Wat is Nominated Proof of Stake en hoe werkt het?

Wat is Nominated Proof of Stake?

Nominated Proof of Stake, meestal afgekort als NPoS, is een variant van Proof of Stake waarbij tokenhouders validator-kandidaten nomineren en het protocol daaruit een actieve validator-set kiest. Deze actieve validators voeren vervolgens de technische taken uit die nodig zijn om de blockchain te beveiligen.

Bij Proof of Stake zetten deelnemers tokens vast als economische inzet. Die inzet heet stake. NPoS voegt daar een duidelijke rolverdeling aan toe: validators beheren de technische infrastructuur, terwijl nominators bepalen welke validator-kandidaten zij met hun stake willen ondersteunen.

Een nominator hoeft dus geen eigen validator-node te draaien. Een node is een computer die verbinding maakt met het netwerk en de regels van de blockchain uitvoert. De nominator bindt tokens en geeft aan welke validator-kandidaten betrouwbaar lijken. Het protocol gebruikt deze voorkeuren tijdens een verkiezing.

NPoS is vooral bekend van Polkadot en Kusama. Op Polkadot is NPoS niet het volledige consensusmechanisme. Het selecteert en beveiligt economisch de validator-set. Daarna produceren validators blokken met BABE en zorgen zij met GRANDPA voor finaliteit. Finaliteit betekent dat een blok definitief is bevestigd en niet meer door een andere versie van de blockchain wordt vervangen.

Korte samenvatting

• Nominated Proof of Stake is een Proof-of-Stake-variant voor het kiezen van validators.
• Nominators binden tokens en nomineren validator-kandidaten zonder zelf een validator-node te beheren.
• Validators voeren de technische consensus- en beveiligingstaken van het netwerk uit.
• Het protocol bepaalt welke kandidaten actief worden en hoe de backing wordt verdeeld.
• Op Polkadot selecteert NPoS validators, terwijl BABE blokken produceert en GRANDPA finaliteit verzorgt.

Hoe werkt Nominated Proof of Stake?

NPoS werkt door voorkeuren van nominators en hun gebonden tokens te gebruiken voor de verkiezing van een beperkte groep actieve validators. Het proces verloopt op Polkadot in grote lijnen als volgt.

1. Een kandidaat meldt zich aan als validator

   Een validator-kandidaat registreert dat hij of zij wil deelnemen. De kandidaat moet een node beheren en in staat zijn om de taken van een actieve validator betrouwbaar uit te voeren.

2. Nominators kiezen kandidaten

   Een nominator bindt tokens en stelt een begrensde lijst samen van validator-kandidaten. Daarmee geeft de nominator aan welke kandidaten hij of zij geschikt vindt.

3. Het protocol houdt een verkiezing

   Het protocol kiest een beperkt aantal actieve validators. Daarbij telt niet alleen hoeveel backing een kandidaat heeft. De verkiezing probeert ook de backing over de gekozen validator-set evenwichtiger te verdelen en de voorkeuren van nominators proportioneel mee te nemen.

4. De stake wordt toegewezen

   Een nominatie is geen vaste opdracht waarbij alle tokens automatisch bij één gekozen kandidaat terechtkomen. De verkiezingsuitkomst bepaalt aan welke actieve validators de stake van een nominator in die periode wordt toegewezen. Een deel van de gekozen kandidaten van een nominator kan dus actief worden, terwijl andere kandidaten niet worden geselecteerd.

5. De actieve set voert de netwerkrollen uit

   Op Polkadot wordt de actieve validator-set per era vernieuwd. Een era duurt daar ongeveer 24 uur. Hierdoor kan de samenstelling van actieve validators van era tot era veranderen.

De verkiezing gebruikt methoden uit de verkiezingstheorie die verwant zijn aan Phragmén. Het doel is niet simpelweg om de kandidaten met de meeste ruwe backing te kiezen. Het protocol probeert zoveel mogelijk stake te benutten, gekozen validators voldoende backing te geven en grote verschillen tussen die backing te verkleinen.

De berekening van deze uitgebreide verdeling gebeurt buiten de blockchain en wordt daarna op de blockchain ingediend en gecontroleerd. Daardoor hoeft de blockchain niet alle zware rekenstappen zelf uit te voeren bij iedere wisseling van een era.

