Czym jest proof-of-work?

Proof-of-work (PoW) to algorytm, który zabezpiecza wiele kryptowalut, w tym Bitcoina i Ethereum. Większość cyfrowych walut posiada centralną jednostkę, która śledzi każdego użytkownika i ilość posiadanych przez niego pieniędzy. Jednak nie w przypadku Bitcoina. Proof-of-work to mechanizm, który jest niezbędny, aby kryptowaluta mogła działać bez udziału jakiegokolwiek pośrednika (np. banku, rządu).

Bardziej konkretnie proof-of-work rozwiązuje “problem podwójnego wydawania”. Jeśli użytkownicy mogą podwójnie wydawać swoje monety, zwiększa to ogólną podaż, niszcząc wszystkie inne monety i czyniąc je bezwartościowymi. Podwójne wydawanie jest problemem w internetowych transakcjach. Działania cyfrowe są bardzo łatwe do odtworzenia, co sprawia, że skopiowanie i wklejenie pliku lub wysłanie e-maila do więcej niż jednej osoby jest banalne.

Dowód pracy sprawia, że podwajanie cyfrowych pieniędzy jest bardzo, bardzo trudne. Musi bowiem zostać przedstawiony “dowód”, że ktoś wykonał znaczną ilość obliczeń.

Jak działa proof-of-work?

Bitcoin jest blockchainem – wspólną księgą zawierającą historię każdej transakcji, która kiedykolwiek miała miejsce. Blockchain, jak sama nazwa wskazuje, składa się z bloków. Każdy blok zawiera najnowsze transakcje, które zostały w nim zapisane.

Dowód pracy jest niezbędnym elementem procesu dodawania nowych bloków do łańcucha Bitcoina. Bloki są wydobywane przez górników, czyli uczestników ekosystemu, którzy wykonują “Proof-of-work”. Nowy blok jest akceptowany przez sieć za każdym razem, gdy górnik przedstawi nowy, zwycięski dowód pracy. Taka sytuacja ma miejsce mniej więcej co 10 minut.

Znalezienie zwycięskiego dowodu jest tak trudne, że jedynym sposobem, aby zapewnić górnikom pracę, której potrzebują do zarabiania bitcoina, są drogie, wyspecjalizowane komputery. Górnicy zdobywają Bitcoiny, jeśli odgadną pasujące obliczenia. Im więcej obliczeń, tym więcej Bitcoinów otrzymuje górnik.

Jakie dokładnie obliczenia wykonują górnicy? W przypadku BTC górnicy produkują tak zwany “hash”, który zamienia dane wejściowe w losowo wyglądający ciąg liter i cyfr.

Celem górników jest stworzenie hashu pasującego do obecnego “celu” Bitcoina. Muszą stworzyć hasz z wystarczającą ilością zer z przodu. Prawdopodobieństwo otrzymania kilku zer z rzędu jest bardzo małe. Górnicy na całym świecie robią jednak biliony takich obliczeń w ciągu sekundy, więc średnio zajmuje im to około 10 minut,

Kto pierwszy osiągnie cel, otrzyma kryptowalutę. Następnie protokół Bitcoin tworzy nową wartość, którą górnicy muszą zhashować, a koparki od nowa rozpoczynają wyścig.

Dlaczego górnicy przestrzegają zasad?

Górnicy zarabiają nagrody BTC za każdy blok, dla którego znajdą rozwiązanie. To jest to, co w pierwszej kolejności napędza ich do górnictwa. Ta nagroda zmusza ich również do przestrzegania zasad – a nie np. do podwójnego wydawania pieniędzy. Powiedzmy, że Tomek znajduje zwycięski hasz za blok. Jeśli Tomek przedłoży dowód pracy, ale złamie zasady w ramach bloku – powiedzmy, że wyda pieniądze więcej niż raz – reszta sieci BTC odrzuci jego blok. Tomek straci wszystkie BTC, które powinien otrzymać. Ryzyko utraty nagrody powoduje, że górnicy działają uczciwie.

Dlaczego potrzebny jest proof-of-work?

Celem proof-of-work jest uniemożliwienie użytkownikom emisji dodatkowych monet, których nie zarobili, lub podwójnego wydatkowania. Gdyby byli oni w stanie wydać swoje monety więcej niż raz, waluta stałaby się bezwartościowa.

W większości walut cyfrowych problem ten jest łatwy do rozwiązania. Bank, który jest odpowiedzialny za system, śledzi, ile pieniędzy ma każda osoba. Jeśli Alicja wyśle Tomkowi dolara, wtedy bank odejmuje dolara od Alicji i dodaje 1 USD Tomkowi. W przypadku kryptowalut nie ma jednak jednostki takiej jak bank. Rozwiązaniem jest właśnie proof-of-work, czyli przedstawienie dowodu pracy.

Kto wynalazł proof-of-work?

Algorytm proof-of-work został wynaleziony przez twórcę Bitcoina – Stoshiego Nakamoto. Nikt nie wie kim jest Nakamoto, ani czy te dane są jedynie pseudonimem.

Z jakimi problemami zmaga się proof-of-work?

Proof-of-work nie jest idealne. Istnieje przynajmniej kilka problemów, z którymi zmaga się ten algorytm.

Duże zużycie energii: Bitcoin z powodu proof-of-work zużywa tyle samo energii co cała Szwajcaria. Zużycie energii cały czas wzrasta, ponieważ coraz więcej górników przyłącza się do sieci. Jednak coraz większa część z nich zasila swoje kopalnie energią odnawialną.

Atak 51%: Jeśli jeden podmiot górniczy jest w stanie zgromadzić 51% hashrate’u, może wtedy tymczasowo łamać zasady, wydając podwójnie pieniądze i blokując transakcje.

Centralizacja wydobycia: Celem proof-of-work jest stworzenie waluty bez jednego zarządzającego nią podmiotu. Jednak w praktyce system jest poniekąd scentralizowany. Zaledwie trzy pule miningowe kontrolują bowiem prawie 50% mocy obliczeniowej Bitcoina. Deweloperzy starają się jednak złagodzić ten problem.

Dlaczego większa moc wydobywcza oznacza większe bezpieczeństwo?

Im więcej mocy obliczeniowej jest dostarczane do sieci Bitcoina, tym więcej zasobów musi zgromadzić potencjalny atakujący, aby skutecznie przeprowadzić atak 51%.

Które kryptowaluty działają w oparciu o proof-of-work?

Z proof-of-work korzysta większość kryptowalut, choć niektórzy eksperymentują z innymi sposobami zabezpieczenia sieci. Najbardziej popularne kryptowaluty wykorzystujące algorytm dowodu pracy to:

• Bitcoin
• Ethereum (choć Ethereum niedawno rozpoczął proces przechodzenia na Ethereum 2.0 – aktualizację, która przeniesie kryptowalutę do potencjalnie bardziej ekologicznego proof-of-stake).
• Bitcoin Cash
• Litecoin
• Monero