Что такое алгоритм консенсуса Proof-of-Work и в чём его особенности?

Команда биржи CoinEx предлагает очередной образовательный материал, считая важным доносить до пользователей криптовалют информацию о базовых понятиях индустрии.

Что такое Proof-of-Work?

Алгоритм Proof-of-Work (с англ. подтверждение работы) – это совокупность правил, в соответствии с которыми в распределённом реестре или блокчейне происходит подтверждение транзакций и унификация их единой версии во всех копиях, которые хранят отдельные ноды (узлы).

Чаще всего это название употребляется в сочетании с биткоином, так как именно эту модель с рядом усовершенствований Сатоши Накамото использовал для создания первой децентрализованной криптовалюты.

Этот алгоритм консенсуса или всеобщего согласия нод также используют такие криптовалюты, как Litecoin (LTC), Bitcoin Cash (BCH), Bitcoin SV (BSV), Dogecoin (DOGE), Ethereum Classic (ETC), Monero (XMR), Zcash (ZEC), Kadena (KDA) и другие.

Кстати, почти все эти криптовалюты представлены на торговой платформе CoinEx.

История его создания

Сама технология была предложена криптографом и будущим основателем компании Blockstream Адамом Бэк HashCash в его проекте Hashcash в 1997 году, целью которого была защита от DDOS-атак и спама в рассылках по электронной почте.

Сатоши Накамото использовал идею Hashcash, добавив к ней технологию блокчейн, механизм изменяющейся сложности в зависимости от общей мощности участников сети и защиту от двойного расходования средств, что особенно актуально для цифровых валют.

Принцип работы

Отдельные узлы распределённой сети, соревнуясь в скорости, стремятся «обнаружить» или «добыть» новый блок путём множественных вычислений. После того, как определённая нода первой выполнит вычисления, остальные участники сети подтверждают их правильность. Если всё верно, то нода получает право добавить новый блок в блокчейн за вознаграждение в криптовалюте, операции по которой хранятся в этом блоке.

Удобнее всего рассмотреть работу алгоритма на примере децентрализованной сети биткоина, где все ноды обладают равными правами и не имеют преимуществ друг перед другом. Активные ноды называются майнерами, именно они должны угадать или подобрать псевдослучайное число nonce. Если его, вместе с информацией, содержащейся в блоке, пропустить через хэш-функцию, то должен получиться заданный результат – хэш блока. Когда это число будет найдено, остальные участники сети просто подставляют его в функцию, чтобы убедиться в верности решения.

Добавить новый блок в блокчейн не получится до тех пор, пока не будет найдено это число nonce, которое ещё называют «одноразовым кодом». Каждый новый подтверждённый блок содержит в себе информацию о хэше предыдущего блока, что обеспечивает их логическую и криптографическую связь. Учитывая, что для получения этого нового блока нужно проделать вычислительную работу, алгоритм и получил название Proof-of-Work, то есть подтверждение работы.

Алгоритм гарантирует, что содержимое блоков не будут изменяться и добытые блоки действительно содержат информацию о предыдущих блоках. Обычно на генерацию нового блока или группы подтверждённых транзакций уходит около 10 минут. Созданные блоки немедленно добавляются в блокчейн, а затем передаются всем нодам. Ноды обмениваются информацией через сетевой протокол, обеспечивая целостность и неизменность всей системы.

Преимущества Proof-of-Work

Одним из важнейших базовых моментов в Proof-of-Work является защита от двойных трат. В реальной жизни попросту невозможно потратить одну и ту же банкноту на оплату двух чашек кофе в разных кафе, однако это выполнимо в сфере цифровых денег.

Этот процесс можно сравнить с дублированием файла на компьютере и рассылке его другим пользователям. Соответственно, необходим комплекс мер, который запрещает расходовать одни и те же единицы в разных местах, что и было реализовано в блокчейне биткоина.

В блокчейне риск подобных проблем снижается за счёт большого количества подтверждений. Он функционирует как открытый реестр, который регистрирует и отслеживает все подтверждённые транзакции, совершаемые в сети. В нём в хронологическом порядке записаны все операции, в случае с биткоином – с момента создания в 2009 году.

