O que é Nominated Proof of Stake e como funciona?

O que é Nominated Proof of Stake?

O Nominated Proof of Stake, normalmente abreviado como NPoS, é uma variante de Proof of Stake em que os titulares de tokens nomeiam candidatos a validador e o protocolo escolhe, a partir destes, um conjunto ativo de validadores. Estes validadores ativos executam depois as tarefas técnicas necessárias para proteger a blockchain.

No Proof of Stake, os participantes bloqueiam tokens como garantia económica. Esta garantia chama-se stake. O NPoS acrescenta uma divisão clara de funções: os validadores gerem a infraestrutura técnica, enquanto os nomeadores determinam quais os candidatos a validador que pretendem apoiar com o seu stake.

Assim, um nomeador não precisa de operar o seu próprio nó de validador. Um nó é um computador que se liga à rede e executa as regras da blockchain. O nomeador bloqueia tokens e indica quais os candidatos a validador que parecem fiáveis. O protocolo usa estas preferências durante uma eleição.

O NPoS é sobretudo conhecido na Polkadot e na Kusama. Na Polkadot, o NPoS não é todo o mecanismo de consenso. Este seleciona e protege economicamente o conjunto de validadores. Depois, os validadores produzem blocos com BABE e asseguram a finalidade com GRANDPA. Finalidade significa que um bloco foi confirmado de forma definitiva e já não será substituído por outra versão da blockchain.

Pontos principais

• O Nominated Proof of Stake é uma variante de Proof-of-Stake para escolher validadores.
• Os nomeadores bloqueiam tokens e nomeiam candidatos a validador sem gerir um nó de validador.
• Os validadores executam as tarefas técnicas de consenso e segurança da rede.
• O protocolo determina quais os candidatos que se tornam ativos e como o apoio é distribuído.
• Na Polkadot, o NPoS seleciona validadores, enquanto o BABE produz blocos e o GRANDPA assegura a finalidade.

Como funciona o Nominated Proof of Stake?

O NPoS funciona ao usar as preferências dos nomeadores e os seus tokens bloqueados para a eleição de um grupo limitado de validadores ativos. Na Polkadot, o processo decorre, em termos gerais, da seguinte forma.

1. Um candidato regista-se como validador

   Um candidato a validador regista que pretende participar. O candidato tem de gerir um nó e ser capaz de executar, de forma fiável, as tarefas de um validador ativo.

2. Os nomeadores escolhem candidatos

   Um nomeador bloqueia tokens e elabora uma lista limitada de candidatos a validador. Com isto, o nomeador indica quais os candidatos que considera adequados.

3. O protocolo realiza uma eleição

   O protocolo escolhe um número limitado de validadores ativos. Para isto, não conta apenas o volume de apoio que um candidato tem. A eleição também procura distribuir o apoio de forma mais equilibrada pelo conjunto de validadores escolhidos e considerar proporcionalmente as preferências dos nomeadores.

4. O stake é atribuído

   Uma nomeação não é uma instrução fixa em que todos os tokens vão automaticamente para um candidato escolhido. O resultado da eleição determina a quais validadores ativos o stake de um nomeador é atribuído nesse período. Assim, parte dos candidatos escolhidos por um nomeador pode tornar-se ativa, enquanto outros candidatos não são selecionados.

5. O conjunto ativo executa as funções da rede

   Na Polkadot, o conjunto ativo de validadores é renovado por era. Uma era dura aí cerca de 24 horas. Isto permite que a composição dos validadores ativos possa mudar de era para era.

A eleição usa métodos da teoria das eleições que são relacionados com Phragmén. O objetivo não é simplesmente escolher os candidatos com maior apoio bruto. O protocolo procura usar o máximo de stake possível, dar apoio suficiente aos validadores escolhidos e reduzir grandes diferenças nesse apoio.

O cálculo desta distribuição alargada é feito fora da blockchain e depois é submetido e verificado na blockchain. Assim, a blockchain não precisa de executar todos os passos de cálculo pesado em cada mudança de era.

