Что такое Proof of Work (PoW): определение и основы

Proof of Work — это механизм консенсуса в блокчейне.

Чтобы понять его функцию, необходимо вникнуть в основы блокчейна, а также технологии распределенных реестров. Блокчейн — это каталог информационных блоков или транзакций. Они хранятся последовательно и распределяются по сети. Для этого необходим протокол выпуска, который позволяет децентрализованно передавать данные между участниками сети.

Децентрализованное хранение данных — это, пожалуй, самая важная функция блокчейна.

В конце концов, это гарантирует, что участникам сети не придется доверять правильности данных. Скорее, сама система блокчейн гарантирует, что данные не содержат ошибок и защищены от подделки.

Здесь на помощь приходит доказательство работы: согласно описанию технологии, на Coinmarketrate.com, блокчейн позволяет обмениваться данными сети независимых участников или пользователей (узлов). Каждый узел в любой момент времени имеет точную копию всего набора данных блокчейна. Для того чтобы изменить набор данных, большинство участников сети должны одновременно согласиться изменить информацию. Одним из таких механизмов согласия или консенсуса является Proof of Work.

Как работает алгоритм консенсуса Proof of Work?

Доказательство работы предполагает решение математических задач, требующих больших вычислительных затрат, для добавления новых блоков или записей в блокчейн. Этот процесс также известен как добыча криптовалют — майнинг.

Для того чтобы узел мог генерировать новые блоки, он должен решить указанную математическую задачу методом проб и ошибок. Первый участник сети, нашедший решение, может поделиться им в сети. Затем другие участники могут опираться на вновь созданный блок данных.

Чем больше вычислительной работы выполняет узел, тем больше вероятность того, что он будет генерировать блоки.

Предоставление PoW требует много времени и ресурсов, но проверка данных другими участниками происходит быстро и без особых усилий.

Процесс PoW включает следующие этапы:

• В процессе майнинга майнер пытается найти результат с определенными свойствами с помощью арифметических операций.
• Основой для этого являются транзакции, объединенные в блок.
• Майнер проверяет правильность этих транзакций путем проверки блока («хеширования»). Майнер использует хеш-функцию, то есть математическую функцию, которая генерирует строку фиксированной длины из строки неопределенной длины. Сложность здесь заключается в том, чтобы найти результат с определенными свойствами, вытекающими из так называемой хеш-функции.
• Первый майнер, нашедший решение, получает блок и соответствующее вознаграждение (плата за транзакцию). Подтвержденные транзакции добавляются в блокчейн в виде нового блока.

Ресурсы, затрачиваемые на этот процесс, можно отнести, с одной стороны, к работе компьютеров, на которых хранится блокчейн (ноды). По оценкам bitnodes.io, в настоящее время существует около 15 820 узлов только для Bitcoin.

Однако гораздо большая доля ресурсов или энергии используется для генерации новых блоков и подтверждения транзакций.

Самые известные монеты Proof of Work

Механизм консенсуса PoW используется в некоторых криптовалютах и обеспечивает единогласие данных в блокчейне. Ниже описаны наиболее известные монеты PoW, перечисленные на Coinmarketrate.com.

• Bitcoin (BTC)

Bitcoin играет роль первопроходца в PoW, поскольку блокчейн Bitcoin первым использовал PoW в качестве механизма консенсуса. Он был разработан Сатоши Накамото, создателем Bitcoin, с идеей сочетания экономических стимулов с обеспечением целостности его блокчейна.

В блокчейне Bitcoin участники должны решать криптографические задачи в смысле протокола PoW, чтобы иметь возможность предлагать новые блоки для блокчейна. Подробное описание механизма PoW Bitcoin можно найти в «Белой книге» Накамото.

• Ethereum (ETH)

Вначале Ethereum также полагался на Proof of Work в качестве процесса подтверждения в блокчейне. Участники предоставляли свои вычислительные мощности в распоряжение децентрализованного блокчейна, чтобы заработать монеты, успешно рассчитав блок. Однако этот процесс потребляет много энергии — в значительной степени даже бесплатно.

