Kluczowe dania na wynos

  • Proof of Work (PoW) to mechanizm konsensusu stworzony w celu zapobiegania podwójnym wydatkom w cyfrowych systemach płatności.

  • PoW jest kluczową częścią procesu wydobycia, który polega na dodawaniu nowych bloków transakcji do blockchaina i tworzeniu nowych jednostek kryptowaluty.

  • Bitcoin i wiele innych kryptowalut wykorzystuje PoW jako metodę zabezpieczania swojej sieci i danych blockchain.

Wstęp

W skrócie Proof of Work (PoW) to mechanizm stworzony, aby zapobiegać podwójnym wydatkom w cyfrowych systemach płatności. Bitcoin i wiele innych kryptowalut wykorzystuje PoW jako metodę zabezpieczania swojej sieci i danych blockchain. Takie mechanizmy są często określane jako algorytmy konsensusu lub mechanizmy konsensusu, ponieważ angażują wiele stron osiągających konsensus bez konieczności wzajemnego zaufania.

Proof of Work był pierwszym algorytmem konsensusu, który się pojawił i pozostaje jednym z najważniejszych, obok Proof of Stake (PoS). PoW został wprowadzony przez Satoshi Nakamoto w białej księdze Bitcoina z 2008 roku, ale sama technologia została opracowana dużo wcześniej.

HashCash Adama Backa to wczesny przykład algorytmu Proof of Work z czasów przed pojawieniem się kryptowaluty. Wymagając od nadawców wykonania niewielkiej ilości obliczeń przed wysłaniem wiadomości e-mail, odbiorcy mogą ograniczyć spam. Obliczenia te nie kosztowałyby praktycznie nic legalnego nadawcy, ale szybko zwróciłyby się w przypadku kogoś, kto masowo wysyła e-maile.

Co to jest podwójne wydatki?

Podwójne wydatki mają miejsce, gdy te same środki są wydawane więcej niż raz. Termin ten jest używany niemal wyłącznie w kontekście pieniądza cyfrowego – w końcu ciężko byłoby wydać dwukrotnie tę samą fizyczną gotówkę.

Płacąc dzisiaj za kawę, przekazujesz gotówkę kasjerowi, który prawdopodobnie zamyka ją w kasie. Nie możesz iść do kawiarni po drugiej stronie ulicy i zapłacić za kolejną kawę tym samym rachunkiem. Jednak w cyfrowych systemach gotówkowych istnieje taka możliwość.

Z pewnością zduplikowałeś plik komputerowy przed użyciem poleceń kopiowania i wklejania. Możesz także łatwo wysłać ten sam plik e-mailem do kilkudziesięciu osób. Ponieważ pieniądze cyfrowe to tylko dane, należy zapobiegać podwójnemu wydatkowi, czyli kopiowaniu i wydawaniu tych samych jednostek w różnych miejscach. Cyfrowy system płatności, który nie zapobiegnie podwójnym wydatkom, upadnie w mgnieniu oka.

Więcej informacji na temat podwójnych wydatków znajdziesz w artykule Wyjaśnienie podwójnych wydatków.

Dlaczego dowód pracy jest konieczny?

Jeśli przeczytałeś nasz artykuł o technologii blockchain, wiesz, że użytkownicy kryptowalut nieustannie transmitują transakcje do sieci. Transakcje te nie są jednak od razu uznawane za ważne. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy zostaną potwierdzone i dodane do łańcucha bloków.

Na przykład blockchain Bitcoin działa jako publiczna baza danych transakcji (księga), którą każdy użytkownik może zobaczyć. Wyobraź sobie to tak: ty i trójka znajomych macie notatnik do śledzenia transakcji bitcoinami. Za każdym razem, gdy ktoś z Was chce dokonać przekazania wartości, zapisuje to:

Alicja płaci Bobowi 5 BTC; Bob płaci Carol 2 BTC itp.

