Wat is Proof of Stake en hoe werkt het?

Wat is Proof of Stake?

Proof of Stake (PoS) is een consensus mechanisme dat door blockchains wordt gebruikt voor het valideren van transacties en het toevoegen van nieuwe blokken door middel van het inzetten van crypto. Dit proces wordt staking genoemd en is energiezuiniger dan Proof of Work (PoW), het consensus mechanisme van Bitcoin. PoW is energie-intensief, omdat computers 24 uur per dag bezig zijn met het oplossen van ingewikkelde wiskundige formules. Met PoS kunnen gebruikers cryptocurrency inzetten op het netwerk bij nodes. Op deze manier kunnen transacties verwerkt worden, zonder dat daar zware computers voor nodig zijn. Hoe meer nodes, hoe decentraler het netwerk (mits de nodes niet van dezelfde persoon zijn).

Korte samenvatting

• Proof of Stake (PoS) is een energie-efficiënt consensusmechanisme dat blokken valideert op basis van het inzetten (staken) van cryptocurrency.
• PoS vereist geen zware computers, maar maakt gebruikt van staking voor het valideren van transacties, het toevoegen van nieuwe blokken aan de blockchain en het beveiligen van het netwerk.
• Kleine gebruikers kunnen tokens delegeren aan validators via stakingpools om beloningen te verdienen.
• Er bestaan meerdere varianten van PoS, zoals Delegated PoS, Bonded PoS, Pure PoS, en hybride vormen.
• Grote blockchains zoals Ethereum, Cardano, Solana, Cosmos en Algorand maken gebruik van PoS of een variant daarvan.
• Voordelen van PoS zijn onder andere energiezuinigheid, schaalbaarheid en toegankelijkheid.

Hoe werkt Proof of Stake?

Proof of Stake werkt met nodes en validatoren. Een validator is een node die actief deelneemt aan het valideren van transacties en het voorstellen van nieuwe blokken. Niet elke node is een validator. Er zijn namelijk ook nodes die de blockchain helpen zonder transacties te valideren. Validatoren worden willekeurig gekozen op basis van het aantal tokens dat zij staken: hoe meer tokens, hoe groter de kans op het valideren van een blok. Iedereen kan in principe meedoen aan staking, maar sommige blockchains stellen een minimale hoeveelheid tokens als vereiste om zelf validator te worden.

Zo gaat het in zijn werk: een validator wordt gekozen door andere nodes om een blok toe te voegen. Voordat dit gebeurt, moet de validator alle transacties valideren en verwerken. Hierna kan een nieuw blok gecreëerd en toegevoegd worden aan de blockchain. De validator wordt beloond met nieuwe tokens als bedankje voor het helpen beveiligen van de blockchain en het verifiëren van transacties.

Beveiliging van Proof of Stake

Nodes spelen een cruciale rol in het beveiligen van het netwerk. Zij controleren namelijk of validatoren hun werk goed uitvoeren en het netwerk niet proberen te manipuleren. Is er vermoeden van een kwaadwillende validator die bijvoorbeeld het systeem probeert te manipuleren, dan kan erover gestemd worden. Beoordeelt 51% van de nodes deze validator als schuldig, dan wordt de validator verwijderd door het netwerk. Daarnaast zijn er vaak aanvullende straffen. Deze verschillen per blockchain, maar bestaan meestal uit volledig verlies of een deel van de ingezette tokens.

Dit is ook meteen de reden waarom een node met een hoge inleg meer kans heeft op het valideren van een blok, aangezien een hoge stake aangeeft dat de node meer risico neemt en daardoor een zuiver geweten wil hebben. Criticasters geven aan dat dit ten koste gaat van de decentralisatie van het netwerk, omdat met name grote validatoren blokken mogen toevoegen aan het netwerk en daardoor meer beloningen kunnen verdienen. Daarnaast hebben grotere validatoren meer impact in belangrijke stemmingen op het netwerk.

Als kleine deelnemer staken

Als kleine deelnemer kan het lastig zijn om je eigen validatornode op te zetten. Je hebt te maken met grote concurrentie op het netwerk van nodes met veel meer capaciteit. De kans op het mogen valideren van een nieuw blok is minimaal. Daarnaast moet je over de nodige technische kennis beschikken. Vandaar dat het ook mogelijk is om je tokens uit te lenen (delegeren) aan andere validatoren.

