Что такое proof of work

Что такое Proof-of-Work и Proof-of-Stake?

Что такое Proof-of-Work и Proof-of-Stake?

В чем суть Proof-of-Work?

Proof-of-Work (PoW – дословно: доказательство работы) — алгоритм защиты распределенных систем от злоупотреблений (DoS-атак, спам-рассылок и т.д.), суть которого сводится к двум основным пунктам:

PoW-задачи изначально не предназначены для человека, их решение компьютером всегда достижимо в конечные сроки, однако требует больших вычислительных мощностей. При этом проверка полученного решения требует гораздо меньше ресурсов и времени.

Кто придумал термин Proof-of-Work?

Впервые концепция Proof-of- Work была описана в 1993 году в работе «Pricing via Processing, Or, Combatting Junk Mail, Advances in Cryptology» (авторы – Синтия Дворк и Мони Наор). И хотя сам термин в статье еще не использовался, авторы предложили следующую идею:

«Чтобы получить доступ к общему ресурсу, пользователь должен вычислить некоторую функцию: достаточно сложную, но посильную; так можно защитить ресурс от злоупотребления».

В 1997 году Адам Бэк запустил проект Hashcash, посвященный той же защите от спама. Задача формулировалась следующим образом: «Найти такое значение x, что хеш SHA(x) содержал бы N старших нулевых бит».

Система предлагала хеширование частичной инверсии при отправке по электронной почте. Для расчета соответствующего заголовка требуется около 2 52 хеш-вычислений, которые надо пересчитывать для каждой отправки. И если для отправки нескольких обычных писем дополнительные расчеты препятствий не создают, то отправку спама необходимость постоянного пересчета делает очень ресурсоемкой. При этом проверка корректности вычисленного кода осуществляется очень быстро: используется однократное вычисление SHA-1 с заранее подготовленной меткой.

В 1999 году появляется и сам термин Proof-of-Work – использован он был в статье «Proofs of Work and Bread Pudding Protocols» (авторы – Маркус Якобссон и Ари Джуелс) в журнале Communications and Multimedia Security.

Какое отношение Proof-of-Work имеет к криптовалютам?

В сети Bitcoin механизм PoW был использован как средство достижения консенсуса (единого мнения о том, какую версию блокчейна считать верной). При этом за основу создатель первой криптовалюты Сатоши Накамото взял идею упомянутого выше проекта Hashcash, добавив к ней механизм изменяющейся сложности — уменьшение или увеличение N (требуемого числа нулей) в зависимости от суммарной мощности участников сети. Вычисляемой функцией стала SHA-256.

Если говорить простыми словами, механизм PoW обеспечивает способность узла сети (ноды) проверить, что майнер (в роли которого выступает узел, добавляющий новый блок в блокчейн) фактически выполнил расчеты. Данный процесс включает в себя попытку найти хеш заголовка блока (часть блокчейна, которая содержит ссылку на предыдущий блок и суммированное значение транзакций, в него включенных), который будет по своему значению соответствовать текущему уровню сложности.

Действительно ли сложность вычисления «сложная»?

Эти вычисления могут производиться только в интерактивном режиме, и сложность устанавливается на таком уровне, что она действительно оказывается сложной. В то же время проверка результатов вычислений остается простой. Узлы всегда могут удостовериться, что майнер нашел корректное значение, однако, поскольку процесс нахождения блока весьма трудозатратен и случаен, невозможно с точностью предсказать какой именно майнер решит задачу и найдет блок.

Для того, чтобы система признала блок валидным, необходимо, чтобы значение его хеша было меньшим по сравнению с текущей целью. Таким образом, каждый блок показывает, что была проделана определенная работа по его нахождению.

Каждый блок содержит хеш предыдущего блока, образуя цепь. Изменить блок невозможно – возможно лишь создать блок на той же высоте, который будет содержать в себе хеш предыдущего блока. Для проведения такого процесса необходимо проделать работу по нахождению всех предыдущих блоков. Высокая сложность этого процесса защищает блокчейн от несанкционированного доступа и двойных трат.

