В сети биткойна, Litecoin, Ethereum и десятков других криптовалют генерация новых блоков происходит в рамках свободной конкуренции по принципу «кто быстрее». Этот алгоритм (метод) консенсуса получил название PoW (Proof-of-Work «доказательство работы»). Фактически в данном случае вычислительные узлы доказывают свое право сгенерировать новый блок и получить за это награду в обмен на затраченное машинное время и электричество.
Процесс генерации новых блоков методом PoW называется «майнинг» (от англ. mine «добывать»), а оборудование и его владельцы, соответственно, «майнеры». В качестве майнингового оборудования могут выступать персональные компьютеры, серверы или ASIC-устройства, разработанные специально для решения определенной криптографической задачи.
Для криптовалют, работающих на алгоритме консенсуса PoW, одна из острейших проблем это привлечение достаточного количества сторонних майнеров и их вычислительных мощностей, чтобы обеспечить децентрализацию и постоянную работоспособность блокчейна.
Малая вычислительная мощность сети приводит к возможности проведения «атаки 51%», когда злоумышленники получают контроль над более чем половиной вычислительных мощностей сети и генерацией блоков и таким образом могут переписывать транзакции в последних блоках и многократно тратить одни и те же монеты. Такие атаки регулярно проводятся на малопопулярные криптовалюты, что наносит им сильный репутационный ущерб и снижает доверие к ним. Себестоимость организации «атаки 51%» на криптовалюты с низкой вычислительной мощностью сети может составлять всего несколько сотен долларов в час это затраты на покупку облачных вычислительных мощностей или ботнета (сети компьтеров, зараженных определенным вирусом).
У метода PoW есть еще один очевидный недостаток: чем больше вычислительных узлов (майнеров) ищут новые блоки, тем больше увеличивается сложность добычи. То есть с подключением новых майнинговых мощностей и ростом сложности майнинга требуется потратить больше суммарного машинного времени и электроэнергии для достижения того же результата нахождения нового блока. В результате конкуренции объем вычислительных мощностей (хэшрейт), занятых майнигом биткойна, начинает стремительно расти.
В настоящее время суммарная вычислительная мощность всех майнеров в мире многократно превышает вычислительную мощность всех суперкомпьютеров, а объем годового энергопотребления сети биткойна достигает 6070 ТВт*ч или 0,25% всей вырабатываемой электроэнергии в мире. То есть на поддержание сети биткойна сейчас тратится больше электроэнергии, чем расходуют такие страны как Израиль, Греция или Швейцария.
Чтобы снизить энергоемкость работы блокчейна, в других криптовалютах были реализованы более энергоэффективные алгоримы консенсуса. Так, второй по популярности алгоритм основан на количестве криптовалюты, которое есть в наличии у данного вычислительного узла. Чем больше его доля, тем больше вероятность, что он первым найдет новый блок и получит награду. Этот алгоритм называется PoS (Proof-of-Stake «доказательство владения»). Он не предъявляет больших требований к мощности вычислительных узлов. Например, некоторые из них могут быть реализованы на базе смартфона, микрокомпьютера Raspberry Pi или вовсе в виде виртуального сервера на облачном сервисе.
Также есть криптовалюты, которые используют гибридный метод консенсуса на основе совмещения PoW и PoS:. Например, в криптовалюте Decred блоки генерируются методом PoW, но поступают на подтверждение децентрализованной сетью «избирателей», которые должны владеть определенным количеством монет.
Один из минусов PoS состоит в том, что владельцы больших объемов криптовалюты получают почти полный контроль над производством новых блоков, из-за чего страдает главный принцип криптовалют децентрализация. Чтобы исправить этот недостаток были разработаны компромиссные алгоритмы консенсуса, которые предполагают, что владельцы небольшого количества монет также смогут опосредованно влиять на генерацию блоков, отдавая свой голос тому или другому доверенному узлу.
На этих принципах основан метод Delegated Proof of Stake (DPoS) «делегированное доказательство владения». Право генерировать блоки предоставляется лишь нескольким десяткам или сотням доверенных узлов, которые не только обязаны владеть определенным числом монет и подходящими вычислительными мощностями c надежным каналом связи, но и должны быть избраны большинством пользователей сети. Например, в сети EOS таких узлов всего 21, в сети Tron 27, в сетях Lisk и Bitshares по 101, а в блокчейне Tezos 400.