Что такое pow

Что такое PoW и PoS?

Механизмы консенсуса составляют основу всех криптовалютных блокчейнов и обеспечивают их безопасность.

В любой блокчейн-сети передаются два основных типа сообщений — транзакции и блоки. Транзакции формируются участниками системы и для их отправки достаточно знать приватный ключ от кошелька. А вот блоки необходимо защищать дополнительно.

В децентрализованных сетях любой её участник может вносить изменения в базу данных, но без дополнительных механизмов защиты это чревато различного рода манипуляциями, поэтому ещё при создании криптовалют были продуманы способы обезопасить блокчейн от подмены данных или проблемы повторной траты средств (double spending). Чтобы блокчейн отражал решение большинства, участникам сети необходимо прийти к соглашению, используя «механизмы консенсуса».

Например, для того, чтобы нельзя было исправить данные в предыдущих блоках информации, используется хэш-функция с захватом подписи предыдущего блока. То есть, чтобы изменить какие-то данные в старых блоках, злоумышленнику придётся пересчитать и все блоки после него, что обычно крайне трудозатратно и экономически нецелесообразно.

Хэш — это произвольный набор букв и цифр,который создаётся при обработке данных через хэш-функцию.Если хэшировать одни и те же данные, то результат будет прежним, однако при изменении хотя бы одной цифры в исходных данных хэш станет абсолютно другим. Также это однонаправленная функция, то есть, видя конечный результат нельзя сказать, какая информация была пропущена через эту функцию.

Блоки создаются особой категорией узлов сети блокчейна — так называемыми узлами консенсуса.

В случае биткойна эти узлы называют майнерами, поскольку они вознаграждаются за майнинг генерацией новых порций криптовалюты. Именно майнеры биткоина формируют его блокчейн, постоянно группируя входящие транзакции в блоки и распространяя их по сети.

Консенсус — это процесс, в ходе которого группа узлов сети определяет, какие транзакции в блокчейне действительны, а какие нет.

Proof of Work (PoW)

PoW стал прародителем всех остальных алгоритмов консенсуса. Впервые он был реализован в Биткоине, но сама концепция появилась задолго до этого. Доказательство работы было описано ещё в начале 90-х и применялось тогда для защиты от спама. Но использование PoW для нахождения консенсуса распределённой сети — и стало определённой инновацией.

Название «доказательство работы» отражает тот факт, что для нахождения блока надо совершить вычислительную работу, ожидаемое количество которой измеримо.

Суть технологии заключается в том, что майнеры должны перетасовывать данные, которые они хотят включить в блок, таким образом чтобы его хэш содержал в начале определённое количество нулей: например, 00000000022f88d2da21bd2802268966050f5a0b031058ce4562939c13727303.

Каждый последовательно идущий ноль в начале хэша усложняет задачу майнерам, поэтому им приходится тратить всё больше вычислительной мощности (совершать работу).

Сложность майнинга заключается в степени трудоёмкости нахождения походящего хэша, который используется для подписи блока. Сложность в сети автоматически корректируется в зависимости от вычислительной мощности, чтобы скорость нахождения новых блоков оставалась примерно на одном уровне.

Актуальный журнал транзакций при механизме PoW представляет из себя цепочку блоков с наибольшей суммарной сложностью. То есть майнеры должны искать новые блоки поверх уже существующих, иначе они будут отброшены остальными участниками сети как недействительные. Хотя, теоретически, никто не запрещает создавать новые блоки на основе какого-то старого блока, но суммарная сложность такой цепочки будет ниже и поэтому такая цепочка будет отброшена.

Иногда случаются технические расщепления блокчейна, если два майнера находят новый блок практически одновременно. В таком случае механизм PoW помогает защитить блокчейн от повторных трат, просто отбрасывая более короткую ветку, оставляя только одну из них актуальной. Именно из-за таких потенциальных расщеплений в сообществе существует негласное правило – ждать не одно, а несколько подтверждений (то есть количества блоков после).

Для биткоина достаточно подождать 3 подтверждения. Считается, что вероятность отбрасывания цепочки из трёх блоков стремится к нулю, поэтому ей уже можно полностью доверять.

Но вычисления, которые выполняются в рамках PoW, не служат никакой общественно-полезной цели, это лишь архитектурная особенность блокчейнов. Иными словами, на майнинг тратится неоправданно много ресурсов, которые можно было бы использовать не на защиту блокчейна, а для решения более насущных проблем человечества.

