Блокчейн — це розподілений реєстр даних, головною особливістю якого є його повна незалежність від будь-яких центрів. В основі цієї незалежності лежить криптографія, що забезпечує правдивість і незмінність записів, а також децентралізація, що виключає необхідність у центральному органі управління. Але якщо концепція шифрування зрозуміла на базовому рівні, то питання реалізації другого механізму залишається загадкою для більшості людей.
Як переконатися, що мільйони учасників мережі погоджуються з однією й тією ж версією подій? Як захистити мережу від шахраїв? Як досягти згоди в середовищі, де ніхто нікому не довіряє? Відповіддю є алгоритм консенсусу, як-от Proof-of-Stake.
У цій статті ми відповімо на всі ключові запитання щодо Proof-of-Stake (PoS):
- Що таке алгоритм консенсусу, чому він необхідний і як працює
- Як працює перший у світі алгоритм консенсусу Proof-of-Work (PoW)
- Як розвивався Proof-of-Stake і чому Ethereum перейшов з PoW на PoS
- Як працює PoS, які в нього алгоритми, механізми захисту та слабкі місця
Що таке алгоритм консенсусу у світі криптовалют
У традиційних системах ми довіряємо центральному органу — банку, державі або корпорації. У блокчейні довіреного центру немає — ніхто не каже, яка операція справжня, яка версія даних єдиноправильна — але замість нього є алгоритм.
Кожен вузол отримує дані асинхронно, із затримками, і може бачити в моменті свою версію історії. Щоб зберегти цілісність системи, усі ці розрізнені вузли мають домовитися про одну спільну версію подій. Алгоритм консенсусу — саме той механізм, який робить це можливим. Він задає правила, за якими мережа приходить до спільного рішення, навіть якщо окремі учасники мають різні дані або зацікавлені в обмані. Це не просто технічний компонент — це фундамент децентралізації: без нього блокчейн став би звичайною базою даних.
Чому блокчейну необхідний алгоритм консенсусу
За правильної реалізації алгоритм консенсусу забезпечить блокчейну:
- Узгодженість — усі учасники мережі (ноди) сходяться до однієї й тієї ж версії історії. Це робить підробку даних практично неможливою й дорогою, що також посилюється завдяки криптографії — кожен блок пов’язаний із попереднім.
- Стійкість — навіть у разі атаки на мережу, збоїв або навіть відключення частини вузлів блокчейн продовжить функціонувати без втрати даних.
Саме ці якості забезпечують унікальність і надійність децентралізованого реєстру як незалежної та відмовостійкої системи. Але як це все-таки працює?
Як працює алгоритм консенсусу
Кожен алгоритм консенсусу відповідає на три ключові запитання: хто отримує право запропонувати наступний блок (і отримати нагороду), як інші учасники перевіряють його коректність, як визначити, який блок справжній, якщо з’явилося кілька?
На практиці процес роботи алгоритму можна розбити на три етапи:
- Вибір виробника. На першому кроці необхідно зрозуміти, хто з учасників отримає право створити наступний блок. Кожен алгоритм пропонує для цього свій спосіб — визначувану й обчислювану умову — саме від неї залежить вид алгоритму. Вузол має виконати цю умову, щоб стати учасником.
- Перевірка коректності. Коли блок створено, його передають іншим вузлам для перевірки. Усі учасники переконуються в його коректності: перевіряють операції, підписи, переконуються у відсутності подвійних витрат і дотриманні всіх правил.
- Вирішення конфліктів. У разі, якщо два або більше вузлів пропонують свій варіант блоку одночасно, то набуває чинності механізм вибору. Цей крок гарантує, що вся мережа погодиться на одну й ту саму версію історії.
Якою буде умова і як реалізуються кроки повністю залежить від типу алгоритму.
Proof-of-Work: принцип роботи першого у світі алгоритму
Ідея Proof-of-Work була запропонована у 2008 у «білій книзі» Bitcoin. Її суть у тому, що для додавання нового блоку учасник повинен «довести факт виконання робіт». Майнер, який знайшов блок, отримує нагороду — монети, що випускаються з кожним блоком, і комісії за угоди. Ця нагорода створює економічний стимул чесної участі.
Ця робота — складні математичні обчислення — є тією самою умовою. PoW вимагає величезних обчислень і, відповідно, витрат енергії, що й стало причиною появи нових алгоритмів. Найпопулярніший із них — Proof-of-Stake.
Як працює алгоритм Proof-of-Stake (PoS)
Ідея відмовитися від енерговитратного PoW обговорювалася із самого початку розвитку криптовалют. Уже у 2011 році на Bitcointalk почали з’являтися пропозиції розробити економічні стимули замість обчислень для досягнення консенсусу.
У 2012 році був запущений Peercoin — перша криптовалюта, що використовує гібридну модель. У ній PoS застосовували для підвищення безпеки та стійкості мережі, але початкові блоки все ще створювали за допомогою обчислень. У 2013 році з’явився Nxt — перший «чистий» Proof-of-Stake, який довів, що блокчейн може працювати без PoW.
