no caso do PoS assim aumentando o seu poder de validação, porém de mesmo modo no PoW alguém com o mesmo poder de manipulação, poderia manipular para baixo, assim comprando na baixa, manipular para cima, assim vendendo na alta e posteriormente comprando mais poder de processamento. Nesse ponto PoW me parece equivalente ao PoS, talvez com uma leve vantagem pelo fato de que se realmente for simples manipular um mercado, ter um ativo mais líquido fosse mais facilitador nesse processo.

Sobre o terceiro ponto, de fato é um problema que não estava no meu radar, no PoS realmente existiria um limite na quantidade de validadores, porém isso também acaba sendo um problema no PoW, pois existe um limite físico que os recursos escassos do universo observável podem gerar de poder de processamento. Então nesse ponto o PoW me parece lidar melhor com essa questão, pois no PoW seria muito mais difícil ocupar todos esses postos.

O quarto ponto também me parece um problemão que não estava no meu radar, existe um grade incentivo pro validador no PoW pegar a sua recompensa por validação e botar ele em Stake, o quanto que no PoW é necessário vender a recompensa para pagar os custos da operação e também para aumentar a operação. Nesse ponto o PoW leva.

De qualquer modo fico feliz de que existam n projetos botando a prova vários mecanismos de consenso diferente. E que a melhor tecnologia vença.

Gostaria de pedir pra quem tiver likes de bons artigos sobre o assunto, principalmente que abordem outros pontos ou os mesmos, mas de modo diferente, que compartilhem aqui no tópico, fico grato.

Cecilio · Março 11, 2022, 2:49am

Fato é que o PoW foi implementado e sustenta a camada de consenso do Blockchain do Bitcoin desde 01/01/2009 até agora sem parar um minuto sequer. Por outro lado a cadeia Beacon ou Beacon Chain onde está rodando o PoS do Ethereum foi implementado em 2020 e já adiaram o merge deste rede paralela com a mainnet do Ethereum algumas vezes. O próprio pessoal do Ethereum assume que o PoS ainda está na infância e consideram este aspecto como ponto fraco.
No caso do PoW o controle dos 51% é feito pela força computacional enquanto no caso do PoS o controle dos 51% é feito pela força econômica controlando 51% da quantidade de ETH depositados em garantia.
Não consigo enxergar vantagem do PoS sobre o PoW a não ser no terreno da opinião.
O PoW rodando há tanto tempo sem falhar perde para o PoS ainda na infância (como reconhecem o pessoal do Ethereum)?
A necessidade de poder computacional atualmente exigido para controlar 51% no Bitcoin o torna mais vulnerável do que a necessidade de controlar 51% do volume de ETH stackado pelos validadores?

O documento do Ethereum diz que é fácil se tornar um validador mas não acho que seja tão fácil assim. Não sei quanto é nos outros Blockchains que rodam PoS, mas no caso do ETH a quantidade exigida de ETH é de 32. A preços atuais um candidato a validador precisa ter pelo menos uns 80 mil dólares ou mais de 400 mil reais. Geralmente quando se implanta o PoS o validador que minera o último bloco fica por algum tempo com a quantidade de 32 ETH bloqueado. Depois de algum tempo, se a rede constatar que o bloco foi minerado direitinho os 32 ETH são descongelados e podem ser usados novamente como garantia para a próxima rodada de mineração. Me parece, não sei se é assim, que não há limite para um validador depositar ETH. Se um validador depositar 64 ETH poderá minerar um bloco e se candidatar para minera outro bloco logo em seguida. Se depositou apenas 32 ETH ele terá que ficar esperando que outros validadores minerem alguns blocos até que o valor do seu depósito seja liberado. Se um validador tiver 1 mil ETH e alocar 800 poderá se candidatar várias vezes e nesse meio tempo os ETH que foram congelados para garantir blocos já minerados podem voltar novamente para a sua conta que garante a sua validação. Pode ser que não seja suficiente para realizar um ataque de 51%, mas pode ser que validadores com muitos ETH concentrem poder minerando muitos blocos porque poderão participar mais vezes do sorteio.

Print retirado em 10/03/2022 de>: Proof-of-stake (PoS) | ethereum.org

Sobre a questão do consumo de energia estou pesquisando sobre o tema desde o ano passado e pretendo publicar um texto específico em algum momento do futuro.

pedrohnas · Março 11, 2022, 6:54am

A rede do Bitcoin, no quesito segurança, acredito que seja n vezes melhor do qualquer outra rede. Não creio que faça sentido comparar a segurança o Bitcoin (como representante do PoW) com o Ethereum (como representante do PoS). Acredito que faça sentido discutir teoricamente vantagens e desvantagem de mecanismos de consenso diferentes, em todos os quesitos, não apenas na questão de segurança, botar esses mecanismos a prova e caso uma alternativa se mostre melhor (o que na minha opinião leva décadas para chegar em uma conclusão) que rede do Bitcoin acabe por implementar. Acredito que “versão” atual do Bitcoin seja algo simplesmente revolucionário, mas tá muito longe da perfeição, que nunca será alcançada, mas a graça é justamente persegui-la.

Disto isto, o modelo de PoS do Ethereum não creio que seja o ideal, com relação a acessibilidade, existem outras redes onde não existe um valor mínimo para ter em stake, com qualquer valor já existe a chance de você ser selecionado, na quentão da centralização, creio que a crítica também possa valer pro PoW, quanto mais poder de processamento mais chance de validar o bloco primeiro, com maior frequência se obtém as recompensas de validar o bloco e é possível trocar a recompensa por mais poder de processamento. Porém a crítica do @tiago continua válida, no PoS, caso a base monetária seja limitada, ser um validador é ocupar um posto de n postos, onde n é um número finito.

Com relação ao consumo de energia do PoW, não creio que seja um grade problema, sobre a questão da poluição, creio que seja questão de tempo pro mundo migrar para matrizes renováveis não poluentes, então no futuro, caso não encontremos uma forma de baratear muito a produção de energia, o fato do PoW consumir muita energia apenas vai significar taxas constantemente caras.