Що таке Proof-of-Work простими словами

Що таке PoW простими словами

PoW, або Proof-of-Work, — це алгоритм консенсусу, що є основою технології криптовалют. Термін "PoW" розшифровується як Proof-of-Work, тобто "доказ виконаної роботи".

PoW визначає, як відбувається майнінг нових блоків у блокчейнах криптовалют. Він відіграє ключову роль у перевірці транзакцій і верифікації даних блокчейна на комп'ютерах учасників децентралізованої мережі. Оскільки цей механізм розподілений, кожна транзакція проходить багаторівневу перевірку багатьма незалежними вузлами мережі.

Proof-of-Work ефективно вирішує проблему подвійного витрачання — ситуацію, коли одні й ті самі монети можуть бути витрачені двічі протягом одного періоду. PoW також запобігає іншим зловживанням у мережі, зокрема спам-атакам і спробам змінити історію транзакцій.

Що таке Proof-of-Work?

PoW визначає структуру децентралізованих мереж, забезпечуючи безпеку та надійність. Система PoW покладається на майнерів — учасників ринку, які підключають спеціалізоване обчислювальне обладнання до криптовалютної мережі. Майнер розв’язує складні математичні задачі в обмін на винагороду, яка складається з комісій за транзакції та стимулів мережі за кожен новий блок. Цей процес називається майнінгом.

Робота PoW у криптовалютах відбувається так:

• Користувач створює транзакцію, вказуючи адресу отримувача і суму переказу. При створенні транзакції встановлюється комісія — це винагорода майнеру, який обробить і додасть транзакцію до блокчейна. Пряма залежність: чим більшу комісію готовий сплатити користувач, тим швидше майнери опрацюють її, оскільки віддають пріоритет транзакціям із вищою комісією.

• Майнер використовує обчислювальне обладнання для розв’язання криптографічної задачі, пов’язаної з формуванням нового блоку. Спеціалізовані вузли мережі, "нод", зберігають повну копію блокчейна й перевіряють коректність транзакцій. Якщо всі дані правильні й транзакція відповідає правилам мережі, її вносять у новий блок. Потім цей блок додають до блокчейна, і він стає постійною частиною історії транзакцій.

Хто винайшов PoW?

Концепція Proof-of-Work виникла на початку 1990-х років. Програмістки Синтія Дворк і Моні Наор запропонували її у 1993 році. У своїй науковій публікації вони чітко визначили алгоритм, що пізніше отримав назву Proof-of-Work. Спочатку ідея призначалася для боротьби зі спамом та відмовою в обслуговуванні, а не для криптовалют.

У 1997 році програміст і криптограф Адам Бек реалізував цю концепцію у Hashcash — проєкті для захисту електронної пошти від спаму, який вимагав виконання обчислювальної роботи перед надсиланням повідомлень.

У 1999 році Маркус Якобссон і Арі Джуелс опублікували дослідження, що вдосконалило концепцію й офіційно назвало її PoW. Їхня робота структурувала попередні ідеї та заклала теоретичну базу для майбутніх застосувань.

У 2009 році анонімний розробник або група під псевдонімом Сатоші Накамото запустили Bitcoin на основі алгоритму Proof-of-Work. Ця подія показала практичне використання PoW у децентралізованій цифровій валюті.

Як працює майнінг у Proof-of-Work?

Майнінг у PoW-системах — це процес отримання цифрових активів шляхом розв’язання складних обчислювальних задач. У мережах Proof-of-Work майнери змагаються, щоб додати новий блок до блокчейна. Майнер, який першим розв’яже криптографічну задачу, отримує основну винагороду, що безпосередньо залежить від його обчислювальної потужності.

Процес майнінгу складається з кількох етапів:

• Майнер збирає непідтверджені транзакції з мемпулу (черги транзакцій)
• Формує кандидатний блок із цих транзакцій
• Шукає спеціальне число (nonce), яке разом із даними блоку формує хеш із потрібними характеристиками
• Коли правильне рішення знайдено, блок транслюється в мережу для перевірки іншими вузлами
• Якщо блок підтверджено, майнер отримує винагороду

Ключові особливості майнінгу Proof-of-Work:

• Складність майнінгу змінюється динамічно залежно від активності майнерів. Коли учасників стає більше і зростає загальна обчислювальна потужність, криптографічні задачі ускладнюються. Це автоматичне регулювання забезпечує стабільний темп створення нових блоків.

• PoW-майнінг змушує майнерів постійно вдосконалювати обладнання. Виробники спеціалізованих пристроїв (ASIC-майнерів) регулярно випускають нові моделі, що перевершують попередні покоління за енергоефективністю та продуктивністю. Для підтримки конкурентоспроможності потрібне постійне оновлення парку обладнання.

