Proof of work что это

What is Proof of Work?

One of the main properties of blockchain technology, the basis of cryptocurrencies, is decentralisation. This means that all nodes in the blockchain network are equal, and there’s no central authority to decide which transactions are valid and which aren’t. But how, then, do the network participants solve this issue? They need to reach a consensus. This is done using a mechanism called a consensus algorithm.

A consensus algorithm is a set of mathematical rules that allow nodes in the network to agree while eliminating invalid and fraudulent transactions. The oldest and most well-known consensus algorithm used in cryptocurrencies is Proof of Work.

In this article, you’ll learn what Proof of Work is, how it ensures the blockchain functions properly, what advantages and disadvantages it has and what alternatives to Proof of Work exist.

The proof-of-work also solves the problem of determining representation in majority decision making. If the majority were based on one-IP-address-one-vote, it could be subverted by anyone able to allocate many IPs. Proof-of-work is essentially one-CPU-one-vote. — Satoshi Nakamoto.

Proof of Work explained

Proof of Work (PoW) is a consensus algorithm that makes the blockchain network nodes do very complex computational work (algorithm calculation) to confirm transactions.
Other network nodes can easily and quickly verify their result. The first node to successfully complete all the required computations receives a reward from the blockchain network. Because of this, nodes compete for the opportunity to become the first and receive the reward.

Although the Proof of Work algorithm currently has a strong association with cryptocurrencies, an algorithm similar to it was initially proposed in 1993 in a scientific work devoted to combatting spam. The term «Proof of Work» itself first appeared in 1999. However, it was only with the advent of Bitcoin and the beginning of the cryptocurrency era that this algorithm found widespread practical application.

How the Proof of Work algorithm works

Proof of Work blockchains use miners to verify transactions and create new blocks. To reward miners for their work, the network must establish rules to select a miner who will have the right to generate the next block in the chain.

Here’s how the algorithm works:

1. Blockchain network users form transactions by sending cryptocurrency to each other.
2. Transactions are combined into blocks.
3. Miners verify the validity of transactions within blocks.
4. The miners then solve a complex mathematical puzzle by calculating the correct hash for the block. Those calculations require a lot of computing power.
5. A reward is given to the first miner to solve the puzzle.
6. The blocks with verified transactions are stored on the blockchain.

Advantages and disadvantages of Proof of Work

Proof of work effectively protects the blockchain network from hacking attempts by making them very difficult and costly. Moreover, the more miners work in the network, the more resistant the network becomes to hacking attempts. In addition, this consensus algorithm is the oldest and most tested through practice.

Nevertheless, Proof of Work also has some notable drawbacks that led to the development of alternative consensus algorithms.

• High electricity consumption and useless computing. Miners consume huge amounts of electricity, but the calculations they make don’t go anywhere except for the network’s needs.

• Significant computing power is required to keep the Proof of Work blockchain working. For example, you can’t mine Bitcoin on cheap video cards; it requires powerful, expensive specialised equipment known as ASICs, which aren’t suitable for performing any other tasks.
• As the network and the calculations become more complex, the cost of mining equipment ceases to be affordable to ordinary users. Only large communities of miners or wealthy people and companies with powerful mining farms can mine blocks and confirm transactions. This increases centralisation as owners of large mining capacities begin to dictate the rules of the network.

• Vulnerability to a 51% attack. If an attacker controls more than 50% of the network hash rate, they can tamper with, cancel or change transactions for their own purposes. Likewise, they can perform other malicious actions with the blockchain. Since the hacker’s hashing power is higher than the rest of the network’s in this scenario, the hacker’s chain version will be accepted. While attacks like these are difficult to carry out for popular cryptocurrencies like Bitcoin due to the very high hash rate, the threat is very real for less popular cryptocurrencies.

Advantages and disadvantages of the Proof of Work algorithm

Advantages

Disadvantages

High level of protection against hacking attempts

High energy consumption

It’s the oldest and most time-honoured of all consensus algorithms

The need for huge computing power

Increase in network centralisation

Vulnerability of blockchain to 51% attack

Proof of Work vs Proof of Stake

Due to the problems mentioned above, the blockchain industry is trying to develop alternatives to Proof of Work, the first of which was the Proof of Stake (PoS) consensus algorithm. Proposed in 2011, it was first used in the Peercoin cryptocurrency.

Unlike Proof of Work, Proof of Stake doesn’t require any calculations. Those who wish to add a block and receive a reward are selected randomly from among the users who have reserved («staked») a certain amount of the respective cryptocurrency for this purpose. The probability of being selected depends on the stake’s size and other indicators, such as the stake’s age. You can learn more about the Proof of Stake algorithm in our article on the topic.

