Proof-of-Work в криптовалюте

Proof-of-Work — это механизм достижения консенсуса в блокчейне, при использовании которого участники сети подтверждают транзакции и создают новые блоки, решая криптографические задачи. Для поиска верных значений задействуются вычислительные ресурсы оборудования. Решение, которое соответствует требованиям сети, позволяет добавить блок в цепочку и получить награду в виде конкретной криптовалюты.

История возникновения механизма Proof-of-Work

Концепция механизма Proof-of-Work появилась задолго до создания Bitcoin — в 1993 году. Программисты Синтия Дворк и Мони Наор разработали метод борьбы со спамом и DDoS-атаками. Его суть сводилась к тому, что для отправки электронного письма или обращения к серверу компьютер пользователя должен был совершить математические вычисления. При доставке единичных сообщений происходила секундная задержка. Но для спамера вычисления становились затратными по времени и ресурсам.

Майнинг-пул

Монеты

Расположение

Комиссия

выбор редакции

ViaBTC

5.0

Обзор

Монеты

+14

XMR BCH LTC ETC KAS DASH BSV XEC ZEN RVN CKB HNS LBC

STC

Расположение

Азия

Комиссия

2.3%

выбор редакции

Trustpool

4.9

Обзор

Монеты

+7

LTC KAS

PEP

BELLS

@DOGE

DASH

DINGO

Расположение

Азия, Европа, Россия

Комиссия

1.0%

EMCD

5.0

Обзор

Монеты

+7

XMR LTC ETC KAS DASH BSV RVN

Расположение

Азия, Европа, США

Комиссия

Нет данных

Lincoin

4.5

Обзор

Монеты

Расположение

Океания

Комиссия

2.5%

В 1997 году Адам Бэк независимо разработал и запустил аналогичную систему Hashcash для защиты электронной почты. В ней использовалась функция хеширования: при отправке сообщения требовалось подобрать ответ, который начинался с определенного количества нулей.

Этот механизм консенсуса позволяет синхронизировать распределенные узлы без вмешательства третьей стороны. Он обеспечивает согласованность данных даже при отсутствии доверия между участниками сети.

Принцип работы Proof-of-Work на блокчейне

Механизм Proof-of-Work в блокчейне основан на соревновании между майнерами за нахождение правильного значения nonce. При подстановке решения в блок хеш соответствует заданным условиям: начинается с определенного количества нулей. Для перебора значений участники используют вычислительные ресурсы своих устройств.

Добавление информации в блокчейн осуществляется по заранее определенному алгоритму взаимодействия узлов сети. Последовательность формирования нового блока:

1. Узлы сети собирают необработанные транзакции из мемпула.
2. Формируется заголовок блока, который включает в себя хеш предыдущего.
3. Майнеры начинают подбор nonce, вычисляя хеш заголовка при каждом значении.
4. Найденное корректное значение транслируется в сеть.
5. Остальные узлы проверяют решение и валидность транзакций.
6. Блок добавляется в цепочку. Транзакции считаются подтвержденными, а майнер получает награду в виде монет и комиссий, взимаемых с пользователей.

Чем больше участников добавляется в сеть, тем сложнее подобрать правильный хеш. Это повышает устойчивость блокчейна к атакам, а также его надежность.

Сравнение механизмов Proof-of-Work и Proof-of-Stake

Алгоритмы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS) представляют два разных подхода к достижению консенсуса. Оба механизма направлены на обеспечение безопасности блокчейна и подтверждение транзакций без участия централизованного органа. Но PoW опирается на эксплуатацию оборудования и потребление электроэнергии, а PoS — на удержание определенного количества монет сети.

На что влияет сложность вычисления нового блока

Сложность — это параметр алгоритма Proof-of-Work (PoW), который периодически изменяется для поддержания одинакового времени генерации новых блоков. Для сети Bitcoin показатели пересчитываются примерно каждые две недели. Рост сложности влияет на следующие аспекты:

• Повышение энергопотребления.
• Необходимость покупки более мощного оборудования.
• Уменьшение шансов нахождения блока.
• Увеличение конкуренции между участниками.

PoW в майнинге

PoW в майнинге — это основа процесса добычи криптовалют через конкурентный подбор хеша. Участники сети используют видеокарты или специализированные мощные устройства — ASIC.

Шансы на заработок возрастают при вступлении в пулы. В них майнеры объединяют вычислительные мощности и совместно находят решения. Полученная награда делится пропорционально объему совершенной работы.

Потенциальные уязвимости и атаки на системы PoW

Несмотря на высокий уровень защиты, системы PoW подвержены определенным видам атак. Большинство из них связано с попытками получить контроль над подтверждением транзакций или извлечь выгоду из особенностей работы сети.

