Tento článok vám poskytne základnú príručku o dôkazoch o práci. Dozviete sa, na čo je potrebný, aký je rozdiel medzi Proof of Work a Proof of Stake a ďalšie informácie.
Pre ľahšiu orientáciu si pozrite obsah:
- Čo je dôkaz o práci?
- Prečo potrebujeme PoW?
- Čo je to dvojité míňanie?
- Ako funguje PoW?
- Dôkaz práce vs. dôkaz podielu
- Záver
- Často kladené otázky
Čo je dôkaz o práci?
Dôkaz práce (skrátene PoW) je tzv. konsenzuálny mechanizmus (známy aj ako algoritmus konsenzu), ktoré sa používajú v kryptomeny. To, čo robí, je prevencia dvojité výdavky. Dôkaz práce sa bežne označuje ako metóda zabezpečenia účtovnej knihy kryptomeny.
Ako prvý algoritmus konsenzu, ktorý bol kedy vytvorený, sa Proof of Work stále považuje za dominantný medzi ostatnými algoritmami konsenzu. Satoshi Nakamoto, ,. Bitcoin tvorca, predstavil PoW v roku 2008. V skutočnosti však technológia, ktorá umožnila PoW, bola známa pred obdobím.
Najznámejším príkladom algoritmu PoW z obdobia pred kryptomenami je HashCash od Adama Backa. Fungoval ako nástroj na zníženie počtu spamových listov tým, že od odosielateľov vyžadoval, aby pred odoslaním e-mailu vykonali určitý počet výpočtov. Množstvo výpočtového výkonu bolo relatívne nízke pre individuálneho odosielateľa e-mailov, ale dramaticky narástlo pre niekoho, kto robil masívne odosielanie e-mailov.
Prečo potrebujeme doklad o práci?
Ak chceme odpovedať na túto otázku, musíme sa najprv pozrieť na to, ako technológia blockchain práce.
V sieti Bitcoin potrebujú používatelia systém na potvrdenie transakcií, pretože keď vysielajú svoje transakcie do siete, tie nedostanú svoj potvrdený stav hneď. Transakcie sa najprv musia stať súčasťou systému blockchain. Keďže blockchain je otvorená databáza, každý používateľ môže sledovať históriu všetkých finančných prostriedkov v rámci siete. Najjednoduchšie sa na to dá pozrieť v poznámkovom bloku.
Tu je myšlienka:
- Vy a ďalší traja vaši priatelia máte rovnaký poznámkový blok;
- Vy štyria používate tento zápisník na sledovanie transakcií a na prehľad o tom, koľko peňazí každý z vás míňa;
- Aby bola každá nová transakcia platná, pri jej vykonávaní sa odvolávate na predchádzajúcu transakciu, ktorá poskytla finančné prostriedky;
- Ak sa teda niektorý z vašich priateľov pokúsi vykonať transakciu s použitím rovnakých prostriedkov, takáto transakcia sa bude považovať za neplatnú a bude zablokovaná.
Ale je tu háčik - takýto systém môže fungovať len pre malú skupinu ľudí, ktorí sa navzájom poznajú a môžu sa dohodnúť na podmienkach pri uskutočňovaní transakcií a zapisovaní svojich údajov do spoločného zápisníka, aby boli ich operácie úplne transparentné a vysledovateľné. Ale čo ak chcete urobiť presne to isté pre obrovskú skupinu online používateľov, napríklad 10 000 alebo viac ľudí? V takom prípade prístup s poznámkovým blokom nebude fungovať, pretože nikto nebude ochotný nechať spravovať transakcie cudzím ľuďom.
A práve preto sieť digitálnych mien potrebuje systém Proof of Work. Tento mechanizmus slúži ako blokácia pre používateľa, aby mohol minúť aktíva, na ktoré nemá právo. Algoritmus PoW kombinuje teória hier a kryptografie, čím umožňuje používateľom bitcoinového blockchainu aktualizovať údaje o bitcoinových transakciách v prísnom súlade so systémom.
Ako funguje PoW?
Čo je to ťažba?
Aby sme pochopili, ako Proof of Work vlastne funguje, musíme sa najprv naučiť, čo je to ťažba.
Pri pridávaní transakcií do blockchainu ich nemôžete pridávať samostatne - musíte ich zhromaždiť do blokov. Akonáhle sa transakcie objavia v sieti, koncepcia je nasledovná: musia sa pridať do určitého typu bloku, tzv. kandidátsky blok. Potom tento kandidátsky blok čaká na svoju validáciu, aby sa stal platným - inými slovami, aby bol pridaný do blockchainu.
