Proof-of-Work: ключевая составляющая блокчейна

Обновлено
04.10.2024
Комментариев
0 Сообщений

Чтобы обеспечить работу распределенной сети, необходимо достичь консенсуса между всеми ее участниками. Для этого был разработан Proof-of-Work (PoW) — алгоритм консенсуса, используемый в блокчейнах как биткоина, так и многих других криптовалют.

Эта статья подробно рассматривает алгоритм работы PoW, его значение в экосистеме криптовалют, плюсы и минусы, а также альтернативные алгоритмы. 👇

Что такое PoW простыми словами

Proof-of-Work переводится как «доказательство выполнения работы». Благодаря этому механизму происходит подтверждение транзакций и обеспечивается безопасность сети блокчейн.

Для валидации транзакций в системе майнеры решают сложные задачи. Тот, кто первым находит правильное решение, добавляет новый блок в существующую цепочку и получает за это вознаграждение. Данный процесс стимулирует участников сети продолжать поддерживать работу системы и защищать её от атак.

Если кто-то попытается изменить информацию в уже добавленном блоке, ему придется пересчитать все последующие блоки, а это крайне сложно и экономически нецелесообразно. Таким образом, PoW обеспечивает высокий уровень безопасности и доверия в децентрализованных системах.

CoinRanger

Кто и когда придумал PoW

Идея, лежащая в основе Proof-of-Work, была впервые описана в статье «Pricing via Processing or Combatting Junk Mail» в 1993 году. Авторы Cynthia Dwork и Moni Naor предложили механизм, использующий вычислительную работу для предотвращения спама. Однако технология PoW в ее современном виде была сформирована в 2008 году анонимным разработчиком под псевдонимом Сатоши Накамото. В своей White Paper Накамото описал использование PoW как способ достижения консенсуса в децентрализованной среде.

Первое и наиболее значимое применение Proof-of-Work произошло во время запуска биткоина в 2009 году. Успех биткоина привёл к появлению множества других криптовалют, каждая из которых адаптировала PoW по своему усмотрению, устанавливая уникальные уровни сложности.

Как работает Proof-of-Work

Основные этапы работы PoW:

  1. Майнеры собирают неподтвержденные транзакции, которые транслируются в режиме реального времени. Вместе эти транзакции формируют новый блок, который необходимо подтвердить.
  2. Для того чтобы добавить блок в цепочку, майнеру нужно решить трудную и затратную по времени и ресурсам задачу – найти хеш (уникальный идентификатор, который соответствует определенным критериям).
  3. Для нахождения хеша майнеры изменяют специальный параметр, называемый nonce, который будет добавлен к содержимому блока. Поскольку хеш-функция является детерминированной, небольшие изменения в данных блока или nonce могут привести к совершенно разным значениям хеша. Это создает необходимость множества итераций.
  4. Как только майнер находит подходящий хеш, он рассылает блок всем другим участникам сети. Этот процесс называется доказательством работы, так как он требует значительных затрат вычислительной мощности и времени для его выполнения.
  5. Все участники сети, называемые нодами, проверяют полученный блок и его данные. Если блок действителен и хеш соответствует необходимым условиям, то этот блок добавляется в локальные копии блокчейна всех участников.
  6. Майнер получает награду в виде новых монет и комиссий за транзакции, содержащиеся в блоке.

Для чего нужен Proof-of-Work

Proof-of-Work выполняет несколько важных функций:

  • Подтверждение транзакций. Proof-of-Work позволяет пользователям проверять и подтверждать свои транзакции, создавая прозрачный и неизменный реестр всех операций. Это создаёт надежную базу данных, которая может быть проверена каждым участником сети.
  • Экономическое стимулирование. Майнеры, участвующие в процессе, получают вознаграждение за свои усилия. Это создает экономическую модель, которая поощряет пользователей и служит мотивацией для их постоянного участия в работе сети.
  • Поддержание децентрализации. В отличие от централизованных систем, где функции управления сконцентрированы в руках определенных органов, PoW позволяет практически любому желающему стать участником сетевого процесса. Это способствует децентрализации, что снижает риск манипуляций со стороны единичного субъекта.
  • Общий консенсус. Благодаря алгоритму PoW участники сети приходят к единому мнению о том, какие транзакции действительны, а какие нет. Это исключает необходимость обращения к доверенным третьим лицам или центральным авторитетам, которые могут быть подвержены коррупции.
  • Решение проблемы двойного расходования. Двойное расходование происходит, когда один и тот же актив используется в нескольких транзакциях одновременно. В децентрализованных системах, где не существует доверенного третьего лица, решение этой проблемы является критически важным. Алгоритм PoW мотивирует майнеров подтверждать каждую транзакцию, перед тем как добавить ее в реестр.