PoW используют Bitcoin (BTC), Ethereum Classic (ETC), Dogecoin (DOGE), Litecoin (LTC), Monero (XMR), Zcash (ZEC), Dash (DASH) и др.

Proof of Stake (PoS)

На фоне критики PoW сообщество предлагает множество альтернативных алгоритмов консенсуса, которые не требуют «работы». Самая популярная категория таких алгоритмов основана на доказательствах доли (Proof of Stake). Доказательство доли похоже на доказательство работы, только вместо совершения определённой работы автор нового блока показывает, что у него есть необходимая доля токенов сети. Для «майнинга» на PoS достаточно иметь некий запас криптовалюты и просто получать с неё «проценты».

Узлы консенсуса в таких сетях называют валидаторы (вместо майнеров), а сам процесс нахождения консенсуса – стейкингом (вместо майнинга).

Система PoS не требует участия майнеров, использования специального оборудования или массового потребления электроэнергии — хватит обычного персонального компьютера. Поэтому он считается более экологичным.

PoS используют Ethereum (ETH), Cardano (ADA), Algorand (ALGO), Tezos (XTZ) и др.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Но оба рассмотренных механизма имеют как свои плюсы и минусы, поэтому постоянно появляются и другие версии. Например, существует модификация механизма консенсуса PoS, в которой происходит делегирование доли (Delegated Proof of Stake). Такая система опирается на голосование на основе репутации для достижения консенсуса. Пользователи сети «голосуют» за выбор валидаторов из некоего определённого перечня надёжных узлов.

DPoS используют Lisk (LSK), EOS (EOS), Steem (STEEM), Ark (ARK) и др.

Кроме доказательства работы и доли, блокчейн-энтузиасты постоянно экспериментируют и с другими алгоритмами.

Криптобиржа Blocktopia раздает 30 $ новым пользователям до 09.02.23

Proof of Authority (PoA)

«Доказательство репутации» работает путём выбора валидаторов сети на основе репутации. В PoA валидаторы не блокируют свои монеты в стейкинге, а должны поставить на кон свою репутацию за право подтверждать блоки. Это сильно отличается от большинства протоколов блокчейна, которые обычно не требуют раскрытия личности для участия.

Proof of Capacity (PoC) / Proof of Space

Чтобы выступать в качестве валидатора в таких сетях необходимо поделиться своим местом на жёстком диске. Это помогает за вознаграждение делиться неиспользованными ресурсами ПО.

Proof of Elapsed Time (PoET)

Доказательство истёкшего времени используется в блокчейн-сетях с допуском (тех, которые требуют от участников идентифицировать себя). PoET использует доверенные вычисления для обеспечения случайного времени ожидания при создании блока.

Proof of History (PoH)

PoH позволяет встраивать «временные метки» в сам блокчейн, «засекая» прошедшее между транзакциями время без какой-либо необходимости полагаться на другие узлы.

Directed Acyclic Graphs (DAG)

Направленный ациклический граф (DAG) не использует стандартную структуру блокчейна, а обрабатывает транзакции в основном асинхронно.

Узлы распределяют свои транзакции связывая их с другими узлами наугад, поэтому в итоге все транзакции переплетаются друг с другом.

Это теоретически даёт бесконечное количество транзакций в секунду, но и у консенсуса в DAG есть как сильные, так и слабые стороны.

DAG используют Iota, Hashgraph, Raiblocks/Nano и др.

До сих пор не существует универсального метода нахождения консенсуса. Каждый механизм консенсуса имеет свой набор преимуществ и недостатков, поэтому нет единого устоявшегося принципа.

Сообществу только предстоит найти механизм, который удовлетворит всем критериям доверия в распределённых сетях, и при этом будет эффективно использовать вычислительные ресурсы его пользователей.

Алгоритм консенсуса
Proof-of-Work (PoW)
Proof-of-Stake (PoS)

Это доминирующий алгоритм среди крупнейших криптовалют. Его используют Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dogecoin, Bitcoin Cash и Monero [1] .

Как он работает:

Оборудование майнера решает криптографическую задачу, которую перед ним ставит блокчейн. В частности, так появляются новые блоки в цепи: железо должно «разгадать» задачу, чтобы иметь возможность создать следующий блок.

Разгадывание — это простейший перебор миллионов комбинаций кода, требующий однако огромных вычислительных мощностей и создающих доказательство `работы`. Доказательством `работы` же служит уникальное значение (хэш).

