Proof of work

Proof of work (PoW) (dowód pracy) – jedna z metod (algorytm) osiągania konsensusu w sieci używającej blockchain. Taki model osiągania konsensusu jest używany przy tworzeniu nowych bloków kryptowaluty Bitcoin.

Jest formą kryptograficznego potwierdzenia, w którym jedna strona udowadnia innym, że pewien wysiłek obliczeniowy został poświęcony na jakiś cel. Weryfikatorzy mogą następnie potwierdzić te wydatki przy minimalnym wysiłku z ich strony.

Zasada działania

W mechanizmie proof of work (PoW) uczestnicy sieci, nazywani górnikami, wykonują obliczenia w celu utworzenia kolejnego bloku łańcucha. Polegają one na wielokrotnym wyznaczaniu wartości funkcji skrótu, aż do uzyskania wyniku spełniającego wymagania protokołu. W obliczeniach zmieniana jest między innymi wartość nonce. Znalezienie odpowiedniego wyniku może wymagać wielu prób, natomiast jego sprawdzenie przez pozostałe węzły jest stosunkowo proste.

Po zaakceptowaniu bloku zostaje on dołączony do łańcucha. W Bitcoinie trudność obliczeń jest okresowo dostosowywana, aby utrzymać zakładane średnie tempo tworzenia bloków pomimo zmian łącznej mocy obliczeniowej sieci. Mechanizm PoW pozwala uczestnikom uzgadniać historię transakcji bez konieczności korzystania z centralnego administratora.

Bezpieczeństwo

Dowód pracy utrudnia zmienianie zapisanych transakcji. Modyfikacja wcześniejszego bloku zmienia jego skrót, dlatego osoba próbująca zastąpić dotychczasową historię musiałaby ponownie wykonać pracę obliczeniową dla tego bloku i jego następców. W tym samym czasie pozostali uczestnicy mogą dalej rozbudowywać oryginalny łańcuch. Im więcej kolejnych bloków powstanie, tym trudniej odwrócić wcześniej zatwierdzoną transakcję.

Istotnym zagrożeniem jest skupienie znacznej części mocy obliczeniowej w rękach jednego podmiotu lub współpracującej grupy. Uzyskanie większości tej mocy może umożliwić reorganizację ostatnich bloków i niektóre formy podwójnego wydawania środków. Nie daje jednak możliwości dowolnej zmiany reguł protokołu. Potwierdzenia w sieciach PoW mają charakter probabilistyczny: kolejne bloki zmniejszają ryzyko cofnięcia transakcji, ale nie eliminują go całkowicie.

Zużycie energii

Jednym z głównych ograniczeń PoW jest duże zapotrzebowanie na energię elektryczną. Górnicy prowadzą obliczenia równolegle, lecz tylko część z nich prowadzi do utworzenia bloków zaakceptowanych przez sieć. Całkowite zużycie energii zależy od liczby i wydajności urządzeń oraz warunków ekonomicznych wydobywania kryptowaluty. Wpływ na środowisko zależy również od źródeł energii i produkcji sprzętu.

Przegląd badań przeprowadzony przez Moritza Wendla, My Hanh Doan i Remmera Sassena wskazuje na zużycie prądu, emisje gazów cieplarnianych i powstawanie odpadów elektronicznych jako istotne aspekty środowiskowe kryptowalut opartych na PoW. W porównaniu z tym rozwiązaniem mechanizm proof of stake (PoS), w którym uczestnictwo w zatwierdzaniu bloków zależy od posiadanych i zablokowanych środków, może wymagać znacznie mniej energii.

Przypisy

  1. ↑ What is Proof-of-Work [online], Ledger [dostęp 2020-10-27] (ang.).
  2. ↑ Proof of work – Bitcoin Wiki [online], en.bitcoin.it [dostęp 2020-10-27].
  3. ↑ Ziad Hussein, May A. Salama, Sahar A. El-Rahman, Evolution of blockchain consensus algorithms: a review on the latest milestones of blockchain consensus algorithms, „Cybersecurity”, 6, 2023, s. 30, DOI: 10.1186/s42400-023-00163-y (ang.).
  4. ↑ Iván Abellán Álvarez, Vincent Gramlich, Johannes Sedlmeir, Unsealing the secrets of blockchain consensus: A systematic comparison of the formal security of proof-of-work and proof-of-stake, „Proceedings of the 39th ACM/SIGAPP Symposium on Applied Computing”, 2024, DOI: 10.1145/3605098.3635970 (ang.).
  5. ↑ Moritz Wendl, My Hanh Doan, Remmer Sassen, The environmental impact of cryptocurrencies using proof of work and proof of stake consensus algorithms: A systematic review, „Journal of Environmental Management”, 326, 2023, s. 116530, DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.116530 (ang.).