Proof-of-work (PoW) – что это и как работает

Что такое Proof-of-work (PoW): принцип работы, майнинг, особенности

Для функционирования блокчейна и обеспечения функционирования сети в условиях высокой защищенности системы используются сложные алгоритмы. Мало кто знает, но много кто задается вопросом о том, как работает Blockchain и как происходит жизнь внутри сети криптовалют. Блокчейн постоянно формирует новые блоки с подтвержденными транзакциями, создавая неразрывную цепочку блоков с информацией. Чтобы защитить систему от неподконтрольного создания новых блоков, новых монет или других махинаций используются алгоритмы, способные доказать, что для создания блока были выполнены необходимые вычисления. Одним из самых популярных является алгоритм Proof-of-work (PoW).

Чтобы вычисления были выполнены и новые блоки были добавлены в Blockhain, помимо решения задач, результат (хэш) нужно проверить. При этом задачи должны быть достаточно сложными, но в то же время решаемы. Сам же полученный результат должен быть легким для проверки. После того, как результат проверен всеми участниками (узлами/нодами) сети и достигается консенсус, формируется блок, который записывается в блокчейн.

Что такое PoW и как он работает?

Proof-of-work (с англ. «доказательство выполнения работы»)– это алгоритм, требующий совершить определенную работу, перед тем как вписать информацию о транзакциях и блоках в Blockchain. Впервые алгоритм Proof-of-work был на практике применен в Bitcoin,создателем Сатоши Накамото. Запись не будет внесена до тех пор, пока все участники не подтвердят, что вся информация верна. Для подтверждения транзакции необходимо методом подбора найти хеш. Именно майнеры занимаются поиском решений сложных математических задач, подтверждают транзакции и вписывают их в блокчейн. За эту работу они получают награду.

Многим уже известно, что майнинг криптовалют требует больших вычислительных мощностей. С помощью PoW майнеры борются за право быть первыми при обработке транзакций, чтобы получить за эту работу соответствующее вознаграждение. Чем больше мощность, тем выше шанс стать тем, кто найдет блок первым. Проще говоря, принцип работы Proof-of-work заключается в том, что майнеры могут получить награду в виде новых монет, предоставляя свои мощности для поиска решения (хеша). Сами же математические уравнения очень сложные для вычисления. Более того, сложность решения регулируется сетью самостоятельно. Уровень сложности важен, потому что принцип работы PoW очень гибкий.

Так как мощность, а именно количество майнеров, в сети будет постоянно изменяться, а именно увеличиваться, монеты должны добываться быстрее. Proof-of-work решает эту проблему регулируя уровень сложности задач в зависимости от количества мощностей в сети в реальном времени. Таким образом, время формирования блока не изменяется, что не позволяет добывать монеты быстрее чем нужно. В случае с биткоином, время нахождения хеша составляет около 10 минут. Необходимо приложить много усилий для поиска хеша, но, когда он найден, проверить верен ли он должно занимать минимум времени и сил.

Преимущества PoW

Безопасность

Это, пожалуй, самое большое преимущество Proof-of-work. Чем больше растет сеть блокчейна, тем больше возникает новых узлов в системе. Значит растет общая вычислительная мощность. Это делает возможность спам или Dos-атак практически не возможной. Для установления контроля в блокчейне, хакерам необходимо иметь контроль над более чем 50% мощностей всей сети. Атака в принципе возможна, но ее реализация обойдется в баснословные затраты и будет нерентабельной.

Децентрализация

В погоне за реализацией своих мощностей, многочисленные армии майнеров сражаются за право получить награду. Преимущество PoW заключается в отсутствии контроля над сетью одного или нескольких нод. Контроль за принятием решений возлагается на всех участников одновременно.

Работа во благо

Огромные мощности, которые используются в PoW майнинге могут быть применены в различных сферах науки или бизнеса. Многие предприятия не могут себе позволить иметь столь мощное вычислительное оборудование для проведения тестов. Преимущество Proof-of-workможет таиться в далеком будущем, где майнеры и корпорации будут работать во благо развития человечества.

Недостатки PoW

Рост сложности

Недостаток Proof-of-work заключается в росте вычислительных мощностей, что приводит к повышению сложности задач. Это оказывает прямое влияние на майнеров, потому что им необходимо постоянно обновлять свое оборудование, чтобы быть конкурентоспособными. Помимо увеличения затрат на оборудование, будут расти затраты на электроэнергию.

Майнинг Bitcoin уже давно не выгодное занятие для домашнего майнинга, поэтому некоторые прибегают к другому алгоритму Proof-of-stake (PoS). В последнем нет необходимости прибегать к вычислительным мощностям, так как работа системы зависит от количества находящихся на кошельке монет. Используют данный протокол такие криптомонеты как Ethereum и Neo.

Дело случая

PoW майнинг не дает гарантий получения вознаграждения. Хеш вычисляется случайным способом, хотя отдается преимущество тому, кто затратил больше всего ресурсов. Таким образом, майнинг становится выгодным исключительно в пулах.

Постепенная централизация

Сложность становится все больше, затраты растут пропорционально. Майнеры собираются в пулы для увеличения шанса получения бонусов. Сложность будет продолжать расти, а значит мелким пулам также станет не выгодно существовать. В итоге, есть большая вероятность создания небольшого количества сверхмощных пулов, которые буду контролировать функционирование сети криптовалют в будущем.

Атака 51%

Не знаем, можно ли назвать это недостатком PoW, но все же такой исход возможен. Если кто-то захватит 51% мощности, сможет контролировать весь блокчейн, а именно подтверждать все транзакции самостоятельно. Награда соответственно будет уходить хакерам. Исход крайне маловероятен, но кто знает, что может произойти в будущем.

Будущее PoW

Proof-of-work проверенный временем надежный протокол, который еще не давал повода усомниться в своей надежности. Его используют большинство разработчиков криптовалют по меньшей мере для того, чтобы распределить токены между участниками. Хотя в последнее время становится все более популярным протокол Proof-of-stake, PoW майнинг остается востребованным. Можно с уверенностью сказать – пока функционирует блокчеин Bitcoin, Proof-of-work будет актуальным в использовании.

Но исходя из практики видно, что разработчики совмещают оба этих алгоритма, создавая некий гибрид Pow/PoS. Вероятней всего именно данный гибрид будет наиболее востребован, так как решает проблемы обоих протоколов.