Proof of work uitgelegd

Proof of work is een consensusmechanisme waarbij computers, miners genoemd, strijden om een rekenpuzzel op te lossen. De winnaar krijgt het recht om het volgende blok met transacties aan de blockchain toe te voegen. De puzzel oplossen vergt enorm veel gokpogingen en echte energie, maar iedereen kan het antwoord direct controleren. Daardoor is het grootboek duur om aan te vallen en goedkoop om te controleren.

Het is het systeem dat Bitcoin sinds 2009 beveiligt. Wie het begrijpt, snapt waarom mining bestaat, waarom Bitcoin zoveel elektriciteit verbruikt en waarom sommige netwerken zijn overgestapt op alternatieven zoals proof of stake.

Het probleem dat proof of work oplost

Een gedecentraliseerd grootboek heeft geen centrale bank of bedrijf dat bepaalt welke transacties geldig zijn. Duizenden onafhankelijke computers moeten het eens worden over één enkele geschiedenis, ook al zijn sommige deelnemers misschien oneerlijk. Is Litecoin nieuw voor je, begin dan met wat Litecoin (LTC) is en hoe het werkt.

Het lastigste is dubbele uitgaven voorkomen: dezelfde coin twee keer uitgeven door tegenstrijdige transacties te verspreiden. Proof of work lost dit op door het maken van blokken duur te maken. De geldige chain is die met het meeste opgebouwde werk, dus een aanvaller zou de gezamenlijke rekenkracht van de rest van het netwerk moeten inhalen om haar te herschrijven. Onze prijsscenario’s voor Ethereum Classic (ETC) voor 2026–2027 passen dezelfde aanpak met katalysatoren en risico’s toe op een verwant project. Wil je verder, lees dan Consensusmechanismen uitgelegd.

Het idee is ouder dan Bitcoin. Hashcash van Adam Back, voorgesteld in 1997, gebruikte een vergelijkbare puzzel om het versturen van spammail duur te maken. Satoshi Nakamoto paste het concept aan in de Bitcoin-whitepaper.

Zo werkt mining stap voor stap

1. 1Transacties verzamelen. Een miner haalt openstaande transacties uit de mempool en stelt een kandidaatblok samen.
2. 2De blokheader opbouwen. De header bevat een verwijzing naar het vorige blok, een samenvatting van de transacties, een tijdstempel en een veld dat de nonce heet.
3. 3Herhaaldelijk hashen. De miner haalt de header door een hashfunctie (bij Bitcoin twee keer SHA-256) en wijzigt bij elke poging de nonce en andere velden.
4. 4Het doel controleren. Ligt de resulterende hash onder het moeilijkheidsdoel van het netwerk, dan is de puzzel opgelost. Zo niet, dan opnieuw proberen.
5. 5Het blok verspreiden. De winnende miner deelt het blok. Andere nodes verifiëren het in een fractie van een seconde.
6. 6De beloning innen. De miner ontvangt de bloksubsidie (nieuw uitgegeven coins) plus transactiekosten.

Omdat hash-uitkomsten onvoorspelbaar zijn, is de enige manier om een geldige te vinden brute-force gokken. Onze gids over Bitcoin-mining behandelt de hardware en de economie.

Aanpassing van de moeilijkheidsgraad

Als er meer miners bijkomen, zouden blokken sneller gevonden worden; als miners vertrekken, langzamer. Om een constant tempo te houden, passen proof-of-work-netwerken de moeilijkheidsgraad automatisch aan.

Bitcoin herberekent de moeilijkheidsgraad elke 2.016 blokken, ruwweg elke twee weken, met als doel gemiddeld één blok per 10 minuten. Andere netwerken passen vaker aan. Door deze terugkoppeling blijft het netwerk werken, zelfs als een groot deel van de miners plotseling uitschakelt. Zie ook: Wat is cryptovaluta? Een heldere gids voor beginners.

Beveiliging: de 51%-aanval

De beveiliging van proof of work rust op de kosten om de meerderheid van de hashkracht te verwerven. Een aanvaller met meer dan de helft daarvan zou:

• recente transacties kunnen herordenen of uitsluiten;
• zijn eigen coins dubbel kunnen uitgeven door een bevestigde transactie te vervangen.

Hij zou geen coins kunnen stelen van adressen van anderen of coins kunnen aanmaken buiten de protocolregels, omdat elke node nog steeds handtekeningen en regels controleert.

Op Bitcoin zijn de kosten van zo’n aanval enorm. Kleinere proof-of-work-chains zijn een ander verhaal: Ethereum Classic kreeg bijvoorbeeld in 2019 en 2020 meerdere 51%-aanvallen te verduren. Onze uitleg over wat een 51%-aanval is gaat dieper in op het onderwerp.

Proof of work vs proof of stake

Ethereum stapte in september 2022 over van proof of work op proof of stake. Voor een volledige vergelijking, zie PoW vs PoS. Ons artikel Monero vs Bitcoin gaat verder op dit punt in.

Miningalgoritmen verschillen

Niet alle proof-of-work-coins gebruiken dezelfde puzzel:

• SHA-256 — Bitcoin en Bitcoin Cash. Gedomineerd door gespecialiseerde machines die ASIC’s heten.
• Scrypt — Litecoin en Dogecoin, die samen gemined kunnen worden via merge-mining.
• RandomX — Monero, ontworpen om gewone CPU’s te bevoordelen en ASIC’s te weren.
• Etchash — Ethereum Classic.

De keuze van het algoritme bepaalt wie winstgevend kan minen en hoe geconcentreerd mining wordt. Zie ook: Wat is de mempool?

Kritiek en risico’s

• Energieverbruik. Bitcoin-mining verbruikt veel elektriciteit. Voorstanders stellen dat het steeds vaker gestrande energie of overschotten gebruikt; critici vinden het hoe dan ook verspilling.
• Concentratie in miningpools. De meeste individuele miners sluiten zich aan bij pools om hun beloningen gelijkmatiger te maken. Een paar grote pools kunnen een groot deel van de hashkracht beheersen, al kunnen individuele miners van pool wisselen.
• Centralisatie van hardware. De productie van ASIC’s is geconcentreerd bij een klein aantal bedrijven.
• Beveiligingsbudget op termijn. Omdat de bloksubsidie van Bitcoin ongeveer elke vier jaar halveert, zullen transactiekosten een groter deel van de inkomsten van miners moeten uitmaken.
• Kwetsbaarheid van kleine chains. Coins met weinig hashkracht kunnen worden aangevallen met gehuurde capaciteit.

Conclusie

Proof of work beveiligt een blockchain door blokproductie duur en verificatie goedkoop te maken. Het heeft op Bitcoin een ongeëvenaard trackrecord, maar verbruikt veel energie en de beveiliging hangt sterk af van de omvang van het netwerk. Vraag je bij het beoordelen van een proof-of-work-coin af hoeveel hashkracht hem beschermt, hoe geconcentreerd mining is en hoe het netwerk op lange termijn voor zijn beveiliging gaat betalen.