Как Proof-of-Work повлиял на майнинг?

Proof-of-Work биткоина породил целую индустрию майнинга и стал импульсом к разработке специализированного оборудования, поскольку вычислительные ресурсы, расходуемые на хеширование блоков, огромны и намного превышают мощности крупнейших суперкомпьютеров.

В то же время не обошлось и без пресловутой «обратной стороны медали»: достаточно быстро PoW превратился в монстра, пожирающего электричество в гонке за прибыльностью майнинга. В 2012 году суммарная мощность сети Bitcoin уже превышала по производительности самый мощный суперкомпьютер в мире, а на горизонте появилась и первая альтернатива – Proof-of-Stake.

Что такое Proof-of-Stake?

Альтернативный механизм консенсуса, впервые реализованный в 2012 году в криптовалюте PPCoin (сейчас известна под названием PeerCoin). Идея состоит в использовании «доли» (stake) в качестве ресурса, который определяет, какая именно нода получает право добычи следующего блока.

В подходе Proof-of-Stake ноды также пытаются хешировать данные в поисках результата меньше определенного значения, но сложность в данном случае распределяется пропорционально и в соответствии с балансом данного узла. Иными словами — в соответствии с количеством монет (токенов) на счету пользователя.

Таким образом, больше шансов сгенерировать следующий блок имеет узел с большим балансом. Схема выглядит достаточно привлекательно прежде всего из-за небольших требований к вычислительным ресурсам, а также потому, что не стоит вопрос «потраченных впустую» мощностей.

Какие приводятся аргументы за и против Proof-of-Stake?

Как правило, в пользу использования PoS приводятся следующие аргументы:

Аргументы, вызывающие опасения:

Дополнительно можно отметить проблему Nothing-at-Stake (пустой стэк), которая делает PoS-системы по своей природе нестабильными в глазах многих криптовалютных энтузиастов. Атакующий может попытаться сделать форк блокчейна, т. е. создать более длинную альтернативную цепочку посредством расходования «несуществующих» ресурсов. Более того, его могут поддержать другие майнеры, поскольку они также не расходуют «подлинные» ресурсы. Посредством форка атакующий может отклонять определенные транзакции и осуществлять атаку «двойной траты».

На чьей стороне чаша весов?

Споры между сторонниками Pow и PoS длятся уже долгое время, но природа этих споров больше теоретическая. Практика показывает, что роль разработчика в вопросах обеспечения безопасности по-прежнему очень высока.

В то же время многие считают наиболее безопасным решением гибридный вариант PoS- и PoW-систем. Такой подход уже активно практикуется — у многих криптовалют существует этап PoW, когда валюта выпускается через классический майнинг, и этап PoS, наступающий после завершения эмиссии.

Тем не менее, несмотря на то, что PoS-системы всегда будут более легкими для имплементации и в целом такими же надежными с точки зрения безопасности, большинство серьезных криптовалют, скорее всего, не станут отказываться от PoW.

Где еще можно почитать про Proof-of-Work и Proof-of-Stake?

Какие еще механизмы доказательств есть в криптовалютах?

Proof-of-Work и Proof-of-Stake можно считать двумя наиболее популярными алгоритмами консенсуса в мире криптовалют, однако помимо них, существует еще целый ряд механизмов, имеющих собственные тонкости и особенности.

Их список может оказаться достаточно большим, поэтому перечислим несколько наиболее известных:

Источник

Как работают Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-stake (PoS), алгоритмы достижения консенсуса в блокчейне

Работа сети основана на решении сложных математических задач и возможности легко доказать, что решение получено.

Навигация по материалу:

Какую математическую задачу решает PoW?

