Что такое PROOF OF WORK?

Механизм консенсуса Proof of Work: Обеспечение безопасности в сети Bitcoin

Майнеры Bitcoin обрабатывают и транслируют транзакции в блокчейн, проверяя их достоверность. Этот процесс включает в себя применение криптографической хэш-функции к заголовку предыдущего блока, а также решение задачи, связанной с proof-of-work (PoW). Механизм PoW был предложен Сатоши Накамото как решение византийской проблемы генералов, предоставляя надежный и объективный протокол.

ЧТО ТАКОЕ PROOF OF WORK (POW)?

Proof of Work – это метод, подтверждающий выполнение определенного объема работы для верификации транзакций в сети и майнинга новых биткоинов. Суть этого метода заключается в использовании вычислительных ресурсов для проверки транзакций и интеграции их в блокчейн Bitcoin, что обеспечивает доверие к децентрализованной системе.

В контексте децентрализованных систем, таких как Bitcoin, PoW решает проблему. В таких системах узлы могут столкнуться с препятствиями, вызванными вредоносными действиями, ошибками программного обеспечения или аппаратными сбоями. Эти препятствия могут мешать узлам достигнуть консенсуса.

Особенностью децентрализованных систем является сложность в достижении консенсуса, именно поэтому Bitcoin применяет механизм PoW. Этот метод позволяет участникам сети безопасно осуществлять транзакции, надежно передавая данные по сети из узла в узел. Сразу же после регистрации транзакции одним узлом, её копия передается всем остальным узлам в сети.

Значимость Proof of Work в системе блокчейн

Proof of Work (PoW) зачастую подвергается недооценке из-за распространенного мнения о его неэффективности и излишних вычислительных усилиях. Некоторые полагают, что ввод транзакции в цифровую книгу учета мог бы происходить быстрее и без дополнительных затрат. Однако PoW играет критически важную роль в обеспечении защиты от одностороннего вмешательства.

Основное значение PoW заключается в создании дополнительных затрат для майнинга биткоина, что делает его более надежным. Например, атака, направленная на контроль над 51% ресурсов сети Bitcoin с целью создания нелегитимных монет или проведения мошеннических транзакций, стоит невероятно дорого. Любая попытка нарушить интегритет сети Bitcoin потребовала бы пересмотра всех выполненных ранее PoW, и это должно быть сделано быстрее, чем текущая сеть продолжает создавать новые блоки. Именно благодаря этому биткоин обладает стойкостью и устойчивостью к изменениям, делая подтвержденные транзакции практически неизменными.

Чтобы сохранить стабильность и прогнозируемость процесса майнинга в системе PoW, Сатоши Накамото разработал механизм регулировки сложности. Этот алгоритм подстраивает сложность майнинга каждые 10 минут, учитывая общую вычислительную мощность сети. Это предотвращает преждевременное создание новых блоков при увеличении числа майнеров и гарантирует стабильность майнинга даже при снижении их активности.

Proof of Work в сравнении с Proof of Stake 

Proof of Work (PoW) обеспечивает эффективное использование энергии для защиты Bitcoin, соблюдая строгие правила, например, ограничения на выпуск новых монет. В отличие от этого, Proof of Stake (PoS) фокусируется на масштабируемости, что может ускорить блокчейн, но потенциально уменьшить его безопасность. Механизм PoW в Bitcoin требует значительных ресурсов и стимулирует честное поведение участников.

Proof of Stake, хотя и используется большинством альткоинов, часто рекламируется как альтернатива Bitcoin. При «стейкинге» инвесторы фиксируют свои токены, увеличивая шансы подтверждения блока. Однако, учитывая, что многие токены были выпущены разработчиками задолго до их общего доступа, PoS может иметь недостатки в децентрализации.

Сравнение двух механизмов:

PROOF OF WORK:

• Верификация проводится сетью майнеров.
• Состязательный характер требует много энергии и вычислительных мощностей для выявления нового блока.
• PoW имеет реальную стоимость майнинга, обеспечивая защиту сети.
• Поддерживает экономические и экологические преимущества.

PROOF OF STAKE:

• Верификация проводится участниками, залогом которых являются их токены.
• Меньше потребляется энергии, но залог или количество монет определяет вероятность подтверждения.
• PoS не обладает реальной стоимостью, что может делать сеть уязвимой.
• Экологические преимущества PoS ограничены.

Proof of Stake и его потенциальные риски

При proof of stake существует риск того, что участник, обладая 51% акций, может изменять правила протокола в свою пользу или осуществлять цензуру в сети, например, отклоняя транзакции определенных участников.

Как функционирует Proof of Work

Изначально майнинг через proof of work можно было выполнять с помощью центральных процессоров (CPU) и графических процессоров (GPU). Однако из-за огромных энергетических затрат теперь майнинг эффективно осуществляется только при помощи ASIC (прикладных интегральных схем), контролируемых майнерами. Эти устройства обрабатывают данные о транзакциях, информацию из предыдущего блока и nonce (случайное число), чтобы вычислить хэш.

Хэш-функции преобразуют входные данные в уникальную выходную строку. В Bitcoin используется хэш-функция SHA-256. Предсказать результат такой функции практически невозможно без массового угадывания, которое осуществляют ASIC.