Jednak za każdym razem, gdy dokonujesz transakcji, odnosisz się do transakcji, z której pochodziły środki. Tak więc, jeśli Bob płacił Carol 2 BTC, wpis wyglądałby w rzeczywistości następująco:

Bob płaci Carol 2 BTC pochodzące z wcześniejszej transakcji z Alice.

Teraz mamy sposób na śledzenie jednostek BTC. Jeśli Bob spróbuje dokonać kolejnej transakcji przy użyciu tych samych 2 BTC, które właśnie wysłał Carol, wszyscy natychmiast się o tym dowiedzą. Grupa nie pozwoli na dodanie transakcji do notatnika, ponieważ te 2 BTC zostały już wydane.

To może dobrze działać w małej grupie. Wszyscy się znają, więc zapewne dojdą do porozumienia, który ze znajomych powinien dodać transakcje do notatnika. A co jeśli chcemy grupę 10 000 uczestników? Pomysł z notatnikiem nie jest dobrze skalowalny, ponieważ nikt nie chce ufać nieznajomemu, że będzie nim zarządzał.

W tym miejscu pojawia się Proof of Work. Zapewnia, że ​​użytkownicy nie wydają pieniędzy, do których nie mają prawa. Wykorzystując połączenie teorii gier i kryptografii, algorytm PoW umożliwia każdemu aktualizację blockchainu zgodnie z zasadami systemu.

Jak działa PoW?

Wyobraź sobie, że naszym notatnikiem z powyższego przykładu jest blockchain. Ale nie dodajemy transakcji jedna po drugiej – zamiast tego łączymy je w bloki. Ogłaszamy transakcje w sieci, a następnie użytkownicy tworzący blok uwzględnią je w bloku kandydującym. Transakcje zostaną uznane za ważne dopiero wtedy, gdy ich blok kandydujący stanie się blokiem potwierdzonym, co oznacza, że ​​został dodany do bazy danych blockchain.

Proces zatwierdzania transakcji i dodawania nowych bloków nazywa się eksploracją. Jest to kosztowne i trudne, ale może być również satysfakcjonujące. Nagroda za blok składa się z opłat transakcyjnych od użytkowników i zupełnie nowych bitcoinów utworzonych przez protokół.

Mechanizm Proof of Work wymaga, aby górnik (użytkownik tworzący blok) zainwestował zasoby, takie jak energia elektryczna i moc obliczeniowa, w celu zaszyfrowania danych kandydującego bloku do czasu znalezienia rozwiązania zagadki.

Mieszanie danych bloku oznacza przepuszczenie ich przez funkcję mieszającą w celu wygenerowania skrótu bloku. Hash bloku działa jak „odcisk palca” – stanowi tożsamość danych wejściowych i jest unikalny dla każdego bloku.

Innymi słowy, górnik musi zweryfikować i zebrać oczekujące transakcje, zorganizować je w blok kandydujący i przekazać dane bloku przez funkcję mieszającą, aby utworzyć prawidłowy skrót. Jeśli uda im się znaleźć prawidłowy skrót do swojego bloku kandydującego, rozgłaszają go do sieci, dodają blok do łańcucha bloków i odbierają nagrody za wydobycie.

Kiedy górnik rozgłasza swój kandydujący blok i skrót do sieci, inni uczestnicy sieci powtórzą proces mieszania, aby sprawdzić, czy dane wyjściowe są rzeczywiście prawidłowe.

Chociaż znalezienie prawidłowego skrótu wymaga niezliczonych prób mieszania, sprawdzenie, czy wygenerowany skrót jest poprawny, jest banalne. Muszą po prostu przesłać te same dane wejściowe (dane blokowe) za pomocą funkcji skrótu i ​​sprawdzić, czy dane wyjściowe są takie same.

W Proof of Work musisz podać dane, których hash spełnia określone warunki. Ale nie wiesz, jak się tam dostać. Jedyną opcją jest przekazanie danych przez funkcję skrótu i ​​sprawdzenie, czy spełniają one warunki. Jeśli tak nie jest, będziesz musiał nieco zmienić swoje dane, aby uzyskać inny skrót. Zmiana choćby jednego znaku w danych spowoduje zupełnie inny wynik, dlatego nie można przewidzieć, jaki będzie wynik.

