Delegated Proof-of-Stake

Delegated Proof-of-Stake (DPoS) — это алгоритм достижения консенсуса в распределённых системах, прежде всего в блокчейн-сетях, являющийся разновидностью Proof-of-Stake (PoS). В отличие от классического PoS, где валидаторы выбираются пропорционально размеру своей доли (стейка), DPoS вводит механизм делегирования: держатели токенов голосуют за ограниченное количество делегатов (также называемых производителями блоков или свидетелями), которые затем отвечают за проверку транзакций и создание новых блоков. Цель DPoS — повысить пропускную способность сети и снизить энергопотребление по сравнению с Proof-of-Work (PoW) и некоторыми реализациями PoS, сохраняя при этом децентрализацию за счёт демократического выбора валидаторов.

История

Концепция DPoS была впервые предложена Дэниелом Ларимером (Daniel Larimer) в 2014 году. Лаример, известный разработчик блокчейн-протоколов, стремился создать более эффективную и масштабируемую альтернативу существующим алгоритмам консенсуса. Первой реализацией DPoS стала платформа BitShares, запущенная в том же году. BitShares представляла собой децентрализованную биржу и использовала DPoS для обработки тысяч транзакций в секунду.

Впоследствии Лаример применил DPoS в других проектах: блокчейне Steem (запущен в 2016 году) и платформе EOS (запущена в 2018 году). EOS.IO, разработанная компанией Block.one, стала одной из наиболее известных реализаций DPoS, привлёкшей значительное внимание инвесторов и разработчиков. В 2018 году EOS провела одно из крупнейших первичных предложений монет (ICO) в истории, собрав около 4 миллиардов долларов США.

С тех пор DPoS был адаптирован и модифицирован в ряде других блокчейн-проектов, включая TRON, Lisk, Ark, Tezos (использует вариант, называемый Liquid Proof-of-Stake) и Cosmos (через модуль Tendermint). Каждый проект вносил свои коррективы в механизм голосования, количество делегатов и правила распределения вознаграждений.

Принцип работы

Роль держателей токенов

В сети DPoS держатели токенов (стейкхолдеры) обладают правом голоса. Они могут голосовать за кандидатов в делегаты, отдавая свои голоса пропорционально количеству заблокированных (застейканных) токенов. Голосование обычно происходит в режиме реального времени, и держатели могут перераспределять свои голоса между разными делегатами в любой момент. В некоторых реализациях голоса имеют вес, уменьшающийся со временем, чтобы стимулировать активное участие.

Выбор делегатов

Из числа кандидатов выбирается фиксированное количество делегатов (например, 21 в сети EOS, 27 в TRON, 101 в BitShares). Кандидаты, набравшие наибольшее количество голосов, становятся активными делегатами. Остальные кандидаты остаются в резерве и могут заменить активного делегата в случае его неэффективной работы или снижения рейтинга. Процесс голосования и выборов происходит непрерывно: держатели могут менять свои голоса, и состав делегатов может обновляться в каждом раунде.

Производство блоков

Активные делегаты по очереди производят блоки. Очерёдность определяется случайным образом или на основе заранее установленного расписания, которое генерируется после каждого раунда выборов. Каждый делегат получает право создать блок в течение определённого временного интервала (например, 3 секунды в EOS). Если делегат не успевает создать блок или создаёт недействительный блок, он пропускает свою очередь, и право переходит к следующему делегату. За успешное создание блока делегат получает вознаграждение в виде комиссий за транзакции и/или эмиссии новых токенов.

Обработка транзакций

Транзакции, отправленные пользователями, распространяются по сети. Делегаты собирают их в блоки, проверяют подписи и подтверждают корректность. После создания блока он транслируется в сеть, и другие делегаты проверяют его. Если большинство делегатов подтверждают блок, он добавляется в блокчейн. Благодаря небольшому числу делегатов, время подтверждения транзакций в DPoS обычно составляет несколько секунд, а пропускная способность может достигать тысяч транзакций в секунду.

Классификация и варианты

Чистый DPoS

Классическая реализация, описанная выше, с фиксированным числом делегатов и прямым голосованием. Примеры: BitShares, Steem, EOS.

Liquid Proof-of-Stake (LPoS)

Вариант, в котором держатели токенов могут делегировать свои голоса другим участникам, но при этом сами могут участвовать в валидации блоков, если у них достаточно стейка. Tezos использует эту модель, где «пекари» (bakers) выполняют роль делегатов, а держатели токенов могут делегировать им свои права.

