Proof of Work (PoW) to pierwszy mechanizm konsensusu, który pojawił się na blockchainie i jest używany przez wiele publicznych łańcuchów, takich jak Bitcoin, Litecoin, Ethereum (który przeszedł na PoS w 2022 roku) i wiele innych.
Czym jest dowód pracy (PoW)?
Proof of Work (PoW) opisuje mechanizm konsensusu, który wymaga od sieci urządzeń wykonania znacznej ilości pracy obliczeniowej. Hal Finney zaadaptował koncepcję „dowodu pracy wielokrotnego użytku” przy użyciu 160-bitowego bezpiecznego algorytmu skrótu 1 (SHA-1) w 2004 roku, aby na nowo wyobrazić sobie koncepcję tokenów cyfrowych.
Bitcoin, uruchomiony w 2009 roku, stał się pierwszym szeroko przyjętym zastosowaniem koncepcji PoW Finneya (Finney był również pierwszym odbiorcą transakcji Bitcoin). Proof of Work stanowi podstawę wielu innych kryptowalut i umożliwia bezpieczny konsensus.
Kluczowe punkty
- Proof of Work (PoW) to zdecentralizowany mechanizm konsensusu, który wymaga od uczestników sieci wydatkowania energii w celu rozwiązania kryptograficznych liczb szesnastkowych.
- Proof of Work, znany również jako mining, odnosi się do zdobywania nagród za wykonanie pracy.
- Proof of Work pozwala na bezpieczne przetwarzanie transakcji peer-to-peer bez potrzeby korzystania z zaufanych stron trzecich.
- Proof of Work na dużą skalę wymaga znacznego zużycia energii, które rośnie wraz z dołączaniem do sieci kolejnych górników.
Zrozumienie Proof of Work (PoW)
To wyjaśnienie skupi się na roli, jaką dowód pracy odgrywa w sieci Bitcoin. Bitcoin jest powszechnie określany jako kryptowaluta; technicznie rzecz biorąc, jest to token – reprezentacja własności wartości w łańcuchu bloków Bitcoin. Własność tokenów może być wymieniana na równoważne przedmioty, podobnie jak dawanie komuś dolara za kawałek cukierka – on jest teraz właścicielem dolara, a ty jesteś właścicielem cukierka.
Proof of Work (PoW) Blockchain
Blockchain to rozproszona księga, która rejestruje wszystkie transakcje Bitcoin, podobnie jak wprowadzanie transakcji do arkusza kalkulacyjnego. Każdy blok jest jak komórka. Informacje takie jak kwoty transakcji, adresy portfeli, czas i data są rejestrowane i szyfrowane w nagłówku bloku – numer szesnastkowy utworzony za pomocą funkcji hash łańcucha bloków.
Podczas tworzenia wartości skrótu, wartość skrótu każdego bloku zostanie użyta w kolejnym bloku. Tworzy to niezmienny łańcuch bloków, ponieważ informacje z każdego bloku są zawarte w skrócie najnowszego bloku.
Wartość HASH
Po zamknięciu bloku wartość skrótu musi zostać zweryfikowana przed otwarciem nowego bloku. W tym miejscu pojawia się Proof of Work. Wartość hash to 64-bitowa zaszyfrowana liczba szesnastkowa. Dzięki nowoczesnej technologii duża ilość danych może zostać zaszyfrowana w ciągu milisekund. Jednak górnicy próbują odgadnąć wartość skrótu, co zajmuje dużo czasu obliczeniowego.
Górnictwo to proces walidacji transakcji i zdobywania nagród poprzez rozwiązywanie wartości hash.
Liczba losowa
Wartość hash zawiera serię liczb zwanych nonce, co oznacza „numer użyty raz”. Kiedy górnik (program na węźle używany do rozwiązywania wartości skrótu) rozpoczyna wydobywanie, używa nonce równego zero do wygenerowania wartości skrótu z publicznie dostępnych informacji.
Rozwiązywanie problemu hashowania
Jeśli wartość skrótu jest niższa niż bieżący cel sieciowy, górnik pomyślnie rozwiązał wartość skrótu. Cel sieciowy to wynik matematyczny przekonwertowany na liczbę szesnastkową, która określa trudność wydobycia.
Jeśli wartość skrótu jest większa niż wartość docelowa, program wydobywczy zwiększa nonce o 1 i ponownie generuje wartość skrótu. Górnicy w całej sieci próbują rozwiązać problem hashowania w ten sposób. Górnicy, którzy rozwiązują wartości hash w łańcuchu bloków Bitcoin, otrzymują nagrody za aktualnie wykonaną pracę.
