Mikä on Proof of Work (PoW)? New Premier Guide 2024

Proof of Work (PoW) on ensimmäinen lohkoketjuun ilmestynyt konsensusmekanismi, ja sitä käyttävät monet julkiset ketjut, kuten Bitcoin, Litecoin, Ethereum (joka siirtyi PoS:ään vuonna 2022) ja monet muut.

Mikä on Proof of Work (PoW)?

Proof of Work (PoW) kuvaa konsensusmekanismia, joka edellyttää, että laitteiden verkko suorittaa merkittävän määrän laskennallista työtä. Hal Finney mukautti vuonna 2004 ”uudelleenkäytettävän työtodistuksen” käsitteen käyttämällä 160-bittistä turvallista hash-algoritmia 1 (SHA-1) digitaalisten merkkien käsitteen uudistamiseksi.

Vuonna 2009 lanseeratusta Bitcoinista tuli Finneyn PoW-konseptin ensimmäinen laajasti hyväksytty sovellus (Finney oli myös ensimmäinen Bitcoin-tapahtuman vastaanottaja). Proof of Work muodostaa perustan monille muille kryptovaluutoille ja mahdollistaa turvallisen konsensuksen.

• Proof of Work (PoW) on hajautettu konsensusmekanismi, joka vaatii verkon osallistujia käyttämään energiaa kryptografisten heksadesimaalilukujen ratkaisemiseen.
• Proof of Work, joka tunnetaan myös nimellä louhinta, tarkoittaa palkkioiden ansaitsemista työn suorittamisesta.
• Proof of Work mahdollistaa turvallisen vertaisverkkotapahtumien käsittelyn ilman luotettavia kolmansia osapuolia.
• Laajamittainen Proof of Work vaatii huomattavaa energiankulutusta, joka vain kasvaa, kun useampi louhija liittyy verkkoon.

Keskeiset kohdat

Proof of Workin (PoW) ymmärtäminen

Tässä selityksessä keskitytään siihen, millainen rooli Proof of Workilla on Bitcoin-verkossa. Bitcoinia kutsutaan yleisesti kryptovaluutaksi; teknisesti ottaen se on token – arvon omistusoikeuden edustus Bitcoinin lohkoketjussa. Tokenien omistus voidaan vaihtaa vastaaviin kohteisiin, kuten jos antaisit jollekin dollarin karkkia vastaan – hän omistaa nyt dollarin, ja sinä omistat karkin.

Proof of Work (PoW) -lohkoketju.

Lohkoketju on hajautettu pääkirja, johon kirjataan kaikki Bitcoin-tapahtumat, kuten taulukkolaskentaohjelmaan kirjattavat tapahtumat. Jokainen lohko on kuin solu. Tiedot, kuten transaktioiden määrät, lompakko-osoitteet, kellonaika ja päivämäärä, tallennetaan ja salataan lohko-otsikkoon, joka on lohkoketjun hash-funktion avulla luotu heksadesimaaliluku.

Kun luodaan hash-arvoa, kunkin lohkon hash-arvoa käytetään seuraavassa lohkossa. Tämä luo muuttumattoman lohkoketjun, sillä jokaisen lohkon tiedot sisältyvät viimeisimmän lohkon hash-arvoon.

HASH-arvo

Kun lohko suljetaan, hash-arvo on tarkistettava, ennen kuin uusi lohko voidaan avata. Tässä kohtaa tulee kuvaan Proof of Work. Hash-arvo on 64-bittinen salattu heksadesimaaliluku. Nykytekniikan avulla suuri määrä tietoa voidaan hassata millisekunneissa. Louhijat yrittävät kuitenkin arvata hash-arvon, mikä vie laskennallisesti paljon aikaa.

Louhinta on prosessi, jossa transaktioita validoidaan ja ansaitaan palkkioita ratkaisemalla hash-arvoja.

Satunnaisluku

Hash-arvo sisältää numerosarjan, jota kutsutaan nonce-numeroksi, joka tarkoittaa ”kerran käytettyä numeroa”. Kun louhija (solmussa oleva ohjelma, jota käytetään hash-arvojen ratkaisemiseen) aloittaa louhinnan, se käyttää nonce-arvoa nolla luodakseen hash-arvon julkisesti saatavilla olevista tiedoista.

Hash-ongelman ratkaiseminen

Jos hash-arvo on pienempi kuin nykyinen verkon tavoite, louhija on ratkaissut hash-arvon onnistuneesti. Verkkotavoite on matemaattinen tulos muunnettuna heksadesimaaliluvuksi, joka määrittää louhinnan vaikeuden.

Jos hash-arvo on suurempi kuin tavoitearvo, kaivosohjelma kasvattaa nonce-arvoa yhdellä ja luo hash-arvon uudelleen. Koko verkon louhijat yrittävät ratkaista hash-ongelman tällä tavalla. Bitcoin-lohkoketjussa hash-arvoja ratkaisevat louhijat saavat palkkiot kulloinkin tehdystä työstä.