Теоретически вероятность двойной траты сохраняется, но децентрализация сети биткоина делает подобные атаки экономически невыгодными. Таким образом, Сатоши Накамото создал по-настоящему революционную денежную систему с прямым обменом между пользователями, исключая привычных посредников в виде банков и иных финансовых организаций, работа которых закрыта от клиентов и требует определённого доверия.

Команда криптобиржи CoinEx также считает блокчейн величайшим достижением и революционной технологией и разделяет ценности, сформулированные Сатоши Накамото.

Недостатки Proof-of-Work

До 2021 года майнингом биткоина мог заниматься любой заинтересованный пользователь с использованием центральных и графических процессоров, неслучайно майнинговые фермы размещались в студенческих общежитиях, частных домах, на рабочих местах. Однако сейчас этот вид деятельности превратился в развитую индустрию с высочайшим уровнем конкуренции.

Сейчас для добычи биткоинов необходимо приобретать дорогостоящее оборудование в виде специальных устройств ASIC (Application Specific Integrated Circuit или интегральная схема специального назначения), которые объединяют в огромные дата-центры, потребляющие большое количество недешёвой электроэнергии.

Для успешной работы устройств необходимы просторные помещения, продуманная система вентиляции, стабильно подаваемая в больших объёмах электроэнергия. Как вы понимаете, доступность этого вида деятельности существенно снизилась, и сейчас операторами выступают крупные компании с огромными финансовыми возможностями. Всё это ведёт к централизации и теоретически повышает риск атаки 51%.

Пользователи криптобиржи часто задают вопросы по поводу отличий PoW от PoS и перехода Ethereum на другой алгоритм консенсуса, пытаясь разобраться в сильных и слабых сторонах отдельных монет.

Действительно, изначально альткоин номер один Ethereum использовал алгоритм достижения консенсуса Proof-of-Work, однако его создатель Виталик Бутерин вместе с другими учредителями криптопроекта не сочли его подходящим для развития экосистемы уровня 2 из-за низкой масштабируемости.

В связи с этим разработчики осуществили переход на альтернативный алгоритм Proof-of-Stake, который принято считать более прогрессивным и более энергоэффективным. Принципиальным отличием является механизм выплаты вознаграждений, при котором валидаторы с наибольшим количеством ETH имеют повышенный шанс на проверку следующего блока.

Чем больше монет на стейкинге имеет валидатор, тем больше он может заработать, из-за чего такую схему называют обогащением богатых. Такие валидаторы также могут влиять на голосование в сети, поскольку блокчейны Proof-of-Stake зачастую предоставляют валидаторам права управления.

Кроме того, блокчейны на основе этого алгоритма более уязвимы к различным видам атак, что снижает общую безопасность блокчейна. Альткоины с небольшой стоимостью подвержены таким атакам, поскольку злоумышленники могут приобрести достаточное количество монет и получить преимущество над другими валидаторами.

В то же время для поддержки работы блокчейна Proof-of-Stake требуется значительно меньше электроэнергии, что исключает концентрацию майнинга в регионах с низкими тарифами на электроэнергию и по-своему способствует децентрализации. Они более масштабируемые, над ними работает отдельная команда разработчиков, потенциально способная вносить в блокчейн любые изменения без каких-либо общественных обсуждений.

Говоря о CoinEx, напомним, что команда криптобиржи также стремится предложить свой сервис максимальному количеству пользователей криптовалют в разных странах мира, а все изменения вносятся для улучшения пользовательского опыта.

О CoinEx

Основанная в 2017 году CoinEx представляет собой глобальную криптовалютную биржу, призванную упростить торговлю. Платформа предоставляет ряд услуг, включая спотовую и маржинальную торговлю, фьючерсы, свопы, автоматизированный маркет-мейкинг (AMM) и услуги финансового управления для более чем 5 миллионов пользователей в более чем 200 странах и регионах. С момента своего создания CoinEx твёрдо придерживается принципа обслуживания «пользователь на первом месте». С искренним намерением создать справедливую, уважительную и безопасную среду криптовалютной торговли, CoinEx позволяет пользователям легко получить доступ к миру криптовалюты, предлагая простые в использовании продукты и услуги.