Dowód pracy vs. dowód stawki
Dwa najpopularniejsze mechanizmy konsensusu to Proof of Work i Proof of Stake. Główny konkurent Bitcoina, Ethereum, korzystał z Proof of Work na swoim blockchainie do września 2022 roku, kiedy to przeszedł na Proof of Stake. Oto kilka kluczowych różnic między nimi:
| Proof of Work | Proof of Stake |
| Weryfikacja jest przeprowadzana przez sieć górniczą | Weryfikacja jest przeprowadzana przez uczestników, którzy dostarczają Ether jako zabezpieczenie |
| Bitcoin nagradza górników zarówno nagrodami blokowymi, jak i opłatami transakcyjnymi | Ether jest używany tylko do płacenia opłat transakcyjnych |
| Konkurencyjny i wymaga znacznej energii i mocy obliczeniowej | Wymaga mniej mocy obliczeniowej i energii |
Rozważania
Wydobywanie kryptowalut jest procesem konkurencyjnym, co sprawia, że rywalizują ze sobą osoby o największej mocy obliczeniowej. Dlatego też górnicy dołączają do pul wydobywczych, aby zwiększyć swoje szanse na otrzymanie nagród, ponieważ wymagana jest konkurencyjna praca obliczeniowa.
Proof of Work jest również znany ze swojego zużycia energii. Uniwersytet Cambridge śledzi zużycie energii w sieci Bitcoin i wykorzystuje „najlepsze szacunki” do określenia jej wykorzystania. Energia zużywana przez sieć jest porównywalna z energią zużywaną przez niektóre małe kraje; warto jednak zauważyć, że energia zużywana przez przemysłowe sieci danych i centra danych znacznie przewyższa energię zużywaną przez sieć Bitcoin.
Proof of Work jest również znacznie wolniejszą metodą walidacji w porównaniu do innych. Na przykład liczba występujących transakcji przekracza możliwości przetwarzania sieci Bitcoin. Transakcje znajdują się w mempool w oczekiwaniu na zatwierdzenie, a średni czas potwierdzenia między 1 stycznia a 9 lutego 2023 r. wynosił od 7 do 91 minut (potwierdzenie odnosi się do czasu potwierdzenia transakcji). Średni czas blokady dla Bitcoina pozostaje na poziomie 10 minut, podczas gdy średni czas blokady dla sieci Ethereum PoS wynosi 12 sekund od września 2022 roku.
Przykład dowodu pracy
Proof of Work wymaga, aby komputery losowo wykonywały funkcje hashujące, dopóki nie wygenerują wyniku z prawidłową minimalną liczbą zer wiodących. Na przykład wartość skrótu dla bloku #842,533 wydobytego 8 maja 2024 r. wynosi:
000000000000000000004f0f4988d6dee8c9d60100830d3d7633fffde5fdd986
Pomyślnie zaszyfrowana nagroda za blok wynosi 3,125 BTC i 0,17220833 BTC w opłatach.
Nonce wynosi 3,391,347,343, a w tym bloku znajduje się 1,636 transakcji. Należy pamiętać, że wartość hash jest generowana, a nonce zaczyna się od zera, a ten blok jest hashowany 3,3 miliarda razy przez górników, aż do osiągnięcia liczby poniżej celu.
Co oznacza dowód pracy (PoW)?
PoW wymaga, aby węzły w sieci dostarczyły dowodów na to, że wykorzystały moc obliczeniową (tj. pracę) w sposób zdecentralizowany, aby osiągnąć konsensus i zapobiec przejęciu sieci przez złośliwe podmioty.
Dlaczego kryptowaluty potrzebują dowodu pracy?
Ponieważ sieci takie jak blockchainy kryptowalut zostały zaprojektowane jako zdecentralizowane i peer-to-peer, potrzebna jest jakaś metoda osiągnięcia konsensusu i bezpieczeństwa. Proof of Work to metoda wymagająca dużej ilości zasobów, która zabezpiecza sieć. Istnieją również inne, mniej zasobochłonne mechanizmy dowodowe. Bez mechanizmu dowodowego sieć i przechowywane w niej dane byłyby podatne na ataki lub kradzież.
Czy Bitcoin wykorzystuje dowód pracy?
Tak. Wykorzystuje algorytm PoW oparty na funkcji skrótu SHA-256 do walidacji i potwierdzania transakcji oraz emisji nowych bitcoinów.
Podsumowanie
Proof of Work to mechanizm konsensusu wykorzystywany przez wiele kryptowalut do walidacji transakcji w łańcuchu bloków i nagradzania tokenów za uczestnictwo w sieci. Proof of Work to konkurencyjny proces, który próbuje wygenerować liczbę szesnastkową poniżej celu sieciowego przy użyciu publicznie dostępnych informacji o transakcjach.
W ramach konsensusu PoW tysiące programów wydobywczych pracują nad blokiem do momentu rozwiązania wartości skrótu, a następnie przechodzą do następnego bloku.
-
-
-
-
-
-
-
-