Vytvorenie nového bloku nie je najlacnejší proces. Vyžaduje si určitý zdroj, ktorým je výpočtový výkon. Alebo ťažobný výkon, pretože ten, kto vytvára blok, sa nazýva baník. Ťažiar (pomocou moderného počítača s dostatočným CUP ) rieši tzv. výpočtovú hádanku - t. j, hashovanie údaje bloku.
Čo robí hashovanie údajov bloku? Znamená to spracovanie údajov prostredníctvom funkcia hash ktorý generuje blokový hash. Po spracovaní hashovacími funkciami dostane nový blok svoj jedinečný kód - akýsi odtlačok prsta. Tento “odtlačok” dáva vstupným údajom bloku individuálnu identitu.
Z blokového hashu nemožno extrahovať vstupné údaje. Ak však poznáte vstup, môžete zistiť, či je blok správny. Stačí na to spracovať vstup cez hašovaciu funkciu a uistiť sa, že výstup je práve taký istý.
Dôkaz práce vyžaduje, aby hash údajov zodpovedal určitým podmienkam. Ak sa chcete uistiť, že hash údajov zodpovedá podmienkam, musíte ich prehnať cez hashovaciu funkciu. Ak sa po kontrole údaje nebudú zhodovať, budete ich musieť jednoducho opraviť tak, že ich trochu zmeníte. Je dôležité vedieť, že aj zmena o jeden znak spôsobí obrovský rozdiel, takže výstupný výsledok je úplne nepredvídateľný.
Základom je, že vytvorenie bloku je úloha, ktorú nemôžete predvídať. Všetko spočíva len v hashovaní množstva transakcií s ďalšími dôležitými údajmi. To, čo budete vždy potrebovať, je doplniť konštantný súbor údajov o časť premenlivých údajov. Bez neho bude váš výstup hashovania vždy nezmenený.
Časť premenných údajov, ktorú sme spomenuli, sa nazýva nonce. Je to číslo, ktoré sa zakaždým mení a poskytuje rôzne hashe. Samotný proces sa nazýva ťažba.
Čo je to vlastne ťažba?s
- Ťažba je proces zhromažďovania údajov blockchainu a ich hashovania pomocou nonce s cieľom nájsť konkrétny hash. Keď ťažiar nájde hash, ktorý zodpovedá podmienkam prideleným protokolom, získa právo vysielať do siete nové bloky. Zároveň sa blockchain aktualizuje ostatnými používateľmi siete, ktorí doň zaraďujú nové bloky.
Podmienky, ktoré musia byť počas ťažby splnené, sa v jednotlivých digitálnych menách líšia. Existujú napríklad meny s mimoriadne náročnými podmienkami. Všetko závisí od rýchlosť hashovania siete - čím vyššia je rýchlosť hashovania, tým ťažšie je nájsť platný hash. To všetko je súčasťou dizajnu - ak by boli hash rate nízke, baníci by mince nachádzali príliš rýchlo a ich počet by rýchlo rástol.
Ťažba však nie je nemožná. Ide o to, že by malo byť stredne ťažké. V opačnom prípade by nemalo zmysel, aby sa k nej pridávali ďalší baníci. Ťažba je súťaž. Každý deň medzi sebou baníci súťažia. Práca, ktorú baníci vykonajú, je nakoniec odmenená, čo zvyšuje ich nadšenie pre ďalšiu ťažbu.
Ako sme už spomenuli, ťažba (t. j. riešenie matematických hádaniek) si vyžaduje obrovské množstvo výpočtového výkonu. To však nie je všetko. Ako viete, počítače potrebujú na svoju prevádzku elektrickú energiu. To teda robí z ťažby náročnú úlohu, pokiaľ ide o náklady na elektrickú energiu. Je tu však dobrá správa - platné hashe sú odmeňované. To znamená, že zakaždým, keď baník nájde platný hash, dostane blokovú odmenu v kryptomena.
Čo je kryptografia s verejným kľúčom?
Na základe všetkých uvedených informácií sme dospeli k nasledujúcim záverom:
- Ťažba stojí peniaze (ťažobný hardvér + značné množstvo spotrebovanej elektrickej energie)
- Ťažiari dostávajú blokové odmeny za nájdenie platných blokov
- Vďaka vstupným údajom sa používateľ blockchainu môže uistiť, že blok je platný bez toho, aby spotreboval príliš veľa výkonu CPU.
