Одним из распространенных алгоритмов консенсуса является Proof of Work. Он применяется для проверки транзакций, защищает блокчейн. Это механизм предотвращает двойные затраты — использования средств повторно. Функционирование и безопасность обеспечивают майнеры. Несмотря на массовое внедрение Proof of Stake, первый алгоритм до сих пор используется многими участниками.
Что такое алгоритм Proof of Work
Proof of Work («доказательство работы») — механизм добычи нового блока в сеть, валидация в нем транзакций, достижения согласия в узлах. Это самый первый алгоритм консенсуса, использованный затем в создании bitcoin.
С внедрением системы разрешилась проблема двойного расхода криптовалюты. Кроме этого PoW мотивировал участников к развитию майнинга.
Суть Proof of Work
Сущность данного консенсуса состоит:
- в защите криптосистемы от мошеннических схем и атак злоумышленников;
- вычисление сложных математических задач;
- быстрая проверка результатов.
Майнинг при этом требует достаточно мощной специальной техники. Намного меньше энергозатратна проверка выполненных вычислений.
Кто и когда придумал термин Proof of Work
Идея алгоритма появилась еще в 1993 году, однако она не носила того привычного названия. Концепция подразумевала добычу ресурсов при помощи сложных вычислений, но в то же время выполнимых.
В 1997 году Адам Бэк, основатель Blockstream, создал проект Hashcash. Суть заключалась в защите от спама посредством установленной задачи: «найти блок данных x, для которого hash SHA(x) равен n старших нулевых бит». Система применяет преобразование исходных данных частичной инверсии (хэширование) для отправки электронных сообщений. Чтобы высчитать заголовок, понадобится 252 вычислений для каждого нового письма. Расчет пары сообщений не составит труда, но в случае массовых рассылок постоянно повторяющаяся процедура затрачивает ресурсы. Проверяется же достоверность вычислений быстро — с помощью Secure Hash Algorithm 1 и подготовленной метки.
Термин «Proof of Work» впервые упоминается в статье Маркуса Якобссона и Ари Джуелс «Proofs of Work and Bread Pudding Protocols».
Как Proof of Work используют в криптовалютах
В дальнейшем разработку Hashcash использовал Сатоши Накамото для создания биткоина. Он несколько изменил идею и добавил изменяющуюся сложность. Теперь значение n уменьшалось или возрастало — это зависело от мощности пользователей сети вместе взятых. Применялся алгоритм SHA-256.
Консенсус позволял проверить нодам майнера, который добавляет элемент цепи, выполнение им нужных вычислений. Процедура вычислений заключалась в поиске заголовка блока, содержащего ссылку на прошлый элемент и его число транзакций в сумме, с достаточным уровнем сложности.
Ноды договаривается об архитектуре блокчейна и подтверждают переводы крипты. Майнинг — часть Proof of Work, механизм также регулирует выпуск коинов платформы.
Главные достижения алгоритма PoW
Одним из достижений алгоритма является создание децентрализированной системы с возможностью транзакций и их верификаций без прикрепления к центру. До этого было множество попыток решить проблему двойного расхода, пользователь мог потратить одну и ту же валюту дважды до того, как платформа подтвердит перевод.
В биткоин, совместным с PoW, эту задачу удалось устранить. Блокчейн мотивирует участников верифицировать переводы до добавления в реестр. Это также позволяет регулировать работу всей сети.
Какие криптовалюты используют PoW
В 2024 году криптовалютами, работающими на базе Proof of Work (исходя из сведений CoinMarketCap), являлись:
- Bitcoin;
- Ethereum — до того, как эфир не перешел на Proof of Stake;
- Ethereum Classic;
- Bitcoin Cash и SV;
- Litecoin;
- Dogecoin;
- Zcash;
- Monero и некоторые другие.
Как Proof of Work работает в блокчейне
PoW определяет, как платформой достигается соглашение, он допускает переводы без посреднического участия. Подтверждают финансовые операции майнеры. Участниками поддерживается верная и безопасная работа блокчейна.
- Майнеры создают новые блоки в сети, используя при этом огромное количество энергии мощной вычислительной техники.
- Решив математическую задачу и добыв блок, пользователь вправе встроить его в криптосеть и получить вознаграждение.
- Награда — комиссионные взносы за транзакции и выпущенные криптомонеты. Размер оплаты в криптовалюте зависит от сети. В Bitcoin он составляет 6,25 BTC, к этому добавляются комиссии. Однако число созданных в новых блоках биткоинов уменьшается каждые 4 года на 50%.
Отличие PoW от PoS
«Доказательство работы» и «Доказательство доли владения» — оба алгоритмы консенсуса, но во многом они отличаются.
| PoW | PoS |
| Добыча элемента цепи зависит от мощностей оборудования. | Чем больше участники вложили коинов, тем выше вероятность выпуска нового блока. |
| Процедура майнинга состоит в вычислении сложных задач. | Валидатор избирается случайным выбором, исходя из того, сколько он инвестировал монет, как долго они хранятся и т.д. |
| Участниками используется специализированное оборудование: ASIC, GPU, CPU. | Майнить можно с любого ПК или смартфона, главное, чтобы был доступ к Интернету. |
| Награду получает тот майнер, кто первым добыл элемент цепи. | При стейкинге доход состоит из комиссий за переводы. |
| Больше хэш — выше безопасность. | Криптоактивы блокируют для защиты блокчейна. |
Proof of Work и майнинг
Proof of Work стал основой для майнинга криптовалюты, стимулом для создания вычислительного оборудования. Без такой техники участникам не обойтись, ведь для хэширования элементов требуется огромное количество ресурсов.
