Proof-of-Work (PoW, «доказательство выполненной работы») — способ, которым децентрализованная сеть без единого начальника договаривается, какой блок транзакций добавить следующим. Право записать блок получает тот, кто первым решит вычислительную задачу, требующую много электроэнергии. Решение легко проверить, но подделать его можно, только потратив столько же энергии. На PoW работают биткоин, Litecoin, Dogecoin, Monero и другие монеты, а Ethereum отказался от него в 2022 году.
Коротко
- Майнеры перебирают числа, пока хеш блока не окажется меньше заданной цели. Кто нашёл первым — получает награду.
- Безопасность PoW держится на стоимости: чтобы переписать историю, нужно больше половины всей мощности сети.
- Главная альтернатива — Proof-of-Stake: вместо электричества участники блокируют монеты в залог.
- Ethereum перешёл с PoW на PoS 15 сентября 2022 года (The Merge).
- Зачем блокчейну Proof-of-Work
- Как работает PoW: по шагам
- Атака 51%: главный риск PoW
- Proof-of-Work и Proof-of-Stake: сравнение
- Какие криптовалюты работают на Proof-of-Work
- Плюсы и минусы Proof-of-Work
- Ethereum работает на Proof-of-Work?
- Чем Proof-of-Work отличается от майнинга?
- Можно ли майнить PoW-монеты на домашнем компьютере?
- Что безопаснее: PoW или PoS?
Зачем блокчейну Proof-of-Work
В обычной платёжной системе порядок операций определяет банк. В биткоине банка нет: тысячи независимых компьютеров (узлов) хранят копию журнала транзакций, и любой из них может оказаться нечестным. Нужно правило, по которому все узлы одинаково решат, какая версия журнала правильная, — алгоритм консенсуса.
Простое голосование «один компьютер — один голос» не работает: злоумышленник запустит миллион виртуальных узлов. PoW привязывает «голос» к реальному, дорогому ресурсу — вычислительной мощности и электричеству. Подделать их нельзя, а значит, нельзя и дёшево захватить сеть.
Идея старше криптовалют: её описали Дворк и Наор в 1992 году как защиту от спама, а в 1997 году Адам Бэк сделал систему Hashcash. Сатоши Накамото в 2008 году применил этот принцип для упорядочивания блоков биткоина.
Как работает PoW: по шагам
- Майнер собирает блок из ожидающих транзакций, добавляет ссылку на предыдущий блок (его хеш) и транзакцию с наградой себе.
- Считает хеш заголовка блока — в биткоине это двойной SHA-256. Хеш выглядит как случайное 256-битное число, и предсказать его заранее невозможно.
- Сравнивает хеш с целью (target). Если хеш больше цели — меняет специальное поле nonce и пробует снова. Нужны триллионы попыток: сейчас вся сеть биткоина перебирает около 1000 EH/s — 1021 хешей в секунду (на октябрь 2026).
- Нашёл подходящий хеш — рассылает блок сети. Остальные узлы проверяют его одной операцией хеширования и, если всё верно, начинают строить следующий блок поверх него.
- Майнер получает награду — новые монеты и комиссии транзакций. Новые монеты раз в четыре года урезаются вдвое — это халвинг.
Чтобы блоки появлялись с постоянной скоростью (в биткоине раз в 10 минут), сеть каждые 2016 блоков пересчитывает сложность: если майнеров стало больше и блоки находятся быстрее, цель уменьшается и подобрать хеш становится труднее.
Если два майнера нашли блок почти одновременно, цепочка ненадолго раздваивается. Узлы продолжают ту ветку, в которую вложено больше работы, а блок из второй ветки становится «осиротевшим». Поэтому крупные платежи принято считать окончательными после нескольких подтверждений — обычно шести блоков.
Атака 51%: главный риск PoW
Если один участник контролирует больше половины мощности сети, он может тайно строить свою цепочку быстрее остальных и потом опубликовать её. Сеть примет более длинную цепочку, и подтверждённые ранее транзакции исчезнут. Так можно потратить одни и те же монеты дважды (double spend): отправить их на биржу, вывести другую валюту и затем «отменить» депозит.
Чего атакующий сделать не может: украсть монеты с чужих адресов (для этого нужен приватный ключ) или изменить правила сети.
Для биткоина такая атака практически нереальна: понадобилось бы больше мощности, чем у всех майнинговых компаний мира вместе, и миллиарды долларов на оборудование и электричество. Но небольшие PoW-сети уязвимы — мощность для атаки можно арендовать. Например, Ethereum Classic пережил несколько атак 51% в 2019–2020 годах, Bitcoin Gold — в 2018 и 2020 годах.
Proof-of-Work и Proof-of-Stake: сравнение
| Proof-of-Work | Proof-of-Stake | |
|---|---|---|
| Чем «голосуют» | Вычислительной мощностью | Монетами, заблокированными в залог (стейк) |
| Кто создаёт блоки | Майнеры с ASIC или видеокартами | Валидаторы |
| Затраты на защиту | Электричество и оборудование | Замороженный капитал |
| Наказание за обман | Потраченное впустую электричество | Слэшинг — сжигание части залога |
| Энергопотребление | Высокое | На порядки ниже |
| Примеры | Bitcoin, Litecoin, Dogecoin, Monero | Ethereum, Solana, Cardano, TON |
Сторонники PoW считают его самым проверенным и «нейтральным» механизмом: чтобы влиять на сеть, нужно постоянно тратить внешние ресурсы, а не просто владеть монетами. Сторонники PoS отвечают, что он экологичнее и даёт быструю финализацию блоков. Подробнее о PoS — в статье что такое стейкинг.
