Ce este Proof-of-Work - cum funcționează algoritmul de consens al Bitcoin?

24.05.2024, 11:31

Ce este Proof-of-Work - cum funcționează algoritmul de consens al Bitcoin?

Proof-of-Work (PoW) este un algoritm de consens care solicită membrilor rețelei să valideze tranzacțiile pentru a menține sistemul în siguranță.

Să presupunem că încerci să înțelegi cum funcționează tehnologia blockchain la un moment dat.

În acest caz, probabil te-ai întrebat cine se asigură că tranzacțiile vor fi sigure, având în vedere că nu există organisme centrale.

Explicația scurtă ar fi că rețelele blockchain precum Bitcoin sau Ethereum au mecanisme care se asigură că fiecare tranzacție este procesată, confirmată și stocată în siguranță.

Există două mecanisme principale pe care rețelele blockchain le folosesc pentru a face acest lucru:

  • Proof-of-Work (PoW)
  • Proof-of-Stake (PoS)

Un începător ar avea dificultăți în a înțelege cum funcționează blockchain-ul fără intermediari, mai ales deoarece multe explicații de pe internet sunt încă pline de jargon tehnic.

Dacă ai deschide un articol care spune: „rețelele blockchain folosesc Proof-of-Work sau Proof-of-Stake ca mecanism pentru a verifica tranzacțiile,” probabil ai fi confuz.

De aceea, vom explica în detaliu cum rețelele blockchain se asigură că tranzacțiile sunt verificate și stocate în siguranță fără a fi nevoie de o bancă, contabil sau altă terță parte.

În acest articol, ne vom concentra exclusiv pe conceptul de Proof-of-Work.

Pentru a înțelege mai bine mecanismul, trebuie să explicăm mecanismul de consens.

Acest mecanism este conceptul de bază pe care Proof-of-Work și Proof-of-Stake îl utilizează pentru a înlocui intermediarii.

Ce este mecanismul de consens?

Termenul „consens” reprezintă acordul unui grup de persoane asupra unui subiect sau unei chestiuni. De exemplu, dacă ieși cu prietenii, trebuie să ajungeți la un consens despre unde să mergeți (la film, la cină, etc.).

Ilustrația arată un grup de oameni care ajung la un consens.

Când vine vorba de tehnologia blockchain, există mai multe moduri sau modele prin care un grup de persoane poate ajunge la un consens.

Ilustrația arată modelul pe care un grup de oameni îl folosește pentru a ajunge la un consens.

Asupra a ce ar trebui să fie de acord oamenii dintr-o rețea blockchain?

Pe scurt, oamenii care folosesc rețeaua blockchain trebuie să fie de acord că fiecare tranzacție are detalii corecte și că nu există tentative de fraudă.

Cum poate fiecare utilizator al rețelei blockchain să știe că tranzacția este validă?

Fiecare utilizator are o copie digitală a listei fiecărei tranzacții din istoria blockchain (registrul), ceea ce face întregul proces transparent.

De ce folosesc rețelele blockchain mecanisme de consens?

Decentralizarea este una dintre caracteristicile cheie ale tehnologiei blockchain. Tehnologia promite un mod mai transparent de a face lucrurile de zi cu zi, fără a fi nevoie de intermediari.

Conceptul de mecanism de consens se bazează pe ideea că consensul fiecărui utilizator al rețelei blockchain este singurul mod corect, transparent și sigur de a efectua tranzacții fără terți (cum ar fi băncile, notarii sau alte instituții).

Să comparăm fluxul de tranzacții într-o bancă și rețeaua blockchain pentru a explica cum mențin utilizatorii operațiunile rețelei printr-un mecanism de consens.

Tranzacția printr-o bancă ca intermediar arată de obicei astfel:

Infograficul explică cronologia tranzacției bancare.

Pe de altă parte, tranzacția printr-o rețea blockchain arată de obicei astfel:

Infograficul explică cronologia efectuării unei tranzacții prin intermediul rețelei blockchain.