Delegated Byzantine Fault Tolerance (dBFT)

Гибридный алгоритм, сочетающий элементы DPoS и византийской отказоустойчивости (BFT). В этой модели делегаты выбираются голосованием, но для достижения консенсуса используется протокол BFT, обеспечивающий окончательность блоков. Пример: NEO.

DPoS с ротацией делегатов

В некоторых реализациях (например, в Lisk) делегаты выбираются на определённый срок, после чего происходит перевыбор. Это позволяет избежать монополизации власти и стимулирует конкуренцию.

Преимущества

• Высокая пропускная способность: Благодаря ограниченному числу делегатов, сеть может обрабатывать тысячи транзакций в секунду, что делает DPoS пригодным для высоконагруженных приложений, таких как децентрализованные биржи и игры.
• Низкое энергопотребление: В отличие от PoW, DPoS не требует значительных вычислительных мощностей, что делает его экологически более устойчивым.
• Быстрое подтверждение транзакций: Время создания блока составляет несколько секунд, что обеспечивает низкую задержку.
• Демократическое управление: Держатели токенов имеют возможность влиять на управление сетью, голосуя за делегатов и предлагая изменения протокола.
• Масштабируемость: DPoS позволяет легко увеличивать пропускную способность за счёт увеличения числа делегатов или оптимизации их работы.

Недостатки и критика

• Централизация власти: На практике небольшое число делегатов может контролировать сеть, особенно если голоса концентрируются у крупных держателей токенов (китов). Это может привести к олигополии и снижению децентрализации.
• Низкая явка избирателей: Многие держатели токенов не участвуют в голосовании, что позволяет активным меньшинствам влиять на выбор делегатов. В некоторых сетях (например, в EOS) более 50% голосов принадлежит менее чем 10% держателей.
• Риск сговора делегатов: Делегаты могут объединяться в картели для получения вознаграждений и блокирования неугодных решений. Это может подорвать доверие к сети.
• Уязвимость к атакам: Если злоумышленник получает контроль над большинством делегатов, он может проводить атаки типа «двойная трата» или цензурировать транзакции. Однако такие атаки требуют значительных ресурсов и обычно быстро обнаруживаются сообществом.
• Сложность механизма голосования: Для рядовых пользователей процесс голосования может быть непонятным и требовать дополнительных действий, что снижает их участие.

Применение

DPoS используется в ряде блокчейн-проектов, ориентированных на высокую производительность и масштабируемость:

• EOS.IO: Платформа для децентрализованных приложений (dApps), использующая 21 делегата. EOS стремится обеспечить обработку миллионов транзакций в секунду и нулевую комиссию для пользователей.
• TRON: Блокчейн для развлекательных приложений (игры, социальные сети), использующий 27 делегатов. TRON известен высокой пропускной способностью и низкими комиссиями.
• BitShares: Децентрализованная биржа, использующая 101 делегата. BitShares была одной из первых платформ, реализовавших DPoS, и продолжает функционировать.
• Steem: Социальная блокчейн-платформа, где пользователи получают вознаграждение за создание контента. Использует 21 делегата.
• Lisk: Платформа для создания сайдчейнов, использующая 101 делегата. Lisk позволяет разработчикам создавать собственные блокчейны, взаимодействующие с основной сетью.
• Tezos: Блокчейн с самоизменяемым реестром, использующий Liquid Proof-of-Stake. Tezos позволяет держателям токенов делегировать свои права «пекарям», которые производят блоки.

Сравнение с другими алгоритмами

Интересные факты

• В сети EOS в 2019 году было зафиксировано, что 21 делегат контролировал более 90% всех голосов, что вызвало критику в адрес централизации DPoS.
• Дэниел Лаример, создатель DPoS, также участвовал в разработке протокола Bitshares, Steem и EOS, но впоследствии покинул проекты из-за разногласий с сообществом.
• В некоторых сетях DPoS (например, в TRON) делегаты обязаны предоставлять отчёты о своей деятельности и публиковать технические спецификации, чтобы заслужить доверие избирателей.
• Алгоритм DPoS лёг в основу многих блокчейн-проектов, ориентированных на корпоративное использование, благодаря своей производительности и предсказуемости.

Источники

• Larimer, D. (2014). Delegated Proof-of-Stake (DPoS) Whitepaper.
• Block.one. (2018). EOS.IO Technical White Paper.
• Buterin, V. (2014). A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
• Zheng, Z., Xie, S., Dai, H., Chen, X., & Wang, H. (2018). An Overview of Blockchain Technology: Architecture, Consensus, and Future Trends.
• Tron Foundation. (2018). Tron: A Decentralized Protocol for the Internet.
• Tezos Foundation. (2018). Tezos: A Self-Amending Crypto-Ledger.