Exemplo: Suponha que um nomeador nomeia três candidatos a validador. Se dois desses candidatos forem escolhidos, o protocolo pode atribuir os tokens bloqueados desse nomeador a esses dois validadores ativos. O nomeador não precisa de determinar esta distribuição manualmente.

Que papel desempenham os nomeadores e os validadores?

Os nomeadores escolhem candidatos a validador com o seu stake, enquanto os validadores executam as tarefas técnicas necessárias para que a blockchain funcione. Ambos os papéis são importantes, mas as responsabilidades diferem claramente.

Um validador opera um nó e participa no consenso. O consenso é o processo pelo qual os participantes de uma blockchain determinam em conjunto quais os blocos e transações válidos. Na Polkadot, os validadores, entre outras funções, produzem blocos, validam blocos de parachain e participam na finalidade.

Um nomeador normalmente não gere um nó de validador. Em vez disso, o nomeador bloqueia tokens e seleciona candidatos considerados fiáveis. Esta escolha influencia a probabilidade de os candidatos obterem apoio suficiente para se tornarem ativos.

Nomear não é uma forma totalmente passiva de staking. Um nomeador deve continuar a avaliar candidatos a validador. Os pontos importantes incluem, entre outros:

• o desempenho do validador;
• a percentagem de comissão;
• o próprio stake do validador;
• slashes anteriores;
• a probabilidade de o validador se tornar ativo;
• possíveis ligações técnicas ou económicas entre validadores.

Um slash é uma sanção em que um protocolo pode retirar parte da garantia após uma infração qualificada. Os validadores enfrentam riscos operacionais, por exemplo, por indisponibilidade, uma configuração incorreta ou assinatura dupla. O validador gere a infraestrutura do nó e as chaves. O nomeador enfrenta sobretudo risco de seleção e de alocação: uma escolha errada ou uma nomeação não ativa pode significar que não se recebe qualquer recompensa.

Um nomeador só recebe recompensas de staking quando o stake é efetivamente atribuído a um validador ativo que esteja a gerar recompensas. Assim, apenas bloquear tokens ou indicar candidatos não é suficiente.

Como são distribuídas as recompensas no Nominated Proof of Stake?

Na Polkadot, as recompensas são primeiro determinadas por validador ativo e depois distribuídas entre o validador e os nomeadores ativos por detrás desse validador. A recompensa não depende exclusivamente do volume de apoio de um validador.

Em princípio, os validadores ativos recebem uma recompensa bruta semelhante dentro do conjunto de validadores. O montante exato pode variar por era devido a era points. Era points são pontos que os validadores ganham pelas tarefas executadas, como produzir blocos da relay chain e emitir declarações de validade para blocos de parachain.

Depois, a distribuição ocorre em duas etapas:

1. A comissão vai primeiro para o validador

   O validador define uma percentagem de comissão. Esta percentagem é primeiro deduzida da recompensa bruta. Uma comissão mais elevada deixa, assim, menos recompensa para os outros participantes por detrás desse validador.

2. O montante restante é distribuído proporcionalmente

   O que sobra depois da comissão é distribuído pro rata. Isto significa que cada participante recebe uma parte adequada à sua quota do stake por detrás desse validador. O próprio validador também participa com base no seu stake ativo.

O validador não tem custody sobre as recompensas dos nomeadores. Custody significa o controlo sobre a criptomoeda de alguém. A blockchain cria e distribui as recompensas diretamente aos titulares do direito quando é executado um payout.

As gorjetas de transações são independentes destas recompensas de staking. Na Polkadot, essas gorjetas vão integralmente para o validador que as recebe.

Exemplo: Um validador ativo recebe uma recompensa bruta. Primeiro, a comissão definida para o validador é separada. A parte restante é distribuída entre o validador e os nomeadores ativos, com base na quota de stake de cada um por detrás desse validador.

Quais são as vantagens do Nominated Proof of Stake?

O NPoS permite que os titulares de tokens contribuam para a segurança económica de uma blockchain sem terem de operar um nó de validador. Isto reduz a barreira técnica para o staking.