Proof of Work vs. Proof of Stake (työn todistus)

Kaksi suosituinta konsensusmekanismia ovat Proof of Work ja Proof of Stake. Bitcoinin tärkein kilpailija Ethereum käytti lohkoketjussaan Proof of Work -menetelmää syyskuuhun 2022 asti, jolloin se siirtyi Proof of Stake -menetelmään. Seuraavassa on joitakin keskeisiä eroja näiden kahden välillä:

Proof of Work	Proof of Stake
Varmentaminen tapahtuu louhintaverkostossa	Varmentamisen suorittavat osallistujat, jotka antavat Etheriä vakuudeksi.
Bitcoin palkitsee louhijoita sekä lohkopalkkioilla että transaktiomaksuilla.	Eetteriä käytetään vain transaktiomaksujen maksamiseen
Kilpailukykyinen ja vaatii paljon energiaa ja laskentatehoa.	Vaatii vähemmän laskentatehoa ja energiaa

Huomioita

Kaivostoiminta on kilpailullinen prosessi, joten se on kilpailua niiden välillä, joilla on eniten laskentatehoa. Tämän vuoksi louhijat liittyvät louhintapooleihin lisätäkseen mahdollisuuksiaan saada palkkioita, koska kilpailullinen laskentatyö on välttämätöntä.

Proof of Work tunnetaan myös sen energiankulutuksesta. Cambridgen yliopisto seuraa Bitcoin-verkon energiankulutusta ja käyttää ”parhaita arvauksia” sen käytön määrittämiseksi. Verkon käyttämä energia on verrattavissa joidenkin pienten maiden käyttämään energiaan; on kuitenkin syytä huomata, että teollisten tietoverkkojen ja datakeskusten käyttämä energia ylittää huomattavasti Bitcoin-verkon käyttämän energian.

Proof of Work on myös paljon hitaampi validointimenetelmä muihin verrattuna. Esimerkiksi transaktioiden määrä ylittää Bitcoin-verkon käsittelykapasiteetin. Tapahtumat odottavat mempoolissa vahvistusta, ja keskimääräinen vahvistusaika 1. tammikuuta ja 9. helmikuuta 2023 välisenä aikana vaihtelee 7 minuutista 91 minuuttiin (vahvistus tarkoittaa aikaa, jolloin tapahtuma vahvistetaan). Bitcoinin keskimääräinen estoaika on edelleen 10 minuuttia, kun taas Ethereumin PoS-verkon keskimääräinen estoaika on ollut 12 sekuntia syyskuusta 2022 lähtien.

Proof of Work -esimerkki

Proof of Work edellyttää, että tietokoneet suorittavat satunnaisesti hash-funktioita, kunnes ne tuottavat tuloksen, jossa on oikea vähimmäismäärä nollia. Esimerkiksi 8. toukokuuta 2024 louhitun lohkon #842,533 hash-arvo on:

000000000000000000004f0f4988d6dee8c9d60100830d3d7633fffde5fdd986

Onnistuneesti hashattu lohkopalkkio on 3,125 BTC ja 0,17220833 BTC maksuja.

Nonce on 3,391,347,343, ja tässä lohkossa on 1,636 transaktiota. Muista, että hash-arvo luodaan, ja nonce alkaa nollasta, ja louhijat hashaavat tätä lohkoa 3,3 miljardia kertaa, kunnes tavoitetta pienempi luku saavutettiin.

Mitä Proof of Work (PoW) tarkoittaa?

PoW edellyttää, että verkon solmut todistavat, että ne ovat käyttäneet laskentatehoa (eli työtä) hajautetusti konsensuksen aikaansaamiseksi ja sen estämiseksi, etteivät pahantahtoiset toimijat pääse valloittamaan verkkoa.

Miksi kryptovaluutat tarvitsevat todisteellista työtä?

Koska verkot, kuten kryptovaluuttojen lohkoketjut, on suunniteltu hajautetuiksi ja vertaisverkkoiksi, tarvitaan jokin menetelmä konsensuksen ja turvallisuuden saavuttamiseksi. Proof of Work on resurssi-intensiivinen menetelmä, joka turvaa verkon. On myös muita, vähemmän resursseja vaativia todistusmekanismeja. Ilman todistusmekanismia verkko ja siihen tallennetut tiedot olisivat alttiita hyökkäyksille tai varkauksille.

Käyttääkö Bitcoin todistusmekanismia?

Kyllä. Se käyttää SHA-256-hash-funktioon perustuvaa PoW-algoritmia transaktioiden validointiin ja vahvistamiseen sekä uusien bitcoinien liikkeeseenlaskuun.

Lopputulos

Proof of Work on konsensusmekanismi, jota monet kryptovaluutat käyttävät transaktioiden vahvistamiseen lohkoketjussa ja palkitsemaan tokeneja verkkoon osallistumisesta. Proof of Work on kilpailullinen prosessi, jossa yritetään luoda verkon tavoitetason alapuolella oleva heksadesimaaliluku käyttäen julkisesti saatavilla olevia transaktiotietoja.

PoW-konsensuksessa tuhannet louhintaohjelmat työskentelevät lohkon parissa, kunnes hash-arvo on ratkaistu, ja siirtyvät sitten seuraavaan lohkoon.