W rezultacie, jeśli chcesz utworzyć blok, grasz w zgadywanie. Zwykle pobierasz informacje o wszystkich transakcjach, które chcesz dodać, oraz inne ważne dane, a następnie mieszasz je wszystkie razem. Ponieważ jednak Twój zbiór danych się nie zmieni, musisz dodać informację, która jest zmienna. W przeciwnym razie zawsze otrzymasz ten sam skrót jako wynik. Te zmienne dane nazywamy wartością jednorazową. Jest to liczba, którą będziesz zmieniać przy każdej próbie, więc za każdym razem otrzymasz inny skrót.

Podsumowując, eksploracja to proces gromadzenia danych typu blockchain i mieszania ich z wartością jednorazową, aż do znalezienia konkretnego skrótu. Jeśli znajdziesz hash spełniający warunki określone przez protokół, otrzymasz prawo do rozgłoszenia nowego bloku w sieci. W tym momencie pozostali uczestnicy sieci aktualizują swoje łańcuchy bloków, aby uwzględnić nowy blok.

W przypadku głównych kryptowalut dzisiaj warunki są niezwykle trudne do spełnienia. Im wyższy współczynnik mieszania w sieci, tym trudniej jest znaleźć prawidłowy skrót. Ma to na celu zapewnienie, że bloki nie zostaną znalezione zbyt szybko.

Jak możesz sobie wyobrazić, próba odgadnięcia ogromnych ilości skrótów może być kosztowna na twoim komputerze. Marnujesz cykle obliczeniowe i energię elektryczną. Ale protokół nagrodzi Cię kryptowalutą, jeśli znajdziesz prawidłowy skrót.

Podsumujmy to, co wiemy do tej pory:

  • Wydobywanie jest trudne i kosztowne, ale zapewnia bezpieczeństwo sieci.

  • Górnicy, którym uda się wyprodukować prawidłowy blok, zostaną nagrodzeni nowo wyemitowanymi kryptowalutami i opłatami transakcyjnymi.

  • Wygenerowanie prawidłowego skrótu wymaga czasu, ale inni użytkownicy mogą łatwo sprawdzić jego ważność, powtarzając proces mieszania.

Jak na razie dobrze. Ale co, jeśli spróbujesz oszukać? Co Cię powstrzymuje przed umieszczeniem w bloku kilku fałszywych transakcji i utworzeniem prawidłowego skrótu?

Tutaj właśnie pojawia się kryptografia klucza publicznego. W tym artykule nie będziemy wchodzić w szczegóły, ale sprawdź Co to jest kryptografia klucza publicznego? aby przyjrzeć się temu kompleksowo. Krótko mówiąc, istnieje kilka sprytnych sztuczek kryptograficznych, które pozwalają każdemu użytkownikowi sprawdzić, czy ktoś ma prawo przenieść środki, które próbuje wydać.

Tworząc transakcję, podpisujesz ją. Każdy w sieci może porównać Twój podpis z kluczem publicznym i sprawdzić, czy są one zgodne. Sprawdzą także, czy rzeczywiście jesteś w stanie wydać swoje środki i czy suma Twoich nakładów jest wyższa niż suma wyników (tzn. czy nie wydajesz więcej, niż masz).

Każdy blok zawierający nieprawidłową transakcję zostanie automatycznie odrzucony przez sieć. Nawet próba oszukania jest kosztowna. Zmarnujesz własne zasoby bez żadnej nagrody.

Na tym polega piękno Proof of Work: oszukiwanie jest kosztowne, ale uczciwe działanie opłaca się. Każdy racjonalnie myślący górnik będzie szukał zwrotu ze swojej inwestycji, zatem można oczekiwać, że będzie zachowywał się w sposób, który z większym prawdopodobieństwem przyniesie dochód.

