Questo articolo vi fornirà una guida di base sulla Proof of Work. Imparerete a cosa serve, la differenza tra Proof of Work e Proof of Stake e altro ancora.
Per facilitare la navigazione, consultate l'indice:
- Che cos'è la prova di lavoro?
- Perché abbiamo bisogno di PoW?
- Che cos'è la doppia spesa?
- Come funziona il PoW?
- Proof of Work vs. Proof of Stake
- Conclusione
- Domande frequenti
Che cos'è la prova di lavoro?
Il Proof of Work (PoW, in breve) è un cosiddetto meccanismo di consenso (conosciuto anche come algoritmo di consenso) utilizzato in criptovalute. Ciò che fa è prevenire doppia spesa. Il Proof of Work è comunemente indicato come il metodo di sicurezza del libro mastro di una criptovaluta.
Essendo il primo algoritmo di consenso mai creato, Proof of Work è tuttora considerato quello dominante tra gli altri algoritmi di consenso. Satoshi Nakamoto, il Bitcoin creatore, ha introdotto PoW nel 2008. Ma in realtà, la tecnologia che ha reso possibile PoW era nota da tempo. prima del periodo.
L'esempio più famoso di algoritmo PoW dell'era pre-criptovaluta è HashCash di Adam Back. Funzionava come strumento per diminuire il numero di lettere di spam richiedendo ai mittenti di eseguire una certa quantità di calcolo prima di inviare un'e-mail. La quantità di potenza di calcolo era relativamente bassa per un singolo mittente di e-mail, ma cresceva drasticamente per chi effettuava un invio massiccio di e-mail.
Perché abbiamo bisogno di una prova di lavoro?
Per rispondere a questa domanda, dovremo innanzitutto esaminare come tecnologia blockchain funziona.
In una rete Bitcoin, gli utenti hanno bisogno del sistema per confermare le transazioni, poiché quando trasmettono le loro transazioni alla rete, queste non ricevono subito lo stato di convalida. Le transazioni devono prima diventare parte del sistema blockchain. Poiché la blockchain è un database aperto, ogni utente può seguire la storia di tutti i fondi all'interno della rete. Il modo più semplice per guardarla è un blocco note.
Ecco l'idea:
- Voi e altri tre amici condividete lo stesso blocco note;
- Voi quattro usate questo blocco note per tenere traccia delle transazioni e vedere quanto denaro spende ciascuno di voi;
- Per rendere valida ogni nuova transazione, quando la si effettua si fa riferimento alla transazione precedente che ha fornito i fondi;
- Quindi, se uno dei vostri amici tenta di effettuare una transazione utilizzando gli stessi fondi, tale transazione sarà considerata non valida e verrà bloccata.
Ma ecco l'inghippo: un sistema del genere può funzionare solo per un piccolo gruppo di persone che si conoscono e che possono accordarsi per effettuare transazioni e scrivere i propri dati su un blocco note comune per rendere le operazioni completamente trasparenti e tracciabili. Ma cosa succede se si vuole fare lo stesso per un vasto gruppo di utenti online, ad esempio 10.000 o più persone? In questo caso, l'approccio del blocco note non funzionerà, perché nessuno sarà disposto a far gestire le transazioni a estranei.
Ecco perché la rete di valute digitali ha bisogno di un sistema di Proof of Work. Questo meccanismo serve a bloccare l'utente a spendere le risorse che non ha il diritto di spendere. L'algoritmo PoW combina teoria dei giochi e crittografia, consentendo così agli utenti della blockchain Bitcoin di aggiornare i dati delle transazioni in bitcoin in stretta conformità con il sistema.
Come funziona il PoW?
Che cos'è l'estrazione mineraria?
Per capire come funziona effettivamente il Proof of Work, dobbiamo innanzitutto capire cos'è il mining.
Quando si aggiungono transazioni alla blockchain, non è possibile aggiungerle separatamente, ma è necessario riunirle in blocchi. Non appena le transazioni appaiono all'interno della rete, il concetto è il seguente: devono essere aggiunte in un certo tipo di blocco, chiamato "blocco". blocco di candidati. Quindi questo blocco candidato attende la sua convalida per diventare valido - in altre parole, per essere aggiunto alla blockchain.
