Что такое доказательство работы (Proof of Work, PoW)? Новый путеводитель по премьеру 2024 года
Proof of Work (PoW) — это первый механизм консенсуса, появившийся в блокчейне и используемый многими публичными цепочками, такими как Bitcoin, Litecoin, Ethereum (который перешел на PoS в 2022 году) и многими другими.
Что такое Proof of Work (PoW)?
Proof of Work (PoW) описывает механизм консенсуса, который требует от сети устройств выполнения значительного объема вычислительной работы. Хэл Финни адаптировал концепцию «многоразового доказательства работы» с использованием 160-битного безопасного хэш-алгоритма 1 (SHA-1) в 2004 году, чтобы переосмыслить концепцию цифровых токенов.
Биткойн, запущенный в 2009 году, стал первым широко распространенным применением концепции PoW Финни (Финни также был первым получателем транзакции в биткойне). Proof of Work лежит в основе многих других криптовалют и обеспечивает безопасный консенсус.
Ключевые моменты
- Proof of Work (PoW) — это децентрализованный механизм консенсуса, который требует от участников сети затрат энергии на решение криптографических шестнадцатеричных чисел.
- Proof of Work, также известный как майнинг, означает получение вознаграждения за выполнение работы.
- Proof of Work позволяет безопасно обрабатывать одноранговые транзакции без участия доверенных третьих лиц.
- Крупномасштабная система Proof of Work требует значительного потребления энергии, которое только увеличивается по мере того, как к сети присоединяется все больше майнеров.
Понятие Proof of Work (PoW)
Это объяснение будет посвящено роли доказательства работы в сети Биткойн. Биткойн принято называть криптовалютой; технически это токен — представление права собственности на ценность в блокчейне Биткойна. Владение токенами может быть обменено на эквивалентные предметы, как если бы вы дали кому-то доллар за кусочек конфеты — теперь он владеет долларом, а вы — конфетами.
Блокчейн Proof of Work (PoW)
Блокчейн — это распределенная бухгалтерская книга, в которой фиксируются все транзакции биткоина, подобно тому, как транзакции заносятся в электронную таблицу. Каждый блок похож на ячейку. Такая информация, как суммы транзакций, адреса кошельков, время и дата, записывается и шифруется в заголовке блока — шестнадцатеричном числе, создаваемом с помощью хэш-функции блокчейна.
При создании хэш-значения хэш-значение каждого блока будет использоваться в последующем блоке. Таким образом создается неизменяемая цепочка блоков, поскольку информация из каждого блока включается в хэш последнего блока.
HASH-значение
Когда блок закрывается, хэш-значение должно быть проверено, прежде чем будет открыт новый блок. Именно в этом случае на помощь приходит Proof of Work. Хеш-значение — это 64-битное зашифрованное шестнадцатеричное число. С помощью современных технологий большой объем данных может быть зашифрован за миллисекунды. Однако майнеры пытаются угадать хэш-значение, что занимает много времени с вычислительной точки зрения.
Майнинг — это процесс подтверждения транзакций и получения вознаграждения путем разгадывания хэш-значений.
Случайное число
Хеш-значение включает в себя серию чисел, называемых nonce, что означает «число, используемое один раз». Когда майнер (программа на узле, используемая для решения хэш-значений) начинает добычу, он использует nonce, равное нулю, чтобы сгенерировать хэш-значение из общедоступной информации.
Решение проблемы хэширования
Если хэш-значение меньше текущей сетевой цели, майнер успешно решил хэш-задачу. Сетевая цель — это математический результат, преобразованный в шестнадцатеричное число, которое определяет сложность добычи.
Если хэш-значение больше целевого значения, программа майнинга увеличивает nonce на 1 и снова генерирует хэш-значение. Майнеры по всей сети пытаются решить хэш-задачу таким образом. Майнеры, решающие хэш-значения в блокчейне Биткойна, получают вознаграждение за текущую выполненную работу.