Dowód pracy (PoW) a dowód stawki (PoS)

Oprócz PoW istnieje wiele algorytmów konsensusu, ale jednym z najpopularniejszych jest Proof of Stake (PoS). Koncepcja sięga 2011 roku i została wdrożona w Ethereum i kilku innych protokołach.

W systemach Proof of Stake górnicy są zastępowani walidatorami. Nie ma w tym żadnego górnictwa ani wyścigu w odgadywaniu skrótów. Zamiast tego użytkownicy są wybierani losowo – jeśli zostaną wybrani, muszą zaproponować (lub „sfałszować”) blok. Jeśli blokada jest ważna, otrzymają nagrodę składającą się z opłat z transakcji bloku.

Nie można jednak wybrać dowolnego użytkownika – protokół wybiera go na podstawie wielu czynników. Aby się zakwalifikować, uczestnicy muszą zablokować stawkę, która jest z góry określoną kwotą rodzimej waluty blockchainu. Stawka działa jak kaucja: tak jak oskarżeni wpłacają dużą sumę pieniędzy, aby zniechęcić ich do opuszczania rozprawy, tak walidatorzy blokują stawkę, aby zniechęcić ich do oszukiwania. Jeśli postąpią nieuczciwie, ich stawka (lub jej część) zostanie odjęta.

Proof of Stake ma pewne zalety w porównaniu z Proof of Work. Najbardziej zauważalną cechą jest mniejszy ślad węglowy – ponieważ w PoS nie ma potrzeby stosowania farm wydobywczych o dużej mocy, zużywana energia elektryczna stanowi tylko ułamek energii zużywanej w PoW.

To powiedziawszy, PoS nie ma takich samych osiągnięć jak PoW. Chociaż może to być postrzegane jako marnotrawstwo, wydobywanie jest jedynym algorytmem konsensusu, który był testowany w boju od ponad dekady. Od momentu uruchomienia Bitcoin PoW zabezpieczył transakcje warte biliony dolarów. Aby z całą pewnością stwierdzić, czy PoS może konkurować z jego bezpieczeństwem, stakowanie należy odpowiednio przetestować w dłuższej perspektywie.

Zamykające myśli

Proof of Work był oryginalnym rozwiązaniem problemu podwójnych wydatków i okazał się niezawodny i bezpieczny. Bitcoin udowodnił, że nie potrzebujemy scentralizowanych podmiotów, aby zapobiec dwukrotnemu wydaniu tych samych środków. Dzięki sprytnemu wykorzystaniu kryptografii, funkcji skrótu i ​​teorii gier uczestnicy zdecentralizowanego środowiska mogą uzgodnić stan finansowej bazy danych.

Dalsze czytanie

  • Co to jest wydobywanie kryptowalut i jak to działa?

  • Co to jest kryptografia klucza publicznego?

  • Co to jest algorytm konsensusu Blockchain?

Zastrzeżenie: Ta treść jest prezentowana w stanie „takim, jakim jest” wyłącznie w celach informacyjnych i edukacyjnych, bez jakichkolwiek oświadczeń ani gwarancji. Nie należy jej interpretować jako porady finansowej, prawnej lub innej profesjonalnej, ani nie ma na celu rekomendowania zakupu jakiegokolwiek konkretnego produktu lub usługi. Powinieneś zasięgnąć porady u odpowiednich profesjonalnych doradców. Jeśli artykuł został napisany przez osobę trzecią, pamiętaj, że wyrażone poglądy należą do osoby trzeciej i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy Binance Academy. Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o zapoznanie się z naszym pełnym zastrzeżeniem tutaj. Ceny aktywów cyfrowych mogą być zmienne. Wartość Twojej inwestycji może spaść lub wzrosnąć, a Ty możesz nie odzyskać zainwestowanej kwoty. Ponosisz wyłączną odpowiedzialność za swoje decyzje inwestycyjne, a Binance Academy nie ponosi odpowiedzialności za jakiekolwiek straty, które możesz ponieść. Materiał ten nie powinien być interpretowany jako porada finansowa, prawna lub inna profesjonalna. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z naszymi Warunkami użytkowania i Ostrzeżeniem o ryzyku.