В этой статье вы найдете руководство начального уровня по Proof of Work. Вы узнаете, для чего оно нужно, в чем разница между Proof of Work и Proof of Stake и многое другое.
Для более удобной навигации ознакомьтесь с оглавлением:
- Что такое доказательство работы?
- Зачем нам нужен PoW?
- Что такое двойная трата?
- Как работает PoW?
- Доказательство работы по сравнению с доказательством доли
- Заключение
- Часто задаваемые вопросы
Что такое доказательство работы?
Proof of Work (PoW, сокращенно) - это так называемый механизм консенсуса (также известный как алгоритм консенсуса), используемый в криптовалюты. Он предотвращает двойные траты. Proof of Work принято называть методом защиты бухгалтерской книги криптовалюты.
Будучи первым в истории алгоритмом консенсуса, Proof of Work до сих пор считается доминирующим среди других алгоритмов консенсуса. Сатоши Накамото, the Биткойн создатель, представил PoW еще в 2008 году. Но на самом деле технология, которая сделала PoW возможной, была известна до отчетного периода.
Самый известный пример PoW-алгоритма докриптовалютной эпохи - HashCash Адама Бэка. Он работал как инструмент для уменьшения количества спам-писем, требуя от отправителей выполнять определенный объем вычислений перед отправкой письма. Объем вычислительных мощностей был относительно невелик для отдельного отправителя электронной почты, но он значительно возрастал для тех, кто осуществлял массовую рассылку писем.
Зачем нужны доказательства работы?
Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала нужно рассмотреть, как технология блокчейн работает.
В сети Bitcoin пользователям требуется система подтверждения транзакций, поскольку, когда они транслируют свои транзакции в сеть, последние не сразу получают статус подтвержденных. Сначала транзакции должны стать частью системы блокчейн. Поскольку блокчейн - это открытая база данных, каждый пользователь может отслеживать историю всех средств в сети. Самый простой способ посмотреть на нее - это блокнот.
Идея такова:
- Вы и еще трое ваших друзей пользуетесь одним блокнотом;
- Вы вчетвером используете этот блокнот, чтобы вести учет операций и видеть, сколько денег тратит каждый из вас;
- Чтобы каждая новая транзакция была действительной, при ее совершении вы ссылаетесь на предыдущую транзакцию, которая предоставила средства;
- Поэтому если кто-то из ваших друзей попытается совершить транзакцию с использованием тех же средств - такая транзакция будет считаться недействительной и заблокирована.
Но вот в чем загвоздка - такая система может работать только для небольшой группы людей, которые знают друг друга и могут прийти к соглашению при совершении сделок и записывать свои данные в общий блокнот, чтобы сделать их операции полностью прозрачными и отслеживаемыми. Но что, если вы хотите сделать то же самое для огромной группы онлайн-пользователей, состоящей, скажем, из 10 000 или более человек? В этом случае блокнотный подход не сработает, поскольку никто не захочет позволить незнакомцам управлять транзакциями.
Именно поэтому сеть цифровых валют нуждается в системе Proof of Work. Этот механизм служит блокировкой для пользователя от траты активов, которые он не имеет права тратить. Алгоритм PoW сочетает в себе теория игр и криптографии, что позволяет пользователям блокчейна Bitcoin обновлять данные о биткоин-транзакциях в строгом соответствии с системой.
Как работает PoW?
Что такое горное дело?
Чтобы понять, как на самом деле работает Proof of Work, нам сначала нужно узнать, что такое майнинг.
При добавлении транзакций в блокчейн вы не можете добавлять их по отдельности - вы должны собирать их в блоки. Как только транзакции появляются в сети, концепция такова: они должны быть добавлены в блок определенного типа, называемый блок кандидатов. Затем этот блок-кандидат ожидает подтверждения, чтобы стать действительным - другими словами, быть добавленным в блокчейн.
Создание нового блока - не самый дешевый процесс. Для этого требуется определенный ресурс - вычислительная мощность. Или майнинговые мощности, поскольку тот, кто создает блок, называется майнером. Майнер (с помощью современного компьютера с достаточным количеством ЦП) решает так называемую вычислительную головоломку - т.е, хэширование данные блока.
Что означает хэширование данных блока? Это означает обработку данных с помощью хэш-функция которая генерирует хэш блока. После обработки хэш-функциями новый блок получает свой уникальный код - своего рода отпечаток пальца. Этот “отпечаток” придает индивидуальность входным данным вашего блока.
Вы не можете извлечь входные данные из хэша блока. Однако, если вы знаете входные данные, вы можете определить правильность блока. Для этого достаточно обработать входные данные через хэш-функцию и убедиться, что на выходе получается то же самое.
Proof of Work требует, чтобы хэш данных соответствовал определенным условиям. Чтобы убедиться, что хэш данных соответствует условиям, вам нужно прогнать его через хэш-функцию. Если при проверке данные не совпадут, вам нужно будет просто исправить их, немного изменив. Важно знать, что изменение даже одного символа будет иметь огромное значение, так что результат на выходе будет совершенно непредсказуемым.
