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 Proof of Stake?

Het belangrijkste verschil is hoe validators worden geselecteerd. Bij een klassiek Proof-of-Stake-model zoals Ethereum zetten validators zelf crypto vast als stake en worden zij vanuit de actieve validatorpool geselecteerd om taken uit te voeren. Bij Nominated Proof of Stake helpen nominators juist mee bepalen welke validator-kandidaten actief worden door stake achter hun voorkeurskandidaten te zetten.

Bij Ethereum is er dus geen aparte groep nominators die eerst een actieve validatorgroep kiest. Validators zetten ETH vast en worden vervolgens volgens de regels van het protocol geselecteerd. In iedere slot wordt bijvoorbeeld één validator gekozen om een blok voor te stellen, terwijl andere validators in comités blokken controleren en erover stemmen.

Bij NPoS, zoals op Polkadot, werkt dat anders. Validator-kandidaten stellen zich beschikbaar, terwijl nominators DOT vastzetten en aangeven welke kandidaten zij willen ondersteunen. Daarna gebruikt het netwerk een verkiezingssysteem om een actieve validatorgroep samen te stellen en de stake zo evenwichtig mogelijk over deze validators te verdelen.

Nominated Proof of Stake is daarmee een specifieke variant van Proof of Stake. Proof of Stake is de brede verzamelnaam voor consensusmodellen waarbij deelnemers economische waarde vastzetten als stake en via beloningen en mogelijke sancties worden gestimuleerd om zich aan de regels van het netwerk te houden.

Er bestaat dus niet één standaardversie van Proof of Stake. Netwerken kunnen verschillende regels gebruiken voor bijvoorbeeld de selectie van validators, de benodigde stake, de verdeling van beloningen en de manier waarop blokken definitief worden.

De overeenkomst is dat zowel Ethereum als Polkadot staking en economische prikkels gebruiken om het netwerk te beveiligen. Het belangrijkste verschil is dat Polkadot met NPoS een aparte nominatorlaag en verkiezing gebruikt om te bepalen welke validators actief worden, terwijl Ethereum validators rechtstreeks vanuit zijn validatorpool selecteert.

Wat is het verschil tussen Nominated Proof of Stake en Delegated Proof of Stake?

NPoS en Delegated Proof of Stake, of DPoS, geven tokenhouders allebei invloed op welke validators of block producers actief worden. Het belangrijkste verschil is hoe die deelnemers worden gekozen en wat er vervolgens met de stake achter hen gebeurt.

Bij NPoS, zoals op Polkadot, kiezen nominators meerdere validator-kandidaten die zij willen ondersteunen. Vervolgens gebruikt het netwerk een verkiezingssysteem om een actieve validatorgroep samen te stellen. Daarbij wordt niet alleen gekeken naar hoeveel steun iedere kandidaat krijgt, maar probeert het systeem de stake ook zo evenwichtig mogelijk over de gekozen validators te verdelen.

Bij DPoS ligt de nadruk meestal meer op rechtstreeks stemmen op een beperkte groep vertegenwoordigers die namens de tokenhouders blokken produceren. Een bekend voorbeeld is TRON. Gebruikers die TRX staken krijgen stemrecht en kunnen daarmee stemmen op kandidaten voor de rol van Super Representative. De 27 kandidaten met de meeste stemmen worden actief en produceren vervolgens blokken voor het netwerk.

Het verschil zit dus vooral in de verkiezing. Bij DPoS zoals op TRON bepaalt de ranglijst van stemmen welke kandidaten actief worden. Bij NPoS gebruikt Polkadot een uitgebreider verkiezingssysteem dat daarnaast probeert de stake zo evenwichtig mogelijk over de gekozen validators te verdelen.

Kort gezegd: bij beide systemen gebruiken tokenhouders hun stake om invloed uit te oefenen op wie het netwerk beveiligt, maar NPoS kijkt nadrukkelijker naar de verdeling van stake over de uiteindelijke validatorgroep.

Conclusie

Nominated Proof of Stake is een variant van Proof of Stake waarbij nominators validator-kandidaten kiezen en hun gebondde tokens als backing laten meetellen. Binnen Polkadot bepaalt NPoS daarmee welke validators actief worden en hoe de stake over deze validatorgroep wordt verdeeld.

Het systeem probeert niet simpelweg de kandidaten met de meeste stake te kiezen, maar ook de backing zo evenwichtig mogelijk over actieve validators te spreiden. Daardoor kunnen tokenhouders bijdragen aan de beveiliging van het netwerk zonder zelf een validatornode te draaien.

Nomineren is alleen niet volledig passief en ook niet zonder risico. Je ontvangt niet automatisch beloningen en de uiteindelijke verdeling van je stake hangt af van de verkiezingsuitkomst. Daarnaast kan slashing onder bepaalde omstandigheden financiële gevolgen hebben.

Kort gezegd combineert NPoS staking met een verkiezingssysteem waarin nominators helpen bepalen welke validators actief worden en hoeveel economische backing zij krijgen.