Как только майнер его находит, он отправляет хэш другим компьютерам сети на проверку. Другие участники могут верифицировать хэш на соответствие поставленной задаче, но не использовать его для создания блока. Ключ разгадки хэша принадлежит майнеру, что его создал

Особенность хэша в его асимметрии — он достаточно сложен для нахождения майнеру, но прост для проверки остальным участникам сети на соответствие. При этом каждый хэш несет в себе информацию предыдущих блоков сети. Тем самым образуется подтверждение, что все действия были произведены в рамках одного блокчейна.

Давайте визуализируем:

Допустим, вы знаете номер выигрышного билета в лотерее: 351. Было бы неплохо подойти к кассе и попросить билет с этими номерами. Но вы не можете, поскольку билеты выдаются случайным образом. Все, что вы можете сделать — заплатить за билет и надеяться, что получите счастливое число: 351. Если нет — не повезло. Купите другой билет и попробуйте снова.

Хорошая новость заключается в том, что вы можете пробовать столько раз, сколько хотите. Плохая новость заключается в том, что вам придется платить за каждый новый билет.

В лотерее каждый игрок надеется, что он получит выигрышный номер раньше других. Аналогично, каждый майнер надеется, что он сможет создать `выигрышный` хэш раньше других майнеров.

Если майнер нашёл правильный «ответ» первым — он получает вознаграждение в виде криптовалюты блокчейна.

Какие у PoW минусы:

• Первый недостаток — вред экологии. Майнинг поглощает чудовищное количество электроэнергии. Компьютеры быстро изнашиваются, на замену им приходят новые, а старые выбрасываются — так возникают целые свалки деталей.

• Второй недостаток — защита. Proof of Work обеспечивает достаточный уровень безопасности только при наличии большой группы майнеров, конкурирующих за вознаграждение за блок. Если сеть небольшая, остается возможность того, что хакер может получить простое большинство вычислительной мощности и реорганизовать блоки по своему усмотрению. Это также называется атакой 51%.

Альтернативный алгоритм консенсуса PoS (Proof-of-Stake)

Он лишён этих двух минусов, и выглядит более справедливой моделью.

Работоспособность PoS-блокчейна поддерживают валидаторы — владельцы криптовалюты. Они проверяют транзакции пользователей, и если не менее 2/3 валидаторов согласны, что транзакция верна — она включается в новый блок блокчейна.

Валидаторы занимаются только полезной работой (проверкой), а не перебором чисел, поэтому у них нет гонки за производительность, как у майнеров.

Тем не менее, чтобы сеть работала хорошо и быстро, валидаторы должны запускать софт на весьма мощном железе, с постоянным подключением к сети 24/7 и широким интернет-каналом. На ноутбуке не получится.

Как всё работает:

Валидатор дает сети в залог свои монеты, чтобы участвовать в процессе валидации. Ему не нужно `майнить` блоки. Ему лишь нужно создавать блоки и проверять блоки других валидаторов.

С каждой операции валидатор получает вознаграждение. Если будет обнаружено, что он обманул сеть — его накажут и отберут часть залога.

У крупных держателей валюты есть преимущество:

При большом количестве транзакций валидаторов с большИм залогом сеть «назначает» на проверку большего количества блоков. А награда распределяется пропорционально количеству завалидированных блоков.

Но механизм устроен так, чтобы пользователи с кошельком поменьше тоже участвовали в валидации и распределении награды.

Главное преимущество PoS — это скорость.

Многие PoW-блокчейны (например, Биткоин) никогда не смогут обрабатывать транзакции так же быстро, как PoS-блокчейны. А скорость — это ключевой фактор для сети, которая хочет стать интернетом будущего.

Смотрите также Блокчейн

Основная статья:

• Блокчейн (Blockchain)
• Проблемы блокчейна

Блокчейн в России

• Блокчейн в России
• Политика государства по развитию блокчейна в России
• Сквозные технологии цифровой экономики
• Блокчейн в Москве
• Блокчейн в ЦБ России
• МастерчейнЦБ РФ
• Блокчейн в Сбербанке
• Обзор: Блокчейн 2018

Блокчейн в отраслях

• Криптовалюты
• Блокчейн в IoT
• Смарт-контракты
• Блокчейн в банках
• Блокчейн в образовании
• Блокчейн в судах
• Блокчейн в страховании
• Блокчейн в банках России
• Блокчейн в медицине
• Блокчейн в сфере недвижимости
• Блокчейн в строительстве
• Блокчейн в нефтяной отрасли
• Блокчейн в энергетике
• Блокчейн в искусстве
• Блокчейн в оборонной сфере
• Блокчейн в транспортной отрасли

