Що таке Proof-of-Work (PoW) простими словами?

Що таке Proof-of-Work?

Proof-of-Work (з англ. «доказ роботи») — це алгоритм досягнення консенсусу в блокчейні. Головними його учасниками є майнери. За допомогою апаратних пристроїв вони обробляють транзакції користувачів і додають їх у блоки. Останні потім включаються в блокчейн.

У момент створення блоку транзакцій інформація в ньому шифрується у вигляді набору цифр і символів — хеша(приклад). Завдання ж майнерів — шляхом математичних обчислень підібрати правильний хеш.

Перший майнер, який зробить це, зможе включити блок транзакцій у блокчейн і отримати винагороду в криптовалюті. Після цього відбувається робота над підбором хеша для наступного блоку. При цьому складність майнінгу в різний час може як збільшуватися, так і зменшуватися залежно від кількості підключених до мережі майнерів і потужності їхніх пристроїв.

Такий алгоритм дає змогу забезпечити високий рівень безпеки системи. Щоразу майнери зобов’язані здійснювати складні обчислення, змагаючись один з одним. Це є гарантією того, що дані в блокчейні будуть вірними.

Хто розробив алгоритм PoW?

Концепцію Proof-of-Work розробили програмісти Синтія Дворк і Моні Наор у 1993 році. У їхній роботі Pricing via Processing or Combatting Junk Mail не було згадки словосполучення Proof-of-Work, але була ідея необхідності визначення хешу для внесення даних до реєстру (блокчейн).

У 1999 році Маркос Якобссон і Арі Джуелс опублікували іншу роботу. У ній уже повністю описано принцип роботи алгоритму і представлено назву Proof-of-Work.

Однак перша імплементація ідеї відбулася раніше — у 1997 році. Тоді програміст Адам Блек створив систему Hashcash, яка використовувала цей алгоритм.

Переваги та недоліки PoW

Як і будь-яка технологія, Proof-of-Work має свої плюси та мінуси.

Переваги алгоритму PoW:

• високий рівень безпеки транзакцій;
• можливість кожному взяти участь у роботі блокчейна, підключивши до його мережі апаратний пристрій.

Недоліки Proof-of-Work:

• повільна обробка транзакцій. Необхідність щоразу підбирати хеш блоку зменшує швидкість роботи блокчейна;
• подорожчання апаратних пристроїв для майнінгу. Через конкуренцію серед галузевих гравців, а також зростання складності мережі, майнери змушені купувати й обслуговувати дедалі дорожчі пристрої. Через це користувачі, які не володіють достатнім ресурсом, не можуть заробляти на цьому;
• високе споживання електроенергії. Ще 2021 року було зафіксовано, що щодня на майнінг біткоїна витрачається більше електрики, ніж споживає Аргентина.

Найбільші криптовалюти на алгоритмі PoW

Proof-of-Work є першим алгоритмом консенсусу. Тому на ньому працюють переважно старі блокчейни:

Біткоїн (BTC)

Блокчейн біткоїна є першим вдалим застосуванням алгоритму Proof-of-Work. Представлений 2009 року користувачем або групою осіб під псевдонімом Сатоші Накамото. З моменту запуску залишається найбільш висококапіталізованою криптовалютою.

Максимальна пропозиція біткоїна обмежена 21 млн монет. На момент написання видобуто близько 19,5 млн BTC, а нагорода за генерацію нового блоку становить 6,25 BTC. Але кожні чотири роки нагорода зменшується вдвічі. Наступний халвінг відбудеться орієнтовно у квітні 2024 року.

Bitcoin Cash (BCH)

Блокчейн Bitcoin Cash є форком біткоїна, який з’явився у 2017 році. Сталося це через розбіжності всередині спільноти щодо подальшого розвитку проєкту після зникнення Сатоші Накамото.

Bitcoin Cash має таку саму максимальну емісію і нагороди за майнінг, а також графік халвінгу. Головна відмінність — вища швидкість обробки транзакцій (116 за секунду проти семи у біткоїна).

Ethereum Classic (ETC)

Ethereum Classic з’явився після злому децентралізованої автономної організації The DAO на блокчейні Ethereum у 2016 році. Застосунок залучив від користувачів $150 млн, хакери вивели зі смарт-контрактів $70 млн. Через це розробники Ethereum вирішили «відкотити» блокчейн до моменту злому, щоб повернути кошти користувачів.

Частина спільноти з цим не погодилася, оскільки це порушувало принципи роботи блокчейна. Тому того ж 2016 року від блокчейна відокремилася мережа Ethereum Classic.

На момент написання Ethereum Classic продовжує працювати на протоколі Proof-of-Work, тоді як Ethereum уже встиг перейти на Proof-of-Stake (PoS).

Litecoin (LTC)

Криптовалюта LTC працює в мережі Litecoin із застосуванням Proof-of-Work. Розроблена 2011 року колишнім співробітником Google Чарлі Лі. Для створення було використано доопрацьований програмний код біткоїна.

Основна ідея проєкту — мати блокчейн і криптовалюту, яка перевершує біткоїн за всіма показниками. Наприклад, у швидкості обробки транзакцій (56 за секунду) і низькій вартості комісій.

Dogecoin (DOGE)

Мем-криптовалюта, яку вигадали у 2013 році ентузіасти Біллі Маркус і Джексон Палмер. У створенні використовувався змінений код блокчейна Litecoin. Під час запуску Dogecoin не мав кінцевої мети. Розробникам просто здалося «прикольним» створити криптовалюту з використанням мема.