Майнеры ищут способы повышения эффективности своей деятельности. Чтобы максимизировать прибыль, майнеры стараются увеличить количество хэшей, которое их устройства могут создать за секунду, при этом стараясь использовать наиболее экономичные источники энергии.

Сложность майнинга Bitcoin постоянно корректируется, делая этот процесс еще более конкурентоспособным. Простыми словами, proof of work можно сравнить с покупкой лотерейных билетов: чем больше у вас билетов, тем больше вероятность выигрыша. Например, ASIC Bitmain Antminer S19j Pro имеет производительность в 104TH/s, что равносильно 104 триллионам попыток угадывания в секунду.

С 2012 года, когда появилась необходимость в ASIC, индивидуальным майнерам стало сложнее добывать Bitcoin. Тем не менее, они могут объединяться в майнинговые пулы, чтобы увеличить шансы на получение награды, хотя и при условии дележа этой награды между участниками.

Преимущества и недостатки 

Proof of work (PoW) играет ключевую роль в обеспечении безопасности, неизменности и децентрализации биткойна. Далее рассматриваются основные преимущества и недостатки этого механизма консенсуса.

ПРЕИМУЩЕСТВА

• Децентрализация: значимый прорыв в области технологии.
• Отсутствие возможности цензуры благодаря децентрализованной структуре.
• Неизменяемость: практически невозможно аннулировать блокчейн.
• Система, основанная на объективности, строгих правилах протокола и законах физики.
• Повышенная безопасность: экономический стимул для майнеров защищать сеть благодаря PoW.
• Захват углерода и метана: биткойн перерабатывает неиспользуемую энергию для создания новых монет и проверки транзакций.
• Ускорение развертывания сетей возобновляемой энергии благодаря монетизации энергии через PoW, а также оптимизация распределения нагрузки, делая энергосети более эффективными и надежными.

НЕДОСТАТКИ

• Сниженная скорость обработки транзакций.
• Значительные расходы на майнинг, необходимые для поддержания PoW.
• PoW требует значительное количество энергии, однако это стимулирует разработку инноваций в области возобновляемых источников энергии.

Критика Proof of Work

Часто встречающаяся критика в адрес Биткойна касается его высокого энергопотребления. Так как Биткойн требует большого количества энергии для обеспечения безопасности своей сети, proof of work становится целью для критики, особенно со стороны тех, кто поддерживает традиционные фиатные финансовые системы.

Однако при таком обобщенном мнении часто упускается из вида, что Биткойн на самом деле стимулирует инновации в секторе чистой энергии и эффективного использования ресурсов.

Как именно? Для того чтобы оставаться прибыльными, майнерам Биткойна необходимо выбирать самые экономичные источники энергии. Это приводит к тому, что все больше используются возобновляемые и неиспользуемые источники энергии вместо традиционных источников на основе ископаемого топлива.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Так как ветер и солнце становятся одними из самых доступных источников энергии, майнеры Биткойна интересуются инвестированием в эту область, что выгодно для всех.

Распространенное заблуждение заключается в том, что потребление энергии напрямую связано с выбросами CO2. На самом деле, воздействие на выбросы определяется способом производства энергии, а не ее потреблением.

РАСТРАЧЕННАЯ ЭНЕРГИЯ

Сжигание природного газа на факелах — яркий пример неэффективного использования. Однако при использовании этого газа для обеспечения работы майнеров Биткойна, ранее потерянная энергия становится полезной.

НЕИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЭНЕРГИЯ

Майнинговые предприятия могут быть размещены практически везде, и все больше их привлекают удаленные источники энергии, например, океанские течения или солнечные панели в пустыне. Биогаз также представляет интерес, поскольку он может обеспечивать стабильное электроснабжение, но часто не интегрирован в основную электросеть.

Часто задаваемые вопросы

Как регулируется уровень сложности задачи proof-of-work?

Сложность proof-of-work корректируется исходя из скорости, с которой майнеры добывают новые блоки. Цель состоит в том, чтобы время создания блока в сети составляло приблизительно 10 минут.

Возможно ли решить задачу proof-of-work через полный перебор вариантов?

Основной метод решения задачи proof-of-work — это перебор. Это стратегия, предполагающая исследование всех доступных вариантов решения до обнаружения оптимального.

Что произойдет с proof-of-work, когда добыча всех биткойнов будет завершена?

Даже после добычи всех биткойнов, proof-of-work будет служить для верификации транзакций, и майнеры будут вознаграждены за это.

Есть ли эффективные замены proof-of-work?

На данный момент, для обеспечения характеристик безопасности и децентрализации, аналогичных биткойну, proof-of-work считается наиболее надежной системой.

Что случится, если два майнера найдут решение proof-of-work для одного блока одновременно?

В таком случае будет принят блок, который войдет в самую длинную версию цепочки, так как она представляет наибольший объем работы.

Заключение

Некоторые политики и организации, стремясь дискредитировать биткойн из-за его энергопотребления, могут делать утверждения, не соответствующие действительности. Их интерес заключается в поддержании текущей системы, которая работает в их пользу. Однако биткойн предлагает новый взгляд на финансовую систему и мир в целом. Proof-of-work играет ключевую роль в этом изменении, делая биткойн действительно ценным инструментом.