Влияние Proof-of-Work на индустрию майнинга

  • С ростом популярности биткоина и других криптовалют также возросла популярность майнинга как способа заработка, что, в свою очередь, привело к увеличению числа майнеров.
  • Поскольку майнеры всегда стремятся увеличить свою вычислительную мощность, на смену простым компьютерам и видеокартам пришли специализированные устройства, такие как ASIC (Application-Specific Integrated Circuits), которые значительно увеличили эффективность процесса.
  • Индивидуальные майнеры, столкнувшись с высокими издержками и сложностью добычи, начали собираться вместе для создания пулов. Это позволило участникам объединять свои ресурсы и делить вознаграждения, делая всю систему более эффективной, надежной и справедливой.
  • В связи с увеличением мощностей появилась серьёзная проблема — потребление энергии, что спровоцировало дебаты о влиянии майнинга на экологию, а также вызвало запрет майнинга во многих юрисдикциях. Это привело к поискам новых, более экологичных методов консенсуса.

Преимущества и недостатки Proof-of-Work

Для успешной атаки на сеть необходима большая вычислительная мощность оборудования
Создание блоков и подтверждение транзакций осуществляется на основе реальной работы майнеров
PoW способствует децентрализованному характеру криптовалют, позволяя участвовать в майнинге любому желающему
Алгоритм PoW требует значительных затрат энергии, что приводит к экологическим проблемам
Атака 51%: потенциальная угроза для PoW-блокчейнов, при которой злоумышленник или организация могут захватить контроль над большей частью мощности хеширования сети
Майнинг с PoW требует дорогостоящего оборудования

Альтернативы алгоритму Proof-of-Work

Учитывая указанные выше недостатки PoW, исследователи начали разрабатывать альтернативные механизмы консенсуса с целью улучшения производительности и уменьшения затрат:

  • Proof-of-Stake (PoS). Для участия в PoS майнер (валидатор) обязан заблокировать (застейкать) определенную сумму криптовалюты, которая будет использоваться для проверки блоков. Это значительно уменьшает объем вычислительных ресурсов и энергозатрат по сравнению с PoW-майнингом. Примерами криптовалют, использующих PoS, являются Ethereum (после перехода), Cardano, Solana и многие другие.
  • Delegated Proof-of-Stake (DPoS). Этот метод позволяет акционерам выбирать делегатов, которые создают блоки от их имени. Это значительно ускоряет процесс подтверждения транзакций и уменьшает нагрузку на сеть.
  • Proof-of-Authority (PoA). В этой модели вознаграждение за создание новых блоков предоставляется определенным участникам с высоким уровнем доверия. Эта модель значительно ускоряет процессы, но может привести к потере децентрализации.
  • Proof-of-Spacetime (PoST). Это консенсусный механизм, который требует от участника сети доказать, что он выделил место и хранил копию информации определенное время.

Криптовалюты, работающие на Proof-of-Work

Многие известные криптовалюты функционируют на основе алгоритма Proof-of-Work. Среди них первая криптовалюта, которая и представила миру концепцию PoW, Bitcoin (BTC), а также его форк Bitcoin Сash (BCH). С тех пор многие другие цифровые монеты начали использовать этот механизм, например, Litecoin (LTC), Dogecoin (DOGE), Monero (XMR), Zcash (ZEC) и другие.

Заключение

Proof-of-Work стал краеугольным камнем криптовалютных технологий, предложив эффективное решение для обеспечения безопасности блокчейна. Тем не менее, с ростом популярности криптовалют и увеличением вычислительных ресурсов, требуемых для майнинга, возникают новые проблемы, требующие обсуждения и решений. Несмотря на своё влияние на индустрию, PoW сталкивается с критикой в отношении вопросов использования ресурсов и последствий для окружающей среды.

Тем не менее нельзя отрицать значимость этого алгоритма и его роль в обеспечении безопасности блокчейна. PoW не только помогает подтвердить транзакции, но и защищает сеть от различных атак. Proof-of-Work (pow) является основой для многих известных криптовалют и играет ключевую роль в их функционировании.

Как вы относитесь к майнингу криптовалют?
Активно практикую: мое утро начинается не с кофе
23.52%
Заманчиво, конечно, нужно изучить подробнее, спасибо за статью
47.94%
Пустая трата электричества, я знаю много других способов, куда потратить деньги
12.93%
Будет биткоин по 1 доллару стоить – тогда посмотрим на ваш перспективный майнинг
12.37%
Другое. Напишите ваш ответ в комментариях
3.23%
Проголосовало: 897

Эксперт в области программного взаимодействия с криптобиржами. Системный аналитик, разработчик и автор научных исследований. Имеет обширный опыт в IT и научно-исследовательской сфере. Автор более 50 научных статей.
Редактор. В криптовалютах с 2017 года. Организовал более 100 офлайн-мероприятий для крипто- и блокчейн-энтузиастов. Руководил разработкой блокчейн-платформы по токенизации активов, торговых роботов для криптовалютного рынка.
star 5.0 (33 оценки)
Оценить статью

Комментариев (0)

Оставьте ответ
Другие пользователи увидят Ваше имя, а email мы сохраним в конфиденциальности
Обязательное поле arrow
Обязательное поле arrow
Обязательное поле arrow
Нажимая на кнопку «Отправить», я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.
arrow
Ваше сообщение успешно отправлено!
Наш специалист в ближайшее время свяжется с Вами и проконсультирует по интересующему вопросу