Какие криптовалюты работают на Proof-of-Work
| Монета | Алгоритм | Чем майнят |
|---|---|---|
| Bitcoin (BTC), Bitcoin Cash (BCH) | SHA-256 | ASIC |
| Litecoin (LTC), Dogecoin (DOGE) | Scrypt (объединённый майнинг) | ASIC |
| Monero (XMR) | RandomX | Процессоры (CPU) |
| Ethereum Classic (ETC) | Etchash | ASIC, видеокарты |
| Kaspa (KAS) | kHeavyHash | ASIC |
| Zcash (ZEC) | Equihash | ASIC |
Ethereum с момента запуска в 2015 году и до сентября 2022 года тоже был PoW-сетью. После перехода на PoS майнинг эфира прекратился, и многие владельцы видеокарт переключились на Ethereum Classic и другие монеты.
Плюсы и минусы Proof-of-Work
Плюсы:
- Работает в биткоине с 2009 года без единого успешного взлома консенсуса.
- Участвовать может любой, у кого есть оборудование и электричество, — разрешения не нужно.
- Переписать историю тем дороже, чем больше прошло блоков: каждый новый блок «закапывает» предыдущие глубже.
Минусы:
- Большое энергопотребление (оценки для биткоина — Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index).
- Майнинг концентрируется у крупных компаний и пулов с дешёвым электричеством.
- Небольшие PoW-сети уязвимы к атакам 51% через арендованную мощность.
- Пропускная способность ограничена: блоки не могут быть слишком частыми и большими, иначе вырастет число осиротевших блоков.
Частые вопросы
Ethereum работает на Proof-of-Work?
Нет. С 15 сентября 2022 года (обновление The Merge) Ethereum работает на Proof-of-Stake. На PoW остался его форк — Ethereum Classic.
Чем Proof-of-Work отличается от майнинга?
PoW — это правило консенсуса, а майнинг — процесс его выполнения: перебор хешей ради права создать блок и получить награду.
Можно ли майнить PoW-монеты на домашнем компьютере?
Биткоин и Litecoin — нет, без ASIC это убыточно. На процессоре можно майнить Monero, но доход обычно сопоставим со стоимостью электричества.
Что безопаснее: PoW или PoS?
Обе модели защищают крупные сети надёжно, но по-разному: в PoW атака требует оборудования и энергии, в PoS — покупки огромной доли монет, которую затем сожгут за обман. Для небольших сетей обе модели уязвимы.
Термины в статье
- Алгоритм консенсуса
- Правила, по которым участники децентрализованной сети договариваются, какой блок добавить в цепочку. Самые известные — Proof-of-Work и Proof-of-Stake.
- Хеш
- Результат работы хеш-функции — «цифровой отпечаток» данных фиксированной длины. Малейшее изменение данных полностью меняет хеш.
- Nonce
- Одноразовое число. В майнинге — число в заголовке блока, которое перебирают в поисках подходящего хеша; в Ethereum — порядковый номер транзакции адреса.
- Хешрейт
- Суммарная вычислительная мощность сети или устройства — сколько хешей вычисляется в секунду. TH/s — триллион, EH/s — квинтиллион, ZH/s — секстиллион хешей.
- Сложность майнинга (difficulty)
- Параметр сети, определяющий, насколько трудно найти подходящий хеш блока. В биткоине пересчитывается каждые 2016 блоков, чтобы блок находился примерно раз в 10 минут.
- Подтверждение (confirmation)
- Включение транзакции в блок. Каждый следующий блок добавляет ещё одно подтверждение; для крупных переводов биткоина обычно ждут 3–6.
- Атака 51%
- Ситуация, когда злоумышленник контролирует больше половины мощности (или ставок) сети и может отменять свои транзакции и мешать подтверждению чужих.
- Двойная трата (double spend)
- Попытка потратить одни и те же монеты дважды. Блокчейн защищает от неё подтверждениями и механизмом консенсуса.
- Proof-of-Stake (PoS)
- Механизм консенсуса, в котором право создавать блоки зависит от количества заложенных монет, а не от вычислительной мощности. Используется в Ethereum, Solana, Cardano.
- Слэшинг (slashing)
- Штраф в сетях на Proof-of-Stake: часть залога валидатора сжигается за нарушение правил, например за подпись двух конкурирующих блоков.
- ASIC
- Специализированная микросхема для майнинга по одному алгоритму, например SHA-256. В сотни тысяч раз эффективнее видеокарты на «своём» алгоритме.
Источники
- Satoshi Nakamoto. Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, раздел 4 «Proof-of-Work».
- Adam Back. Hashcash — A Denial of Service Counter-Measure (2002).
- ethereum.org: The Merge — переход Ethereum на Proof-of-Stake.
- mempool.space/mining — хешрейт и сложность сети биткоина.
- Cambridge Centre for Alternative Finance: Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index.
