Proof of work w kryptowalutach
akredo.plOszczędnościInwestycjeKryptowalutyProof of Work - metoda zabezpieczająca sieć bitcoina

Proof of Work - metoda zabezpieczająca sieć bitcoina

Proof of Work jest mechanizmem konsensusu, który jest wykorzystywany w trakcie weryfikacji nakładu pracy obliczeniowej w sieci rozproszonych urządzeń. Koncepcja ta została zaadaptowana przez Hala Finneya jeszcze przed powstaniem bitcoina. Hal znalazł sposób na użycie dowodu pracy w 2004 roku. Jednak dopiero w 2009 roku wraz z szerzej przyjętym użyciem bitcoina pomysł Proof of Work stał się praktyczną bazą bezpiecznego konsensusu kryptowalutowego. Kluczowym wnioskiem do zrozumienia PoW jest podstawa działania tego mechanizmu. Dowód pracy polega na włożeniu mocy obliczeniowej w rozwiązanie zaszyfrowanej zagadki. Praca komputerów podłączonych do sieci polega na znalezieniu prawidłowej liczby w systemie szesnastkowym. Potocznie nazywamy działanie systemu Proof of Work miningiem. Ponieważ łatwiej wyjaśnić działanie mechanizmu na podstawie alegorii dotyczącej kopania lub wydobywania kryptowaluty. Osoba wykorzystująca moc obliczeniową swojego sprzętu komputerowego jest porównywana do górnika, który wydobywa kolejne kryptowaluty poprzez przyłączanie do siebie bloków danych. Zgodnie z ideą sprzęt wykorzystywany przez górnika nazywamy koparką kryptowalut. Wynikiem mechanizmu Proof of Work jest zapis, który umożliwia nam przetwarzanie bezpiecznych transakcji peer to peer. Innymi słowy, jest to system, który nie potrzebuje trzeciej strony do obsługi transakcji. Wszystko odbywa się między wysyłającym i odbiorcą. Problemem Proof of Work, z którym mierzy się bitcoin, jest fakt dotyczący tego, że wraz ze zwiększaniem się skali działania Proof of Work mechanizm wymaga coraz większej ilości energii do jego bezpiecznego przetwarzania.

Rafał Maternik
Rafał Maternik, 17.09.2023 r

Czym jest Proof of Work?

Proof of Work jest algorytmem konsensusu wykorzystywanym przez blockchain bitcoina. Opiera się na rozwiązywaniu skomplikowanych obliczeń matematycznych przez komputer. Proces pochłania dużą ilość mocy obliczeniowej. Rozwiązanie matematycznej zagadki rozumiemy jako dowód wykonanej pracy (czyli po angielsku - Proof of Work). Proof of Work jest sposobem na zabezpieczenie poprawnego działania sieci bitcoina. Dzięki ogromnym wydatkom energetycznym włożonym w zabezpieczenie tego blockchainu możemy mieć pewność co do tego, że najstarsza kryptowaluta na świecie jest odporna na ataki hakerów oraz manipulacje łańcuchem danych.

Jak działa blockchain bitcoina oparty na Proof of Work?

Łańcuchy bloków to rozproszone księgi ze zbiorem danych o transakcjach. Łańcuchy danych rejestrują wszystkie transakcje w sieci od początku jej powstania. Każda transakcja bitcoinowa jest zapisywana niczym w arkuszu kalkulacyjnym. Blok danych zawiera informacje o kwotach transakcji, adresach portfeli, dacie transakcji, a nawet liczbie szesnastkowej utworzonej podczas zabezpieczania łańcucha bloków.

Proces potocznie nazywany zabezpieczaniem danych blockchainu to hashowanie. Hash stanowi połączenie między blokami i łańcuchami danych. Ze względu na to, że wszystkie dane są ze sobą połączone hashami, system jest odporny na manipulacje. Nikt nie może zmienić wprowadzonej wcześniej treści lub nadpisać danych, ponieważ informacje każdego bloku danych są zawarte w następnym hashu dodanym do systemu wraz z przyłączeniem następnych informacji.

Weryfikacja danych - proces hashowania w Proof of Work

Po zamknięciu każdego bloku danych hash zostaje wykorzystany do zweryfikowania informacji przed otwarciem następnego bloku. W ten sposób działa dowód pracy w sieci bitcoina. Hash to tak naprawdę cyfra o długości 64 znaków. Każdy hash jest zaszyfrowany i musi zostać odszyfrowany przez górników, aby mogli oni dodać kolejny blok danych do sieci. W zamian za swój trud i wydatek energetyczny górnicy otrzymują wynagrodzenie w postaci kryptowaluty.

