Proof of Work (PoW) - что это: доказательство выполнения работы

Приветствую уважаемые читатели проекта Тюлягин! В данной статье мы продолжим говорить о криптовалютах и поговорим о том что такое система Proof of Work или доказательство выполнения работы. В данной статье вы узнаете в чем основная суть системы Proof of Work и как она работает. Помимо этого разберем некоторые отличительные особенности Proof of Work и приведем примеры, а также рассмотрим наиболее популярные вопросы, связанные с Po, и укажем альтернативы. Об этом и не только в данной статье далее.

Содержание статьи:

Что такое Proof of Work (PoW)?

Proof of Work или дословно доказательство выполнения работы (PoW) описывает систему, которая требует немалых, но выполнимых усилий для предотвращения легкомысленного или злонамеренного использования вычислительной мощности, такого как отправка спама или запуск атак типа «отказ в обслуживании». Впоследствии эта концепция была адаптирована для защиты цифровых денег Хэлом Финни в 2004 году с помощью идеи «многоразового доказательства работы» с использованием алгоритма хеширования SHA-256.

После своего появления в 2009 году Биткойн стал первым широко распространенным применением идеи Proof of Work Финни (Финни также был получателем первой биткойн-транзакции). Proof of Work также лежит в основе многих других криптовалют, обеспечивая безопасный децентрализованный консенсус.

Суть Proof of Work и как работает

Это объяснение будет сосредоточено на том как функционируют Proof of Work (или доказательство выполнения работы) в сети биткойнов. Биткойн — это цифровая валюта (криптовалюта), в основе которой лежит своего рода распределенный реестр, известный как «блокчейн» или цепочка блоков. Этот реестр содержит записи всех транзакций биткойнов, организованных в последовательные «блоки», так что ни одному пользователю не разрешается тратить свои активы дважды. Во избежание подделки реестр является публичным или «распределенным». В случае чего, измененная версия реестра будет быстро отклонена другими пользователями.

На практике пользователи обнаруживают подделку с помощью хэшей, длинных цепочек чисел, которые служат доказательством работы. Пропустите заданный набор данных через хэш-функцию (биткойн использует SHA-256), и он будет генерировать только один хэш. Однако из-за «лавинного эффекта» даже незначительное изменение любой части исходных данных приведет к полностью неузнаваемому хэшу. Каким бы ни был размер исходного набора данных, хэш, сгенерированный данной функцией, будет такой же длины. Хэш — это односторонняя функция: его нельзя использовать для получения исходных данных, только для проверки того, что данные, которые сгенерировали хэш, соответствуют исходным данным.

Генерация любого хэша для набора биткойн-транзакций была бы тривиальной задачей для современного компьютера, поэтому, чтобы превратить процесс в «работу», биткойн-сеть устанавливает определенный уровень «сложности». Этот параметр настроен таким образом, что новый блок «добывается» — добавляется в цепочку блоков путем генерации действительного хэша — примерно каждые 10 минут. Установка сложности достигается путем установления «цели» для хэша: чем ниже цель, тем меньше набор действительных хэшей и тем сложнее его сгенерировать. На практике это означает хэш, который начинается с очень длинной строки нулей.

Proof of Work (доказательство выполнения работы) изначально создавалось как предлагаемое решение растущей проблемы спама в электронной почте.

Особенности Proof of Work

Поскольку данный набор данных может сгенерировать только один хэш, как майнеры убедиться, что они генерируют хэш ниже целевого? Они изменяют ввод, добавляя целое число, называемое nonce (от англ. «number used once» или «число, используемое один раз»). Как только действительный хэш найден, он транслируется в сеть, и блок добавляется в цепочку блоков.

Майнинг — это соревновательный процесс, но это скорее лотерея, чем гонка. В среднем кто-то будет генерировать приемлемое доказательство выполнения работы (proof of work) каждые десять минут, но кто это будет, остается только гадать. Майнеры объединяются, чтобы увеличить свои шансы на добычу блоков, что генерирует комиссию за транзакции и, в течение ограниченного времени, вознаграждение в виде вновь созданных биткойнов.

Proof of Work чрезвычайно затрудняет изменение любого аспекта блокчейна, поскольку такое изменение потребует повторного майнинга всех последующих блоков. Это также затрудняет монополизацию вычислительной мощности сети для пользователя или группы пользователей, поскольку оборудование и мощность, необходимые для выполнения хэш-функций, являются дорогостоящими.

