Proof-of-Work – czym jest algorytm PoW?

Źródło: Roger Brown / Pexels

Algorytm konsensusu Proof-of-Work to pierwszy zastosowany sposób na wygenerowanie nowych bloków. To kryptograficzne rozwiązanie wykorzystano przy tworzeniu najstarszej i najpopularniejszej kryptowaluty, jaką jest Bitcoin. Pozwala on zapobiegać podwójnemu wydawaniu (z ang. double spending) tych samych cyfrowych środków. Dzięki temu dane wejściowe i wyjściowe są ze sobą kompatybilne i można je potwierdzać. Wśród najczęściej wykorzystywanych algorytmów w kryptowalutach są:

• Proof of Work (PoW),
• Proof of Stake (PoS).

Co to jest Proof-of-Work?

Proof-of-Work to algorytm konsensusu używany przez sieci blockchain do zatwierdzania transakcji. Polega on na rozwiązywaniu przez górników wymagających zagadek matematycznych w celu zatwierdzania transakcji i tworzenia nowych bloków na łańcuchu (mining). Górnik, który pierwszy rozwiąże zagadkę, jest nagradzany określoną liczbą monet lub tokenów danej kryptowaluty.

Dlaczego Proof of Work działa tak dobrze? Z tego względu, że znalezienie odpowiedniego hasha jest bardzo trudne. Jednak po znalezieniu go sprawdzenie, czy jest prawidłowy, jest banalnie proste. Dzięki temu, że trudniej jest znaleźć odpowiednią docelową funkcję hashującą, to zapobiega manipulacjom. Jednak z drugiej strony jest bardzo łatwy do weryfikacji. System ten pomaga również zapobiegać podwójnym wydatkom, ponieważ po dodaniu transakcji do łańcucha nie można jej zmienić ani cofnąć.

Jak działa PoW?

Kwintesencją działania algorytmu Proof of Work jest tworzenie powiązanych ze sobą bloków, gdzie każdy kolejny blok musi być dopasowany do poprzedniego. Całość połączonych w łańcuch bloków tworzy blockchain. Górnicy, którzy zajmują się miningiem tworzą zdecentralizowane węzły. Natomiast użytkownicy, którzy zajmują się sprawdzaniem poprawności danych wyjściowych, też są węzłami w łańcuchu. W ten sposób można właśnie pominąć pojedyncze podmioty odpowiedzialne za przesył walut.

Każdy blok jest zabezpieczony tzw. hashem, który jest jego indywidualnym „odciskiem palca”. Hash ma zawsze taką samą długość i zależy od swoich poprzedników. W związku z tym można powiedzieć, że jest spójny dla całego łańcucha. Teraz poznajmy, jakie zalety oraz wady ma ten algorytm.

Zalety Proof of Work

Proof of Work to system stosowany w algorytmach rozproszonego konsensusu, wymaga od górników dużej mocy obliczeniowej. Robi to poprzez wymaganie od uczestników rozwiązywania złożonych problemów matematycznych w celu udowodnienia, że wykonali swoją pracę. System ten ma wiele zalet, takich jak:

1. Bezpieczeństwo: Proof of Work zapewnia bezpieczeństwo, utrudniając atakującemu przejęcie kontroli nad siecią, ponieważ musiałby on rozwiązać te same problemy matematyczne, co wszyscy inni uczestnicy łącznie, aby dodać swoje nowe bloki do sieci.
2. Decentralizacja: wymagając od wszystkich uczestników rozwiązywania złożonych obliczeń matematycznych, żaden pojedynczy uczestnik nie może przejąć kontroli nad siecią, co skutkuje decentralizacją.
3. Skalowalność: wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej w czasie tak samo, jak tempo, w jakim jest wygenerowany hash bloku i potwierdzenie go na blockchainie, umożliwiają one skalowalność w miarę wzrostu zapotrzebowania na nowe transakcje.

Wady algorytmu Proof of Work

Algorytm Proof of Work ma również swoje wady, z którymi zapoznasz się poniżej:

1. Energochłonność: algorytm PoW jest niezwykle prądożerczy i może wymagać dużej ilości energii elektrycznej do działania. Prowadzi to do wysokich kosztów operacyjnych dla górników i stanowić barierę wejścia dla nowych użytkowników. W związku z tym do dodania nowych bloków bardzo często wykorzystuje się do tego układy scalone ASIC. Są one energooszczędne, jednak mają małą żywotność. Drugą opcją są karty graficzne wysokiej jakości GPU, ale są dużo droższe przy kopaniu, jednak można je później odsprzedać.
2. Kusząca nagroda: algorytm konsensusu PoW opiera się na górnikach konkurujących ze sobą o nagrody. Oznacza to, że wskaźnik hashowania sieci stale się zmienia i może prowadzić do niestabilności sieci blockchain.
3. Podatność na ataki: ze względu na jego zależność od konkurencji między górnikami, może być podatny na 51-procentowy atak, w którym podmiot o wystarczającej mocy haszowania może przejąć kontrolę nad siecią. Co oznacza, że potencjalnie może odwrócić transakcje lub podwójnie wydać fundusze. W wyniku takiego działania słabsza i krótsza sieć blockchainu jest odrzucana.

Jakie kryptowaluty korzystają z Proof of Work?

Wśród znanych kryptowalut opartych na algorytmie konsensusu Proof of Work są:

• Bitcoin (BTC),
• Ethereum (ETH),
• Ethereum Classic (ETC),
• Dash (DASH),
• Dogecoin (DOGE),
• Litecoin (LTC),
• Monero (XMR),
• Bytecoin (BCN),
• MidasCoin (MIDAS),
• PotCoin (POT).

Kryptowaluty, które wykorzystują mechanizm konsensusu Proof of Work (PoW), korzystają z jego bezpieczeństwa, zdecentralizowanej sieci i możliwości pozbawionych zaufania. Oczywiście najbardziej znaną kryptowalutą, która korzysta z połączenia tych zalet, jest sieć Bitcoina.

Czym różni się algorytm Proof of Work od Proof of Stake?

Protokół Proof of Work (PoW) i Proof of Stake (PoS) to dwie różne metody stosowane do zatwierdzania transakcji i osiągania rozproszonego konsensusu w sieci blockchain. Możemy wyróżnić 3 różnice pomiędzy tymi algorytmami:

1. Główną różnicą między tymi dwoma algorytmami jest to, że PoW wymaga od górników rozwiązywania złożonych zagadek obliczeniowych w celu tworzenia nowych bloków. Natomiast PoS wymaga od użytkowników stawiania swoich cyfrowych walut w celu uczestniczenia w procesie walidacji. Dzięki temu w dowodzie pracy Proof of Stake nie ma wyścigu ani wydobycia między użytkownikami blockchaina. Wybór jest losowy i jeżeli blok jest zgodny, to otrzymują oni nagrodę, która pochodzi z opłat transakcyjnych.
2. Ponadto algorytmy PoW są związane z wyższymi kosztami energii ze względu na intensywną moc obliczeniową wymaganą do wydobycia. Podczas gdy PoS nie wymaga tak dużo energii, ponieważ nie obejmuje żadnego rodzaju procesu wydobywczego. Natomiast może spowodować szybką utratę kapitału, kiedy próbujesz działać nielegalnie.
3. Co więcej, Proof of Stake jest ogólnie bardziej bezpieczny niż PoW, ponieważ jest mniej podatny na atak 51%. Atak wymaga więcej kapitału dla atakującego, aby uzyskać kontrolę nad siecią.