La creazione di un nuovo blocco non è un processo economico. Richiede una certa risorsa, ovvero la potenza di calcolo. O potenza di estrazione, dato che chi crea un blocco è chiamato minatore. Un minatore (utilizzando un computer moderno con un numero sufficiente di CUP) risolve un cosiddetto puzzle computazionale, ossia un'operazione di estrazione, hashing i dati del blocco.
Cosa significa fare l'hashing dei dati del blocco? Significa elaborare i dati tramite un funzione hash che genera un hash del blocco. Una volta elaborato attraverso le funzioni di hash, un nuovo blocco riceve un codice unico, una sorta di impronta digitale. Questa “impronta digitale” conferisce un'identità individuale ai dati di ingresso del blocco.
Non è possibile estrarre i dati di input da un hash di blocco. Tuttavia, se si conosce un input, si può capire se il blocco è corretto. Tutto ciò che serve è elaborare l'input attraverso la funzione hash e assicurarsi che l'output sia lo stesso.
La prova di lavoro richiede che l'hash dei dati corrisponda a determinate condizioni. Per assicurarsi che l'hash dei dati corrisponda alle condizioni, è necessario farli passare attraverso la funzione hash. Se, dopo il controllo, i dati non corrispondono, è necessario correggerli modificandoli leggermente. È importante sapere che anche una modifica di un solo carattere farà un'enorme differenza, in modo che il risultato di uscita sia totalmente imprevedibile.
Il punto è che la creazione di un blocco è un'operazione che non si può prevedere. Tutto si riduce all'hashing di un numero di transazioni con altri dati cruciali. È sempre necessario integrare un set di dati costanti con un pezzo di dati variabili. Senza di esso, l'output dell'hash sarà sempre invariato.
La parte di dati variabili che abbiamo menzionato è chiamata "variabile". nonce. Si tratta di un numero che cambia ogni volta e che fornisce hash diversi. Il processo in sé si chiama mining.
Ma cos'è il mining?
- Il mining è il processo di raccolta dei dati della blockchain e di hashing con un nonce allo scopo di trovare un particolare hash. Quando un miner trova un hash che corrisponde alle condizioni assegnate dal protocollo, ottiene il diritto di trasmettere nuovi blocchi alla rete. Allo stesso tempo, la blockchain viene aggiornata dagli altri utenti della rete che includono nuovi blocchi.
Le condizioni che devono essere soddisfatte durante il processo di mining variano a seconda delle valute digitali. Ad esempio, ci sono valute che presentano condizioni estremamente difficili. Tutto dipende dal tasso di hash della rete: più alto è il tasso di hash, più difficile è trovare un hash valido. Questo fa parte di un progetto: se i tassi di hash fossero bassi, i minatori troverebbero monete troppo velocemente e il loro numero crescerebbe rapidamente.
Tuttavia, l'estrazione mineraria non è impossibile. L'idea è che sia moderatamente difficile. Altrimenti, non avrebbe senso che altri minatori si unissero. Il mining è una competizione. Ogni giorno i minatori competono tra loro. Il lavoro svolto dai minatori alla fine viene ricompensato, il che aumenta il loro entusiasmo per l'attività di mining.
Come abbiamo già detto, il mining (cioè la risoluzione di un puzzle matematico) richiede enormi quantità di potenza di calcolo. Ma non è tutto. Come sapete, i computer hanno bisogno di elettricità per funzionare. Questo rende il mining un compito gravoso per quanto riguarda i costi dell'elettricità. Ma c'è una buona notizia: gli hash validi vengono ricompensati. Ciò significa che ogni volta che un minatore trova un hash valido, otterrà una ricompensa in blocchi in criptovaluta.
Che cos'è la crittografia a chiave pubblica?
Con tutte le informazioni sopra citate, si arriva alle seguenti conclusioni:
- L'estrazione mineraria costa (hardware per l'estrazione + una quantità significativa di energia elettrica utilizzata)
- I minatori ottengono ricompense per la ricerca di blocchi validi
- Con i dati in ingresso, un utente della blockchain può assicurarsi che il blocco sia valido senza utilizzare troppa potenza della CPU.