Mulți oameni vor întreba ce oprește un utilizator aleatoriu al rețelei blockchain să facă ceva împotriva regulilor și pentru câștig personal.

Mecanismul de consens este conceput pentru a detecta automat tentativele de fraudă și pentru a exclude acel tip de utilizator din participarea la rețeaua blockchain.

Cum este posibil acest lucru?

Așa cum am menționat mai devreme, blockchain-ul și alte proiecte Web 3 folosesc două modele pentru a menține siguranța și transparența: Proof-of-Work și Proof-of-Stake.

Ce este Proof-of-Work?

Proof-of-Work este un algoritm dezvoltat în 1993.

Scopul său era protecția împotriva spam-ului potențial pe servere și atacurilor DoS (Denial of Service - un atac cibernetic destinat să facă un computer sau o rețea indisponibilă utilizatorului său).

Conceptul a apărut din nou în 2009, datorită Bitcoin. De data aceasta, Proof-of-Work avea un nou scop. A fost conceput ca un mecanism de consens care va:

  • ajuta la confirmarea fiecărei tranzacții din rețeaua Bitcoin
  • adăuga noi blocuri de tranzacții pe blockchain
  • preveni "dublul cheltuirii" (trimiterea aceluiași număr de monede de mai multe ori către mai multe persoane diferite)

Rețeaua Bitcoin folosește în continuare mecanismul Proof-of-Work. Pe lângă Bitcoin, există și alte criptomonede Proof-of-Work, cum ar fi Dogecoin și Litecoin.

Cum funcționează Proof-of-Work?

Motivul pentru care mecanismul se numește „Proof-of-Work” este că utilizatorii blockchain-ului (nodurile) trebuie să investească muncă pentru a verifica tranzacțiile.

Vom folosi exemple vizuale pentru a explica.

Să presupunem că Persoana A trimite 100€ Persoanei B printr-o rețea blockchain.

Infograficul explică modul în care rețeaua blockchain verifică tranzacția.
Infograficul explică procesul de verificare a tranzacțiilor prin mecanismul Proof-of-Work.

Odată ce suma este trimisă, fiecare utilizator din rețeaua blockchain (nod) va examina tranzacția. Folosind registrul distribuit, vor observa că este o tranzacție nouă cu suma de 100€.

Odată ce acest lucru este stabilit, utilizatorii se vor asigura că Persoana A nu a trimis simultan aceiași 100€ Persoanei C, Persoanei D și Persoanei E (în situația în care Persoana A are doar 100€ în cont și încearcă să-i trimită altora).

Dacă tranzacția îndeplinește toate criteriile, va fi confirmată și stocată într-un bloc.

Acesta este momentul în care intervine Proof-of-Work.

Fiecare bloc are un puzzle criptografic unic.

Odată ce stocarea blocului atinge limita (un bloc în Bitcoin poate stoca 100 de tranzacții), acesta trebuie să se conecteze la blocul anterior de pe blockchain.

Fiecare nod va folosi puterea calculatoarelor sale pentru a rezolva puzzle-ul criptografic.

Utilizatorul care a rezolvat puzzle-ul criptografic va împărtăși soluția cu ceilalți utilizatori. Aceștia vor fi de acord că blocul tranzacției poate fi stocat pe blockchain (după care nu va mai putea fi niciodată modificat sau schimbat).

Infograficul explică procesul de adăugare a unei tranzacții la un bloc nou.

De asemenea, utilizatorul va primi o recompensă pentru rezolvarea puzzle-ului criptografic.

Infograficul explică conceptul de minerit și adăugarea de tranzacții la blockchain prin conceptul Proof-of-Work.
Infograficul explică procesul de adăugare a unui nou bloc verificat la blockchain.

Recompensa pentru rezolvarea puzzle-ului criptografic și stocarea blocului de tranzacții în rețeaua Bitcoin este de 3.125 BTC (per bloc).