Это одна из проблем, требующих значительной вычислительной мощности. Таких проблем много:

В случае с PoW используется хэширование.

По мере роста сети проблемы становятся все серьезнее, и алгоритмы хеширования требуют все большей вычислительной мощности, так что сложность задачи — актуальная проблема.

Как работает блокчейн и транзакции?

От этого механизма зависит точность и скорость блокчейна. При этом проблема не должна быть слишком сложной — в этом случае генерация блока займет много времени, а значит, в сети «зависнет» много незавершенных транзакций. Если проблема не может быть решена за предсказуемое время, создание блоков станет счастливой случайностью.

Если же проблема решается слишком просто, это делает систему уязвимой для злоупотреблений, спама и DoS-атак.

Решение должно быть легко проверяемо, в противном случае не все узлы смогут понять, правильно ли был проведен расчет, а значит, им придется доверять другим узлам, что не согласуется с одним из важнейших принципов блокчейна — полной прозрачностью.

Реализация Proof-of-Work в сети блокчейна

Если майнер сумел решить задачу, формируется новый блок — в нем размещается очередной комплект транзакций, и они считаются подтвержденными.

Какие алгоритмы используют доказательство выполнения работы PoW?

Преимущества принципа Proof-of-Work

Основные его преимущества — защита от DoS-атак и низкое влияние доли криптовалюты в собственности у майнера на возможности добычи.

PoW накладывает определенные ограничения на действия участников, поскольку для решения задачи требуются значительные усилия. Эффективная атака также требует больших вычислительных мощностей и продолжительных вычислений, поэтому она возможна, но невыгодна на фоне высоких затрат.

Неважно, сколько денег у вас в кошельке — важно иметь большие вычислительные возможности для решения задач и формирования новых блоков, а значит, держатели больших капиталов не могут принимать решения за всю сеть.

Недостатки алгоритма PoS

Для сложных расчетов требуется специализированное и дорогое компьютерное оборудование. Расходы неуправляемо растут, и майнинг становится возможен только для больших групп майнеров. Кроме того, специализированные компьютеры потребляют массу энергии, что увеличивает затраты. Следствием из этого становится постепенное повышение централизации системы, поскольку это выгодно. И именно это происходит в случае с биткоином.

Майнеры выполняют работу по созданию блоков, попутно потребляя огромное количество энергии, но вычисления, которые они делают, совершенно бесполезны сами по себе. Да, они гарантируют безопасность в сети, но их результаты нельзя использовать в бизнесе или в науке.

Что такое атака 51% и какова ее угроза?

Атака 51% или атака большинства возможна в ситуации, когда пользователь или группа пользователей контролируют большую часть мощностей сети — это дает им возможность контролировать происходящие в сети события. Так, они могут монополизировать создание новых блоков и получать все вознаграждение, поскольку в их власти помешать другим майнерам завершать блоки.

Кроме того, они могут отменять транзакции.

Предположим, Алиса послала Бобу деньги через блокчейн. Алиса участвует в атаке 51%, а Боб — нет. Их транзакция помещается в блок, но атакующие не дают переводу состояться. Происходит раздвоение блокчейна.

Далее атакующие майнеры присоединяются к одной из веток, и, поскольку у них больше вычислительной мощности, их цепочка содержит больше блоков.

Сеть устроена так, что принимается более длинная цепочка, а короткая отклоняется, а значит, сделка между Алисой и Бобом не состоялась, и Боб не получил деньги.

Вот таким образом злоумышленники могут отменять транзакции.

Атака 51% вряд ли может быть выгодной. Она требует огромных вычислительных ресурсов, а как только факт становится известен, сеть считается скомпрометированной и из нее начинают уходить пользователи, что с неизбежностью приводит к снижению цены криптовалюты.