Voorbeeld: Stel dat een nominator drie validator-kandidaten nomineert. Als twee van die kandidaten worden gekozen, kan het protocol de gebonden tokens van deze nominator aan die twee actieve validators toewijzen. De nominator hoeft die verdeling niet handmatig te bepalen.

Welke rol spelen nominators en validators?

Nominators kiezen validator-kandidaten met hun stake, terwijl validators de technische taken uitvoeren die nodig zijn om de blockchain te laten functioneren. Beide rollen zijn belangrijk, maar de verantwoordelijkheden verschillen duidelijk.

Een validator draait een node en neemt deel aan consensus. Consensus is het proces waarmee deelnemers aan een blockchain samen bepalen welke blokken en transacties geldig zijn. Op Polkadot produceren validators onder meer blokken, valideren zij parachainblokken en nemen zij deel aan finaliteit.

Een nominator beheert normaal gesproken geen validator-node. In plaats daarvan bindt de nominator tokens en selecteert hij of zij kandidaten die betrouwbaar worden geacht. Deze keuze beïnvloedt de kans dat kandidaten genoeg backing krijgen om actief te worden.

Nomineren is geen volledig passieve vorm van staking. Een nominator moet validator-kandidaten blijven beoordelen. Belangrijke punten zijn onder meer:

• de prestaties van de validator;
• het commissiepercentage;
• de eigen stake van de validator;
• eerdere slashes;
• de kans dat de validator actief wordt;
• mogelijke technische of economische verbanden tussen validators.

Een slash is een sanctie waarbij een protocol een deel van de inzet kan afnemen na een kwalificerende overtreding. Validators lopen operationele risico's, bijvoorbeeld door uitval, een onjuiste configuratie of dubbele ondertekening. De validator beheert de node-infrastructuur en sleutels. De nominator loopt vooral selectie- en allocatierisico: een verkeerde keuze of niet-actieve nominatie kan betekenen dat er geen beloning wordt ontvangen.

Een nominator ontvangt alleen stakingbeloningen wanneer de stake daadwerkelijk aan een actieve, belonende validator is toegewezen. Alleen tokens binden of kandidaten opgeven is dus niet genoeg.

Hoe worden beloningen verdeeld binnen Nominated Proof of Stake?

Op Polkadot worden beloningen eerst per actieve validator bepaald en daarna verdeeld tussen de validator en de actieve nominators achter die validator. De beloning hangt niet uitsluitend af van de hoeveelheid backing van een validator.

Actieve validators ontvangen in beginsel een vergelijkbare bruto-beloning binnen de validator-set. Het precieze bedrag kan per era verschillen door era points. Era points zijn punten die validators verdienen voor uitgevoerde taken, zoals het produceren van relay-chainblokken en het afgeven van validiteitsverklaringen voor parachainblokken.

Vervolgens verloopt de verdeling in twee stappen:

1. De commissie gaat eerst naar de validator

   De validator stelt een commissiepercentage in. Dit percentage wordt eerst van de bruto-beloning afgetrokken. Een hogere commissie laat dus minder beloning over voor de andere deelnemers achter die validator.

2. Het resterende bedrag wordt naar verhouding verdeeld

   Wat na de commissie overblijft, wordt pro rata verdeeld. Dat betekent dat iedere deelnemer een deel ontvangt dat past bij zijn of haar aandeel in de stake achter die validator. De validator zelf deelt ook mee op basis van de eigen actieve stake.

De validator heeft geen custody over de beloningen van nominators. Custody betekent de controle over iemands crypto. De blockchain mint en verdeelt de beloningen rechtstreeks aan de rechthebbenden wanneer een payout wordt uitgevoerd.

Transactietips staan los van deze stakingbeloningen. Op Polkadot gaan zulke tips volledig naar de validator die ze ontvangt.

Voorbeeld: Een actieve validator ontvangt een bruto-beloning. Eerst wordt de ingestelde commissie voor de validator afgezonderd. Het resterende deel wordt verdeeld tussen de validator en de actieve nominators, op basis van ieders aandeel in de stake achter die validator.

Wat zijn de voordelen van Nominated Proof of Stake?

NPoS maakt het voor tokenhouders mogelijk om bij te dragen aan de economische beveiliging van een blockchain zonder zelf een validator-node te beheren. Dat verlaagt de technische drempel voor staking.

