Co je Proof of Work (PoW)?

Obsah

• Proof of Work (PoW) je konsensuální mechanismus vytvořený s cílem zabránit dvojímu utrácení v digitálních platebních systémech.

• PoW je základní součástí procesu těžby, který zahrnuje přidávání nových bloků transakcí do blockchainu a vytváření nových jednotek kryptoměny.

• Bitcoin a několik dalších kryptoměn používá PoW jako metodu k zabezpečení blockchainové sítě a jejích dat.

Úvod

Stručně řečeno, Proof of Work (PoW) je mechanismus vytvořený k zabránění dvojímu utrácení v digitálních platebních systémech. Bitcoin a několik dalších kryptoměn používá PoW jako metodu k zabezpečení blockchainové sítě a jejích dat. Tyto mechanismy se často nazývají konsenzuální algoritmy nebo mechanismy konsenzu, protože zahrnují více stran, které dosahují konsensu, aniž by si musely navzájem důvěřovat.

Proof of Work byl prvním konsensuálním algoritmem, který se objevil a zůstává jedním z nejdůležitějších spolu s Proof of Stake (PoS). PoW byl představen Satoshi Nakamotem v bitcoinovém whitepaperu v roce 2008, ale samotná technologie byla vytvořena dlouho předtím.

HashCash Adama Backa je jedním z prvních příkladů algoritmu Proof of Work před vznikem kryptoměn. Tím, že od odesílatelů bylo požadováno, aby před odesláním e-mailu provedli malý výpočet, mohli příjemci snížit dopad spamu. Tento výpočet nestojí pro legitimního odesílatele prakticky nic, ale pro ty, kteří posílají hromadné e-maily, náklady rychle vzrostly.

Co je dvojí utrácení?

Úvod

Dnes, když platíte za kávu, předáváte peníze osobě, která je pravděpodobně drží v pokladně. Nemůžete jít do kavárny přes ulici a zaplatit si jinou kávu se stejným hodnocením. V systémech digitálních peněz však existuje možnost, jak to udělat.

Pravděpodobně jste duplikovali počítačový soubor pomocí příkazů pro kopírování a vkládání. Je také snadné poslat stejný soubor e-mailem desítkám lidí. Protože digitální peníze nejsou nic jiného než data, musíte lidem zabránit utrácet dvakrát, tedy kopírovat a utrácet stejné jednotky na různých místech. Digitální platební systém, který nedokáže zabránit dvojímu utrácení, se během okamžiku zhroutí.

Podrobnější pohled na dvojí utrácení najdete v článku Průvodce dvojím utrácením.

Proč je doklad o práci nezbytný?

Pokud si přečtete náš článek o technologii blockchain, víte, že uživatelé kryptoměn neustále vysílají transakce do sítě. Tyto transakce však nejsou považovány za platné okamžitě, k tomu dochází až při jejich potvrzení a přidání do blockchainu.

Bitcoinový blockchain například funguje jako veřejná databáze transakcí (hlavní kniha/hlavní kniha), kterou mohou vidět všichni uživatelé. Představte si tento scénář: vy a tři přátelé máte notebook pro sledování vašich bitcoinových transakcí. Kdykoli chce někdo z vás provést převod hodnoty, zapište si:

Alice zaplatila Bobovi 5 BTC; Bob zaplatil Carol 2 BTC atd.

Ale pokaždé, když provedete transakci, odkazujete na transakci, ze které prostředky pocházejí. Pokud by tedy Bob platil Carol 2 BTC, vstup by byl následující:

Bob zaplatil Carol 2 BTC, což je částka, která pochází z předchozí transakce s Alicí.

Nyní máme způsob, jak sledovat jednotky BTC. Pokud se Bob pokusí provést další transakci pomocí stejných 2 BTC, které právě poslal Carol, všichni se to okamžitě dozví. Skupina nepovolí přidání transakce do notebooku, protože tyto 2 BTC již byly utraceny.

To může dobře fungovat v malé skupině. Vzhledem k tomu, že se všichni navzájem znají, pravděpodobně se dohodnou, kteří přátelé mohou přidávat transakce do poznámkového bloku. Ale co když chceme skupinu 10 000 účastníků? Myšlenka poznámkového bloku by nebyla vhodná, protože nikdo nechce věřit cizímu člověku, že bude spravovat záznamy transakcí.

Zde přichází na řadu Proof of Work. Zajišťuje, aby uživatelé neutráceli peníze, na které nemají právo. Pomocí kombinace teorie her a kryptografie umožňuje algoritmus PoW komukoli aktualizovat blockchain podle pravidel systému.