Принцип работы Proof-of-stake

PoS работает по другому. Вместо решения криптографической задачи транзакции валидируются путем «заморозки» некоторого количества монет майнеров в качестве обеспечения. Монеты заморожены до тех пор, пока не будет достигнута «договоренность» валидности транзакций. После достижения конценцуса в сети транзакции добавляются в блокчейн, а монеты держатся замороженными еще некоторое время с целью защиты от атаки на сеть и избежания «двойной траты».

Когда монеты разморожены майнеров, они получают свои монеты обратно плюс небольшую комиссию за запись транзакций в блокчейн. Такой алгоритм предназначен для того, чтобы отбить охоту у злоумышленников валидировать поддельные транзакции из-за риска потерять «залог».

Отличия между Proof-of-Stake и Proof-of-Work

Очевидное преимущество Proof-of-Stake перед Proof-of-Work заключается в том, что его выполнение не требует от майнеров гигантского расхода электроэнергии, что делает его намного более эффективным. Но это не единственное его достоинство. Он также позволяет реализовать системы управления нового поколения, например, предоставив участникам сети возможность принять участие в выборе между хард- и софт-форками.

В плане превосходства PoS над PoW, можно сказать, что для проведения атаки на сеть требуется огромное количество монет, что по сути приводит к ее нецелесообразности для владельца этих же монет, так как он(они) пострадает от этой атаки в первую очередь.

В то же время PoS побуждает к накоплению монет в одних руках, что может негативно сказаться на децентрализации сети. Если найдется майнер или группа майнеров, который(которые) сосредоточит в своих руках большую часть ресурсов сети, то он(они) сможет диктовать свои правила остальным участникам сети.

PoW и PoS это основные механизмы, которые используются для подтверждения выполненной работы в сетях криптовалют, однако есть и другие менее известные и распространенные.

Где выгоднее покупать криптовалюту? ТОП-5 бирж

Для безопасной и удобной покупки криптовалют с минимальной комиссией, мы подготовили рейтинг самых надежных и популярных криптовалютных бирж, которые поддерживают ввод и вывод средств в рублях, гривнах, долларах и евро.

Надежность площадки в первую очередь определяется объемом торгов и количеством пользователей. По всем ключевым метрикам, крупнейшей криптовалютной биржей в мире является Binance. Также Binance самая популярная криптобиржа в России и на территории СНГ, поскольку имеет наибольший оборот денежных средств и поддерживает переводы в рублях с банковских карт Visa/MasterCard и платёжных систем QIWI, Advcash, Payeer.

Специально для новичков мы подготовили подробный гайд: Как купить биткоин на криптобирже за рубли?

Рейтинг криптовалютных бирж :

Критерии по которым выставляется оценка в нашем рейтинге криптобирж :

Источник

Что такое Proof of Work (PoW) в блокчейне?

1. Как применяется Proof of Work в блокчейне?

2. Какие математические задачи решаются в PoW

3. Кто создал Proof of Work

4.Как PoW связан с консенсусом биткоина от Накамото?

5. На сколько безопасен PoW?

6. Плюсы и минусы PoW

7. Какие монеты используют Proof of Work?

8. Proof of Stake лучше, чем Proof of Work?

Блокчейн обычно воспринимается через призму консенсуса биткоина от Накамото. Но чтобы понять, что такое Proof of Work, необходимо внимательно изучить его.

Proof of Work (обычно сокращенно PoW) – это консенсусный алгоритм, используемый для предотвращения атаки 51% или двойных трат. Криптовалюты, такие как биткоин, используют консенсус PoW для подтверждения транзакций и создания новых блоков, а также добавления их в блокчейн. С помощью PoW майнеры соревнуются за быстрое и точное выполнение транзакций в сети, за что получают вознаграждение.

Основные моменты:

Как применяется Proof of Work в блокчейне?

Proof-of-Work – самый старый механизм консенсуса, а также самый популярный блокчейн алгоритм. Конечно же, есть много причин его распространенности. Главная из них – обеспечение честности в децентрализованной системе. Хотя существуют и другие алгоритмы, PoW по-прежнему способен выполнять задачу Византийской отказоустойчивости (BFT).