With its features, the Proof of Stake algorithm solves the major problems inherent in Proof of Work. Thanks to the lack of computation, the Proof of Stake blockchain doesn’t require expensive mining equipment or large amounts of electricity to function, which, in turn, prevents centralisation. A hacker would need to accumulate more than 50% of a cryptocurrency to carry out a 51% attack, making it pointless since they would incur the greatest losses.

That said, Proof of Stake has its own drawbacks. The relation of the chance of getting a reward to the size of the stake incentivises users to accumulate coins instead of using them for payments. Also, a small group of major coin holders may dictate their rules to the entire network. Moreover, cryptocurrency developers based on this algorithm have to solve the initial coins distribution problem since, to stake coins, they must first be obtained from somewhere.

Cryptocurrencies that use Proof of Work

Proof of Work is currently one of the most common consensus algorithms for cryptocurrencies.

Bitcoin and Proof of Work

Bitcoin, the first cryptocurrency, was also the first practical implementation of the Proof of Work algorithm in the blockchain industry. In the Bitcoin protocol, the Proof of Work is based on the SHA-256 hashing algorithm. The mining difficulty adjusts after every 2016th block. Average block generation time is 10 minutes.

Ethereum and Proof of Work

Vitalik Buterin, the developer of Ethereum, originally wanted to use the Proof of Stake algorithm, but due to its inherent problems, he was forced to use the more tried and tested Proof of Work algorithm. Despite this, he planned to completely abandon PoW and switch to PoS as soon as these problems were solved. Although the lengthy transition process has been postponed many times, it is now underway. However, the completion date is still unknown.

In the Ethereum protocol, the Proof of Work algorithm is based on the Ethash hashing algorithm. The average block generation time is 13 seconds.

Ethereum difficulty historical chart

Other Proof of Work altcoins

It’s impossible to list all the cryptocurrencies using the PoW algorithm within this article, so we’ll keep to only the most noticeable ones.

Cryptocurrencies with PoW consensus algorithm

Name

Description

An analogue of Bitcoin with faster and cheaper transactions

A Bitcoin fork with increased block size and reduced time between difficulty adjustments

A cryptocurrency with increased anonymity based on the CryptoNight hashing algorithm

An Ethereum hard fork

The token of the Binance crypto exchange

A cryptocurrency for small payments with fast and cheap transactions. Originally created as a joke

An anonymous cryptocurrency

Bitcoin Gold (BTG)

An ASIC-resistant Bitcoin fork with increased decentralisation

An anonymous cryptocurrency. Supports several hashing algorithms. Based on the Bitcoin blockchain

Cryptocurrencies without the Proof of Work algorithm

The inherent drawbacks of the PoW algorithm encourage blockchain developers to look for alternatives. In addition to the previously mentioned Proof of Stake, many alternative consensus algorithms have been developed. Here are the most popular ones.

Как работает майнинг биткоина. Что такое алгоритм PoW простыми словами

Майнинг криптовалюты — это процесс, который заключается в решении сложных математических задач для подтверждения транзакций и создания новых цифровых монет. Одним из наиболее широко используемых алгоритмов майнинга является Proof of Work (PoW), который обеспечивает безопасный и децентрализованный механизм подтверждения транзакций в сети биткоина или другой криптовалюте, работающей на PoW. В статье рассмотрим, как устроен алгоритм PoW, его преимущества и недостатки, а также некоторые популярные альтернативы, включая его различные вариации, используемые в таких монетах, как Raven и Ergo.

Что такое алгоритм Proof of Work (PoW) простыми словами

Алгоритм Proof of Work (PoW) — это механизм консенсуса, применяемый в майнинге криптовалюты. Проще говоря, он требует от майнеров решения сложных математических задач для проверки и записи транзакций в блокчейн. Каждый блок транзакций содержит уникальную задачу, и тот майнер, который решит ее первым, получает возможность добавить блок в общую цепочку и получить вознаграждение в виде новых монет. Сложность задачи возрастает по мере того, как в работе сети участвует все больше майнеров.

Преимущества PoW

Одним из преимуществ алгоритма PoW является то, что он защищает блокчейн от DDoS-атак, которые пытаются перегрузить сеть фальшивым трафиком. Кроме того, размер вознаграждения за майнинг в виде комиссий относительно невелик, что способствует справедливому распределению монет между майнерами. Награда за найденный блок вдвое уменьшается примерно раз в четыре года, этот процесс называется «халвинг» или «уполовинивание».

Минусы и недостатки PoW

Несмотря на то, что PoW — широко используемый и безопасный алгоритм, у него есть ряд недостатков, о которых стоит знать.