Jak PoW funguje?

Představte si, že náš notebook ve výše uvedeném příkladu je blockchain, ale nepřidáváme transakce jednu po druhé – místo toho je seskupujeme do bloků. Transakce nahlásíme do sítě a uživatelé vytvářející blok zahrnou transakce do kandidátského bloku. Transakce budou považovány za platné pouze tehdy, když se jejich kandidátský blok stane potvrzeným blokem, což znamená, že byl přidán do blockchainové databáze.

Proces ověřování transakcí a přidávání nových bloků se nazývá těžba. Těžba je drahá a obtížná, ale může být také obohacující. Odměna za blok pochází z transakčních poplatků uživatelů a nových bitcoinů vytvořených protokolem.

Mechanismus Proof of Work vyžaduje těžaře (uživatele, který vytváří blok), aby investoval zdroje, jako je elektřina a výpočetní výkon, aby zpracoval datový hash jejich kandidátského bloku, dokud nebude nalezeno řešení hádanky.

Hašování dat bloku znamená spuštění hašovací funkce pro generování identity (hash) pro blok. Funguje jako "otisk prstu" pro vaše vstupní data a je jedinečný pro každý blok.

Jinými slovy, těžař potřebuje ověřit a shromáždit čekající transakce, uspořádat je do kandidátního bloku a předat bloková data přes hashovací funkci, aby vytvořil platný hash. Pokud se jim podaří najít platný hash pro svůj kandidátský blok, vysílají ho do sítě, přidají blok do blockchainu a sbírají odměny za těžbu.

Když těžař přenese svůj kandidátský blok a hash do sítě, ostatní účastníci sítě opakují proces hashování, aby ověřili, že výstup je skutečně platný.

Přestože nalezení platného hash vyžaduje četné hašovací pokusy, je pro člověka snadné potvrdit, že vygenerovaný hash je správný. Stačí poslat stejný vstup (data bloku) přes hashovací funkci a zkontrolovat, zda je výstup stejný.

V Proof of Work musíte poskytnout data, jejichž hash splňuje určité podmínky, ale nevíte, jak se k nim dostat. Jedinou možností je odeslat svá data pomocí hashovací funkce a zkontrolovat, zda splňují podmínky. V opačném případě budete muset svá data trochu změnit, abyste získali jiný hash. Změna jediného znaku v datech skončí úplně jiným výsledkem, takže výsledek nelze nijak předvídat.

Pokud tedy chcete vytvořit blok, budete hrát hádanku. Obvykle si vezmete informace o všech transakcích, které chcete přidat, a některá další důležitá data, a pak je dáte dohromady. Ale protože se vaše datová sada nezmění, budete muset přidat informace, které jsou proměnlivé. Jinak byste ve výsledku vždy dostali stejný hash. Tato proměnná data nazýváme nonce. Je to číslo, které budete při každém pokusu měnit, takže pokaždé získáte jiný hash.

Stručně řečeno, těžba je proces shromažďování dat z blockchainu a jejich hašování pomocí nonce, dokud není jako výsledek nalezen konkrétní hash. Pokud najdete hash, který splňuje podmínky stanovené protokolem, máte právo vysílat nový blok do sítě. Jakmile to uděláte, ostatní účastníci v síti aktualizují své blockchainy tak, aby zahrnovaly nový vytvořený blok.

Pro dnešní špičkové kryptoměny jsou podmínky velmi obtížně splnitelné. Čím vyšší je hash rate v síti, tím těžší je najít platný hash. To se provádí, aby se zajistilo, že bloky nebudou nalezeny příliš rychle.

Jak si dokážete představit, pokusit se uhodnout velké množství hashů může být pro váš počítač drahé. Plýtváte výpočetními cykly a elektřinou, ale protokol vás odmění kryptoměnou, pokud najdete platný hash.

Shrňme si, co jsme zatím viděli:

• Těžba je obtížná a nákladná, ale poskytuje zabezpečení sítě.

• Těžaři, kterým se podaří vyrobit platný blok, jsou odměněni nově vydanými kryptoměnami a transakčními poplatky.

• Vygenerování platného hashe vyžaduje čas, ale ostatní uživatelé mohou jeho platnost snadno ověřit opakováním procesu hashování.

Zatím je vše dobré. Ale co když se někdo pokusí podvádět? Co brání uživateli vložit falešné transakce do bloku a vytvořit platný hash?

Zde přichází na řadu kryptografie s veřejným klíčem. V tomto článku nepůjdeme do hloubky, ale podívejte se na Co je kryptografie s veřejným klíčem? pro komplexní analýzu. Stručně řečeno, existuje několik kryptografických triků, které každému uživateli umožňují zkontrolovat, zda má někdo právo přesunout prostředky, které se snaží utratit.

