Wyjaśniono: Czym jest dowód pracy (PoW) w Blockchain?

Łańcuch blokowy jest powszechnie postrzegany przez pryzmat konsensusu Nakamoto Bitcoina. Aby jednak dowiedzieć się więcej o tym, czym jest dowód pracy, należy dokładnie przyjrzeć się zrównoważonemu wdrożeniu PoW.

Dowód pracy (często skracany do PoW) jest algorytmem konsensusu stosowanym do zapobiegania atakowi w 51% lub podwójnym wydatkom. Kryptowaluty, takie jak Bitcoin, wykorzystują konsensus PoW do potwierdzania transakcji i tworzenia nowych bloków dodawanych do łańcucha. Dzięki PoW górnicy konkurują o realizację transakcji w sieci w zamian za nagrodę za szybkość i dokładność.

Kluczowe wnioski:

• Zrozumienie koncepcji dowodu pracy i sposobu jej wykorzystania do zabezpieczenia sieci blockchain.

• Dowiedzenie się, jakie problemy matematyczne faktycznie rozwiązują górnicy i jak wpływ te obliczenia wpływają na całe społeczeństwo.

• Dowiedz się, kto jest zaangażowany w proces górniczy, korzystając z konsensusu Dowód pracy.

• Wiedza o tym, które kryptowaluty nadal polegają na dowodzie pracy i dlaczego Ethereum decyduje się na twardy widelec do Ethereum 2.0.

• Uzyskaj holistyczny pogląd na to, dlaczego konsensus Proof of Stake jest bezpieczniejszy i sprawiedliwszy niż Proof of Work.

W jaki sposób dowód pracy jest stosowany na Blockchain?

Algorytm konsensusu weryfikacji pracy blockchain jest najstarszym mechanizmem konsensusu i najpopularniejszym algorytmem. Oczywiście istnieje wiele powodów, które mogły przyczynić się do jego popularności. Ale głównym uzasadnieniem dla jego reputacji jest możliwość promowania uczciwości w zdecentralizowanym ekosystemie. Chociaż mogą istnieć inne algorytmy, PoW nadal jest zrównoważony, aby osiągnąć cel Tolerancji błędów bizantynowych (Byzantine Fault Tolerancja BFT). 

Aby w pełni zrozumieć, o co chodzi w BFT, jest to system zdolny do wytrzymania awarii związanych z problemem Byzantine Generals. Oznacza to, że sieć może uniknąć sytuacji, w których niektóre węzły (lub górnicy) próbują działać przeciwko konsensusowi. Dzięki cechom BFT algorytm PoW działa w taki sposób, że węzły mogą zweryfikować blok w sieci, rozwiązując złożony problem matematyczny.

Podczas gdy pierwsze rozwiązanie problemu matematycznego otrzymuje zgodę na wybór bloku do dodania do łańcucha blokowego. W ramach wymiany udany węzeł otrzymuje tokeny jako nagrodę. Na przykład w sieci Bitcoin nagroda jest w BTC.

W ostatecznym rozrachunku konsensus PoW tworzy stosunkowo zdrową i przejrzystą gospodarkę zamkniętą. Głównie aby zachęcić użytkowników do dalszego utrzymywania ekosystemu.



Jakie problemy matematyczne są związane z PoW?

Te złożone problemy matematyczne odnoszą się do różnorodności rzadkich powikłań arytmetycznych. Co więcej, problemy te wymagają dużej mocy obliczeniowej do rozwiązania.

Zakres od generycznych problemów bizantyjskich do skomplikowanej funkcji haszowania. Na przykład:

• Funkcja Ahash obejmuje proces generowania randomizowanego wyniku o określonej długości za pośrednictwem danych wejściowych. Chociaż hasz jest wartością liczbową (lub celem), która decyduje, kto dokładnie wydobył ten blok.

• Rozwiązywanie faktoryzacji liczb całkowitych obejmującej rozkład liczby złożonej na mniejsze liczby całkowite w połączeniu z ograniczeniami liczby głównej i mnożeniami.

• Służy jako protokół puzzli acontingency do zabezpieczenia sieci w ataku DoS, który wymaga zdefiniowanej kolejności. Zamiast rozwiązywać problem, chodzi raczej o pozyskiwanie pierwotnej przyczyny.

