Сб. Фев 24th, 2024

Proof-of-Work, или «Доказательство работы», является алгоритмом, который обеспечивает добавление новых блоков в блокчейн, подтверждение транзакций и проверку единообразия всего реестра в его отдельных копиях, хранимых разными нодами. PoW стал первым алгоритмом консенсуса, примененным в криптовалюте, и был использован Сатоши Накамото при создании биткоина. Применение Proof-of-Work способствовало решению проблемы двойных трат, а включенный в алгоритм экономический стимул послужил основой для появления индустрии майнинга биткоина.

Основы концепции Proof-of-Work

Proof-of-Work, или «Доказательство работы», представляет собой алгоритм, который защищает распределенные системы от злоупотреблений, таких как DoS-атаки или спам-рассылки. Он основывается на двух ключевых принципах:

  1. Необходимость решения определенной трудоемкой и времязатратной задачи;
  2. Возможность простой и быстрой проверки результата.

Задачи в рамках PoW не предполагают решения человеком, они рассчитаны на решение компьютером в определенные сроки, однако это требует значительных вычислительных ресурсов. В то же время, проверка полученного решения требует намного меньше времени и ресурсов.

История происхождения термина Proof-of-Work

Концепция Proof-of-Work была впервые представлена в 1993 году в научной статье под названием «Ценообразование через обработку, или борьба с нежелательной почтой, прогресс в криптологии». Хотя термин сам по себе в этой статье еще не был применен, авторы ввели следующее предположение:

«Для того чтобы получить доступ к общедоступному ресурсу, пользователь должен выполнить определенную функцию, которая достаточно сложна, но все же выполнима, что позволяет защитить ресурс от злоупотреблений».

Затем, в 1997 году, криптограф и будущий основатель Blockstream, Адам Бэк, запустил проект Hashcash, который был посвящен защите от спама. Основная задача этого проекта заключалась в поиске такого значения x, что хеш SHA(x) содержал бы N старших нулевых бит.

Система предложила использование хеширования частичного инвертирования при отправке электронной почты. Расчет соответствующего заголовка требует примерно 252 хеш-операций, которые необходимо повторять при каждой отправке. Хотя для нескольких обычных писем дополнительные расчеты не составляют проблемы, массовая рассылка спама становится очень ресурсоемкой из-за необходимости постоянных пересчетов. Однако проверка правильности вычисленного кода происходит очень быстро: используется однократное вычисление SHA-1 с заранее подготовленной меткой.

Термин «Proof-of-Work» впервые был использован в 1999 году в статье «Proofs of Work and Bread Pudding Protocols» (авторы — Маркус Якобссон и Ари Джуелс), опубликованной в журнале «Communications and Multimedia Security».

Применение Proof-of-Work в контексте криптовалют

Сатоши Накамото интегрировал принципы PoW в создании первой криптовалюты — биткоина. Он применил идею Hashcash, добавив в нее переменную сложность — снижение или повышение N (требуемого числа нулевых бит) в зависимости от общей вычислительной мощности сетевых участников. Для выполнения вычислений использовалась функция SHA-256.

Блокчейн представляет собой сеть децентрализованных узлов (нод), каждый из которых содержит свою версию реестра. Алгоритм достижения консенсуса позволяет каждому узлу проверить, что майнер (узел, добавляющий новый блок в блокчейн) действительно провел нужные расчеты.

Этот процесс состоит из попыток нахождения хеша заголовка блока (сегмента блокчейна, содержащего ссылку на предыдущий блок и совокупное значение включенных в него транзакций), который бы соответствовал текущему уровню сложности.

В простом языке, PoW — это процедура, которая позволяет всем узлам сети договориться о общепризнанной версии блокчейна, а также подтвердить информацию о новых транзакциях в новом блоке. Более того, она контролирует выпуск новых монет в блокчейне. Майнинг является составной частью алгоритма PoW.

Важнейшие преимущества алгоритма PoW

До появления биткоина было много попыток создать децентрализованную систему, способную обрабатывать транзакции и подтверждать их без необходимости централизованного управляющего органа.

Тем не менее, ни один из этих проектов не смог преодолеть проблему двойных расходов — ситуации, когда отправитель может потратить одни и те же средства дважды, прежде чем система подтвердит операцию.

Только с биткоином эта проблема была решена, благодаря использованию технологии блокчейна и алгоритма достижения консенсуса Proof-of-Work (PoW). Этот алгоритм мотивирует майнеров проверять каждую транзакцию до того, как она будет внесена в реестр. Кроме того, этот экономический стимул поддерживает работу всей сети блокчейна.

Влияние сложности расчетов на формирование нового блока

В сети биткоина уровень сложности расчетов для создания нового блока является изменчивым. Это делается для поддержания стабильной скорости генерации блоков, независимо от мощности оборудования, используемого для майнинга.

При этом процедура проверки результатов вычислений остается относительно простой. Ноды всегда могут проверить правильность найденного майнером значения, но так как процесс добычи блока случаен и ресурсоемкий, невозможно точно определить, какой майнер добудет следующий блок.

Чтобы система признала блок валидным, его хеш-значение должно быть меньше текущего заданного порога. Таким образом, каждый блок свидетельствует о проделанной работе по его добыче.

Каждый новый блок включает в себя хеш предыдущего блока, формируя таким образом цепочку. Изменение блока невозможно — можно только создать новый блок на той же позиции, включив в него хеш предыдущего блока. Это требует повторной добычи всех предыдущих блоков. Высокий уровень сложности этого процесса обеспечивает защиту блокчейна от несанкционированного доступа и двойных трат.

Взаимосвязь между Proof-of-Work и майнингом

Proof-of-Work дал толчок к созданию индустрии майнинга биткоина и стимулировал разработку специализированного оборудования, такого как ASIC. Это произошло из-за огромных вычислительных мощностей, которые требуются для хеширования блоков и которые превосходят даже мощности самых мощных суперкомпьютеров.

Однако, как и у многих технологий, у PoW есть и «обратная сторона монеты»: вскоре PoW превратился в систему, потребляющую огромные количества электричества в стремлении увеличить прибыль.

Мощность майнингового оборудования и количество участников в этой сфере продолжают увеличиваться, в результате чего растет общее потребление энергии. Однако вместе с этим улучшается энергоэффективность майнеров, и доля биткоина в глобальном энергопотреблении по-прежнему остается относительно низкой, даже в 2022 году.

Ведущие криптовалюты, основанные на PoW

На основании данных от CoinMarketCap за конец августа 2022 года, криптовалюты с самой высокой рыночной капитализацией, основанные на принципе Proof-of-Work, включали:

Биткоин (BTC); Ethereum (ETH), до его перехода на Proof-of-Stake; Dogecoin (DOGE); Ethereum Classic (ETC); Litecoin (LTC); Monero (XMR); Bitcoin Cash (BCH); Bitcoin SV (BSV); Zcash (ZEC); Kadena (KDA).

От admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

PHP Code Snippets Powered By : XYZScripts.com