Алгоритм Proof of Work

Proof of Work (PoW) - это оригинальный алгоритм консенсуса, применяемый в сетях блокчейн. Он используется для подтверждения транзакций и добавления в цепочку новых блоков. С помощью PoW майнеры конкурируют друг с другом за обработку транзакций в сети и получение соответствующего вознаграждения.

Пользователи сети пересылают друг другу цифровые монеты, а децентрализованный реестр собирает все транзакции в блоки. Подтверждение транзакций и добавление блоков в цепочку должны производиться с особой тщательностью, ответственность за это несут майнеры. Принцип их работы сводится к решению сложной математической задачи, решение которой можно легко доказать.

Что понимается под математической задачей?

Это задача, для решения которой требуются значительные вычислительные мощности, например:

• хэш-функция, то есть нахождение входных параметров на основании выходных;
• факторизация целых чисел, то есть представление какого-то числа в виде произведения двух других чисел;
• протокол задачи пошагового руководства. Если сервер заподозрит DoS-атаку, он потребует вычисления хэш-функции несколькими узлами в определенном порядке. В этом случае задача сводится к поиску цепочки значений хэш-функции.

Ответ на задачу PoW или математическое уравнение называется хэшем. По мере расширения сети, вычисления становятся все более сложными. Для решения алгоритмов требуются все большие и большие мощности хэширования. Таким образом, сложность задания играет важную роль.

Почему важна сложность?

От нее зависят точность работы и скорость сети блокчейн. Но задачи не должны быть слишком сложными, так как это может значительно увеличить время генерирования блоков. Будут накапливаться не исполненные транзакции, и их поток на какое-то время будет зависать. Если подобную проблему не решить в кратчайшие сроки, то генерирование новых блоков будет практически невозможным.

С другой стороны, слишком простая задача будет чересчур уязвимой и недостаточно защищенной от DoS-атак и спама. Решение должно быть легко проверяемым. Иначе не все узлы смогут проанализировать правильность вычислений. Придется довериться другим узлам, что нарушает принцип прозрачности, а это - одна из главных особенностей технологии блокчейн.

Сложность задачи зависит от количества пользователей, доступной на данный момент вычислительной мощности и загрузки сети. Хэш каждого блока содержит хэш предыдущего блока, что повышает безопасность и предотвращает взлом блока. Если майнеру удается решить задачу, формируется новый блок. Транзакции записываются в этот блок и считаются подтвержденными.

Где применяется Proof of Work?

Алгоритм Proof of Work используется во многих криптовалютах. Наиболее известное его применение – система Биткоин. Именно в ней данный алгоритм был применен впервые. В качестве задачи используется Hashcash. Этот алгоритм позволяет менять сложность задачи в зависимости от общей вычислительной мощности сети. Среднее время формирования блока составляет 10 минут. Аналогичная система используется и в других криптовалютах, построенных на базе биткоина.

Еще один крупный проект, использующий PoW, - Ethereum. Учитывая, что почти три четверти всех проектов реализуется на платформе Ethereum, можно смело утверждать, что большинство блокчейн-приложений используют модель, построенную на консенсусе PoW.

Преимущества Proof of Work

Главными преимуществами алгоритма консенсуса PoW являются его защищенность от DoS-атак и низкая зависимость майнинговых возможностей пользователя от доли принадлежащих ему монет.

Защита от DoS-атак. Алгоритм Proof of Work накладывает определенные ограничения на действия в сети. Для выполнения любых действий требуются значительные усилия. Для проведения результативной атаки необходимы большая вычислительная мощность и время на проведение вычислений. Поэтому атака в принципе возможна, но не имеет смысла, так как ее стоимость будет очень высокой.

Майнинговые возможности пользователя. Не имеет значения, сколько денег у вас в кошельке. Главное - иметь большие вычислительные мощности для решения задач и формирования новых блоков. Таким образом, ответственность за принятие всех решений в сети не перекладывается на обладателей крупных капиталов.

Недостатки Proof of Work

Главные недостатки - это высокие затраты, "бесполезность" вычислений и возможность проведения т. н. "атак 51%".

Высокие затраты. Процесс майнинга требует использования специализированного оборудования. Учитывая необходимость значительных затрат, подавляющее большинство майнеров может заниматься добычей криптовалюты только в составе специальных майнинг-пулов. Оборудование потребляет огромное количество энергии, что еще больше увеличивает расходы. Высокий уровень затрат угрожает привести к централизации систем, что станет потерей их главного преимущества. На примере биткоина легко можно увидеть, что для генерирования новых блоков майнеры выполняют огромную работу, потребляя много энергии. Однако их вычисления не могут быть применены ни для каких других целей. Они обеспечивают безопасность сети, но не могут использоваться в корпоративной, научной или иной области.

Атака 51%, или атака большинства. Это случай, когда пользователь или группа пользователей контролирует большую часть майнинговой мощности. Злоумышленники стремятся получить мощность, которой будет достаточно для контролирования большинства событий в сети. Это позволяет им монополизировать генерирование новых блоков и получение вознаграждения, так как они могут не позволить другим майнерам создавать блоки. Используя атаку 51%, злоумышленники могут отменять транзакции.

Атака 51% считается невыгодной. Для ее проведения необходимо иметь огромные вычислительные мощности. Если о такой попытке станет известно широкой публике, сеть будет скомпрометирована, и пользователи начнут из нее уходить. Это неизбежно приведет к падению цены криптовалюты и украденные средства обесценятся.