În următorul proces de înjumătățire a Bitcoin, recompensa va fi înjumătățită la 1.5625 BTC pe bloc.

Utilizatorii care investesc puterea de calcul pentru a rezolva puzzle-uri criptografice sunt cunoscuți și sub numele de mineri (întregul proces se numește mining).

Procesul de mining poate fi tentant, dar a devenit practic imposibil pentru utilizatorii obișnuiți să participe în ultimii ani.

Rezolvarea unui puzzle criptografic necesită o cantitate mare de putere de calcul, deoarece concurezi simultan cu zeci de mii de alți utilizatori pentru o singură soluție.

3 beneficii cheie ale mecanismului Proof-of-Work

1. Securitate

Mecanismul de consens Proof-of-Work permite un sistem eficient, complet transparent și sigur.

Elimină orice posibilitate de manipulare a rețelei, cum ar fi dublul cheltuirii (cheltuirea banilor pe care nu îi ai).

Utilizatorii pot încerca să adauge tranzacții false pe blockchain, dar alte noduri vor detecta cu ușurință tentativele de fraudă.

Ca urmare, nodurile vor preveni automat utilizatorul și îl vor exclude din rețea.

Adăugarea unui număr mare de tranzacții false pe blockchain este practic imposibilă.

Acest lucru înseamnă că trebuie să forțezi majoritatea nodurilor din rețea (să ai control asupra a 51%), ceea ce ar necesita o cantitate mare de bani și putere de calcul.

Conform mai multor calcule, încercarea de a prelua controlul rețelei blockchain ar costa sute de miliarde de dolari.

Chiar dacă există o entitate care ar obține controlul de 51% asupra rețelei blockchain, este puțin probabil să reușească în manipularea rețelei.

2. Sistem descentralizat

Pe lângă securitate, Proof-of-Work promite un nivel ridicat de descentralizare.

Oferă fiecărui utilizator oportunitatea de a face parte din rețea. Fiecare utilizator poate actualiza schimbările și înregistrările și are acces la registrul public.

Acest lucru este practic imposibil în finanțele tradiționale, unde instituțiile păstrează înregistrările și informațiile pentru ele însele.

3. Recompense

Blockchain-ul permite tuturor să participe la rețea și să primească recompense pentru aceasta.

Așa cum am menționat mai devreme, fiecare nod care rezolvă puzzle-ul criptografic și confirmă noul bloc în blockchain poate primi compensații sub formă de taxe de tranzacție.

Această caracteristică motivează mulți utilizatori să se alăture rețelei și să devină un nod. Având multe noduri înseamnă că rețeaua va fi mai puternică și mai stabilă, ceea ce face ca tranzacțiile să fie mult mai rapide.

Dezavantajele Proof-of-Work

Caracteristicile care fac din Proof-of-Work un mecanism sigur și de încredere au și unele impacturi negative, în special asupra utilizatorilor de zi cu zi.

Posibilitatea de a câștiga „monede gratuite” prin mining a atras mulți oameni în acest domeniu.

Pe măsură ce a trecut timpul și criptomoneda a devenit mai populară, mulți au investit mai mulți bani pentru a-și actualiza echipamentul de mining și pentru a avea o poziție mai bună la rezolvarea unui puzzle criptografic.

Astăzi, minerii sunt la un nivel cu totul diferit. Avem companii de mining cu ferme de mining care conțin sute de calculatoare.

Acest lucru este ceva cu care utilizatorii de zi cu zi nu pot concura, ceea ce a dus la crearea unui „monopol al mining-ului.”

Mai mult, având facilități extinse de mining a dus la o altă problemă, și anume consumul mai mare de energie.

Consecința consumului ridicat de energie este un efect negativ asupra mediului.

Chiar dacă multe companii încearcă să găsească soluții pentru un mining sustenabil, percepția publicului despre conceptul Proof-of-Work este în mare parte negativă, motiv pentru care preferă mai mult mecanismul Proof-of-Stake.