Op veel blockchains heb je de mogelijkheid om tokens te delegeren aan bestaande validatoren via een stakingpool. Je blijft eigenaar van je tokens, maar door ze te delegeren vergroot je de inzet van de validator, wat de kans op blokvalidatie verhoogt. In ruil daarvoor ontvang je een deel van de beloningen die de validator verdient.

Het delegeren van tokens is overigens niet volledig zonder risico. Je leent in feite je tokens uit aan een validator. Blijkt deze validator kwaadwillend te zijn, dan kan hij bestraft worden door de andere nodes. Ook jouw tokens kunnen hierdoor in gevaar komen, aangezien jij je vertrouwen hebt gesteld in de validator.

Doe daarom altijd goed onderzoek voordat je besluit je tokens te delegeren aan een andere validator. Zaken waarnaar je kunt kijken zijn:

• Onderzoek de reputatie van de stakingpool onder de community.
• Kijk naar de uptime van de validator (is de node continu up and running?).
• Heeft de validator in het verleden technische fouten gemaakt en daardoor een boete gekregen?
• Hoeveel fee betaalt de validator je uit (let op: een hoge fee betekent niet per se hoge betrouwbaarheid).
• Hoeveel delegators zijn er en wat is de totale inleg (hoge stake en hoog aantal delegators kan een teken zijn van betrouwbaarheid en decentralisatie).

Welke blockchains gebruiken het Proof of Stake-algoritme?

Proof of Stake is een zeer populair consensusmechanisme, omdat het een stuk energie-efficiënter en schaalbaarder is dan Proof of Work. Veel grote blockchains maken dan ook gebruik van deze technologie. Hieronder de grootste cryptocurrencies die gebruikmaken van Proof of Stake (PoS):

Ethereum

Het bekendste voorbeeld is Ethereum. In de eerste jaren maakte het netwerk nog gebruik van Proof of Work, maar later is het overgestapt naar Proof of Stake. Tijdens de beroemde upgrade naar Ethereum 2.0 (een reeks van verschillende grote updates) is Ethereum na de ‘The Merge’-update in 2022 overgestapt naar Proof of Stake.

De reden van de overstap: problemen met schaalbaarheid en daardoor hoge transactiekosten voor gebruikers (soms wel honderden dollars) en een lage transactiesnelheid.

Cardano

Cardano maakt gebruik van een op Proof of Stake gebaseerd consensusalgoritme genaamd Ouroboros. Charles Hoskinson en zijn team vonden het nodig om Proof of Stake te voorzien van een aantal aanpassingen om zo een betere veiligheid te kunnen garanderen.

Solana

Solana combineert Proof of Stake met een zelf ontwikkeld consensusmechanisme genaamd Proof of History (PoH). Solana staat bekend om zijn enorme snelheid, lage kosten en hoge schaalbaarheid.

Cosmos

Cosmos gebruikt een variant genaamd Tendermint PoS. Dit is een consensusmechanisme dat het klassieke PoS-model combineert met Byzantine Fault Tolerance (BFT), waarmee het een oplossing biedt voor het Byzantine Generals Problem. Deze aanpak staat bekend om zijn snelheid, veiligheid en relatief hoge schaalbaarheid. Cosmos richt zich op interoperabiliteit en fungeert als verbinder tussen verschillende netwerken.

Algorand

Algorand maakt gebruik van Pure Proof of Stake en kiest willekeurig validatoren uit die een blok mogen valideren, wat ten goede komt aan de decentralisatie. Het netwerk is snel en kan tot 1.000 transacties per seconde verwerken.

Welke vormen van Proof of Stake zijn er nog meer?