Суть в том, что создание блока - задача, которую невозможно предугадать. Все сводится к хешированию ряда транзакций с другими важными данными. Вам всегда нужно дополнять постоянный набор данных переменными данными. Без этого ваш хэш-вывод всегда будет неизменным.
Часть переменных данных, которую мы упоминали, называется нонс. Это число, которое каждый раз меняется, давая вам разные хэши. Сам процесс называется майнингом.
Так что же такое майнинг? с
- Майнинг - это процесс сбора данных блокчейна и хэширования их с помощью нончейна с целью получения определенного хэша. Когда майнер находит хэш, соответствующий заданным протоколом условиям, он получает право транслировать новые блоки в сеть. В то же время блокчейн обновляется другими пользователями сети, которые включают в него новые блоки.
Условия, которые должны соблюдаться в процессе майнинга, у разных цифровых валют разные. Например, есть валюты с чрезвычайно сложными условиями. Все зависит от скорость хэширования сети - чем выше хэшрейт, тем сложнее найти правильный хэш. Это часть дизайна - если бы хэшрейт был низким, майнеры находили бы монеты слишком быстро, и их число быстро росло бы.
Однако добыча полезных ископаемых не является чем-то невозможным. Идея заключается в том, что она должна быть умеренно трудной. Иначе другим шахтерам не было бы смысла присоединяться. Майнинг - это соревнование. Каждый день майнеры соревнуются друг с другом. Работа, которую выполняют шахтеры, в конечном итоге вознаграждается, что повышает их энтузиазм для дальнейшей добычи.
Как мы уже говорили, для майнинга (то есть решения математических головоломок) требуются огромные вычислительные мощности. Но это еще не все. Как вы знаете, для работы компьютеров необходимо электричество. Таким образом, майнинг становится тяжелой задачей с точки зрения затрат на электроэнергию. Но есть и хорошие новости - за правильные хэши полагается вознаграждение. Это означает, что каждый раз, когда майнер находит правильный хэш, он получает вознаграждение за блок в криптовалюта.
Что такое криптография с открытым ключом?
Учитывая всю вышеизложенную информацию, мы получаем следующие выводы:
- Майнинг стоит денег (оборудование для майнинга + значительное количество потребляемой электроэнергии)
- Майнеры получают вознаграждение за нахождение достоверных блоков
- Имея входные данные, пользователь блокчейна может убедиться в достоверности блока, не затрачивая при этом много процессорной мощности.
Но дело в том, что всегда найдутся те, кто захочет пойти по легкому пути. В данном случае те, кто захочет попробовать обмануть. Возможно ли это? Может ли человек создать несколько фальшивых транзакций, хэшировать их в один блок и уйти от ответственности, создав новый действительный блок? Технически говоря, ответ положительный. Но есть способ не дать плохим игрокам использовать публичный блокчейн не по назначению.
Чтобы убедиться в том, что пользователь имеет право тратить средства, используется специальный криптографический механизм - он называется криптографией с открытым ключом. Концепция заключается в следующем:
- При создании транзакции пользователь должен подписать его;
- Подпись является общедоступной, и любой пользователь может получить к ней доступ;
- Другие пользователи могут сравнить подпись с открытым ключом - если они совпадают, то транзакция действительна;
- Пользователи также могут убедиться, что создатель транзакции действительно может потратить свои средства и что сумма на выходе меньше суммы на входе.
Подробнее, пожалуйста, прочитайте эту статью.
Сеть удаляет любой недействительный блок транзакции, что приводит к огромным денежным потерям. Таким образом, мошенничество в сети блокчейн действительно обходится очень дорого. В этом и заключается идея, лежащая в основе Proof of Work (и других механизмов консенсуса):
- Механизм консенсуса PoW делает обман дорогостоящим, но, с другой стороны, он поощряет вас действовать честно, получая за счет этого большую прибыль.
Что такое двойная трата?
Говоря о доказательстве работы, вы должны знать один основополагающий термин. Этот термин - двойная трата.
A двойная трата это, по сути, средства, которые пользователь пытается потратить более одного раза. Это общий термин для операций с цифровыми деньгами. Причина в том, что цифровые средства - это не то же самое, что фиатная валюта, то есть деньги, которые реально существуют в физическом мире. В конце концов, в какой-то момент каждый человек, имеющий дело с цифровыми валютами, должен будет признать, что они не имеют никакой реальной ценности. Но, опять же, по ряду причин криптовалюты стали популярны в последние несколько лет, что привело к крипто-буму и появлению множества способов мошенничества. Один из таких приемов - двойная трата.
Давайте проясним ситуацию:
- Вы не можете заплатить дважды физическими наличными, но вы можете (по крайней мере, пытаетесь) использовать один и тот же фонд цифровой валюты для совершения биткоин-транзакций (что, конечно же, является мошенничеством).
