Что такое Proof of Work (PoW)

Proof of Work (PoW) или Доказательство работы — это алгоритм, один из видов консенсуса блокчейна, который применялся для большинства криптовалют первого поколения. Алгоритм используется для проверки транзакции и создания нового блока в блокчейне.

Идея Proof of Work была впервые опубликована в 1993 году Синтией Дворк (Cynthia Dwork) и Мони Наор (Moni Naor), а затем применена Сатоши Накамото в 2008 году в блокчейне Биткоина. Термин «доказательство работы» был впервые использован Маркусом Якобссоном (Markus Jakobsson) и Ари Джулсом (Ari Juels) в публикации 1999 года. Более подробно об истории смотрите в статье Кто придумал блокчейн.

Решение, которое трудно найти, но легко проверить.

Принцип Proof of Work

В чем смысл Proof of Work

Цель механизма консенсуса — привести все узлы к согласию в условиях, когда узлы не доверяют друг другу.

• Затем все транзакции в новом блоке подтверждаются, и новый блок добавляется в блокчейн.
• Блок добавляется в ту цепочку, которая имеет наибольшую высоту блока.
• Майнеры выполняют вычислительную работу по решению сложной математической задачи, чтобы добавить блок в сеть, отсюда и название — Proof-of-Work.
• Со временем математическая задача становится все сложнее.

Также смотрите наш гайд Как работает блокчейн.

Особенности PoW

Вот две особенности, которые способствовали широкой популярности этого протокола консенсуса:

• Трудно найти решение математической проблемы.
• Легко проверить правильность этого решения.

Как работает Proof of Work

Алгоритм консенсуса PoW предполагает проверку транзакции через процесс майнинга. Этот раздел посвящен обсуждению процесса майнинга и потреблению ресурсов в процессе майнинга.

Майнинг

Алгоритм консенсуса Proof of Work предполагает решение сложной в вычислительном отношении головоломки для создания новых блоков в блокчейне Bitcoin. Этот процесс известен как «майнинг», а узлы сети (ноды), которые занимаются майнингом, известны как «майнеры».

• Стимул для майнинга заключается в экономической выгоде: соревнующиеся майнеры получают вознаграждение. Для блокчейна Биткоина вознаграждение за блок составляет 6,25 BTC и небольшую комиссию за транзакцию.
• Со временем это вознаграждение уменьшается наполовину от текущей стоимости (халвинг биткоина).

Потребление энергии и времени при майнинге

Процесс проверки транзакций в добавляемом блоке, упорядочивание этих транзакций в хронологическом порядке в блоке и объявление нового добытого блока всей сети не требует много энергии и времени.

• Энергозатратной частью является решение «трудной математической задачи» для связи нового блока с последним блоком в действующем блокчейне.
• Когда майнер наконец находит правильное решение, узел одновременно транслирует его всей сети, получая криптовалютный приз (вознаграждение), предусмотренный алгоритмом PoW.

Вознаграждение за майнинг

• В настоящее время добыча одного блока в сети биткоина дает выигравшему майнеру 6,25 BTC.
• Количество выигранных биткоинов уменьшается вдвое каждые четыре года. Таким образом, следующее уменьшение количества биткоинов должно произойти примерно в 2024 году (при нынешних темпах роста).
• С увеличением числа майнеров неизбежно сокращается время, необходимое для добычи нового блока.
• Это означает, что новые блоки находятся быстрее. Чтобы последовательно находить 1 блок каждые 10 минут (именно такое количество времени, по мнению разработчиков биткоина, необходимо для стабильного и уменьшающегося потока новых монет до достижения максимального числа в 21 миллион (ожидается в 2140 году при текущем курсе)), сеть биткоина регулярно меняет уровень сложности добычи нового блока.

Алгоритм PoW в Биткоине

Биткойн использует систему Hashcash Proof of Work в качестве основы для майнинга. Сложную математическую задачу можно абстрактно записать следующим образом:

При данных A необходимо найти такое число X, чтобы хеш X и A, давал число меньше B.

• Майнеры объединяют группу транзакций в блок и пытаются его добыть. Для этого необходимо решить сложную математическую задачу.
• Эта проблема называется проблемой доказательства работы. Она должна быть решена, чтобы показать, что майнер проделал определенную работу по поиску решения проблемы. После этого добытый блок можно считать валидным.
• Для решения задачи необходимо, чтобы хеш блока был меньше, чем «целевой хеш» (target hash)

Целевой хеш - это число, которое должно быть меньше или равно хешу заголовка блока (часть блокчейна, которая содержит ссылку на предыдущий блок и суммированное значение транзакций, в него включенных). Чем ниже целевой хеш, тем сложнее сгенерировать блок.

• Майнер продолжает подбирать различные уникальные значения (известные как nonce), пока не будет получено подходящее.
• Майнер, которому удается решить проблему, получает вознаграждение в биткоинах и добавляет блок в блокчейн, сообщая о том, что блок был добыт.

Примечание: целевой хеш корректируется раз в 2016 блоков или примерно раз в 2 недели. Все майнеры немедленно прекращают работу над указанным блоком и начинают добычу следующего блока.

Криптографические протоколы, используемые в PoW

Наиболее широко используемый консенсус proof-of-work основан на протоколе SHA-256, используемом в биткоине.

Другими популярными протоколами являются:

• Scrypt,
• SHA-3,
• scrypt-jane,
• scrypt-n.

Преимущества и недостатки PoW

Криптовалюты с алгоритмом консенсуса Pow

• Bitcoin (BTC)
• Ethereum (ETH) — до 15 сентября 2022. Потом Ethereum перешел на PoS
• Dogecoin (DOGE)
• Litecoin (LTC)
• Ethereum Classic (ETC)
• Monero (XMR)
• Bitcoin Cash (BCH)
• Bitcoin SV (BSV)
• ZCash (ZEC)
• Ravencoin (RVN)
• Kadena (KDN) и др.

Proof of Work vs Proof of Stake

Оба механизма консенсуса помогают блокчейну синхронизировать данные, проверять информацию и обрабатывать транзакции. И Proof of Work, и Proof of Stake уже доказали свою состоятельность в поддержании блокчейна, хотя у каждого есть свои плюсы и минусы.

Заключение

Proof of Work — это инновационная технология, которая обеспечивает работу криптовалют на триллионы долларов. Будучи первым алгоритмом консенсуса, он является основой децентрализации биткоина, а также нескольких других популярных блокчейнов. Хотя критики скептически относились к PoW из-за высокого энергопотребления, многие майнинговые операции переходят на использование возобновляемых источников энергии. Это дает более позитивные долгосрочные перспективы для обеспечения устойчивости сетей блокчейн по мере роста их внедрения.