Różnice między Proof of Work i Proof of Stake

Konsensus PoW i PoS najłatwiej porównać na podstawie działania bitcoina i ethereum, czyli dwóch najpopularniejszych na świecie kryptowalut. Ethereum podobnie jak bitcoin wykorzystywał do weryfikacji blockchaina Proof of Work. Zostało to zmienione we wrześniu 2022 roku. Wówczas dokonano długo wyczekiwanego przez uczestników sieci przejścia na wykorzystanie konsensusu Proof of Stake.

Proof of Work:

  • Weryfikacja sieci odbywa się za pośrednictwem użycia maszyn należących do górników;
  • Górnicy otrzymują nagrodę za swoje wysiłki w postaci wydobytej kryptowaluty;
  • Zużywa dużo mocy obliczeniowej, co jest kosztowne.

Proof of Stake

  • Weryfikacja oparta na kryptowalutach użyczonych przez uczestników sieci;
  • Walidatorzy sieci otrzymują nagrody finansowe pobrane z opłat transakcyjnych;
  • Niskie zużycie mocy obliczeniowej niezbędne do utrzymania sieci.

Który konsensus jest lepszym mechanizmem?

Niektóre osoby błędnie uważają, że mechanizm Proof of Work jest gorszy od Proof of Stake ze względu na konieczność ogromnego wydatku energetycznego. Często używanymi argumentami przeciwko PoW jest długi czas oczekiwania niezbędny na zatwierdzenie transakcji i wysoki koszt związany z użyciem sprzętu i wydatkiem energetycznym.

Oczywiście zarówno PoW, jak i PoS mają swoje wady i zalety. Jednak wydatek energetyczny i powolne działanie PoW jest często błędnie postrzegane jako niekontrolowana wada. W rzeczywistości wydłużony czas oczekiwania na zatwierdzenie informacji w sieci PoW oraz wysoki koszt prowadzenia systemu są niezbędnymi krokami. Dzięki nim bitcoin zachowuje najwyższy możliwy stopień bezpieczeństwa. Jest odporny na manipulacje informacjami wewnątrz sieci oraz ataki z zewnątrz.

Jedynym sposobem na złamanie systemu PoW jest posiadanie przez atakującego ponad 50% mocy obliczeniowej znajdującej się w całej sieci. Oczywiście PoS jest ekologiczny, ponieważ zużywa mniej prądu. Jednak musimy pamiętać o tym, że PoW bitcoina to dojrzały system, który przeszedł próbę czasu. PoS jest z kolei nowszy, mniej sprawdzony i stwarza potencjalnie większe ryzyko.

Zalety i wady Proof of Work

Zalety Proof of Work

  • Bezpieczeństwo: Proof of Work jest jednym z najbezpieczniejszych mechanizmów konsensusu, odpornym na ataki hakerów i manipulacje, dzięki wysokim kosztom związanym z przeprowadzeniem ataku.
  • Decentralizacja: PoW umożliwia każdemu z odpowiednim sprzętem i energią udział w weryfikacji transakcji, co sprzyja decentralizacji i rozproszeniu mocy obliczeniowej w sieci.
  • Prostota: Mechanizm PoW jest stosunkowo prosty do zrozumienia i wdrożenia, co przyczyniło się do jego popularności i szerokiego zastosowania.
  • Przetestowany w praktyce: PoW jest dojrzałym i sprawdzonym mechanizmem, który działa skutecznie od lat, szczególnie w przypadku bitcoina.
  • Ochrona przed podwójnym wydatkowaniem: PoW skutecznie zapobiega podwójnemu wydatkowaniu (double-spending), dzięki rozproszonej weryfikacji transakcji.

Wady Proof of Work

  • Wysokie zużycie energii: PoW wymaga ogromnej ilości energii do przeprowadzania obliczeń, co ma negatywny wpływ na środowisko.
  • Centralizacja mocy obliczeniowej: Wysokie koszty sprzętu i energii mogą prowadzić do centralizacji wśród dużych górników, którzy mogą sobie na nie pozwolić.
  • Wydłużony czas transakcji: Proces weryfikacji w PoW może być wolniejszy w porównaniu z innymi mechanizmami konsensusu, co może prowadzić do dłuższych czasów przetwarzania transakcji.
  • Koszty sprzętu: Górnicy muszą inwestować w drogi, specjalistyczny sprzęt, co może być barierą dla nowych uczestników.
  • Słabości ekologiczne: Zużycie energii i związane z nim emisje dwutlenku węgla są krytykowane za negatywny wpływ na zmiany klimatyczne.