Это происходит потому, что только тот участник сети, который первым успешно вычислил блок, создает новый блок и получает монеты. В этом случае все вычислительные мощности других участников предоставляются бесплатно. Еще одним узким местом являются связанные с этим высокие транзакционные издержки при выполнении dApps.

По этой причине проект переходит от Proof of Work к Proof of Stake (PoS) в рамках Ethereum 2.0. Здесь сеть автоматически голосует за то, кто из активных участников сети должен создать следующий блок. Голосование может проходить по различным правилам, например, на основе монетных активов, которыми владеет соответствующий участник. По сравнению с PoW, PoS потребляет лишь малую часть энергии, необходимой для поддержания блокчейна, но об этом мы расскажем в следующей статье.

• Dogecoin (DOGE)

Dogecoin — это одноранговая криптовалюта, основанная на интернет-феномене Doge. Dogecoin является производной от проекта с открытым исходным кодом Litecoin. Это также одноранговая криптовалюта. Dogecoin использует алгоритм доказательства работы (proof-of-work), аналогичный алгоритму Bitcoin. В Doge майнеры также вычисляют новые блоки и используют их для обработки ожидающих транзакций.

Существенным отличием от Биткойна является количество монет, которые могут быть сгенерированы. В случае с Биткойном они ограничены максимум 21 миллионом монет, в то время как Dogecoin изначально был ограничен 100 миллиардами монет.

• Litecoin (LTC)

Litecoin был разработан сразу после Bitcoin и, таким образом, стал одним из первых альткоинов. Litecoin считается «серебром» криптовалют, а Bitcoin — цифровым золотом. В принципе, это было целью и при разработке Litecoin: найти быструю и недорогую альтернативу Bitcoin.

Разработка Litecoin основана на так называемом «жестком форке» блокчейна Bitcoin. Противоположностью этому является «мягкая вилка», которая включает в себя изменение программного протокола, которое аннулирует ранее подтвержденные транзакции или блоки. Это делается большинством майнеров, которые затем выполняют новое обновление и применяют новые правила. С другой стороны, жесткий форк — это когда код был сильно изменен, так что новая версия больше не совместима с предыдущими блоками. В этом случае первоначальный блокчейн разделяется — в данном конкретном случае Litecoin был создан в результате такого разделения.

Доказательство работы и доказательство доли: различия

Разница между Proof of Stake и PoW заключается в способе подтверждения транзакции на блокчейне. В децентрализованном блокчейне подтверждение подлинности осуществляется с помощью механизмов консенсуса.

Различия между Proof of Work и Proof of Stake можно описать следующим образом:

Proof of Work основан на майнинге. Участники сети, которые решают криптографическую задачу, и таким образом подтверждают транзакции и генерируют новые блоки, получают вознаграждение в виде монет.

При использовании Proof of Stake майнинг не требуется. Вместо этого криптовалюта генерируется путем хранения ее долей в кошельке и их разблокировки. Этот процесс называется стейкингом. В качестве стимула для генерации новых блоков участники сети получают в качестве вознаграждения, начисляемые на каждый блок комиссии за транзакции.

Другим существенным различием является потребление энергии двумя механизмами. Это несоизмеримо выше при использовании PoW, поэтому Ethereum, например, переводит протокол на PoS.

Согласно исследованию Кембриджского университета, потребление энергии Биткойном составляет 130 ТВтч в год. Это сравнимо с годовым энергопотреблением таких стран, как Аргентина. В отличие от нее, энергопотребление Ethereum составляет всего 26 ТВт/ч в год.

Заключение

PoW — это проверенный алгоритм консенсуса, используемый в таких криптовалютах, как Bitcoin или Ethereum. Алгоритм Bitcoin называется SHA-256, алгоритм Ethereum — Ethash.

PoW обеспечивает защиту блокчейна от взлома, но алгоритм имеет ряд недостатков. В частности, решение криптографических задач требует много времени и энергии, и поэтому является очень затратным. По этой причине многие криптовалюты сегодня полагаются на Proof of Stake.