Доказательство работы по сравнению с доказательством доли
Два наиболее популярных механизма консенсуса — Proof of Work и Proof of Stake. Главный конкурент биткоина, Ethereum, использовал в своем блокчейне принцип Proof of Work до сентября 2022 года, когда он перешел на Proof of Stake. Вот некоторые ключевые различия между ними:
| Proof of Work | Proof of Stake |
| Верификация осуществляется сетью майнеров | Верификация осуществляется участниками, которые предоставляют Эфир в качестве залога |
| Биткойн вознаграждает майнеров как вознаграждением за блок, так и комиссией за транзакции | Эфир используется только для оплаты транзакций |
| Конкурентоспособный и требует значительных затрат энергии и вычислительных мощностей | Требует меньше вычислительной мощности и энергии |
Соображения
Майнинг — это соревновательный процесс, в котором соревнуются те, у кого больше вычислительных мощностей. Поэтому майнеры вступают в майнинговые пулы, чтобы увеличить свои шансы на получение вознаграждения, так как требуется конкурентная вычислительная работа.
Proof of Work также известен своим энергопотреблением. Кембриджский университет отслеживает потребление энергии сетью Биткойн и использует «лучшие предположения» для определения ее использования. Энергопотребление сети сопоставимо с энергопотреблением некоторых небольших стран, однако стоит отметить, что энергопотребление промышленных сетей передачи данных и центров обработки данных значительно превышает энергопотребление сети Биткойн.
Proof of Work также является гораздо более медленным методом подтверждения по сравнению с другими. Например, количество транзакций превышает вычислительную мощность сети Биткойн. Транзакции сидят в mempool в ожидании подтверждения, а среднее время подтверждения в период с 1 января по 9 февраля 2023 года составляет от 7 до 91 минуты (под подтверждением понимается время подтверждения транзакции). Среднее время блокировки биткоина остается на уровне 10 минут, в то время как среднее время блокировки PoS-сети Ethereum составляет 12 секунд с сентября 2022 года.
Пример Proof of Work
Доказательство работы требует от компьютеров случайного выполнения хэш-функций, пока они не выдадут результат с правильным минимальным количеством ведущих нулей. Например, хэш-значение для блока #842,533, добытого 8 мая 2024 года, следующее:
000000000000000000004f0f4988d6dee8c9d60100830d3d7633fffde5fdd986
Вознаграждение за успешно хешированный блок составляет 3,125 BTC и 0,17220833 BTC в виде комиссии.
Нонс равен 3 391 347 343, и в этом блоке совершено 1 636 транзакций. Помните, что хэш-значение генерируется, а nonce начинается с нуля, и этот блок майнеры хэшировали 3,3 миллиарда раз, пока не было достигнуто число ниже целевого.
Что означает Proof of Work (PoW)?
PoW требует, чтобы узлы сети предоставляли доказательства того, что они затратили вычислительную мощность (т. е. работу) децентрализованным образом для достижения консенсуса и предотвращения захвата сети злоумышленниками.
Почему криптовалютам нужно доказательство работы?
Поскольку такие сети, как криптовалютные блокчейны, спроектированы как децентрализованные и одноранговые, для достижения консенсуса и безопасности необходим определенный метод. Proof of Work — это ресурсоемкий метод, который обеспечивает безопасность сети. Существуют и другие, менее ресурсоемкие механизмы доказательства. Без механизма доказательства сеть и хранящиеся в ней данные будут уязвимы для атак или кражи.
Использует ли биткойн доказательство работы?
Да. Он использует алгоритм PoW, основанный на хэш-функции SHA-256, для проверки и подтверждения транзакций и выпуска новых биткоинов.
Итог
Proof of Work — это механизм консенсуса, используемый многими криптовалютами для подтверждения транзакций на блокчейне и вознаграждения токенов за участие в сети. Доказательство работы — это соревновательный процесс, в ходе которого пытаются сгенерировать шестнадцатеричное число ниже целевого значения сети, используя общедоступную информацию о транзакциях.
При консенсусе PoW тысячи программ для майнинга работают над блоком до тех пор, пока не будет определено хэш-значение, после чего переходят к следующему блоку.