Za każdą pomyślną walidację bloku przyznawana jest nagroda w celu zrekompensowania wysiłku. Jednak skalowalność i bezpieczeństwo są głównym wyzwaniem w miarę rozwoju sieci. Siła skrótu rośnie równolegle do złożoności układanek. W związku z tym wprowadzono dowód stawki, aby przeciwdziałać wadom dowodu pracy.

Kto założył dowód pracy?

Konsensus PoW został założony przed wynalezieniem sieci Bitcoin. Algorytm PoW został wprowadzony w 1993 roku, gdzie Moni Naor i Cynthia Dwork opublikowali artykuł, aby zapobiec atakom DoS. W artykule omówiono głównie potencjał algorytmu zapobiegania oszustwom i jego zrównoważonemu rozwojowi w dłuższej perspektywie.

A zanim Satoshi Nakamoto sławnie mówił o algorytmie PoW w blockchain Bitcoin, informatyk i aktywista kryptograficzny Hal Finney (Harold Thomas Finney II) wprowadził inny system o nazwie RPoW, wielorazowy dowód pracy w 2004 roku. System działał, otrzymując niewymienialny lub niefunkcyjny token dowodowy pracy oparty na Hashcash. W zamian utworzono token podpisany przez RSA, który można następnie przenieść z osoby na osobę. 

Innym wczesnym przykładem algorytmu Proof of Work był HashCash Adama Backa. Wymaga to od nadawców wykonania niewielkiej ilości obliczeń przed wysłaniem wiadomości e-mail. Dzięki temu odbiorcy mogą ograniczyć spam. 

W jaki sposób PoW wiąże się z konsensusem Nakamoto Bitcoina?

PoW wykorzystuje model, w którym węzły rozwiązują układankę matematyczną, aby wyprodukować następny blok dodany do sieci. Liderzy bloków, którzy tworzą następny blok, wybierani są w formacie podobnym do loterii, który bezpośrednio odpowiada ich mocy obliczeniowej (tj. hash) w procesie. W modelu konsensusu PoW są dwaj główni uczestnicy: operatorzy miners i pełnowęzłowi . 

Górnicy

Węzły, które biorą udział w obliczeniach, nazywane są górnikami, a proces rozwiązywania problemu nazywany jest górnictwem. Społeczność górników jest zobowiązana do wykonywania istotnych prac w celu rozwiązania każdego kolejnego problemu. PoW ułatwia, gdy węzeł tworzy blok dla innych w celu weryfikacji procesu, który doprowadził do rozwiązania.

Węzły

Węzły muszą spędzać czas w kłopotliwych obliczeniach. W związku z tym proces ten zużywa kolosalną ilość energii elektrycznej, która jest szkodliwa dla środowiska. Zdecentralizowane węzły w sieci muszą zweryfikować kryptowalutę łańcucha blokowego, która jest „wydobyta” dla nagrody, korzystając z mechanizmu weryfikacji pracy poszczególnych górników.

Weryfikatory

Opierając się na dowodach kryptograficznych i konsensusowych regułach Bitcoina, operatorzy pełnych węzłów działają jako ostateczne walidatory stanu sieci. Klienci z pełnymi węzłami mogą być również górnikami i odrzucać nieprawidłowe bloki i transakcje w sieci. Zatwierdzenie transakcji w sieci blockchain w ramach mechanizmu konsensusu Proof of Work zajmuje średnio 40 i 60 minut.

Jak bezpieczne jest PoW?

Algorytm Proof of Work jest bardzo bezpieczny, ponieważ wytrzymuje BFT. Ponadto sposób działania sprawia, że jest jeszcze bezpieczniejszy. Ponadto hasz każdego bloku zawiera hasz poprzedniego; zwiększa to bezpieczeństwo i zapobiega wszelkim naruszeniom bloku na dowodzie łańcucha blokowego pracy. 

Aby zmienić blok, górnicy muszą utworzyć nowy blok z tym samym poprzednikiem. W tym przypadku wymaga regenerowania wszystkich następców i ponownego wykonania wykonywanej przez nich pracy. W związku z tym blockchain może uniknąć ingerencji w bezpieczeństwo.

Zalety i wady PoW 

Profesjonaliści

• Skieruj się z dala od napaści DDoS.

• Uczciwe i przejrzyste.

• Wpływ niskich porcji kryptowalut przechowywanych przez górników w limicie.

• Zachęca opinię publiczną do utrzymywania zdrowej sieci kontaktów.