As principais vantagens são:

• Participação mais acessível: Os nomeadores podem bloquear tokens e selecionar candidatos sem terem de gerir o hardware, a ligação e as chaves de um nó de validador.
• Diversificação de preferências: Um nomeador pode nomear vários candidatos. Assim, o nomeador não fica totalmente dependente de um único candidato que pode não se tornar ativo.
• Apoio mais equilibrado: Os métodos de eleição são concebidos para distribuir melhor o apoio pelo conjunto de validadores escolhidos. Isto pode impedir que todo o apoio flua automaticamente para um pequeno grupo de validadores populares.
• Representação proporcional: A eleição tenta considerar proporcionalmente as preferências dos nomeadores ao escolher vários validadores.
• Interesses económicos partilhados: Validadores e nomeadores têm interesse em que o conjunto de validadores escolhidos funcione corretamente. Um bom desempenho pode gerar recompensas, enquanto comportamentos indevidos qualificados podem ter consequências.

Na Polkadot, a estrutura de recompensas também faz com que um validador não receba automaticamente uma recompensa bruta de validador mais elevada apenas por ter muito mais apoio. Este design torna menos atrativo concentrar todo o stake num pequeno número de validadores.

Estas vantagens são objetivos de conceção, não uma garantia. Também uma rede NPoS pode, na prática, ter risco de concentração, por exemplo, quando diferentes validadores são geridos pela mesma entidade ou pelo mesmo prestador de serviços de infraestrutura.

Que riscos e limitações tem o Nominated Proof of Stake?

O NPoS reduz a barreira técnica para o staking, mas não elimina os riscos. Os nomeadores continuam a ser responsáveis pelas suas escolhas e por cumprir as regras da rede.

Um primeiro risco é que um nomeador não receba recompensas. Isto pode acontecer quando nenhum dos candidatos escolhidos se torna ativo, ou quando o stake do nomeador não é atribuído a um validador ativo. Na Polkadot, os nomeadores são priorizados para a entrada na eleição com base no stake bloqueado. O minimum active bond é dinâmico. Assim, os tokens podem estar bloqueados sem que um nomeador mais pequeno fique ativo ou receba recompensas.

Além disso, o sistema é tecnicamente complexo. A eleição tem de processar um grande conjunto de nomeadores e candidatos a validador. Por isso, nem todos os nomeadores são necessariamente incluídos na entrada da eleição. O cálculo ocorre fora da blockchain e depois tem de poder ser verificado dentro das regras da blockchain.

O risco associado aos validadores também continua a ser importante. Um validador pode ficar indisponível, estar mal configurado ou violar regras de consenso. Exemplos de comportamentos indevidos graves incluem equivocation, em que um validador assina mensagens contraditórias, e votos inválidos. O protocolo pode então desativar um validador ou aplicar um slash.

Além disso, as percentagens de comissão e o desempenho podem mudar. Uma comissão baixa não é garantia de funcionamento fiável, e uma identidade de validador conhecida também não garante um bom resultado. Por isso, os nomeadores devem rever regularmente as suas escolhas.

Múltiplas nomeações também não oferecem proteção total contra riscos correlacionados. Suponha que vários validadores escolhidos são tecnicamente geridos pelo mesmo operador. Numa falha, podem todos ficar indisponíveis ao mesmo tempo. O mesmo se aplica quando vários validadores estão ligados económica ou organizacionalmente à mesma entidade.

Por fim, o NPoS não protege contra todos os riscos em torno das criptomoedas. O preço de mercado do token em staking pode descer. Também a perda de acesso às chaves privadas, problemas com uma carteira de criptomoedas e vulnerabilidades em smart contracts fora do protocolo de staking não estão abrangidos pela proteção do NPoS.

Qual é a diferença entre Nominated Proof of Stake e Proof of Stake?

A principal diferença está na forma como os validadores são selecionados. Num modelo clássico de Proof of Stake, como o da Ethereum, os próprios validadores bloqueiam criptomoeda como stake e são selecionados a partir do conjunto ativo de validadores para executar tarefas. No Nominated Proof of Stake, os nominadores ajudam precisamente a determinar quais os candidatos a validadores que se tornam ativos, colocando stake atrás dos candidatos que preferem.

