Proof of work: пояснення

Proof of work («доказ роботи») — це механізм консенсусу, за якого комп’ютери, що називаються майнерами, змагаються у розв’язанні обчислювальної задачі, а переможець отримує право додати до блокчейну наступний блок транзакцій. Щоб розв’язати задачу, потрібна величезна кількість спроб і реальна енергія, але будь-хто може миттєво перевірити відповідь. Тому атакувати реєстр дорого, а перевіряти — дешево.

Саме ця система захищає Bitcoin з 2009 року. Розібравшись у ній, ви зрозумієте, навіщо потрібен майнінг, чому Bitcoin споживає так багато електроенергії і чому деякі мережі перейшли на альтернативи на кшталт proof of stake.

Яку проблему розв’язує proof of work

Децентралізований реєстр не має центрального банку чи компанії, які вирішували б, які транзакції дійсні. Тисячі незалежних комп’ютерів мають дійти згоди щодо єдиної історії, навіть якщо частина учасників може діяти нечесно. Якщо Litecoin для вас новий, почніть із матеріалу про те, що таке Litecoin (LTC) і як він працює.

Найважче — запобігти подвійному витрачанню, тобто спробі витратити ту саму монету двічі, розіславши суперечливі транзакції. Proof of work розв’язує цю проблему, роблячи створення блоків дорогим. Дійсним вважається ланцюг із найбільшим обсягом накопиченої роботи, тож зловмисникові довелося б випередити сукупну обчислювальну потужність решти мережі, щоб його переписати. Наші цінові сценарії Ethereum Classic (ETC) на 2026–2027 роки застосовують той самий підхід через каталізатори й ризики до спорідненого проєкту. Якщо хочете заглибитися, прочитайте Механізми консенсусу: пояснення.

Сама ідея старша за Bitcoin. Hashcash Адама Бека, запропонований 1997 року, використовував схожу задачу, щоб зробити розсилання спаму дорогим. Сатоші Накамото адаптував цю концепцію у white paper Bitcoin.

Як працює майнінг: крок за кроком

1. 1Збір транзакцій. Майнер бере транзакції, що очікують, із мемпулу й складає блок-кандидат.
2. 2Формування заголовка блоку. Заголовок містить посилання на попередній блок, зведення транзакцій, мітку часу та поле під назвою nonce.
3. 3Багаторазове хешування. Майнер проганяє заголовок через хеш-функцію (у випадку Bitcoin — двічі SHA-256), змінюючи nonce та інші поля з кожною спробою.
4. 4Перевірка цілі. Якщо отриманий хеш нижчий за цільовий рівень складності мережі, задачу розв’язано. Якщо ні — спроба повторюється.
5. 5Розсилання блоку. Майнер-переможець поширює блок мережею. Інші вузли перевіряють його за частку секунди.
6. 6Отримання винагороди. Майнер отримує блокову субсидію (щойно випущені монети) плюс комісії за транзакції.

Оскільки результат хешування непередбачуваний, знайти дійсний хеш можна лише перебором. Наш посібник про майнінг Bitcoin розповідає про обладнання та економіку.

Коригування складності

Якби майнерів побільшало, блоки знаходилися б швидше; якби вони пішли — повільніше. Щоб підтримувати сталий темп, мережі на proof of work автоматично коригують складність.

Bitcoin перераховує складність кожні 2016 блоків, тобто приблизно раз на два тижні, прагнучи до середнього темпу один блок на 10 хвилин. Інші мережі роблять це частіше. Завдяки такому зворотному зв’язку мережа продовжує працювати, навіть якщо значна частина майнерів раптово вимкнеться. Див. також: Що таке криптовалюта? Зрозумілий посібник для початківців.

Безпека: атака 51%

Безпека proof of work ґрунтується на вартості отримання більшості хешрейту. Зловмисник, що контролює понад половину потужності, міг би:

• змінювати порядок або виключати нещодавні транзакції;
• двічі витратити власні монети, замінивши підтверджену транзакцію.

Однак він не зміг би вкрасти монети з чужих адрес чи створити монети понад правила протоколу, бо кожен вузол і далі перевіряє підписи та правила.

У Bitcoin вартість такої атаки величезна. З меншими блокчейнами на proof of work усе інакше: наприклад, Ethereum Classic зазнав кількох атак 51% у 2019 і 2020 роках. У нашому матеріалі про те, що таке атака 51%, тему розібрано докладніше.

Proof of work і proof of stake

Ethereum перейшов із proof of work на proof of stake у вересні 2022 року. Повне порівняння — у статті PoW vs PoS. Наш матеріал Monero vs Bitcoin розкриває цю тему докладніше.

Алгоритми майнінгу різняться

Не всі монети на proof of work використовують ту саму задачу:

• SHA-256 — Bitcoin і Bitcoin Cash. Тут домінують спеціалізовані пристрої — ASIC.
• Scrypt — Litecoin і Dogecoin, які можна майнити одночасно за допомогою merge mining (спільного майнінгу).
• RandomX — Monero; алгоритм створено так, щоб надавати перевагу звичайним процесорам і протистояти ASIC.
• Etchash — Ethereum Classic.

Вибір алгоритму впливає на те, хто може майнити з прибутком і наскільки концентрованим стає майнінг. Див. також: Що таке мемпул?

Критика та ризики

• Енергоспоживання. Майнінг Bitcoin споживає велику кількість електроенергії. Прихильники стверджують, що він дедалі частіше використовує незатребувану або надлишкову енергію; критики вважають його марнотратним у будь-якому разі.
• Концентрація в майнінг-пулах. Більшість індивідуальних майнерів об’єднуються в пули, щоб згладити дохід. Кілька великих пулів можуть контролювати значну частку хешрейту, хоча окремі майнери можуть змінити пул.
• Централізація обладнання. Виробництво ASIC зосереджене в руках невеликої кількості компаній.
• Бюджет безпеки в довгостроковій перспективі. Оскільки блокова субсидія Bitcoin зменшується вдвічі приблизно кожні чотири роки, на комісії доведеться більша частка доходів майнерів.
• Вразливість невеликих мереж. Монети з низьким хешрейтом можна атакувати за допомогою орендованих потужностей.

Підсумок

Proof of work захищає блокчейн, роблячи виробництво блоків дорогим, а їхню перевірку — дешевою. На прикладі Bitcoin цей механізм має неперевершену історію надійності, але споживає значну кількість енергії, а його безпека сильно залежить від розміру мережі. Оцінюючи монету на proof of work, запитайте себе, який хешрейт її захищає, наскільки концентрований майнінг і як мережа оплачуватиме свою безпеку в довгостроковій перспективі.