Vždy sa však nájdu takí, ktorí budú chcieť ísť jednoduchšou cestou. V tomto prípade tí, ktorí budú chcieť skúsiť podvádzať. Je to možné? Môže niekto vytvoriť niekoľko falošných transakcií, hashovať ich do jedného bloku a ujsť s tým, že vytvorí nový platný blok? Z technického hľadiska je odpoveď áno. Existuje však spôsob, ako zabrániť zlým aktérom zneužívať verejný blockchain vo svoj prospech.
Na zabezpečenie toho, aby mal používateľ právo na vynakladanie finančných prostriedkov, sa používa špeciálny kryptografický mechanizmus - nazýva sa kryptografia s verejným kľúčom. Koncepcia je nasledovná:
- Pri vytváraní transakcie musí používateľ podpísať ho;
- Podpis je verejný a má k nemu prístup každý používateľ;
- Ostatní používatelia môžu porovnať podpis s verejným kľúčom - ak sa zhodujú, transakcia je platná;
- Používatelia sa tiež môžu uistiť, či tvorca transakcie môže skutočne minúť svoje prostriedky a či je výstupná suma nižšia ako vstupná suma.
Ďalšie informácie, prečítajte si tento článok.
Sieť vymaže každý neplatný blok transakcie, čo má za následok obrovskú peňažnú stratu. Podvádzanie v rámci blockchainovej siete je teda naozaj extrémne drahé. A to je skutočná myšlienka, ktorá stojí za Proof of Work (a ďalšími mechanizmami konsenzu):
- Mechanizmus konsenzu PoW zdražuje podvádzanie, ale na druhej strane vás nabáda k poctivému konaniu, ktoré prináša veľké zisky.
Čo je to dvojité míňanie?
Keď hovoríme o Proof of Work, mali by ste poznať jeden základný pojem. Týmto pojmom je dvojité vynakladanie prostriedkov.
A dvojité míňanie je v podstate fond, ktorý sa používateľ pokúša minúť viac ako raz. Ide o bežný termín pre operácie s digitálnymi peniazmi. Dôvodom je, že digitálne prostriedky nie sú rovnaké ako fiat mena - t. j. peniaze, ktoré skutočne existujú vo fyzickom svete. Koniec koncov, v určitom okamihu bude musieť každý človek, ktorý obchoduje s digitálnymi menami, priznať, že nemajú žiadnu reálnu hodnotu. Ale opäť, z množstva dôvodov sa kryptomeny za posledných niekoľko rokov stali veľkými, čo viedlo k rozmachu kryptomien a množstvu podvodných techník. Jednou z týchto techník je dvojité míňanie.
Ujasnime si to:
- nemôžete platiť dvakrát fyzickou hotovosťou, ale môžete (aspoň sa o to pokúsiť) použiť ten istý fond digitálnej meny na transakcie s bitcoinmi (čo je, samozrejme, podvod).
Predstavte si nasledujúcu situáciu: kúpili ste si šálku kávy a zaplatili za ňu v hotovosti. Ak teraz chcete ďalšiu šálku kávy, nemôžete za ňu zaplatiť tou istou dolárovou bankovkou, pretože ju pokladník prijal a uzamkol v pokladni. Túto bankovku nebudete môcť použiť ani v inom obchode z dôvodu uvedeného vyššie.
Ale s digitálnymi menami sa vám tento trik môže podariť. Keďže digitálne peniaze sú len zhlukom núl a jednotiek (t. j. dát skomprimovaných v súbore), môžete tieto dáta duplikovať a poslať ich e-mailom ľubovoľnému počtu ľudí. Preto je také dôležité mať mechanizmy, ktoré zabránia ľuďom používať tie isté prostriedky na rôznych miestach. Bez takýchto mechanizmov dvojité použitie zničí menu.
Ďalšie informácie o dvojitom vynakladaní finančných prostriedkov, prečítajte si túto príručku.
Dôkaz práce vs. dôkaz podielu
Ako sme uviedli vyššie, Proof of Work (PoW) nie je jediný konsenzuálny algoritmus. V tejto časti nášho sprievodcu sa pozrieme na potenciálneho konkurenta algoritmu Proof of Work - Dôkaz o podiele.
Čo je dôkaz o podiele?