Ma il fatto è che ci saranno sempre quelli che vorranno scegliere la via più facile. In questo caso, quelli che vorranno provare a imbrogliare. È possibile? Può una persona creare una serie di transazioni false, inserirle in un blocco e farla franca creando un nuovo blocco valido? Tecnicamente parlando, la risposta è sì. Ma c'è un modo per impedire ai cattivi attori di usare la blockchain pubblica a proprio vantaggio.
Per assicurarsi che un utente abbia il diritto di spendere i fondi, viene utilizzato uno speciale meccanismo crittografico, chiamato crittografia a chiave pubblica. Il concetto è il seguente:
- Al momento della creazione di una transazione, l'utente deve firmarlo;
- La firma è pubblica e qualsiasi utente può accedervi;
- Gli altri utenti possono confrontare la firma con la chiave pubblica: se corrispondono, la transazione è valida;
- Gli utenti possono anche verificare se il creatore di una transazione può effettivamente spendere i propri fondi e se la somma in uscita è inferiore a quella in entrata.
Per maggiori dettagli, leggete questo articolo.
La rete cancella qualsiasi blocco di transazioni non valide, il che comporta un'enorme perdita monetaria. Imbrogliare all'interno della rete blockchain è quindi estremamente costoso. Questa è l'idea alla base della prova di lavoro (e di altri meccanismi di consenso):
- Il meccanismo di consenso PoW rende costoso l'imbroglio, ma d'altra parte incoraggia ad agire onestamente, ottenendo grandi profitti.
Che cos'è la doppia spesa?
Quando si parla di Proof of Work, c'è un termine fondamentale da conoscere. Si tratta del termine "doppia spesa".
A doppia spesa è fondamentalmente un fondo che un utente tenta di spendere più di una volta. Si tratta di un termine comune per le operazioni con denaro digitale. Il motivo è che i fondi digitali non sono la stessa cosa della moneta fiat, cioè del denaro che esiste realmente nel mondo fisico. Dopo tutto, a un certo punto, ogni persona che ha a che fare con le valute digitali dovrà ammettere che esse non hanno alcun valore nel mondo reale. Ma ancora una volta, per una serie di ragioni, le criptovalute sono diventate grandi negli ultimi anni, dando luogo a un boom delle criptovalute e a una pletora di tecniche di truffa. Una di queste tecniche è la doppia spesa.
Chiariamo subito:
- non si può pagare due volte con il contante fisico, ma si può (almeno tentare) di utilizzare lo stesso fondo di valuta digitale per effettuare transazioni in bitcoin (il che è, ovviamente, una frode).
Immaginate la seguente situazione: avete comprato una tazza di caffè e l'avete pagata in contanti. Ora, se volete un'altra tazza di caffè, non potrete pagarla con la stessa banconota da un dollaro perché è stata accettata da un cassiere e bloccata in un registro. Né sarà possibile utilizzare quella banconota in un altro negozio per un motivo già detto.
Ma con le valute digitali è possibile realizzare questo trucco. Poiché il denaro digitale è solo un mucchio di zeri e uno (cioè dati compressi in un file), è possibile duplicare questi dati e inviarli via e-mail a tutte le persone che si desidera. Ecco perché è così importante disporre di meccanismi che impediscano alle persone di utilizzare gli stessi fondi in luoghi diversi. Senza tali meccanismi, la doppia spesa distruggerà una moneta.
Per maggiori informazioni sulla doppia spesa, leggere questa guida.
Proof of Work vs. Proof of Stake
Come abbiamo detto sopra, Proof of Work (PoW) non è l'unico algoritmo di consenso esistente. In questa sezione della nostra guida, daremo un'occhiata a un potenziale rivale dell'algoritmo Proof of Work. Prova di partecipazione.
Che cos'è la prova della posta in gioco?
Proof of Stake è un altro popolare meccanismo di consenso che permette di convalidare le transazioni e raggiungere il consenso. Ma PoS utilizza un approccio completamente diverso rispetto a PoW. A differenza di Proof of Work, Proof of Stake funziona virtualmente.