De belangrijkste voordelen zijn:

• Toegankelijkere deelname: Nominators kunnen tokens binden en kandidaten selecteren zonder zelf de hardware, verbinding en sleutels van een validator-node te beheren.
• Spreiding van voorkeuren: Een nominator kan meerdere kandidaten nomineren. Daardoor is de nominator niet volledig afhankelijk van één kandidaat die mogelijk niet actief wordt.
• Evenwichtiger backing: De verkiezingsmethoden zijn ontworpen om de backing over de gekozen validator-set beter te verdelen. Dit kan voorkomen dat alle backing vanzelf naar een kleine groep populaire validators stroomt.
• Proportionele vertegenwoordiging: De verkiezing probeert de voorkeuren van nominators naar verhouding mee te nemen bij het kiezen van meerdere validators.
• Gedeelde economische belangen: Validators en nominators hebben er belang bij dat de gekozen validator-set correct functioneert. Goede prestaties kunnen beloningen opleveren, terwijl kwalificerende misdragingen gevolgen kunnen hebben.

Op Polkadot zorgt de beloningsstructuur er bovendien voor dat een validator niet automatisch een hogere bruto-validatorbeloning krijgt alleen omdat die veel meer backing heeft. Dit ontwerp maakt het minder aantrekkelijk om alle stake op een klein aantal validators te concentreren.

Deze voordelen zijn ontwerpdoelen, geen garantie. Ook een NPoS-netwerk kan in de praktijk concentratierisico hebben, bijvoorbeeld wanneer verschillende validators door dezelfde partij of dezelfde aanbieder van Werkzaamheden aan de infrastructuur worden beheerd.

Welke risico’s en beperkingen heeft Nominated Proof of Stake?

NPoS verlaagt de technische drempel voor staking, maar neemt risico's niet weg. Nominators blijven verantwoordelijk voor hun keuzes en voor het volgen van de regels van het netwerk.

Een eerste risico is dat een nominator geen beloningen ontvangt. Dat kan gebeuren wanneer geen van de gekozen kandidaten actief wordt, of wanneer de stake van de nominator niet aan een actieve validator wordt toegewezen. Op Polkadot worden nominators voor de verkiezingsinvoer op basis van gebonden stake geprioriteerd. De minimum active bond is dynamisch. Daardoor kunnen tokens wel gebonden zijn, zonder dat een kleinere nominator actief is of beloningen ontvangt.

Daarnaast is het systeem technisch complex. De verkiezing moet een grote verzameling nominators en validator-kandidaten verwerken. Niet alle nominators worden daarom noodzakelijk in de verkiezingsinvoer meegenomen. De berekening vindt buiten de blockchain plaats en moet vervolgens binnen de regels van de blockchain gecontroleerd kunnen worden.

Ook validatorrisico blijft belangrijk. Een validator kan uitvallen, slecht geconfigureerd zijn of consensusregels overtreden. Voorbeelden van ernstige misdragingen zijn equivocation, waarbij een validator tegenstrijdige berichten ondertekent, en ongeldige stemmen. Het protocol kan een validator dan uitschakelen of een slash toepassen.

Verder kunnen commissiepercentages en prestaties veranderen. Een lage commissie is geen garantie voor betrouwbare werking, en een bekende validator-identiteit garandeert evenmin een goed resultaat. Nominators moeten hun keuzes daarom geregeld opnieuw beoordelen.

Meerdere nominaties bieden ook geen volledige bescherming tegen gekoppelde risico's. Stel dat verschillende gekozen validators technisch door dezelfde operator worden beheerd. Bij een storing kunnen zij allemaal tegelijk uitvallen. Hetzelfde geldt wanneer meerdere validators economisch of organisatorisch aan dezelfde partij verbonden zijn.

Tot slot beschermt NPoS niet tegen alle risico's rond crypto. De marktprijs van de gestakete token kan dalen. Ook verlies van toegang tot private keys, problemen met een crypto wallet en kwetsbaarheden in smart contracts buiten het stakingprotocol vallen niet onder de bescherming van NPoS.

Wat is het verschil tussen Nominated Proof of Stake en andere consensusmechanismen?

NPoS verschilt van andere consensusmechanismen doordat het vooral een systeem is voor validatorselectie en economische beveiliging, niet een volledige beschrijving van alle consensusstappen. Om de vergelijking goed te maken, is het belangrijk om twee lagen uit elkaar te houden.