Když vytvoříte transakci, podepíšete ji. Kdokoli v síti může porovnat váš podpis s vaším veřejným klíčem a zjistit, zda se shodují. Také zkontrolují, že můžete skutečně utratit své prostředky a že součet vašich přítoků je větší než součet vašich odtoků (tj. že neutrácíte více, než máte).

Jakýkoli blok, který obsahuje neplatnou transakci, bude sítí automaticky odmítnut. Snažit se podvádět je drahé. Budete plýtvat svými zdroji, aniž byste dostali jakoukoli odměnu.

V tom spočívá krása Proof of Work: je drahé podvádět, ale je to ziskové pro ty, kteří jednají čestně. Každý racionálně uvažující těžař bude usilovat o návratnost své investice, takže se očekává, že se bude chovat způsobem, který pravděpodobněji přinese výnosy.

Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

Kromě PoW existuje několik konsenzuálních algoritmů a jedním z nejpopulárnějších je Proof of Stake (PoS). Tento koncept vznikl v roce 2011 a byl implementován na Ethereu a několika dalších protokolech.

V systémech Proof of Stake jsou těžaři nahrazeni validátory. Není zde žádná těžba a žádné závodění v uhodnutí hashů. Místo toho jsou uživatelé vybíráni náhodně – pokud jsou vybráni, musí navrhnout (nebo „vytvořit“) blok. Pokud je blok platný, každý obdrží odměnu tvořenou transakčními poplatky bloku.

Nelze vybrat jen tak libovolného uživatele – protokol je vybírá na základě několika faktorů. Aby se účastníci kvalifikovali, musí uzamknout sázku, což je předem určená částka nativní měny blockchainu. Sázky fungují jako kauce: velké množství peněz má odradit obžalovaného od vyhýbat se soudu, podobným způsobem validátoři blokují sázku, aby odradili od podvádění. Pokud budou jednat nečestně, sázka (nebo její část) bude odebrána.

Proof of Stake má oproti Proof of Work určité výhody. Nejpozoruhodnější je, že uhlíková stopa je menší – protože v PoS nejsou potřeba výkonné těžařské farmy, spotřebovaná elektřina je jen zlomkem spotřebované v PoW.

To znamená, že PoS nemá stejné výsledky jako PoW. Ačkoli to může být vnímáno jako plýtvání, těžba je jediný konsensuální algoritmus, který byl testován více než deset let. Od svého spuštění Bitcoin PoW zajistil transakce v bilionech dolarů. Abychom s jistotou řekli, že PoS může dosáhnout stejné úrovně zabezpečení, je třeba sázet dlouhodobě řádně testovat.

Závěrečné úvahy

Proof of Work byl původním řešením problému dvojitých výdajů a ukázal se jako spolehlivý a bezpečný. Bitcoin prokázal, že nepotřebujeme centralizované subjekty, abychom zabránili tomu, aby se stejný fond utratil dvakrát. Díky chytrému využití kryptografie, hašovacích funkcí a teorie her se mohou účastníci v decentralizovaném prostředí dohodnout na stavu finanční databáze.

Další čtení

• Co je to těžba kryptoměn a jak funguje?

• Co je kryptografie s veřejným klíčem?

• Co je Blockchain Consensus Algorithm?

Zřeknutí se odpovědnosti: Tento obsah je vám prezentován „tak, jak je“ pouze pro informační a vzdělávací účely, bez záruky jakéhokoli druhu. Obsah by neměl být vykládán jako finanční, právní nebo odborné poradenství a není určen k doporučení nákupu jakéhokoli konkrétního produktu nebo služby. Měli byste si nechat poradit od profesionálních poradců. V případě příspěvků a článků zaslaných přispěvateli třetích stran, vezměte prosím na vědomí, že vyjádřené názory jsou názory příslušného autora a nemusí nutně odrážet názory Binance Academy. Pro více podrobností si prosím přečtěte naše prohlášení o vyloučení odpovědnosti zde. Ceny digitálních aktiv mohou být kolísavé. Hodnota vaší investice se může zvýšit nebo snížit a investovaná částka se vám nemusí vrátit. Jste výhradně odpovědní za svá investiční rozhodnutí a Binance Academy nenese odpovědnost za žádné z vašich možných ztrát. Tento materiál by neměl být vykládán jako finanční, právní nebo odborné poradenství. Další informace naleznete v našich podmínkách použití a upozornění na rizika.