Na Ethereum, portanto, não existe um grupo separado de nominadores que primeiro escolhe um grupo ativo de validadores. Os validadores bloqueiam ETH e são depois selecionados de acordo com as regras do protocolo. Em cada slot, por exemplo, é escolhido um validador para propor um bloco, enquanto outros validadores, em comités, verificam blocos e votam sobre estes.

No NPoS, como na Polkadot, o funcionamento é diferente. Os candidatos a validadores disponibilizam-se, enquanto os nominadores bloqueiam DOT e indicam quais os candidatos que pretendem apoiar. Depois, a rede utiliza um sistema eleitoral para compor um grupo ativo de validadores e distribuir o stake da forma mais equilibrada possível por estes validadores.

O Nominated Proof of Stake é, assim, uma variante específica de Proof of Stake. Proof of Stake é o termo geral para modelos de consenso em que os participantes bloqueiam valor económico como stake e são incentivados, através de recompensas e possíveis sanções, a cumprir as regras da rede.

Portanto, não existe uma única versão padrão de Proof of Stake. As redes podem usar regras diferentes, por exemplo, para a seleção de validadores, o stake necessário, a distribuição de recompensas e a forma como os blocos se tornam definitivos.

A semelhança é que tanto a Ethereum como a Polkadot usam staking e incentivos económicos para proteger a rede. A principal diferença é que a Polkadot, com o NPoS, utiliza uma camada separada de nominadores e uma eleição para determinar quais os validadores que ficam ativos, enquanto a Ethereum seleciona validadores diretamente a partir do seu conjunto de validadores.

Qual é a diferença entre Nominated Proof of Stake e Delegated Proof of Stake?

O NPoS e o Delegated Proof of Stake, ou DPoS, dão aos detentores de tokens influência sobre quais os validadores ou produtores de blocos que ficam ativos. A principal diferença está na forma como esses participantes são escolhidos e no que acontece depois ao stake atrás deles.

No NPoS, como na Polkadot, os nominadores escolhem vários candidatos a validadores que pretendem apoiar. Depois, a rede utiliza um sistema eleitoral para compor um grupo ativo de validadores. Nesse processo, não se considera apenas quanto apoio cada candidato recebe, mas o sistema também tenta distribuir o stake da forma mais equilibrada possível pelos validadores escolhidos.

No DPoS, a ênfase recai normalmente mais no voto direto numa pequena grupo de representantes que produzem blocos em nome dos detentores de tokens. Um exemplo conhecido é a TRON. Os utilizadores que fazem staking de TRX recebem direito de voto e podem, assim, votar em candidatos para o papel de Super Representative. Os 27 candidatos com mais votos tornam-se ativos e produzem depois blocos para a rede.

A diferença está, portanto, sobretudo na eleição. No DPoS, como na TRON, a classificação dos votos determina quais os candidatos que ficam ativos. No NPoS, a Polkadot utiliza um sistema eleitoral mais abrangente que, além disso, tenta distribuir o stake da forma mais equilibrada possível pelos validadores escolhidos.

Em resumo: em ambos os sistemas, os detentores de tokens usam o seu stake para influenciar quem protege a rede, mas o NPoS dá mais atenção à distribuição do stake pelo grupo final de validadores.

Conclusão

O Nominated Proof of Stake é uma variante de Proof of Stake em que os nominadores escolhem candidatos a validadores e fazem com que os seus tokens em bonding contem como apoio. Dentro da Polkadot, o NPoS determina assim quais os validadores que ficam ativos e como o stake é distribuído por este grupo de validadores.

O sistema não tenta simplesmente escolher os candidatos com mais stake, mas também espalhar o apoio da forma mais equilibrada possível pelos validadores ativos. Assim, os detentores de tokens podem contribuir para a segurança da rede sem terem de executar um nó de validador.

Nomear não é, porém, totalmente passivo nem isento de risco. Não recebe recompensas automaticamente e a distribuição final do seu stake depende do resultado da eleição. Além disso, o slashing pode ter consequências financeiras em determinadas circunstâncias.

Em resumo, o NPoS combina staking com um sistema eleitoral em que os nominadores ajudam a determinar quais os validadores que ficam ativos e quanta segurança económica recebem.