Представьте себе следующую ситуацию: вы купили чашку кофе и расплатились за нее наличными. Теперь, если вы захотите еще одну чашку кофе, вы не сможете заплатить за нее той же долларовой купюрой, поскольку она была принята кассиром и заблокирована в кассе. Также вы не сможете использовать эту купюру в другом магазине по причине, указанной ранее.
Но с цифровыми валютами такой трюк вполне возможен. Поскольку цифровые деньги - это просто набор нулей и единиц (то есть данные, сжатые в файл), вы можете продублировать эти данные и отправить их по электронной почте сколь угодно большому количеству людей. Вот почему так важно иметь механизмы, не позволяющие людям использовать одни и те же средства в разных местах. Без таких механизмов двойные траты разрушат валюту.
Подробнее о двойном расходовании средств, прочитайте это руководство.
Доказательство работы по сравнению с доказательством доли
Как мы уже говорили выше, Proof of Work (PoW) - не единственный алгоритм консенсуса. В этом разделе нашего руководства мы рассмотрим потенциального конкурента алгоритма Proof of Work - Доказательство доли.
Что такое Proof of Stake?
Proof of Stake - еще один популярный механизм консенсуса, позволяющий подтверждать транзакции и достигать консенсуса. Однако в PoS используется совершенно иной подход, чем в PoW. В отличие от Proof of Work, Proof of Stake работает виртуально.
Это означает, что в то время как PoW требует огромных вычислительных мощностей для выполнения функции стоимости процессора (или решения вычислительной головоломки), ключевой особенностью PoS является использование валидаторов. Валидаторы блокируют ставку, чтобы предотвратить обман. После этого валидаторы должны решить, какой следующий блок будет добавлен в цепочку. Затем они делают ставки на выбранные блоки. Если блок появляется в цепочке, валидаторы получают вознаграждение, пропорциональное всей ставке.
Является ли PoS лучше, чем PoW?
Proof of Stake еще предстоит полностью интегрировать в криптовалютные блокчейны. И одной из них, которая сделает это первой, является сеть Ethereum. Сообщество Ethereum с нетерпением ждет перехода от Proof of Work к Proof of Stake в ближайшем будущем. Причина в том, что Proof of Work слишком требователен к потреблению электроэнергии - функция ценообразования на процессоре требует больше майнинговых мощностей, чем подтверждение транзакций через PoS. А чем больше майнеров присоединяется к майнинговым пулам, тем больше мощности требуется.
Многие люди по всему миру обеспокоены такими объемами потребления энергии. Именно поэтому блокчейн Ethereum хочет использовать механизм Proof of Stake в попытке найти более экологичное решение.
Еще один момент в соревновании PoW и PoS - это скорость (количество транзакций в секунду). С Proof of Stake пользователи могут отправлять и получать средства всего за несколько секунд, в то время как процесс Proof of Work занимает значительно больше времени. Кстати, последний фактор также влияет на рост комиссии за транзакции в криптовалютных сетях.
И наконец, есть вопрос безопасности. Является ли Proof of Stake более безопасным, чем Proof of Work? Ответ - да. Благодаря протоколу CASPER, PoS потенциально безопаснее, чем PoW. Более того, хакерские атаки на системы, основанные на PoS, станут дороже, а значит, реже.
Заключение
В свое время Proof of Work (PoW) был оригинальным механизмом для обнаружения двойные траты в пределах Биткойн Блокчейн. Сочетание криптографии, хэш-функции, В соответствии с теорией игр, PoW обеспечивает более безопасную работу в децентрализованной сети, создавая стабильную распределенную систему, основанную на консенсусе.
Вопросы и ответы
Что такое протокол Proof of Work?
Протокол PoW - это механизм подтверждения транзакций в децентрализованной криптовалютной системе. Благодаря протоколу Proof of Work становится невозможной двойная трата - мошенническая техника использования одного и того же средства для нескольких транзакций.
В чем разница между Proof of Stake и Proof of Work?
Между двумя наиболее популярными протоколами консенсуса есть два основных различия. Первое отличие заключается в том, что Proof of Stake использует более энергоэффективный подход, в то время как Proof of Work требует большого количества электрической энергии для работы. Второе отличие заключается в том, что Proof of Stake потенциально безопаснее благодаря протоколу CASPER и увеличению стоимости хакерских атак.
Что вы имеете в виду под “математической головоломкой”?”
Решение “математической головоломки” - это процесс добычи криптомонет. Майнеры по всему миру используют дорогостоящее вычислительное оборудование и потребляют много электроэнергии, чтобы “добывать” биткоины (и другие криптомонеты), обрабатывая огромные объемы данных для создания новых единиц и добавления их в блокчейн.
Что такое токен PoW?
Токен PoW - это “валюта”, используемая в качестве псевдоплатежа в ряде приложений, например в электронной почте. Если к письму прикреплен токен PoW, это означает, что письмо не содержит спама. Токены PoW также используются для многоразового доказательства работы. Таким образом, с технической точки зрения, токены PoW являются элементами системы защиты от спама.