Блокчейн в странах мира

• Инвестиции в блокчейн
• Блокчейн (мировой рынок)
• Блокчейн (рынок Европы)
• Блокчейн в Китае
• Блокчейн на Мальте
• Brazilian Blockchain Network (RBB)

• ICO (Initial Сoin Offering)
• Как оценить ICO
• Краудинвестинг

• NFT (криптографические токены)
• IPChain Сеть транзакций прав и объектов интеллектуальной собственности
• Консорциум R3— R3 управляет консорциумом из более чем 60 крупнейших в мире финансовых институтов для разработки прорывных коммерческих приложений для индустрии финансовых услуг, которые используют соответствующие элементы распределенных и общих реестровых технологий.
• Digital Trade Chain (DTC)
• Эмеркоин Блокчейн-консорциум (Emercoin Consortium)
• Блокчейн–фонд

Инструменты

• Алгоритм консенсуса Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS)
• Hyperledger (Open Ledger Project)
• Hyperledger Iroha

Proof-of-Work

Proof-of-work («PoW«, «доказательство работы«, «пруф оф ворк«) — это часть информации, которую было сложно (времязатратно, дорого) произвести для удовлетворения определенных условий. Проверка же этой информации должна быть максимально проста. Назначение proof-of-work — проверить, что вычисления действительно были осуществлены при создании нового блока.

Описание PoW

Создание консенсуса Proof-of-work может представлять собой случайный процесс с маленькой вероятностью успеха, в течение которого происходит большое количество ошибок. Bitcoin использует так называемую “Hashcash” функцию для доказательства выполнения работы (PoW).

Одно из применений этой идеи – использование Hashcash в качестве метода для предотвращения email-спама – запрашивать PoW содержимого email для каждого письма. Обычные email письма с легкостью смогут сгенерировать PoW содержимого (в силу того, что этот процесс не требует большого количества ресурсов), а вот клиенты, рассылающие спам, столкнутся с проблемой предоставления PoW для миллионов своих писем.

Принцип работы протокола Proof-of-Work

Hashcash функция используется в Bitcoin для создания блоков. Во время майнинга Proof-of-work (PoW), которое привязано к содержимому блока, необходимо для принятия блока системой. Сложность этой задачи варьируется для контроля частоты нахождения блоков. Система запрограммирована таким образом, что бы частота нахождения блоков, в среднем, составляла 1 блок в 10 минут.

В виду того, что процесс нахождения блока весьма трудозатратен и случаен, невозможно с точностью предсказать какой Bitcoin-worker (майнер) решит задачу и найдет блок. Для того, что бы система признала блок истинным необходимо, чтобы его hash составлял значение меньшее по сравнению с текущей целью (target). 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 hash предыдущего блока. Для проведения такого процесса необходимо проделать работу по нахождению всех предыдущих блоков. Высокая сложность этого процесса защищает цепочку блоков (block chain) от несанкционированного доступа и атак типа double-spending.

См. также на BitcoinWiki

• Block chain
• Double-spending
• Блок
• Сложность
• Уязвимости Bitcoin
• Proof-of-stake
• Limited Confidence Proof-of-Activity

Ссылки

Как работает майнинг биткоина. Что такое алгоритм PoW простыми словами

Майнинг криптовалюты — это процесс, который заключается в решении сложных математических задач для подтверждения транзакций и создания новых цифровых монет. Одним из наиболее широко используемых алгоритмов майнинга является Proof of Work (PoW), который обеспечивает безопасный и децентрализованный механизм подтверждения транзакций в сети биткоина или другой криптовалюте, работающей на PoW. В статье рассмотрим, как устроен алгоритм PoW, его преимущества и недостатки, а также некоторые популярные альтернативы, включая его различные вариации, используемые в таких монетах, как Raven и Ergo.

Что такое алгоритм Proof of Work (PoW) простыми словами

Алгоритм Proof of Work (PoW) — это механизм консенсуса, применяемый в майнинге криптовалюты. Проще говоря, он требует от майнеров решения сложных математических задач для проверки и записи транзакций в блокчейн. Каждый блок транзакций содержит уникальную задачу, и тот майнер, который решит ее первым, получает возможность добавить блок в общую цепочку и получить вознаграждение в виде новых монет. Сложность задачи возрастает по мере того, как в работе сети участвует все больше майнеров.