Але 2021 року завдяки згадкам проєкту Ілоном Маском в X (раніше — Twitter) криптовалюта стала популярною. Того ж року через вісім років після початку роботи команда випустила свою дорожню карту.

Криптовалюта має необмежену емісію, через що її вартість схильна до інфляції.

Майбутнє PoW

Proof-of-Work справно виконує свою функцію. Але алгоритм має проблеми з масштабованістю, а через принцип роботи майнінгу швидкість опрацювання транзакцій сильно обмежена.

Також залишаються побоювання щодо високого споживання електроенергії майнерами. Тому на рівні Євросоюзу, а також окремих штатів у США вже ухвалюють рішення про обмеження і контроль за галуззю.

Наприклад, згідно з профільним законом, у Казахстані майнерів зобов’язують дотримуватися певних квот і звітувати про це регулятору.

З цих причин до моменту написання нові блокчейни (Sui, Aptos, Sei) вважають за краще використовувати Proof-of-Stake (PoS) як протокол досягнення консенсусу. У 2022 році на нього також перейшов Ethereum.

Але це не означає, що PoW взагалі зникне з ринку. Той же біткоїн досі залишається головною криптовалютою. Розробники не збираються переводити проєкт на інший алгоритм. Зокрема через високий рівень безпеки.

Імовірно, вплив Proof-of-Work буде з кожним роком знижуватися, але його все одно використовуватимуть мережі на кшталт біткойна, Litecoin і Bitcoin Cash.

Порівняння Proof-of-Work і Proof-of-Stake

Згаданий раніше Proof-of-Stake є одним із найпопулярніших алгоритмів досягнення консенсусу. При цьому він значно відрізняється від PoW.

Енергоспоживання і вартість обладнання

У Proof-of-Work майнери постійно змагаються в підборі хеша, щоб отримати винагороду. Це змушує їх використовувати все дорожче обладнання і споживати більше електроенергії, що збільшує фінансові витрати.

У Proof-of-Stake валідатори отримують право на додавання блоку транзакцій і винагороду через стейкінг. Тобто вони зобов’язані заблокувати в мережі певну кількість криптовалюти, щоб мати шанс бути обраним для оплачуваної роботи в блокчейні.

Алгоритм вибирає валідатора випадковим чином. Але що більше криптовалюти внесе в стейкінг валідатор, то вищий його шанс на отримання нагороди за роботу.

Цей механізм виключає постійні технологічні перегони і знижує споживання електроенергії.

Децентралізація і безпека

Proof-of-Work вважається більш безпечним, тому що майнери змушені змагатися один з одним. Потенційно у нього є проблеми з децентралізацією, оскільки гравці можуть об’єднуватися в пули для спільної діяльності. У теорії можна захопити контроль над блокчейном, якщо в руках групи осіб опиниться 51% сукупного хешрейту мережі. Але така ймовірність дуже низька, тому що інші учасники також нарощуватимуть потужності.

Proof-of-Stake же пропонує користувачам впливати на роботу блокчейна не шляхом майнінгу, а через стейкінг. Теоретично це нівелює недоліки PoW. Але в реальності «контрольний пакет» токенів можуть скупити великі інвестори. Після цього вони зможуть повністю керувати і змінювати роботу блокчейна. Не кажучи вже про те, що самі розробники можуть мати достатню кількість монет для контролю за блокчейном. Тож PoS має дуже великі ризики в розрізі децентралізації та безпеки.

Швидкість обробки транзакцій

Оскільки Proof-of-Stake не вимагає дорогого підбору хеша блоку транзакцій, то він технічно здатний швидше обробляти транзакції, ніж на Proof-of-Work.

Що таке Proof-of-Burn (PoB)?

Крім Proof-of-Stake і Proof-of-Work існують й інші алгоритми. Одним із них є Proof-of-Burn.

Його ідея полягає в тому, що учасники мережі повинні постійно «спалювати» криптовалюту, щоб отримати шанс на додавання блоку транзакцій у блокчейн. Під «спалюванням» розуміється надсилання токенів на спеціальну адресу без можливості коли-небудь отримати до неї доступ. Операція виводить активи з обороту. Що більше учасник «спалить» криптовалюти, то більша ймовірність, що його оберуть для додавання блоку й отримання нагороди.

Витрати на роботу блокчейна сильно знижуються, тому що учасники не підбирають хеші. Оскільки з обороту постійно виводиться криптовалюта, це чинить дефляційний тиск на її котирування.

Висновки

Proof-of-Work — це алгоритм досягнення консенсусу, який дає змогу налагодити безпечну роботу блокчейна для його учасників. Він став першим робочим протоколом консенсусу і досі має найкращі показники безпеки.

При цьому PoW має недоліки через зростання популярності криптовалют. Тому сьогодні він використовується в старіших блокчейнах, а йому на зміну приходять нові алгоритми. Одним із них став Proof-of-Stake, який використовується практично у всіх нових блокчейнах.

• Proof-of-Work — це алгоритм досягнення консенсусу в блокчейні. Головні учасники роботи Proof-of-Work — майнери.
• Майнери за допомогою апаратних пристроїв підбирають унікальний зашифрований набір символів і цифр (хеш), щоб помістити блок транзакцій у блокчейн. Хто перший це зробить — отримає нагороду в криптовалюті.
• Proof-of-Work має високий рівень безпеки та децентралізації, але потребує постійних витрат на обслуговування обладнання та електроенергію.