Если часть майнинг-сети начинает принимать альтернативный Proof of Work (доказательство выполнения работы), это называется хардфорк.

Пример Proof of Work

Proof of Work (доказательство выполнения работы) требует, чтобы компьютер произвольно выполнял функции хеширования до тех пор, пока не получит результат с правильным минимальным количеством ведущих нулей. Например, хэш для блока №660000, добытого 4 декабря 2020 года, равен 00000000000000000008eddcaf078f12c69a439dde30dbb5aac3d9d94e9c18f6. Вознаграждение блока за этот успешный хэш составила 6,25 BTC.

Этот блок всегда будет содержать 745 транзакций с участием чуть более 1666 биткойнов, а также заголовок предыдущего блока. Если кто-то попытается изменить сумму транзакции даже на 0,000001 биткойна, полученный хэш будет нераспознаваемым, и сеть отклонит попытку мошенничества.

Популярные вопросы о Proof of Work

Что означает Proof of Work (доказательство выполнения работы)?

Proof of Work требует, чтобы узлы в сети предоставили доказательства того, что они израсходовали вычислительную мощность (т. е. выполнили работу), чтобы достичь консенсуса децентрализованным образом и предотвратить захват сети злоумышленниками.

Как Proof of Work подтверждает криптографическую транзакцию?

Сама работа произвольная. Конкретно для Биткойна это включает в себя итерации (повторения) алгоритмов хеширования SHA-256. Однако «победитель» раунда хеширования объединяет и записывает транзакции из мемпула в следующий блок. Поскольку «победитель» выбирается случайным образом пропорционально проделанной работе, он побуждает всех в сети действовать честно и регистрировать только истинные транзакции.

Зачем криптовалютам нужны доказательства выполнения работы (Proof of Work)?

Поскольку криптовалюты децентрализованы и одноранговые по своей конструкции, блокчейны, такие как сети криптовалюты, требуют определенного способа достижения консенсуса и безопасности. Proof of Work — один из таких методов, который делает попытки обойти сеть слишком ресурсоемкими. Существуют и другие механизмы доказательства, которые менее ресурсоемки, но имеют другие недостатки или нюансы, такие как доказательство доли владения или Proof of Stake (PoS), а также Proof of Burn или доказательство сжигания. Без механизма доказательства сеть и хранящиеся в ней данные будут уязвимы для атак или кражи.

Использует ли Биткойн Proof of Work?

Да. Он использует алгоритм PoW, основанный на хеш-функции SHA-256, для проверки и подтверждения транзакций, а также для выпуска новых биткойнов в обращение.

Чем Proof of Stake (PoS) отличается от Proof of Work?

Proof of Stake — это механизм консенсуса, который случайным образом назначает узел, который будет добывать или проверять транзакции блоков в зависимости от того, сколько монет хранится на этом узле. Чем больше токенов хранится в кошельке, тем больше мощности для майнинга ему предоставляется. Хотя PoS гораздо менее ресурсоемкий, у него есть несколько других недостатков, включая большую вероятность атаки 51% для небольших альткойнов и стимулы для накопления токенов, а не их использования.

Резюме

Доказательство выполнения работы (PoW) — это децентрализованный механизм консенсуса, который требует, чтобы члены сети затратили усилия на решение произвольной математической головоломки, чтобы никто не мог играть с системой.

Доказательство выполнения работы Proof of Work широко используется в майнинге криптовалют для проверки транзакций и добычи новых токенов.

Благодаря Proof of Work, транзакции с биткойнами и другими криптовалютами могут обрабатываться в одноранговой сети безопасным способом без необходимости использования доверенной третьей стороны.

Proof of Work в больших масштабах требует огромного количества энергии и ресурсов, которая только возрастает по мере того, как все больше майнеров присоединяются к сети.

Proof of Stake (POS) был одним из нескольких новых механизмов консенсуса, созданных в качестве альтернативы доказательству работы (PoW).

А на этом сегодня все про Proof of Work или доказательство выполнения работы. Надеюсь статья оказалась для вас полезной. Делитесь статьей в социальных сетях и мессенджерах и добавляйте сайт в закладки. Успехов и до новых встреч на страницах проекта Тюлягин!