• Атака 51%. Один субъект, контролирующий более 50% вычислительной мощности сети, может взять под контроль блокчейн, что делает его уязвимым для атак.
• Ограничения для графических процессоров. Алгоритм PoW неэффективен для майнинга с помощью видеокарт и требует специализированного оборудования, что может ограничить круг желающих присоединиться к добыче криптовалюты.
• Полезность результатов вычислений. Алгоритм PoW использует значительное количество энергии и вычислительной мощности для решения задач, которые не имеют практического применения за пределами майнинга.
• Крупные майнинговые фермы. Крупные майнинговые фермы со значительной вычислительной мощностью имеют непропорционально большое преимущество в майнинге и могут в дальнейшем монополизировать получение доходов.

Майнинг по алгоритму Proof-of-Work (PoW)

Майнеры используют вычислительные мощности для решения математической задачи, относящейся к каждому блоку транзакций. Эта задача может быть решена только путем перебора различных входных данных до тех пор, пока не будет найдено нужное значение. Первый майнер, решивший задачу, передает решение в сеть, а другие майнеры проверяют его, прежде чем добавить блок в цепочку.

Чтобы добавить блок в блокчейн с алгоритмом PoW, майнер должен первым найти достоверный хеш этого блока, применяя для этого вычислительные ресурсы своего устройства. Машины, созданные специально для выполнения этой функции (ASIC), способны вычислять триллионы уникальных хешей каждую секунду.

Шансы добавить блок в качестве одиночного майнера определяются количеством хешей, которые устройство майнера вычисляет в секунду, по отношению к общему количеству хешей, которые каждую секунду вычисляют все машины в сети. Как правило, блоки добываются крупными пулами, объединяющие мощности тысяч устройств участвующих в пуле пользователей. Крупнейшими из них являются Foundry, AntPool и собственный пул биржи Binance.

Альтернативы PoW

Cуществует несколько других алгоритмов работы криптовалют, которые также набрали популярность благодаря своим потенциальным преимуществам перед PoW.

• Proof of Stake (PoS). В этом алгоритме шанс майнера подтвердить блок зависит от количества монет, которыми он владеет. Этот алгоритм устраняет необходимость в мощных вычислительных ресурсах, необходимых для PoW, что делает его более энергоэффективным. Примерами являются Ethereum (ETH), Cardano (ADA) и Binance Coin (BNB).
• Directed Acyclic Graph (DAG). Этот алгоритм используется в IOTA (MIOTA) и позволяет подтверждать транзакции без необходимости майнерам решать сложные математические задачи. Он основан на структуре Tangle, которая представляет собой сеть отдельных транзакций, которые подтверждаются последующими транзакциями.
• Delegated Proof of Stake (DPoS). Это похоже на PoS, но вместо того, чтобы все держатели монет участвовали в подтверждении блока, они избирают делегатов для выполнения этой задачи. Примерами криптовалют, использующих этот алгоритм, являются EOS (EOS) и Tron (TRX).
• Proof of Capacity (PoC). Этот алгоритм требует от майнеров наличия свободного места на жестком диске, которое они используют для решения математических уравнений. Chia (XCH) — криптовалюта, использующая этот алгоритм и стремящаяся быть более экологичной, чем криптовалюты на основе PoW.

Существуют и другие вариации алгоритма PoW, такие как X16R, который использует монета Ravencoin, или Autolykos у монеты Ergo. Они также созданы для устранения ограничений традиционного алгоритма PoW и повышение эффективности майнинга.

Proof of Work — это фундаментальный алгоритм, который широко используется для защиты блокчейна, позволяя майнерам решать сложные математические задачи и зарабатывать вознаграждение в криптовалюте. Несмотря на преимущества, главным из которых является его проверенная годами надежность, у него есть и минусы, включая возможность атак 51% и концентрацию власти в руках крупных майнинговых ферм.

По мере развития технологии можно ожидать появления дальнейших инноваций и альтернатив PoW, которые обладают различными преимуществами и недостатками. В конечном итоге выбор алгоритма будет зависеть от множества факторов, включая конкретные потребности и цели сети и ее пользователей.

Больше новостей о криптовалютах вы найдете в нашем телеграм-канале РБК Крипто

Что такое Proof-of-Work?

Первоначально датированная 1993-им годом, концепция Proof of Work была разработана для предотвращения DoS-атак (отказ в обслуживании) и других нарушений служб вроде спама сети с требованием от пользователя выполнить определенную работу, что обычно означает время обработки данных компьютером.

В 2009-ом году Биткойн представил инновационный способ использования Proof-of-Work как алгоритма консенсуса, который используется для подтверждения транзакций и передачи новых блоков на блокчейн. С того времени он распространился и стал широко используемым алгоритмом консенсуса многих криптовалют.