De eerste laag bepaalt wie validator mag zijn en welke stake achter die validator staat. NPoS werkt op deze laag. De tweede laag bepaalt hoe blokken worden geproduceerd, welke chain wordt gevolgd wanneer er meerdere blokken bestaan en wanneer blokken definitief zijn. Dat zijn blokproductie, fork choice en finaliteit.

Een protocol kan NPoS combineren met andere algoritmen voor die tweede laag. Op Polkadot kiest NPoS de validator-set, produceert BABE blokken en verzorgt GRANDPA finaliteit. NPoS is daardoor niet één-op-één te vergelijken met een volledige consensusstack die alle taken zelf omvat.

Wat is het verschil met Proof of Stake?

NPoS is een specifieke vorm van Proof of Stake, terwijl Proof of Stake een brede categorie is. Binnen PoS helpt economische stake bij de selectie of deelname van validators. De precieze uitvoering verschilt sterk per blockchain.

In een eenvoudige, directe PoS-opzet kan stake rechtstreeks invloed hebben op welke validators deelnemen. NPoS voegt een expliciete nominatorrol toe. Nominators stellen een lijst met betrouwbare kandidaten samen, waarna een verkiezingsalgoritme zowel de actieve validators als de verdeling van backing bepaalt.

Het doel is dus niet alleen om kandidaten met de meeste ruwe backing te kiezen. NPoS probeert ook de backing over de gekozen set te balanceren en voorkeuren van nominators proportioneel te vertegenwoordigen.

Op Polkadot heeft stake vooral invloed vóór de technische consensusrollen, tijdens de NPoS-verkiezing. Nadat validators zijn geselecteerd, worden zij in de BABE- en GRANDPA-authority-set gelijkgewogen behandeld. Een grotere stake geeft een gekozen validator daar dus niet permanent meer stemgewicht.

Wat is het verschil met Delegated Proof of Stake?

NPoS en Delegated Proof of Stake, of DPoS, laten tokenhouders allebei invloed uitoefenen op block producers of validators, maar het zijn verschillende ontwerpen. De termen zijn niet onderling uitwisselbaar.

In klassieke DPoS-systemen stemmen tokenhouders doorgaans op een relatief kleine groep delegates of witnesses die blokken produceren. Dit is een representatieve, stake-gewogen verkiezing van block producers.

Bij NPoS op Polkadot nomineren gebruikers meerdere validator-kandidaten. Vervolgens voert het protocol een proportionele verkiezing van meerdere winnaars uit. Het berekent daarbij ook hoe de backing van nominators over de gekozen validators wordt verdeeld.

Het belangrijkste verschil is het expliciete doel van NPoS om nominatorsvoorkeuren proportioneel te vertegenwoordigen en de backing binnen de actieve validator-set te balanceren. DPoS-ontwerpen richten zich vooral op het verkiezen van delegates of witnesses. De exacte stem-, selectie- en beloningsregels verschillen per DPoS-blockchain.

Een nominator in NPoS geeft de controle over de eigen tokens niet automatisch aan een validator. De nominator geeft voorkeuren voor kandidaten op, terwijl het protocol daarna bepaalt welke actieve allocatie uit de verkiezing volgt.

Conclusie

Nominated Proof of Stake is een Proof-of-Stake-variant die tokenhouders via nominaties laat deelnemen aan de selectie en economische beveiliging van validators. Nominators hoeven geen node te draaien, maar moeten wel zorgvuldig beoordelen welke validator-kandidaten zij nomineren.

De kern van NPoS is de verkiezing: het protocol kiest een actieve validator-set en verdeelt de backing van nominators over die set. Dit ontwerp probeert deelname toegankelijker te maken en de backing evenwichtiger te verdelen dan wanneer alleen de grootste kandidaten zouden domineren.

Daar staan duidelijke verantwoordelijkheden en risico's tegenover. Een nominator ontvangt alleen beloningen bij een actieve toewijzing, commissies en prestaties kunnen veranderen en gekoppelde validators kunnen gezamenlijke risico's veroorzaken. NPoS is daarom geen passieve manier om crypto vast te zetten, maar een model waarin goede validatorselectie en regelmatige controle belangrijk blijven.