Эгоистичный майнинг

При эгоистичном майнинге (selfish mining) крупный пул намеренно скрывает сгенерированные блоки и продолжает строить цепочку, не сообщая остальным участникам. В нужный момент она публикуется и обесценивает работу честных майнеров.

Атака позволяет пулу с хешрейтом менее 51% получать высокие вознаграждения. Для противодействия эгоистичному майнингу применяется рандомизация при выборе между цепочками равной длины.

Двойное расходование

В системах Proof-of-Work в майнинге двойное расходование — это попытка повторно использовать одни и те же монеты. Атакующий отправляет их, получает товар или услугу, а затем публикует альтернативную цепочку, в которой эта транзакция отсутствует.

5 принципов майнинга

Пройти тест и получи скидку на торговую комиссию вместе с книгой о криптовалютах

Пройти опрос

Вероятность успешной двойной траты зависит от количества подтверждений, которые требует получатель. Биржи устанавливают порог в 3 или более подтверждений.

Атака 51%

При концентрации более половины суммарного хешрейта в руках одного участника или пула становится возможной так называемая атака 51%. Она позволяет переписывать историю блоков, проводить двойное расходование и блокировать транзакции. Атака 51% чаще угрожает небольшим или новым блокчейнам, ее жертвами становились Bitcoin Gold и Ethereum Classic.

 Загрузка ...

Разновидности алгоритмов PoW

Криптовалюты на PoW используют разные хеш-функции и алгоритмы доказательства работы. Основные:

• SHA-256. Применяется для Bitcoin и Bitcoin Cash, ориентирован на ASIC-майнинг.
• Scrypt. Используется для Litecoin и Dogecoin. Изначально создавался как устойчивый к ASIC-майнерам за счет высоких требований к памяти, но устройства под него появились позже.
• X11. Алгоритм Dash, применяющий цепочку из 11 хеш-функций, снижает энергопотребление (по сравнению с SHA-256).
• Equihash. На нем работают Zcash, Horizen, Komodo. Ориентирован на GPU-майнинг.
• RandomX. Используется Monero, оптимизирован под CPU, не подходит для ASIC из-за частой смены программы выполнения.
• Primecoin. Алгоритм, в котором доказательством работы служит поиск цепочек простых чисел.

Криптовалюты, работающие на механизме Proof-of-Work

Механизм Proof-of-Work используют наиболее востребованные криптовалюты с высокой капитализацией. Изначально Ethereum работал на PoW, но в 2022 году перешел на Proof-of-Stake.

Применение PoW и перспективы развития

Proof-of-Work в криптовалюте остается одним из самых известных механизмов консенсуса. Его область применения не ограничивается блокчейнами.

Перспективы PoW зависят от внедрения энергоэффективного оборудования и задействования возобновляемых источников энергии. Несмотря на появление новых механизмов консенсуса, различные модификации Proof-of-Work востребованы в блокчейн-сетях, в которых важны высокий уровень безопасности и децентрализация.

Читайте также

Что такое KH/s и GH/s в майнинге

Хешрейт (H/s) — скорость, с которой оборудование для майнинга выполняет вычисления. Этот...

Что такое процесс майнинг

Сегмент IT-бизнеса не отличается от классического предприятия. Однако у технологических компаний...

Что такое пул в майнинге криптовалюты

Еще несколько лет назад добывать цифровые монеты можно было даже на домашнем компьютере. С ростом...

Примеры гибридных технологий

Гибридные решения комбинируют различные методы подтверждения операций и распределения вознаграждений между участниками. К таким технологиям относятся:

• Proof-of-Activity. Блок сначала генерируется путем майнинга, а после подписывается случайными стейкерами.
• Proof-of-Capacity. Вычислительная работа заменяется сканированием данных, заранее записанных на жесткий диск.
• Proof-of-Burn. Монеты сжигаются, что дает право на создание блоков.
• Proof-of-Research. Пользователи предоставляют вычислительные ресурсы для научных расчетов, а взамен получают токены.

Преимущества PoW и проблема энергетической неэффективности

Главное преимущество Proof-of-Work заключается в его устойчивости к атакам. Имеются и другие плюсы:

• Децентрализация.
• Справедливое распределение эмиссии.
• Прозрачность процесса подтверждения транзакций.

Главная критика PoW касается повышенного энергопотребления. Значительная часть энергии, необходимая для функционирования блокчейна Bitcoin, производится из ископаемого топлива, запасы которого не восстанавливаются.

Индустрия нашла решение — переход на возобновляемые источники (использование ГЭС, сожжение попутного газа, применение ветрогенераторов, солнечных батарей, геотермальных ресурсов). Это позволит снизить углеродный след и утилизировать избытки производимой энергии.

Часто задаваемые вопросы

Заместитель главного редактора

Евгений Лукин