Разберемся, что такое BFT. Это система, способная противостоять ошибкам, возникающим в связи с задачей византийских генералов. Сеть может исключить ситуацию, когда некоторые ноды (или майнеры) пытаются идти против консенсуса. С помощью характеристик BFT алгоритм PoW работает так, чтобы ноды могли подтвердить блок в сети с помощью решения математических задач.

Первый, кто решит математическую задачу, получает разрешение консенсуса на выбор блока, который будет добавлен в блокчейн. Взамен, нод получает токены. Например, в сети Биткоин наградой будет BTC.

В итоге консенсус PoW создает относительно здоровую и прозрачную закрытую экономику. В основном, это делается для того, чтобы пользователи поддерживали экосистему.

Какие математические задачи решаются в PoW?

Эти математические задачи состоят из разнообразных необычных математических выражений. Кроме того, решение этих задач требует огромной вычислительной мощности.

Задачи представлены в разных формах – от задач византийских генералов до мудреной хеш-функции. Например:

Итак, за каждое успешное подтверждение блока дается компенсация за усилия. Однако масштабируемость и надежность с ростом сети становятся камнем преткновения. Мощность хеша возрастает соразмерно сложности задач. В результате, был разработан алгоритм Proof ofStake, он должен решить проблемы Proof of Work.

Кто создал Proof of Work?

Консенсус PoW был создан еще до появления сети Биткойн. Алгоритм PoW был представлен в 1993, когда Мони Наор и Синтия Дворк опубликовали статью о противостоянии DoS атакам. В статье обсуждается потенциал алгоритма в предотвращении краж, а также в стабильности в долгосрочной перспективе.

До того, как Сатоши Накамото заговорил об алгоритме PoW в блокчейне Биткоина, программист и поклонник криптографии Хэл Финни (Гарольд Томас Финни II) представил другую систему, а именно – RPoW, Reusable Proof of Work в 2004 году. Система получала не подлежащий возврату и обмену Хешкеш, основанный на токене Proof of Work. Взамен создавался токен, подписанный RSA, который затем можно было переводить от человека к человеку.

Другой ранний пример применения алгоритма Proof of Work – Хешкеш Адама Бека. В этом случае от отправителя требуется небольшое количество вычислительной мощности перед тем, как отправить email. В результате, получатели могли уменьшить объем спама.

Как PoW связан с консенсусом биткоина от Накамото?

PoW использует модель, в которой ноды решают математические задачи, чтобы создать следующий блок для сети. В соответствии с вычислительной мощностью (или хеш) в формате лотереи выбирается лидер, который создаст следующий блок. В модели консенсуса PoWзадействованы майнеры и ноды.

Майнеры

Ноды, которые участвуют в процессе решения задач, называют майнерами, а сам процесс – майнингом. Сообщество майнеров необходимо для важной работы по решению каждой последующей задачи. PoW упрощает весь процесс, привлекая все другие ноды для подтверждения решения, как только нод создает блок.

Ноды

Нодам приходится тратить время на сложные и объемные вычисления. Из-за этого потребляется огромное количество электроэнергии, что вредно для окружающей среды. Децентрализованные ноды в сети должны проверить криптовалюту блокчейна, которая «майнится» за вознаграждение, используя механизм Proof of Work отдельных майнеров

Валидаторы

Основываясь на криптографических доказательствах и консенсусных правилах биткоина, операторы нодов действуют как конечные валидаторы состояния сети. Клиенты нодов также могут быть майнерами и отклонять недействительные блоки и транзакции в сети. Валидаторам требуется в среднем 40 и 60 минут, чтобы одобрить транзакции в блокчейн-сети в рамках механизма консенсуса Proof of Work.

Насколько безопасен PoW?

