Що таке алгоритм Proof-of-Work (PoW)

Що таке Proof-of-Work?

Proof-of-Work, або PoW, є оригінальним алгоритмом консенсусу в мережі Blockchain.

У Blockchain цей алгоритм використовується для підтвердження транзакцій і створення нових блоків у ланцюжку. З PoW майнери конкурують один з одним, щоб завершити транзакції в мережі та отримати винагороду.

У мережі користувачі відправляють один одному цифрові токени. Децентралізований регістр об’єднує всі транзакції в блоки. Однак слід подбати про те, щоб підтвердити транзакції та впорядкувати блоки.

Ця відповідальність лягає на спеціальні вузли, звані майнерами, а процес називається майнінгом.

Основними принципами роботи є складна математична головоломка та можливість легко довести рішення.

Що ви маєте на увазі під “математичною загадкою”?

Це проблема, для вирішення якої потрібно багато обчислювальних ресурсів.

Їх багато, наприклад:

• хеш-функція, або як знайти вхід, знаючи висновок.
• цілочисельна факторизація, іншими словами, як уявити число як множення двох інших чисел.
• протокол загадки з гідом. Якщо сервер підозрює DoS-атаку, він вимагає обчислення хеш-функцій для деяких вузлів у певному порядку. У цьому випадку проблема полягає в тому, як знайти ланцюжок значень хеш-функцій.
• Відповідь на проблему PoW або математичне рівняння називається хеш.

Оскільки мережа зростає, вона стикається з усе більшими і більшими труднощами. Алгоритми вимагають все більше і більше хеш-потужності для вирішення. Таким чином, складність завдання є делікатним питанням.

Чому?

Від цього залежить чітка робота і швидкість роботи блокчейн-системи.

Але проблема не повинна бути занадто складною. Якщо це так, генерація блоків займає багато часу. Транзакції застряють без виконання і в результаті робочий процес зависає на деякий час. Якщо проблему не можна вирішити за певний проміжок часу, генерація блоків буде свого роду дивом.

Але якщо проблема занадто проста, вона схильна до вразливостей, DoS-атак і спаму.

Рішення має бути легко перевірено. В іншому разі не всі вузли здатні аналізувати правильність обчислень.

Тоді вам доведеться довіряти іншим вузлам, і це порушує одну з найважливіших особливостей блокчейн – прозорість.

Як цей алгоритм реалізовано в Blockchain?

Майнери вирішують головоломку, формують новий блок і підтверджують транзакції.

Наскільки складна головоломка, залежить від кількості користувачів, поточної потужності та навантаження на мережу. Хеш кожного блоку містить хеш попереднього блоку, що підвищує безпеку і запобігає будь-якому порушенню блоку.

Якщо майнеру вдається вирішити головоломку, формується новий блок. Транзакції розміщуються в цьому блоці і вважаються підтвердженими.

І де зазвичай застосовується PoW?

Proof-of-Work використовується в багатьох криптовалютах.

Найвідомішим додатком PoW є Біткоїн. Саме Біткоїн заклав основу для такого консенсусу. Загадка – це Hashcash. Цей алгоритм дозволяє змінювати складність головоломки залежно від загальної потужності мережі. Середній час формування блоку становить 10 хвилин. Криптовалюти на основі Bitcoin, такі як Litecoin, мають аналогічну систему.

Ще один великий проєкт з PoW – Ethereum. Враховуючи, що майже три з чотирьох проєктів реалізовано на платформі Ethereum, можна з упевненістю сказати, що більшість додатків Blockchain використовують модель консенсусу PoW.

Навіщо використовувати алгоритм консенсусу PoW насамперед?

Основними перевагами є захист від DoS-атак і низький вплив ставки на можливості майнінгу.

Захист від DoS-атак. PoW накладає деякі обмеження на дії в мережі. Їм потрібно багато зусиль для виконання. Ефективна атака вимагає великих обчислювальних потужностей і великої кількості часу для виконання обчислень. Тому атака можлива, але частково марна, оскільки витрати занадто високі.

Можливості видобутку. Неважливо, скільки грошей у вас у гаманці. Важливо мати велику обчислювальну потужність для вирішення головоломок і формування нових блоків. Таким чином, власники величезних сум грошей не відповідають за прийняття рішень для всієї мережі.

Чи є недоліки в алгоритмі консенсусу PoW?

Основними недоліками є величезні витрати, “марність” обчислень і 51 відсоток атак.

Величезні витрати. Майнінг вимагає високоспеціалізованого комп’ютерного обладнання для запуску складних алгоритмів. Витрати некеровані Майнінг стає доступним тільки для спеціальних майнінгових пулів. Ці спеціалізовані машини споживають велику кількість енергії, що збільшує витрати. Великі витрати загрожують централізації системи, оскільки вона приносить користь. Це легко побачити у випадку з біткоїнами.

“Марність” обчислень. Майнери виконують велику роботу з генерації блоків і споживають багато енергії. Однак їхні розрахунки не застосовні ніде. Вони гарантують безпеку мережі, але не можуть бути застосовані до бізнесу, науки або будь-якої іншої галузі.

Атака на 51%, про що ти говориш?

Атака в 51% або мажоритарна атака – це випадок, коли користувач або група користувачів контролюють більшу частину потужності майнінгу.

Зловмисники отримують достатньо енергії, щоб контролювати більшість подій у мережі.

Вони можуть монополізувати створення нових блоків і отримувати нагороди, оскільки вони можуть перешкодити іншим майнерам завершити блоки.

Вони можуть скасувати транзакції.

Припустимо, Аліса відправила Бобу трохи грошей, використовуючи блокчейн. Аліса бере участь у 51% випадків нападу, а Боб – ні. Ця транзакція поміщається в блок. Але зловмисники не дозволяють переказувати гроші. У ланцюзі відбувається розвилка.

Далі майнери приєднуються до однієї з гілок. І оскільки вони мають більшу обчислювальну потужність, їхній ланцюжок містить більше блоків.

У мережі зберігається гілка, яка триває довше, а коротша відхиляється. Тож угода між Алісою і Бобом не відбулася. Боб не отримує гроші.

Дотримуючись цих кроків, зловмисники можуть скасувати транзакції.

Атака в 51 відсоток не є вигідним варіантом. Це вимагає величезної кількості сили майнінгу. І щойно вона стає публічною, мережа вважається скомпрометованою, що призводить до відтоку користувачів. Це неминуче призведе до зниження ціни на криптовалюту. Усі, отже, кошти втрачають свою вартість.