Proof of work wyjaśniony

Proof of work to mechanizm konsensusu, w którym komputery zwane górnikami rywalizują o rozwiązanie zagadki obliczeniowej, a zwycięzca zyskuje prawo do dodania kolejnego bloku transakcji do blockchaina. Rozwiązanie zagadki wymaga ogromnej liczby prób i realnej energii, ale każdy może natychmiast zweryfikować odpowiedź. Dzięki temu rejestr jest drogi do zaatakowania i tani do sprawdzenia.

To system, który zabezpiecza Bitcoin od 2009 roku. Zrozumienie go wyjaśnia, dlaczego istnieje kopanie, dlaczego Bitcoin zużywa tak dużo prądu i dlaczego niektóre sieci przeszły na alternatywy, takie jak proof of stake.

Problem, który rozwiązuje proof of work

Zdecentralizowany rejestr nie ma banku centralnego ani firmy, która decydowałaby, które transakcje są ważne. Tysiące niezależnych komputerów musi uzgodnić jedną historię, nawet jeśli niektórzy uczestnicy mogą być nieuczciwi. Jeśli Litecoin jest dla ciebie nowością, zacznij od artykułu czym jest Litecoin (LTC) i jak działa.

Najtrudniej jest zapobiec podwójnemu wydatkowaniu, czyli wydaniu tej samej monety dwa razy przez rozesłanie sprzecznych transakcji. Proof of work rozwiązuje ten problem, czyniąc tworzenie bloków kosztownym. Ważny jest łańcuch z największą skumulowaną pracą, więc atakujący musiałby prześcignąć łączną moc obliczeniową reszty sieci, aby go przepisać. Nasze scenariusze cenowe Ethereum Classic (ETC) na lata 2026–2027 stosują to samo podejście oparte na katalizatorach i ryzykach do pokrewnego projektu. Jeśli chcesz pójść dalej, przeczytaj Mechanizmy konsensusu wyjaśnione.

Pomysł jest starszy niż Bitcoin. Hashcash Adama Backa, zaproponowany w 1997 roku, wykorzystywał podobną zagadkę, aby wysyłanie spamu stało się kosztowne. Satoshi Nakamoto zaadaptował tę koncepcję w whitepaperze Bitcoina.

Jak działa kopanie krok po kroku

1. 1Zbieranie transakcji. Górnik pobiera oczekujące transakcje z mempoola i składa blok kandydujący.
2. 2Budowa nagłówka bloku. Nagłówek zawiera odwołanie do poprzedniego bloku, podsumowanie transakcji, znacznik czasu i pole zwane nonce.
3. 3Wielokrotne haszowanie. Górnik przepuszcza nagłówek przez funkcję skrótu (w przypadku Bitcoina dwukrotnie SHA-256), zmieniając przy każdej próbie nonce i inne pola.
4. 4Sprawdzenie celu. Jeśli otrzymany hash jest poniżej celu trudności sieci, zagadka jest rozwiązana. W przeciwnym razie próbuje się ponownie.
5. 5Rozgłoszenie bloku. Zwycięski górnik udostępnia blok. Inne węzły weryfikują go w ułamku sekundy.
6. 6Odebranie nagrody. Górnik otrzymuje subsydium blokowe (nowo wyemitowane monety) oraz opłaty transakcyjne.

Ponieważ wyniki haszowania są nieprzewidywalne, jedynym sposobem na znalezienie ważnego jest zgadywanie metodą siłową (brute force). Nasz poradnik o kopaniu Bitcoina omawia sprzęt i ekonomię.

Dostosowanie trudności

Gdyby dołączyło więcej górników, bloki byłyby znajdowane szybciej; gdyby górnicy odeszli – wolniej. Aby utrzymać stałe tempo, sieci proof of work automatycznie dostosowują trudność.

Bitcoin przelicza trudność co 2016 bloków, mniej więcej co dwa tygodnie, dążąc do średnio jednego bloku co 10 minut. Inne sieci dostosowują ją częściej. Dzięki tej pętli sprzężenia zwrotnego sieć działa dalej, nawet jeśli duża część górników nagle się wyłączy. Zobacz też: Czym jest kryptowaluta? Przejrzysty przewodnik dla początkujących.

Bezpieczeństwo: atak 51%

Bezpieczeństwo proof of work opiera się na koszcie zdobycia większości mocy haszującej. Atakujący, który miałby ponad połowę tej mocy, mógłby:

• zmieniać kolejność ostatnich transakcji lub je wykluczać,
• wydać dwukrotnie własne monety, zastępując potwierdzoną transakcję.

Nie mógłby natomiast ukraść monet z adresów innych osób ani tworzyć monet wbrew regułom protokołu, ponieważ każdy węzeł nadal sprawdza podpisy i reguły.

W Bitcoinie koszt takiego ataku jest ogromny. Z mniejszymi łańcuchami proof of work jest inaczej: na przykład Ethereum Classic padło ofiarą kilku ataków 51% w latach 2019 i 2020. Nasz artykuł o tym, czym jest atak 51%, omawia temat dokładniej.

Proof of work a proof of stake

Ethereum przeszło z proof of work na proof of stake we wrześniu 2022 roku. Pełne porównanie znajdziesz w artykule PoW vs PoS. Nasz tekst Monero vs Bitcoin rozwija ten wątek.

Algorytmy kopania się różnią

Nie wszystkie monety proof of work korzystają z tej samej zagadki:

• SHA-256 — Bitcoin i Bitcoin Cash. Zdominowany przez wyspecjalizowane maszyny zwane ASIC.
• Scrypt — Litecoin i Dogecoin, które można kopać jednocześnie dzięki merge miningowi.
• RandomX — Monero, zaprojektowany tak, by faworyzować zwykłe procesory i opierać się ASIC-om.
• Etchash — Ethereum Classic.

Wybór algorytmu wpływa na to, kto może kopać z zyskiem i jak bardzo skoncentrowane staje się kopanie. Zobacz też: Czym jest mempool?

Krytyka i ryzyka

• Zużycie energii. Kopanie Bitcoina pochłania dużą ilość energii elektrycznej. Zwolennicy twierdzą, że coraz częściej wykorzystuje ono energię niewykorzystaną lub nadwyżkową; krytycy uważają, że i tak jest to marnotrawstwo.
• Koncentracja w pulach wydobywczych. Większość indywidualnych górników dołącza do pul, aby wyrównać nagrody. Kilka dużych pul może kontrolować znaczną część mocy haszującej, choć pojedynczy górnicy mogą zmieniać pule.
• Centralizacja sprzętu. Produkcja układów ASIC jest skupiona w rękach niewielkiej liczby firm.
• Budżet bezpieczeństwa w dłuższym okresie. Ponieważ subsydium blokowe Bitcoina zmniejsza się o połowę mniej więcej co cztery lata, opłaty będą musiały stanowić większą część przychodów górników.
• Podatność małych łańcuchów. Monety o niewielkiej mocy haszującej można zaatakować przy użyciu wynajętej mocy.

Podsumowanie

Proof of work zabezpiecza blockchain, sprawiając, że produkcja bloków jest droga, a ich weryfikacja tania. W przypadku Bitcoina ma niezrównaną historię działania, ale zużywa znaczne ilości energii, a jego bezpieczeństwo w dużym stopniu zależy od wielkości sieci. Oceniając monetę proof of work, zapytaj, jaka moc haszująca ją chroni, jak skoncentrowane jest kopanie i jak sieć będzie w długim terminie płacić za swoje bezpieczeństwo.