Алгоритм Proof of Work очень безопасен, так как он может противостоять BFT. Кроме того, то, как он работает, делает его еще более безопасным. Кроме того, хэш каждого блока содержит хэш предыдущего, что повышает безопасность и предотвращает любое нарушение блока на блокчейне Proof of Work.

Чтобы изменить блок, майнеры должны создать новый блок с частью предыдущего. Процесс требует участие всех сторон для возобновления работы, которую они выполняют. Таким образом, блокчейн может избежать вмешательства в систему безопасности.

Плюсы и минусы PoW

Плюсы

Минусы

Какие монеты используют Proof of Work?

Биткойн остается самой популярной монетой для использования консенсуса PoW. Однако есть много других монет, которые используют этот алгоритм. Хотя до халвинга биткойн остается прибыльным, многие майнеры сейчас ищут альтернативу, так как майнить блок становится все дороже и сложнее.

Естественно, все начинают спрашивать, какую криптовалюту лучше всего майнить. Вот наш список:

Litecoin: как и биткоин, Litecoin также имеет SegWit, в котором ограничение размера блока увеличивается за счет удаления данных из сети. Что отличает Litecoin от биткоина, так это его молниеносное время транзакций при гораздо более низкой стоимости.

DASH: он может похвастаться более быстрыми, а также более защищенными транзакциями в крипто пространстве. Мгновенные транзакции – еще один плюс для майнеров, чтобы заинтересоваться DASH.

Monero: это еще один популярный альткоин, который использует консенсус PoW. Как криптовалюта с открытым исходным кодом, Monero фокусируется на взаимозаменяемости, конфиденциальности, прозрачности и децентрализации через реестр.

Bitcoin Cash: Это спин-офф альткоин, хард-форк сети Биткоин. Хотя он использует PoW, который может показаться безопасным консенсусом, Bitcoin cash является одной из самых сильно пострадавших жертв атаки 51%.

ZCash: Альткоин направлен на обеспечение конфиденциальности через анонимность, в отличие от других криптовалют. Zcash использует те же самые хэш-функции Proof-of-WorkSHA-256, что и биткойн.

Ethereum Classic: несмотря на то, что Ethereum 2.0 уходит в PoS. Ethereum Classic до сих пор пользуется консенсусом PoW, чтобы обеспечить свою сеть. Однако, из-за небольшого размера блокчейна Ethereum Classic, он более уязвим для атак 51% и такого явления как двойная трата.

Proof of Stake лучше, чем Proof of Work?

В последние годы в криптопространстве все чаще обсуждается Proof of Stake (PoS). Сравнивая PoS и PoW, многие эксперты считают, что PoS, несомненно, лучше, чем PoW. И один из главных аргументов против PoW заключается в том, что он требует больших вычислительных мощностей, огромных трат электроэнергии, а также алгоритм негативно влияет на окружающую среду. Возьмем для примера Биткоин; среднее количество энергии, необходимое для поддержания сети биткоина, больше, чем использует вся страна Швейцария.

Кроме того, консенсус PoW находится под высоким риском централизации. Он был тщательно изучен на предмет его низкой производительности и масштабируемости выполнений транзакций.

Как правило, PoS-алгоритм также обеспечивает лучшие экономические преимущества (дивиденды) для своих пользователей, позволяя им запускать мастернод или помещать монеты на платформу для ставок и мастер-кодов. Это более справедливо и более надежно в долгосрочной перспективе.

Вывод

Как первоначальный механизм консенсуса, PoW представляет собой слияние различных теорий игр, распределенных вычислений, социального консенсуса, рыночной экономики и криптографических доказательств. Этот алгоритм создал технологию блокчейн, позволяющую сетям функционировать с безопасным, устойчивым и распределенным консенсусом.

Независимо от того, будет ли больше блокчейнов переходить на PoS в будущем, PoWвсе равно останется важным открытием для вычислительного дизайна и теорий игр.

Источник