Консенсус Proof of Work (PoW)

Идея Proof of Work (PoW) была впервые опубликована в 1993 году Синтией Дворк и Мони Наор, а затем была применена Сатоши Накамото в статье о биткойнах в 2008 году. тираж. Термин «доказательство работы» впервые был использован Маркусом Якобссоном и Ари Джуэлсом в публикации в 1999 году.

Principle: A solution that is difficult to find but is easy to verify.

Цель механизма консенсуса - привести все узлы к согласию, то есть довериться друг другу в среде, где узлы не доверяют друг другу.

Затем все транзакции в новом блоке проверяются, и новый блок затем добавляется в цепочку блоков. Обратите внимание, что блок будет добавлен в цепочку, которая имеет самую длинную высоту блока (см. Разделители цепочки блоков, чтобы понять, как несколько цепочек могут существовать в определенный момент времени). Майнеры (специальные компьютеры в сети) выполняют вычислительную работу при решении сложной математической задачи по добавлению блока в сеть, отсюда и название Proof-of-Work. Со временем математическая проблема усложняется.

Как работает PoW?
Курс edX описывает PoW блокчейна как:

“The Proof of Work consensus algorithm involves solving a computational challenging puzzle in order to create new blocks in the Bitcoin blockchain. Colloquially, the process is known as ‘mining’, and the nodes in the network that engage in mining are known as ‘miners’. The incentive for mining transactions lies in economic payoffs, where competing miners are rewarded with 12.5 bitcoins(at the time of writing this article; this reward will get reduced by half its current value with time) and a small transaction fee.”

Процесс проверки транзакций в добавляемом блоке, организации этих транзакций в блоке в хронологическом порядке и объявления о новом добытом блоке всей сети не требует много энергии и времени. Энергозатратная часть решает «сложную математическую задачу», чтобы связать новый блок с последним блоком в действующей цепочке блоков.

Когда майнер, наконец, находит правильное решение, узел одновременно транслирует его по всей сети, получая приз в криптовалюте (вознаграждение), предоставляемый протоколом PoW. На момент написания этой статьи майнинг блока в сети биткойнов дает майнеру-победителю 12,5 биткойнов. Количество выигранных биткойнов уменьшается вдвое каждые четыре года или около того (так устроена сеть биткойнов). Таким образом, следующий вычет количества биткойнов должен произойти примерно в 2020-2021 годах (с текущими темпами и ростом).

Чем больше майнеров, тем короче время, необходимое для майнинга нового блока. Это означает, что новые блоки обнаруживаются быстрее. Чтобы последовательно находить 1 блок каждые 10 минут (это количество времени, которое, по мнению разработчиков биткойнов, необходимо для устойчивого и уменьшающегося потока новых монет, пока не будет достигнуто максимальное количество в 21 миллион (ожидается некоторое время с текущим курсом примерно в 2140 году)) сеть Биткойн регулярно меняет уровень сложности добычи нового блока.

Примечание:
Чтобы узнать больше о том, что содержит блок, посетите Blockchain Explorer через Google для более интересного просмотра.

Важен тот факт, что блок GFG1 связан с блоком GFG2 через свой хэш-номер. Значение заключается в том, что этот «хэш-номер» связывает новый блок с последним блоком в действующей цепочке блоков. Если, с другой стороны, хеш-номер блока GFG1 в блоке GFG2 имеет другой хеш-номер, чем блок GFG1, они не будут совпадать, и блок GFG2 не будет проверен.

Примечание:
Первый блок в цепочке блоков называется Genesis Block и не имеет значения Prev Block Hash .

Изменение блока (которое может быть выполнено только путем создания нового блока, содержащего того же предшественника) требует регенерации всех преемников и повторной работы, которую они содержат (что равносильно вычислению всей цепочки «сложных математических задач»), что практически невозможно. Это защищает блокчейн от взлома.

Система подтверждения работы Биткойна:
Биткойн использует систему Hashcash Proof of Work в качестве основы для майнинга. «Трудную математическую задачу» можно описать абстрактно, как показано ниже:

Given data A, find a number x such as that the hash of x appended to A results is a number less than B.

Майнеры объединяют группу транзакций в блок и пытаются майнить. Чтобы разобраться в этом, необходимо решить сложную математическую задачу. Эта проблема называется проблемой доказательства работы, которую необходимо решить, чтобы показать, что майнер проделал некоторую работу по поиску решения проблемы и, следовательно, добытый блок должен быть действительным.
Ответ на потребности проблемных быть меньше , чем число хэш - блока для того , чтобы быть принятым, известный как «целевой хэш» .A целевой хэш представляет собой число , что заголовок из хэшированного блока должна быть равна или меньше , чем за новый блок, вместе с наградой, который должен быть передан майнеру. Чем ниже цель, тем сложнее сгенерировать блок.

Майнер продолжает тестирование различных уникальных значений (известных как nonce (s)), пока не будет создано подходящее.
Майнер, которому удается решить проблему, получает вознаграждение в биткойнах и добавляет блок в цепочку блоков, сообщая, что блок был добыт.

Примечание:
Целевой хэш корректируется каждые 2016 блоков или примерно раз в 2 недели. Все майнеры немедленно прекращают работу над указанным блоком и начинают майнить следующий блок.

Общие криптографические протоколы, используемые в системах Proof of Work:
Наиболее широко используемый консенсус доказательства работы основан на SHA-256 и был введен как часть Биткойна. Другие включают Scrypt, SHA-3, scrypt-jane, scrypt-n и т. Д.

Особенности системы Proof of Work:
В основном есть две особенности, которые внесли свой вклад в широкую популярность этого консенсусного протокола, а именно:

• Трудно найти решение математической задачи.
• Проверить правильность такого решения несложно.

Основные проблемы с консенсусом Proof-of-Work:
Механизм консенсуса Proof-of-Work имеет следующие проблемы:

• Риск 51% : если контролирующий субъект владеет 51% или более чем 51% узлов в сети, субъект может повредить цепочку блоков, получив большую часть сети.
• Отнимает много времени : майнерам приходится проверять множество значений nonce, чтобы найти правильное решение головоломки, которую необходимо решить для добычи блока, что является длительным процессом.
• Потребление ресурсов : майнеры потребляют большое количество вычислительной мощности, чтобы найти решение сложной математической головоломки. Это приводит к растрате драгоценных ресурсов (денег, энергии, пространства, оборудования). Ожидается, что к концу 2018 года 0,3% мировой электроэнергии будет потрачено на проверку транзакций.
• Подтверждение транзакции занимает около 10–60 минут. Итак, это не мгновенная транзакция; потому что требуется некоторое время, чтобы добыть транзакцию и добавить ее в цепочку блоков, таким образом зафиксировав транзакцию.

Криптовалюты с использованием PoW:

• Litecoin
• Ethereum
• Монета Монеро
• Dogecoin

Другие альтернативы консенсусу PoW:
Эти проблемы привели к разработке новых протоколов консенсуса, таких как:

• Доказательство ставки
• Доказательство ожога
• Рафт консенсус
• Федеративный консенсус
• Доказательство активности
• Подтверждение прошедшего времени
• Доказательство емкости
• Доказательство важности