Критика PoW

Proof-of-Work зазнає значної критики від екологів і експертів зі сталого розвитку. Головне зауваження — PoW-майнінг вважають надзвичайно неекологічним. Майнери перебувають у постійній гонці за обчислювальною потужністю, що веде до постійного збільшення можливостей обладнання і зростання споживання електроенергії. За даними деяких джерел, великі PoW-мережі споживають електроенергії стільки ж, скільки окремі країни.

Часто наголошують, що PoW-майнінг сприяє централізації. Для купівлі конкурентного обладнання потрібні значні фінансові інвестиції, тому ефективно працювати можуть здебільшого великі компанії та майнінг-пули. Це концентрує обчислювальну потужність у кількох гравців і може загрожувати децентралізації блокчейна.

Серед інших поширених проблем:

• Високий поріг входу через дороге обладнання
• Швидке моральне старіння пристроїв, що призводить до електронних відходів
• Рентабельність майнінгу залежить від ціни електроенергії, що створює географічну нерівність
• Ризик атаки 51%, якщо один учасник контролює більшість обчислювальної потужності

Прихильники PoW підкреслюють, що високе енергоспоживання — це плата за безпеку мережі, а розвиток відновлюваної енергетики здатен розв’язати екологічні проблеми.

Які криптовалюти використовують Proof-of-Work?

PoW залишається одним із найпоширеніших алгоритмів консенсусу у криптовалютах. Він лежить в основі Bitcoin — найбільшої й найстарішої криптовалюти за ринковою капіталізацією. До вересня 2022 року Ethereum — друга за величиною криптовалюта — також працювала на Proof-of-Work, але перейшла на Proof-of-Stake із оновленням Merge.

Інші відомі PoW-криптовалюти:

• Dogecoin — криптовалюта, створена як пародія на Bitcoin, що здобула популярність завдяки активній спільноті й підтримці знаменитостей. Використовує алгоритм Scrypt.

• Ethereum Classic — оригінальний блокчейн Ethereum, який зберіг PoW після розподілу у 2016 році, залишаючись незмінним записом історії Ethereum.

• Litecoin — один із найстаріших альткоїнів, відомий як "срібло" у порівнянні із "золотом" Bitcoin. Має швидший час створення блоків й використовує Scrypt.

• Monero — криптовалюта, що акцентує увагу на приватності й анонімності транзакцій, працює на алгоритмі RandomX, оптимізованому для звичайних процесорів.

• Zcash — ще один проєкт із фокусом на анонімності, який використовує докази з нульовим розголошенням для забезпечення конфіденційності.

• Bitcoin Cash — форк Bitcoin, створений для збільшення пропускної здатності мережі шляхом збільшення розміру блоків.

• Bitcoin SV — ще один форк Bitcoin, який прагне реалізувати оригінальну ідею Сатоші Накамото.

Кожна з цих криптовалют має власну реалізацію PoW, але всі дотримуються принципу захисту мережі за рахунок обчислювальних зусиль.

FAQ

Що таке Proof-of-Work і навіщо він потрібен блокчейну?

Proof-of-Work — це метод консенсусу, за якого майнери розв’язують складні математичні задачі для перевірки транзакцій і створення нових блоків. Цей процес захищає мережу й гарантує децентралізацію блокчейна.

Яка різниця між Proof-of-Work і Proof-of-Stake?

Proof-of-Work базується на обчислювальній потужності для розв’язання криптографічних задач, а Proof-of-Stake обирає валідаторів залежно від кількості криптовалюти, яку вони мають і готові застейкати. PoW енергоємний, PoS — енергоефективний.

Як працює майнінг Proof-of-Work? Що роблять майнери?

Майнери розв’язують складні математичні задачі, щоб перевірити транзакції й створити нові блоки. Вони змагаються за знаходження правильного хеша, і перший, хто досягне цього, додає блок до блокчейна й отримує винагороду у вигляді криптовалюти. Такий механізм захищає мережу від атак.

Чи справді високе енергоспоживання Proof-of-Work виправдане?

Високе енергоспоживання Proof-of-Work гарантує безпеку і децентралізацію блокчейна. Хоча витрати на електроенергію значні, це необхідна плата за підтримку цілісності мережі. Баланс між енергоспоживанням і безпекою визначає фундаментальну цінність PoW.

Які криптовалюти використовують консенсус Proof-of-Work?

Bitcoin і Monero використовують Proof-of-Work. Серед інших прикладів — Zcash та Ethereum Classic. Ці криптовалюти покладаються на майнінг для перевірки транзакцій і захисту мережі.

Чи захищений Proof-of-Work? Що таке атака 51%?

Proof-of-Work зазвичай безпечний, але існує ризик атаки 51%. Якщо зловмисник контролює понад половину обчислювальної потужності мережі, він може змінювати блоки, дозволяти подвійне витрачання й викрадати кошти. Великі мережі менш уразливі завдяки розподіленій потужності й високій вартості атаки, а менші публічні блокчейни мають більший ризик. Збільшення вимог до підтверджень і оновлення алгоритмів підвищують захист мережі.