Proof of Work - podsumowanie

Proof of Work jest algorytmem konsensusu, nieodłącznym elementem działania sieci bitcoina. Zapewnia bezpieczeństwo oraz integralność systemu kryptowalutowego. Działa na zasadzie rozwiązania skomplikowanych problemów matematycznych przez komputery (zwane "koparkami"), które walczą o dodanie nowego bloku do łańcucha. Rozwiązanie problemu wymaga dużej mocy obliczeniowej, co zapewnia wysoki stopień ochrony przed atakami. PoW jest jednak krytykowany za ogromne zużycie energii.

Często zadawane pytania

Jak Proof of Work wpływa na środowisko?
Proof of Work (PoW) ma znaczący wpływ na środowisko ze względu na ogromne zużycie energii przez komputery uczestniczące w procesie kopania kryptowalut. Wysokie zapotrzebowanie na energię prowadzi do zwiększenia emisji dwutlenku węgla, zwłaszcza jeśli energia pochodzi z paliw kopalnych. Koszt energetyczny PoW jest krytykowany za negatywny wpływ na zmiany klimatyczne i degradację środowiska. Ponadto, produkcja i utylizacja specjalistycznego sprzętu komputerowego, takiego jak koparki ASIC, również generuje odpady elektroniczne. W odpowiedzi na te problemy, rozwijane są alternatywne mechanizmy konsensusu, takie jak Proof of Stake (PoS), które zużywają znacznie mniej energii.
Jak Proof of Work wpływa na decentralizację sieci kryptowalut?
Proof of Work (PoW) wpływa na decentralizację sieci kryptowalut, ponieważ umożliwia każdemu, kto posiada odpowiedni sprzęt i energię, udział w weryfikacji transakcji i tworzeniu bloków. Dzięki temu sieć nie jest kontrolowana przez pojedynczy podmiot, co zwiększa jej odporność na cenzurę i manipulacje. PoW zachęca do rozproszenia mocy obliczeniowej, co zmniejsza ryzyko ataków typu 51%, gdzie jedna osoba lub grupa przejmuje kontrolę nad większością mocy obliczeniowej sieci. Jednak wysokie koszty energii i sprzętu mogą prowadzić do centralizacji wśród dużych górników, którzy mogą sobie na nie pozwolić. Mimo to, PoW pozostaje jednym z najbezpieczniejszych i najbardziej sprawdzonych mechanizmów konsensusu w kryptowalutach.
Jakie alternatywy dla Proof of Work są obecnie rozwijane?
Alternatywy dla Proof of Work obejmują m.in. Proof of Stake (PoS), gdzie transakcje weryfikują walidatorzy stakujący swoje kryptowaluty, oraz Delegated Proof of Stake (DPoS), który opiera się na wybranych delegatach. Proof of Authority (PoA) wykorzystuje zaufane węzły, a Proof of Space (PoSpace) i Proof of Capacity (PoC) używają przestrzeni dyskowej zamiast mocy obliczeniowej. Proof of Burn (PoB) polega na niszczeniu kryptowalut w zamian za prawo do weryfikacji, a Proof of Elapsed Time (PoET) losowo wybiera liderów na podstawie czasu oczekiwania. Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) zapewnia wydajność poprzez zbiorowe zatwierdzanie transakcji, a Proof of Activity (PoA) łączy elementy PoW i PoS. Wszystkie te mechanizmy mają na celu poprawę efektywności energetycznej i bezpieczeństwa sieci blockchain.
Czy bitcoin to jedyna kryptowaluta wykorzystująca PoW?
Nie, istnieje wiele kryptowalut korzystających z tego rozwiązania. Do najpopularniejszych z nich należą między innymi litecoin i dogecoin.
Dlaczego Proof of Work jest ważny dla kryptowalut?
Dzięki algorytmowi Proof of Work kryptowaluty mogą osiągnąć niezależność oraz bezpieczeństwo.

Komentarze

Empty comments
Zostaw swój komentarz!
Nie znaleźliśmy żadnej opinii o tym produkcie. Pomóż innym klientom. Podziel się swoją opinią jako pierwszy.
Dodaj komentarz
Twoja ocena
5
Dodaj komentarz
Twoja ocena
5