Proof of Stake je ďalší populárny mechanizmus konsenzu, ktorý umožňuje overovať transakcie a dosahovať konsenzus. PoS však využíva úplne iný prístup ako PoW. Na rozdiel od Proof of Work funguje Proof of Stake virtuálne.
To znamená, že zatiaľ čo PoW vyžaduje obrovský výpočtový výkon na vykonanie nákladovej funkcie CPU (alebo na vyriešenie výpočtovej hádanky), kľúčovou vlastnosťou PoS je používanie validátorov. Validátory blokujú stávku, aby sa zabránilo podvádzaniu. Potom musia validátory rozhodnúť, aký bude ďalší blok, ktorý sa pridá do reťazca. Potom stavia na vybrané bloky. Ak sa blok v reťazci objaví, validátori dostanú odmenu úmernú celému vkladu.
Je PoS lepší ako PoW?
Proof of Stake ešte nie je plne integrovaný do kryptografických blockchainov. A jedným z nich, ktorý to urobil ako prvý, je sieť Ethereum. Komunita Ethereum sa teší, že v blízkej budúcnosti prejde z Proof of Work na Proof of Stake. Dôvodom je, že Proof of Work je príliš náročný na spotrebu elektrickej energie - funkcia oceňovania CPU si vyžaduje viac ťažobného výkonu ako validácia transakcií prostredníctvom PoS. A čím viac baníkov sa pripojí k ťažobným poolom, tým viac výkonu je potrebných.
Mnohí ľudia na celom svete sú znepokojení takouto spotrebou energie. Preto chce blockchain Ethereum v snahe o ekologickejšie riešenie využiť mechanizmus Proof of Stake.
Ďalším bodom v súťaži PoW vs-PoS je rýchlosť (počet transakcií za sekundu). Pri Proof of Stake môžu používatelia posielať a prijímať finančné prostriedky už za niekoľko sekúnd v porovnaní s procesom Proof of Work, ktorý trvá podstatne dlhšie. Mimochodom, posledný faktor ovplyvňuje aj rast transakčných poplatkov v rámci kryptografických sietí.
A nakoniec je tu otázka bezpečnosti. Je Proof of Stake bezpečnejší ako Proof of Work? Odpoveď je áno. Vďaka protokolu CASPER je PoS potenciálne bezpečnejší ako PoW. A čo viac, útoky hackerov na systémy založené na PoS budú drahšie, a teda zriedkavejšie.
Záver
Dôkaz práce (PoW) bol pôvodný mechanizmus na zisťovanie dvojité výdavky v rámci Bitcoin blockchain. Kombinácia kryptografie, hašovacie funkcie, a teóriu hier, PoW umožňuje bezpečnejšiu prevádzku v rámci decentralizovanej siete, ktorá vytvára stabilný distribuovaný systém založený na konsenze.
Často kladené otázky
Čo je protokol Proof of Work?
Protokol PoW je mechanizmus na overovanie transakcií v rámci decentralizovaného systému kryptomien. Vďaka Proof of Work je nemožné zapojiť sa do double-spendingu - podvodnej techniky používania jedného a toho istého fondu na viacero transakcií.
Aký je rozdiel medzi Proof of Stake a Proof of Work?
Medzi dvoma najpopulárnejšími protokolmi konsenzu sú dva hlavné rozdiely. Prvý rozdiel spočíva v tom, že Proof of Stake uplatňuje energeticky efektívnejší prístup, zatiaľ čo Proof of Work potrebuje na svoju prevádzku veľké množstvo elektrickej energie. Druhým rozdielom je, že Proof of Stake je potenciálne bezpečnejší vďaka protokolu CASPER a zvyšujúcim sa nákladom na hackerské útoky.
Čo myslíte pod pojmom “matematická hádanka”?”
Riešenie “matematickej hádanky” je proces ťažby kryptomien. Ťažiari na celom svete používajú drahé výpočtové zariadenia a spotrebúvajú veľa elektrickej energie na “ťažbu” bitcoinov (a iných kryptomien) tým, že spracúvajú obrovské množstvo údajov na vytvorenie nových jednotiek a pridávajú ich do blockchainu.
Čo je token PoW?
Token PoW je “mena”, ktorá sa používa ako forma pseudoplatby v rámci viacerých aplikácií, ako je napríklad e-mail. Ak je k e-mailu pripojený token PoW, znamená to, že e-mail neobsahuje spam. Tokeny PoW sa používajú aj na opakovane použiteľný dôkaz práce. Technicky vzaté sú teda tokeny PoW prvkami antispamového systému.