Что такое Proof-of-Work (PoW)?

Proof-of-Work (PoW)



Proof of Work переводится как «доказательство работы». Впервые, в 1993 году его принцип был описан в работе американской ученой в области информатики Синтии Дворк и израильского криптографа Мони Наора. Они создали теоретическую базу PoW, предлагая создать алгоритм, который бы предоставлял доступ к определенным данным только тем пользователям, которые правильно решили определенную задачу. Следующий шаг в развитии алгоритма «доказательства работы» был Hashcash Адама Бэка, созданный в 1996 году — этот инструмент помогал предупредить DoS-атаки и рассылки спама.

Официально термин Proof-of-Work был предложен Маркусом Якобсеном и Ари Джуэлсом в 1999 году. В 2008 году все эти наработки были соединены в разработке Сатоши Накамото, которую мы сегодня знаем как Bitcoin. Иногда Proof-of-Work в отношении биткоина называют консенсусом Накамото. За основу Сатоши взял Hashcash с алгоритмом хеширования SHA-256 (SHA-256 более безопасный, чем оригинальный алгоритм Hashcash), а PoW обеспечивает работу сети блокчейн: используется для генерации нового блока и гарантирует безопасной всей сети.

Блокчейн-сеть, работающая по принципу алгоритма Proof-of-Work работает следующим образом: узлы сети производят математические вычисления, питаясь найти неизвестное число (nonce) рандомным способом. Данная операция несложная, но требует больших вычислительных мощностей. Когда один из узлов находит nonce, другие проверяют правильность результатов, просто подставив найденное число в формулу. После подтверждения корректности данных происходит генерация блока и начисление вознаграждения узлу, нашедшему правильное решение.

Основа работы Proof-of-Work

• Сложность вычислений должна быть достаточно высокой
• Проверка результата должна быть быстрой и доступной всем узлам

В модели PoW роль играют два параметра: вычислительная мощность (хешрейт) и вероятность нахождения рандомного числа nonce. Однако эти два параметра взаимосвязаны: чем выше хешрейт — тем выше шанс сгенерировать блок. Ввиду огромного роста сети биткоин для генерации блоков требуются очень большие мощности, поэтому сейчас майнингом биткоина в основном занимаются пулы. Уже к 2012 году общий хешрейт биткоин-сети превысил вычислительную мощность самого мощного суперкомпьютера в мире. В качестве узлов сети выступают GPU: 1 GPU = 1 узел. Учет GPU, а не IP в качестве узлов, предотвратило возможность захвата сети владельцами множества IP-адресов. Однако сегодня создаются целые майнинг-фермы, в которых работают тысячи вычислительных устройств.

Это создает опасность проведения так называемой атаки 51%, когда больше половины всего хешрейта сети сконцентрирована в одних руках. Это первый недостаток Proof-of-Work. Второй — чрезмерное расходование электроэнергии, которое увеличивается с каждым месяцем. В долгосрочной перспективе это может привести к глобальной экологической катастрофе.

Достоинства алгоритма доказательства работы

• Невозможность подделки результатов — найденный nonce проверяется всеми узлами сети, прежде чем будет сгенерирован блок
• Невозможность «заготовки» результата — работа над поиском nonce очередного блока начнется только после того, как будет закончена работа над предыдущим
• Невозможность возникновения атаки Сивиллы — теоретический злоумышленник не сможет создать множество фейковых узлов, при помощи которых он мог бы «массой» подавить мнение других узлов сети. Для того чтобы участвовать в майнинге, необходимо обладать реальной вычислительной мощностью, которая потребляет реальные ресурсы
• Стимул к честному участию — когда один из узлов начинает «хитрить» и пытаться нарушить работу сети, он может быть навсегда заблокирован другими участниками с сети
• Честность заработка — сумма потенциального вознаграждения напрямую зависит от хешрейта, которым обладает узел. Однако сегодня это преимущество достаточно спорно, так как практически 70% всего хешрейта сконцентрировано в одной стране — в Китае.

Алгоритм Proof-of-Work используется во многих популярных криптовалютах: Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dogecoin, Zcash, Monero.