Ciò significa che mentre PoW richiede un'enorme quantità di potenza di calcolo per eseguire una funzione di costo della CPU (o per risolvere un puzzle di calcolo), la caratteristica principale di PoS è l'utilizzo di validatori. I validatori bloccano una puntata per impedire l'imbroglio. Dopodiché, i validatori devono decidere quale sarà il prossimo blocco da aggiungere alla catena. Quindi scommettono sui blocchi scelti. Se un blocco compare nella catena, i validatori ricevono una ricompensa proporzionale all'intera puntata.
PoS è migliore di PoW?
La Proof of Stake deve ancora essere completamente integrata nelle blockchain delle criptovalute. E una di esse a farlo per prima è la rete Ethereum. La comunità di Ethereum è ansiosa di passare dalla Proof of Work alla Proof of Stake nel prossimo futuro. Il motivo è che il Proof of Work è troppo oneroso per quanto riguarda il consumo di elettricità: la funzione di determinazione dei prezzi della CPU richiede più potenza di mining rispetto alla convalida delle transazioni tramite PoS. E più minatori si uniscono ai pool di mining, più potenza è necessaria.
Molte persone in tutto il mondo sono preoccupate per queste quantità di consumo energetico. Per questo motivo la blockchain Ethereum vuole utilizzare il meccanismo della Proof of Stake nel tentativo di trovare una soluzione più ecologica.
Un altro punto in una competizione PoW-vs-PoS è la velocità (il numero di transazioni al secondo). Con Proof of Stake, gli utenti possono inviare e ricevere fondi in pochi secondi, rispetto al processo di Proof of Work che richiede molto più tempo. Tra l'altro, quest'ultimo fattore influisce anche sulla crescita delle commissioni di transazione all'interno delle reti crittografiche.
Infine, c'è una questione di sicurezza. La Proof of Stake è più sicura della Proof of Work? La risposta è sì. Grazie al protocollo CASPER, PoS è potenzialmente più sicuro di PoW. Inoltre, gli attacchi degli hacker contro i sistemi basati su PoS diventeranno più costosi e quindi più rari.
Conclusione
In passato, il Proof of Work (PoW) era il meccanismo originale per rilevare doppia spesa all'interno del Bitcoin blockchain. Combinare la crittografia, funzioni hash, e la teoria dei giochi, PoW consente di operare in modo più sicuro all'interno di una rete decentralizzata, creando un sistema stabile basato sul consenso distribuito.
Domande frequenti
Che cos'è il protocollo Proof of Work?
Il protocollo PoW è un meccanismo di convalida delle transazioni all'interno del sistema decentralizzato delle criptovalute. Con il Proof of Work, diventa impossibile effettuare il double-spending, una tecnica di truffa che consiste nell'utilizzare uno stesso fondo per diverse transazioni.
Qual è la differenza tra Proof of Stake e Proof of Work?
Esistono due differenze principali tra i due protocolli di consenso più diffusi. La prima è che Proof of Stake applica un approccio più efficiente dal punto di vista energetico, mentre Proof of Work ha bisogno di grandi quantità di energia elettrica per funzionare. La seconda differenza è che Proof of Stake è potenzialmente più sicuro grazie al protocollo CASPER e all'aumento dei costi degli attacchi hacker.
Cosa intende per “rompicapo matematico”?”
Risolvere un “puzzle matematico” è il processo di estrazione delle monete cripto. I minatori di tutto il mondo utilizzano costose apparecchiature informatiche e consumano molta elettricità per “estrarre” bitcoin (e altre monete cripto) elaborando enormi quantità di dati per creare nuove unità e aggiungerle alla blockchain.
Che cos'è un token PoW?
Un token PoW è una “moneta” utilizzata come forma di pseudo-pagamento all'interno di una serie di applicazioni come la posta elettronica. Se a un'e-mail è allegato un token PoW, significa che l'e-mail è priva di spam. I token PoW sono utilizzati anche per la Reusable Proof of Work. Quindi, tecnicamente parlando, i token PoW sono elementi di un sistema anti-spam.