В основі Proof-of-Stake лежить ідея «доказу володіння» — замість витратних обчислень учасники підтверджують своє право опрацьовувати блоки (а отже, й отримувати винагороду) завдяки обсягу заблокованих у спеціальному пулі коштів, для чого використовують нативну валюту блокчейну. Що вищий обсяг активів, то вищий шанс нагороди, а отже, вищий економічний інтерес у чесній роботі мережі.
На відміну від майнерів у PoW, учасники PoS — стейкери, а сам процес — стейкінг.
І попри першість Bitcoin на PoW, у 2025 році більш як половина найбільших мереж працюють на PoS. Але чи є в нього вразливості і як він захищає себе від них?
Алгоритми, механізми захисту та вразливості PoS
Proof-of-Stake реалізовано в різних алгоритмах, що відрізняються логікою та правилами:
- Delegated PoS (DPoS) — валідатори мережі (делегати або суперпредставники) обираються голосами власників токенів. Створення блоків здійснюється обмеженим числом обраних вузлів. Це дає змогу досягти високої пропускної здатності та швидких підтверджень, але нерідко критикується за тенденцію до централізації. Найяскравіший приклад DPoS — блокчейн Tron.
- Chain-based PoS — блоки створюються валідаторами в порядку, що залежить від випадковості та розміру стейка. Кожен новий блок будується на попередньому, як у лінійному ланцюжку. Проста й енергоефективна модель, вразлива до одночасного підпису блоків одразу в декількох конкурентних ланцюжках.
- Nominated (NPoS) — власники вибирають валідаторів, яким довіряють, перерозподіляючи свою ставку (так працює Polkadot). Механізм стимулює участь спільноти, балансуючи між ефективністю та децентралізацією.
- Liquid PoS — учасники вільно передають свої голоси між делегатами або голосують безпосередньо (як Tezos). Дає змогу гнучко змінювати довірених представників, підвищуючи адаптивність системи без втрати активності мережі.
Безпека досягається через комбінацію технічних обмежень і стимулів.
- До перших належить, наприклад, слешинг (механізм штрафів за спроби атаки, подвійний підпис) і концепція фіналізації (щойно новий блок набирає достатню кількість підтверджень валідаторів, він вважається незворотним).
- А до других — економічна застава: перебуваючи в стейкінгу, валідатори фактично ставлять свої кошти під загрозу: у разі порушення правил вони втрачають частину або весь стейк. Це робить атаки дорогими й невигідними.
Економічна мотивація є центральним елементом безпеки: той, хто зацікавлений у збереженні своєї частки, діятиме чесно. Це знижує споживання енергії й одночасно знижує бар'єр входу для нових валідаторів.
Але попри переваги, PoS-системи схильні до низки специфічних загроз:
- Nothing-at-stake — оскільки створення блоків не вимагає витрат, валідатори можуть підтримувати кілька конкурентних ланцюгів, ускладнюючи досягнення консенсусу. Цю проблему вирішують слешинг і схеми відстеження поведінки.
- Long-range атаки — якщо зловмисник отримує приватні ключі старих валідаторів, він може побудувати альтернативний ланцюг «із початку часів». Протидія: чекпойнти, обмеження довжини ланцюга відкату, фіналізація.
- Централізація — великі стейкхолдери можуть контролювати значну частину валідаторів, знижуючи децентралізацію. Це ризик не тільки технічний, а й соціальний, що є головним аргументом критиків Proof-of-Stake.
- Цензура — великі валідатори можуть вибірково підтверджувати транзакції, порушуючи нейтральність (рівноправність) мережі. Протидія — механізм інклюзії, ротація валідаторів та абсолютна анонімізація транзакцій.
Розвиток Proof-of-Stake змінює саму природу децентралізованих систем. Замість обчислювальних перегонів і необхідності купувати дороге обладнання, PoS робить участь у консенсусі доступною для широкого кола людей. Наприклад, сьогодні брати участь у стейкінгу можна через звичайний смартфон і криптогаманець — така функція доступна і в Metamask, і Trustee Wallet, і навіть на деяких біржах.
Яскравий історичний момент — перехід Ethereum з Proof-of-Work на Proof-of-Stake у вересні 2022 року. Цей крок став не тільки технологічним, а й ідеологічним прецедентом: друга найбільша мережа відмовилася від енергоємного майнінгу на користь моделі з більшим масштабуванням. В основі цього рішення лежала не тільки турбота про екологію, а й прагнення до безпеки, керованості та залученості учасників.
Proof-of-Stake — не просто альтернатива майнінгу, а переосмислення самої природи децентралізації. PoS змінює акценти в архітектурі блокчейну: від витрат енергії — до економіки стимулів. Його розвиток усе ще триває, і від того, як буде вирішено його головні проблеми та вразливості, залежить майбутнє всього криптовалютного світу.