Преимущества PoW

Одним из преимуществ алгоритма PoW является то, что он защищает блокчейн от DDoS-атак, которые пытаются перегрузить сеть фальшивым трафиком. Кроме того, размер вознаграждения за майнинг в виде комиссий относительно невелик, что способствует справедливому распределению монет между майнерами. Награда за найденный блок вдвое уменьшается примерно раз в четыре года, этот процесс называется «халвинг» или «уполовинивание».

Минусы и недостатки PoW

• Атака 51%. Один субъект, контролирующий более 50% вычислительной мощности сети, может взять под контроль блокчейн, что делает его уязвимым для атак.
• Ограничения для графических процессоров. Алгоритм PoW неэффективен для майнинга с помощью видеокарт и требует специализированного оборудования, что может ограничить круг желающих присоединиться к добыче криптовалюты.
• Полезность результатов вычислений. Алгоритм PoW использует значительное количество энергии и вычислительной мощности для решения задач, которые не имеют практического применения за пределами майнинга.
• Крупные майнинговые фермы. Крупные майнинговые фермы со значительной вычислительной мощностью имеют непропорционально большое преимущество в майнинге и могут в дальнейшем монополизировать получение доходов.

Майнинг по алгоритму Proof-of-Work (PoW)

Майнеры используют вычислительные мощности для решения математической задачи, относящейся к каждому блоку транзакций. Эта задача может быть решена только путем перебора различных входных данных до тех пор, пока не будет найдено нужное значение. Первый майнер, решивший задачу, передает решение в сеть, а другие майнеры проверяют его, прежде чем добавить блок в цепочку.

Чтобы добавить блок в блокчейн с алгоритмом PoW, майнер должен первым найти достоверный хеш этого блока, применяя для этого вычислительные ресурсы своего устройства. Машины, созданные специально для выполнения этой функции (ASIC), способны вычислять триллионы уникальных хешей каждую секунду.

Шансы добавить блок в качестве одиночного майнера определяются количеством хешей, которые устройство майнера вычисляет в секунду, по отношению к общему количеству хешей, которые каждую секунду вычисляют все машины в сети. Как правило, блоки добываются крупными пулами, объединяющие мощности тысяч устройств участвующих в пуле пользователей. Крупнейшими из них являются Foundry, AntPool и собственный пул биржи Binance.

Альтернативы PoW

Cуществует несколько других алгоритмов работы криптовалют, которые также набрали популярность благодаря своим потенциальным преимуществам перед PoW.

• Proof of Stake (PoS). В этом алгоритме шанс майнера подтвердить блок зависит от количества монет, которыми он владеет. Этот алгоритм устраняет необходимость в мощных вычислительных ресурсах, необходимых для PoW, что делает его более энергоэффективным. Примерами являются Ethereum (ETH), Cardano (ADA) и Binance Coin (BNB).
• Directed Acyclic Graph (DAG). Этот алгоритм используется в IOTA (MIOTA) и позволяет подтверждать транзакции без необходимости майнерам решать сложные математические задачи. Он основан на структуре Tangle, которая представляет собой сеть отдельных транзакций, которые подтверждаются последующими транзакциями.
• Delegated Proof of Stake (DPoS). Это похоже на PoS, но вместо того, чтобы все держатели монет участвовали в подтверждении блока, они избирают делегатов для выполнения этой задачи. Примерами криптовалют, использующих этот алгоритм, являются EOS (EOS) и Tron (TRX).
• Proof of Capacity (PoC). Этот алгоритм требует от майнеров наличия свободного места на жестком диске, которое они используют для решения математических уравнений. Chia (XCH) — криптовалюта, использующая этот алгоритм и стремящаяся быть более экологичной, чем криптовалюты на основе PoW.

Существуют и другие вариации алгоритма PoW, такие как X16R, который использует монета Ravencoin, или Autolykos у монеты Ergo. Они также созданы для устранения ограничений традиционного алгоритма PoW и повышение эффективности майнинга.

Proof of Work — это фундаментальный алгоритм, который широко используется для защиты блокчейна, позволяя майнерам решать сложные математические задачи и зарабатывать вознаграждение в криптовалюте. Несмотря на преимущества, главным из которых является его проверенная годами надежность, у него есть и минусы, включая возможность атак 51% и концентрацию власти в руках крупных майнинговых ферм.

По мере развития технологии можно ожидать появления дальнейших инноваций и альтернатив PoW, которые обладают различными преимуществами и недостатками. В конечном итоге выбор алгоритма будет зависеть от множества факторов, включая конкретные потребности и цели сети и ее пользователей.

Больше новостей о криптовалютах вы найдете в нашем телеграм-канале РБК Крипто