В связи с этим вскоре майнинг начал несоразмерно поглощать электроэнергию ради добычи блока. И затрачиваемая мощность постоянно растет, как и число майнеров. С возросшим потреблением электричества также увеличилась эффективность пользователей, биткоин в мировом потреблении энергии остается на низкой планке.
На что влияет сложность вычисления нового блока
Сложность добычи нового блока устанавливается таким образом, чтобы скорость генерирования элемента оставалась на одном уровне независимо от силы специального оборудования. Проверка правильности расчета по-прежнему простая. Ноды легко могут узнать о том, что пользователь безошибочно решил задачу. Но при этом нельзя точно определить, какой именно майнер первым найдет ответ, так как процедура случайна и схожа с соревнованием.
За правильность блока отвечает хэш — его значение должно быть меньше текущей цели. В новом криптоблоке содержится ссылка на предшествующий элемент, поэтому участнику предстоит найти все предыдущие. Так сгенерированный криптоэлемент доказывает, что для его нахождения совершили определенную, достаточно сложную работу.
Лучшие пулы для майнинга на Proof of Work
Пул в майнинге — это сервер, объединяющий мощности оборудования пользователей и распределяет между ними задачи. Больше участников, вычисляющих значения — возрастает прибыль. Существует много таких серверов, среди них выделяют несколько самых известных и используемых.
Btc com
Btc com — китайский пул, ответвление от Bitmain. Взнос — 2,5%, присутствует комиссия сети. Скорость принятия решения пулом (ping) — 72 мсек. Работает с достаточно большим списком криптовалют, не только с BTC. Сервис не предусматривает русского языка, только английский и китайский, поэтому новичкам будет нелегко разобраться в интерфейсе и создании учетной записи. Пул распределяет между участниками сборы с переводов, что является дополнительным источником дохода.
Antpool
Antpool — еще один китайский сервер, самый крупный, созданный в 2013 году. Поддерживает BTC, ETH и многие другие криптоактивы. Но при этом ping Antpool оставляет желать лучшего, комиссионные сборы высокие, заработок низкий (и не всегда доходит пинг). Русский не поддерживает.
F2Pool
F2Pool также разработан в Китае. Сервер предлагает выбрать русский язык интерфейса. Средства можно вывести без комиссии. Большой выбор криптомонет, можно майнить на HDD-дисках. Скорость обработки невысокая.
SlushPool
SlushPool выпущен в 2010 году, это самый первый объединяющий сервис для добычи крипты. Выпущен организацией Satoshi Labs. Используемые криптовалюты — BTC и ZEC. Выплаты наград осуществляются по системам PROP и PPLNS.
Viabtc
Viabtc — сервис с хорошей технической поддержкой, весьма быстрой. Ping стабилен — 68 мсек. Недавно запущен проект Smart Mining, который определяет, какой коин на данный момент времени выгоднее добывать, и переходит на него, а затем сразу переводит в bitcoin. Кроме совместного распределения вознаграждений, есть стандартный режим SOLO mining.
Проблемы Proof of Work
С консенсусом «доказательства работы» связывают две основные проблемы.
Высокое энергопотребление
Майнерами используются чипы, созданные специально для хэширования. Сеть биткоина состоит из множества таких чипов, преобразующих данные каждые 10 минут, что затрачивает электоэнергию. При этом специальная техника защищает блокчейн от хакерских атак. Хакерам просто не хватит мощности, чтобы взять сеть под контроль. Безопасность обеспечивается потребляемыми энергоресурсами.
Соревнование за нахождение элемента цепи повлекло за собой поиск недорогого электричества при помощи возобновляемых источников вроде гидроэнергетики, безвредной для окружающей среды.
Централизация майнинга
Для того чтобы майнить, нужны бесперебойный доступ электричества и дорогостоящее оборудование. Это грозит централизацией, ведь монопольный производитель техники может начать диктовать законы, невыгодные пользователям. Однако такой подход способен сыграть против него, ведь майнеры легко могут договориться о смене алгоритма на PoS.
И все же чистая конкуренция не характерна для сферы PoW, клиенты приобретают то оборудование, которое обещает надежный и большой заработок.
Почему Proof of Work продолжает развиваться и существовать
Несмотря на все преимущества нового протокола PoS, PoW остается на крипторынке и все еще востребован, так как обладает теми признаками, которых нет у «доказательства владения».
- PoW требует распределения продаж криптовалют для ликвидности крипторынка. Майнер получает больше дохода от продажи, нежели от хранения при стейкинге.
- Если цепь поделилась на две в результате технических проблем при вычислении, определить слабую ветвь нетрудно. Пользователи идут по устойчивой безопасной цепочке, в которой вероятность возникновения двойных трат меньше.
- Proof of Work помогает справляться с резкими скачками инфляции за счет распределения сложности в создании блоков. Криптовалюта добывается по графику, пропорционально.
- Дорогостоящая вычислительная аппаратура, требующая большой мощности, создает весомые препятствия для хакеров. На одну только атаку у злоумышленника могут уйти миллионы долларов.
- Консенсус Proof of Stake способен разделить основную цепь на несколько, это способствует осуществлению двойной оплаты. В PoW вся работа проходит на одной основной ветви, что рационально — так легче искать блок.
- В Proof of Work награду пользователь получает за проделанную работу. В стейкинге все решает размер инвестиции. Больше вклад — больше заработок. Есть риск захвата сети самыми влиятельными участниками, теми, у кого больше средств.
- В DPoS высок уровень апатии клиентов, так как система еще не до конца проработана, нет стимулов, вовлеченности. Большинство действий сводится к простому голосованию за валидатора.