Как это работает?

Проще говоря, майнеры сети будут соревноваться друг с другом в решении сложных комплексных вычислительных головоломок. Эти головоломки сложно решить, но легко проверить правильное решение. Как только майнер обнаружит решение головоломки, он будет способен добавить блок в сеть, где после этого другие майнеры подтвердят, что решение верное.

Давайте рассмотрим пример.

Bitcoin — это система на основе блокчейн, которая поддерживается коллективной работой децентрализованных узлов. Некоторые из этих узлов именуются майнерами и они отвечают за добавление новых блоков в блокчейн. Для этого майнерам необходимо угадать псевдослучайное число (aka. одноразовый код (nonce)). Это число в сочетании с данными представленными в блоке и прошедшее через хеш функцию, что должно привести к результату, который сходится с заданными условиями, например к хешу начинающемуся с 4 нулей. Когда найден соответствующий результат, другие узлы будут проверять достоверность результата, а узел майнера получает вознаграждение за блок.

Таким образом невозможно добавить новый блок в основную цепочку, если до этого не найти действительный одноразовый код (nonce), которое в свою очередь генерирует решение определенного блока (называемого хешем блока). Каждый подтвержденный блок содержит хеш блока, который представляет работу, проделанную майнером, поэтому ее называют Proof of Work (доказательство работы).

Proof-of-Work помогает защитить сеть от множества различных атак. Для успешной атаки потребуется большое количество вычислительной мощности и много времени для вычислений, поэтому она будет неэффективной, поскольку затраты будут больше, чем потенциальное вознаграждение за атаку сети.

Одна из проблем с Proof-of-Work заключается в том, что для майнинга требуется дорогостоящее компьютерное оборудование, которое потребляет большое количество энергии, и хотя сложные алгоритмические вычисления гарантируют безопасность сети, эти вычисления не могут быть использованы за пределами этого.

Хотя Proof-of-Work не может быть самым эффективным решением, оно по-прежнему остается одним из самых популярных методов достижения консенсуса в блокчейнах. Есть уже альтернативные методы и подходы, пытающиеся решить проблемы, но только время покажет, какой метод станет преемником Proof-of-Work.

Что такое алгоритм PoW (Proof-of-Work)?

Что такое алгоритм PoW? Это доминирующий метод обработки транзакций на криптовалютном рынке. Например, сейчас он используется в сети Биткоин, Эфириум, Лайткоин, Доги, Монеро и др.

Как обрабатываются транзакции?

Пользователь предоставляет оборудование для решения криптографической задачи. Новые блоки в блокчейне появляются следующим образом: вычислительное оборудование (видеокарты) «разгадывает» задачу, вследствие чего у него имеется возможность создать новый блок.

Разгадывание происходит простейшим методом. «Железо» перебирает миллионы комбинаций и создает доказательство работы. Это уникальное значение, которое называется хэш.

После нахождения ключ отправляется другим участникам сети на подтверждение. Они не могут использовать его для создания блока, а только верифицировать.

Особенность хэша заключается в его асимметрии. Он одновременно сложен для нахождения и прост для подтверждения. Кроме того, каждый ключ несет в себе данные о предыдущих блоках. Это дает возможность быть уверенным, что действия происходят в рамках одного Blockchain.

Обработка транзакции на алгоритме PoW – визуализация

Например, пользователь – участник лотереи. Он знает, что выиграет число 346. Отличным вариантом было бы подойти к продавцу и приобрести именно этот билет. Но вот незадача, выдаются они случайным образом. Пользователю потребуется заплатить и надеяться, что попадется нужное значение. Если нет, билет потребуется купить заново. Однако попытки не ограничены, но за каждый раз придется платить.

В лотерее каждый надеется первым получить заветный билет. Так и майнеры первыми хотят найти правильный ответ. Кто найдет хэш, тот в результате и получит вознаграждение в виде цифровых монет.

Основные минусы алгоритма Proof-of-Work

Главная отрицательная черта – вред экологии. На добычу новых блоков уходит чудовищное количество электроэнергии. Кроме того, майнинг быстро изнашивает комплектующие. Из-за этого образуются целые свалки различных компонентов, которые наносят вред окружающей среде.

Второй недостаток – степень защиты. В случае с Bitcoin сеть достаточно защищена из-за того, что в процессе участвует множество майнеров. Они конкурируют друг с другом в равных условиях. Если же говорить о менее крупных сетях, то есть вероятность того, что злоумышленники смогут заполучить большинство вычислительных мощностей. Это даст возможность реорганизовать блоки по своему усмотрению. Это иногда называют «атака 51%».