Wady

• Kosztowne nabywanie części sprzętu komputerowego, urządzeń peryferyjnych i energii elektrycznej.

• Są to bardzo złożone zagadki, które nie mają wartości dodanej w edukacji ani codziennych zadaniach, ale są przydatne tylko do walidacji blokady.

• Sprawia, że blockchain staje się bardziej scentralizowany jako przeciwieństw decentralizacji.

• Wydobycie wygaśnie, ponieważ nagrody nie są już atrakcyjne.

Które monety używają dowodu pracy?

Bitcoin pozostaje najpopularniejszą monetą do wykorzystania konsensusu PoW. Jest jednak wiele innych monet, które wykorzystują ten algorytm. Choć przed okresem o połowę Bitcoin pozostaje rentowny. Ale wielu górników szuka obecnie alternatywy, ponieważ wydobywanie blokady staje się droższe i trudniejsze.

Oczywiście każdy zaczyna pytać, która kryptowaluta jest dla mnie najlepsza. Oto kilka z naszych wniosków: 

Litecoin:Podobnie do Bitcoin, Litecoin oferuje również SegWit, w którym limit wielkości bloku wzrasta poprzez usunięcie danych z sieci. Litecoin odróżnia się od Bitcoin od błyskawicznego czasu transakcji przy znacznie niższych kosztach.

DASH:Pochwala się szybszymi i bardziej prywatnymi transakcjami w przestrzeni kryptowalut. Natychmiastowe transakcje służą górnikom jako plus do inwestowania czasu w DASH.

Monero:To kolejna popularna altcoina, która wykorzystuje konsensus PoW. Jako kryptowaluta typu open source Monero koncentruje się na fungibility, prywatności, przejrzystości i decentralizacji poprzez księgę publiczną.

Bitcoin Cash:to wydzielona moneta z twardego widelca sieci Bitcoin. Chociaż wykorzystuje PoW, co może wydawać się bezpiecznym konsensusem, Bitcoin gotówka jest jedną z poważnie zniszczonych ofiar ataku 51% .  

ZCash:Celem tego rozwiązania jest zapewnienie prywatności poprzez anonimowość, w przeciwieństwie do innych kryptowalut. Sieć Zcash wykorzystuje te same funkcje hash Proof-of-Work SHA-256, co Bitcoin.

Ethereum Classic:PomimoEthereum 2.0wyjazd do PoS. Ethereum Classic nadal wykorzystuje konsensus PoW do zabezpieczenia swojej sieci. Jednak ponieważ jest to tylko łańcuch mniejszościowy, Ethereum Classic jest bardziej podatny na ataki w 51% i powoduje podwójne wydanie monet.

Czy dowód stawki jest lepszy niż dowód pracy? 

W ostatnich latach w przestrzeni kryptowalut odbywała się rosnąca debata na rzecz dowodu zakupu (PoS). Porównując PoS z PoW, wielu ekspertów uważa, że PoS jest niewątpliwie lepszy niż PoW. Jednym z głównych argumentów przeciwko PoW jest to, że wymaga dużej mocy obliczeniowej, która jest bardzo energochłonna i negatywnie wpływa na środowisko. Weźmy na przykład bitcoina; średnia ilość energii potrzebnej do utrzymania sieci Bitcoinów to więcej niż cały kraj Szwajcarii. 

Poza tym konsensus PoW jest narażony na wysokie ryzyko centralizacji. Konsensus ten został przeanalizowany pod kątem jego niskiej wydajności i skalowalności w zakresie realizacji transakcji on-chain.

Ogólnie rzecz biorąc, algorytm PoS zapewnia również swoim użytkownikom lepsze korzyści ekonomiczne (podziały), umożliwiając im uruchamianie węzła głównego lub umieszczanie monet na platformie dla zakładów i kodów głównych. W dłuższej perspektywie jest sprawiedliwszy i bardziej zrównoważony. 

Konkluzja

Jako pierwotny mechanizm konsensusu, PoW reprezentuje konfluencję teorii gier, rozproszonych obliczeń, konsensusu społecznego, ekonomii rynku i dowodów kryptograficznych. Stworzyła technologię blockchain, umożliwiając działanie sieci z bezpiecznym, zrównoważonym i rozproszonym konsensusem.

Niezależnie od tego, czy więcej blockchain przejdzie do PoS w przyszłości – PoW to znacząca innowacja w projektowaniu obliczeniowym i teorii gier.