Ondertussen zijn er onwijs veel varianten van Proof of Stake ontwikkeld. Ze hebben allemaal hun eigen eigenschappen met voordelen. Hieronder de bekendste vormen uitgelegd:

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Bij DPoS kiest het netwerk een select aantal validators die blokken mogen toevoegen door te stemmen. Dit maakt het systeem erg schaalbaar. De stemmers krijgen een deel van de beloningen die validators verdienen voor het valideren van transacties. Het nadeel van DPoS is dat het een stuk centraler is dan andere Proof of Stake-mechanismen, omdat continu dezelfde validators de macht hebben.
Voorbeeld: Tron

Bonded Proof of Stake

Bij dit systeem zet je tokens voor een bepaalde periode vast. Dit noemen we bonding. Door te staken via bonding help je het netwerk met het valideren van transacties en ontvang je beloningen. Daarnaast geeft dit je stemrecht over belangrijke updates. Hoe meer tokens je inzet, hoe meer stemrecht je ontvangt. Het nadeel van deze vorm is dat je niet zomaar je tokens eruit kunt halen, waardoor je bij grote dalende prijzen je tokens niet op tijd kunt verkopen.
Voorbeeld: Cosmos

Pure Proof of Stake

Dit is een vorm die vooral heel decentraal en eerlijk wil zijn. Validators worden willekeurig en anoniem gekozen. Dit betekent dat iedereen kans maakt op het valideren van transacties en daardoor beloningen kan verdienen. Toch is de kans groter dat je een blok mag verifiëren als je meer tokens bezit.
Voorbeeld: Algorand

Nominated Proof of Stake (NPoS)

Polkadot maakt gebruik van NPoS, een systeem dat nominators gebruikt om geschikte validators te kiezen. De nominators wijzen in feite hun ingezette tokens toe aan de validator. Hoe meer steun de validator krijgt, hoe groter de kans is dat de validator het blok mag verifiëren.
Voorbeeld: Polkadot

Effective Proof of Stake

Bij deze vorm ontvangen de stakers die het langst actief zijn de meeste beloningen. Hoe langer je actief deelneemt, hoe hoger je beloningen. Dit maakt het economisch aantrekkelijk om actief te blijven.
Voorbeeld: Harmony

Anonymous Proof of Stake

Bij Anonymous Proof of Stake is de identiteit van de stakers anoniem. Het combineert privacy met PoS. Het hele proces is anoniem: van het valideren, het toevoegen van nieuwe blokken, tot het uitbetalen van beloningen.
Voorbeeld: PIVX

Leased Proof of Stake

Deze vorm geeft gebruikers de mogelijkheid om hun tokens direct uit te lenen aan validators, om ook bij te dragen en stakingsbeloningen te verdienen. De validators bundelen de geleasete tokens samen en gebruiken de tokens om nieuwe blokken toe te voegen. Uniek is dat de validator controle heeft en zelf voorwaarden kan stellen. Aan de andere kant kunnen leasers eenvoudig overstappen als de validator onredelijke eisen stelt.
Voorbeeld: Waves

Hybrid Proof of Stake

Hybrid Proof of Stake combineert PoS met PoW. Het systeem doet dit om de veiligheid die Proof of Work met zich meebrengt te combineren met de schaalbaarheid van Proof of Stake. Het systeem gebruikt vaak PoW voor blokproductie en PoS voor validatie.
Voorbeeld: DASH

Secure Proof of Stake

Deze vorm wordt gebruikt door Elrond en kiest validators op basis van reputatie en inzet. Iedere staker krijgt een score toegewezen die verandert door het gedrag van de staker. Dit maakt het systeem transparant. Slecht gedrag geeft je een slecht imago en minder kans op het mogen valideren van transacties. Iedere vorm van manipulatie wordt hard afgestraft.
Voorbeeld: Elrond

Thresholded Proof of Stake

Dit systeem wordt gebruikt door NEAR Protocol en keert pas beloningen uit als er een drempelwaarde is bereikt. De drempel is afhankelijk van netwerkactiviteit en inzet.
Voorbeeld: NEAR

Voor- en nadelen van Proof of Stake

Proof of Stake vs Proof of Work

Conlusie

Proof of Stake biedt een efficiënt en duurzaam alternatief voor traditionele Proof of Work-systemen. Hoewel het risico op centralisatie aanwezig is en tokens soms tijdelijk vastzitten, biedt het brede deelnamemogelijkheden en is het laagdrempelig. Daarnaast is PoS erg schaalbaar en kan het op hoge snelheid transacties verwerken. Door de vele varianten en toepassingen is PoS uitgegroeid tot een belangrijk fundament in de wereld van blockchaintechnologie.