Το Proof of Work (PoW), δηλαδή η απόδειξη εργασίας, είναι ένα πρωτόκολλο που δημιουργήθηκε αρχικά για να αποτρέπει επιθέσεις που στοχεύουν στη διακοπή της λειτουργίας ενός συστήματος, καθώς και τα ανεπιθύμητα μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου που γνωρίζουμε ως spam. Οι ρίζες του βρίσκονται σε μια εργασία που δημοσίευσαν το 1993 οι επιστήμονες υπολογιστών Cynthia Dwork και Moni Naor. Το 1999 εντάχθηκε στη βιβλιογραφία με το σημερινό του όνομα, χάρη στη δουλειά των ερευνητών Markus Jakobsson και Ari Juels.
Κατά την ανάπτυξη του PoW τη δεκαετία του '90, η πιο διαδεδομένη χρήση του ήταν η αποτροπή ενεργειών που αποσκοπούσαν στο να καταστήσουν ανενεργά ολόκληρα συστήματα υπολογιστών, κυρίως των επιθέσεων DDoS (άρνησης υπηρεσίας). Παράλληλα, το πρωτόκολλο χρησιμοποιούνταν για την καταπολέμηση του spam. Στις 31 Οκτωβρίου 2008 εμφανίστηκε σε μια εντελώς διαφορετική μορφή από τις προηγούμενες χρήσεις του, μέσα στο whitepaper του Bitcoin που δημοσίευσε κάποιος ή κάποιοι με το όνομα Satoshi Nakamoto. Το έγγραφο με τίτλο «Bitcoin: Peer-to-Peer Electronic Cash System», που παρουσίασε το πρώτο κρυπτονόμισμα, έδειξε πώς μπορεί να υπάρξει ένα αξιόπιστο σύστημα πληρωμών και ένα κρυπτονόμισμα χάρη στο πρωτόκολλο Proof of Work.
Το Proof of Work, που αναλύεται στην τέταρτη ενότητα του εν λόγω εγγράφου, απαντά στα ερωτήματα για το γιατί ο μηχανισμός αυτός αποτελεί μέρος της υποδομής του Bitcoin.
Πώς λειτουργεί το Proof of Work
Το Bitcoin και πολλά άλλα κρυπτονομίσματα είναι συστήματα blockchain που προστατεύονται από δίκτυα αποκεντρωμένων κόμβων. Βασικό καθήκον αυτών των συστημάτων είναι να διασφαλίζουν τη βιωσιμότητα και τη συνέχεια του δικτύου. Στο δίκτυο δραστηριοποιούνται φορείς που ονομάζονται miners και έχουν ως αποστολή να προσθέτουν νέα μπλοκ στο blockchain. Η προσθήκη αυτών των μπλοκ γίνεται μόνο μέσω της επίλυσης σύνθετων μαθηματικών προβλημάτων. Επειδή η επίλυσή τους είναι εξαιρετικά δύσκολη, απαιτούνται ισχυροί επεξεργαστές.
Ο πρώτος miner που λύνει το πρόβλημα και επαληθεύει τις συναλλαγές του μπλοκ μεταδίδει το αποτέλεσμα στο δίκτυο και κερδίζει την ανταμοιβή σε κρυπτονόμισμα που ορίζει το δίκτυο, μαζί με τις προμήθειες που καταβλήθηκαν για τις συναλλαγές του συγκεκριμένου μπλοκ. Οι συναλλαγές που επαληθεύονται από τους miners και δημοσιεύονται στο δίκτυο καταγράφονται σε ένα κατανεμημένο σύστημα λογιστικών εγγραφών που ονομάζεται blockchain. Όλοι οι χρήστες που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο μπορούν να κατεβάσουν ένα αντίγραφο του blockchain και ταυτόχρονα να επαληθεύσουν οι ίδιοι όλα τα εγκεκριμένα μπλοκ.
Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του πρωτοκόλλου Proof of Work;
Το Proof of Work, το πιο διαδεδομένο και θεμελιώδες πρωτόκολλο στον κλάδο των κρυπτονομισμάτων, φέρνει ριζικές αλλαγές στην τεχνολογία και στην οικονομία, επιτρέποντας σε ένα σύστημα πληρωμών και σε ένα νόμισμα να λειτουργούν χωρίς κεντρική αρχή. Η υπολογιστική ισχύς, για παράδειγμα, αξιοποιείται ως ένας από τους σημαντικότερους μηχανισμούς που εξασφαλίζουν την ασφάλεια των δεδομένων στο δίκτυο. Χάρη στο πρωτόκολλο Proof of Work, για να στεφθεί με επιτυχία μια επίθεση στο δίκτυο του Bitcoin θα πρέπει να καταληφθεί τουλάχιστον το 51 τοις εκατό της υπολογιστικής ισχύος του δικτύου. Δεδομένου του σημερινού μεγέθους του δικτύου και της τεράστιας υπολογιστικής του ισχύος (hashrate), μια τέτοια επίθεση είναι απίθανο να πετύχει. Η υπολογιστική ισχύς εκφράζει τον αριθμό των προσπαθειών που μπορούν να κάνουν οι επεξεργαστές του δικτύου μέσα σε ένα δευτερόλεπτο και μπορεί να θεωρηθεί ως η ισχύς επαλήθευσης.
Αν και η ανάγκη κατάληψης του μεγαλύτερου μέρους της υπολογιστικής ισχύος για την κατάληψη του δικτύου θεωρείται ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα του PoW λόγω της ασφάλειας που προσφέρει, οι ειδικοί εκφράζουν παράλληλα την ανησυχία ότι αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μονοπώλιο. Έτσι, το τεράστιο αυτό πλεονέκτημα μετατρέπεται σε κάποιο σημείο σε ένα από τα μεγαλύτερα μειονεκτήματα του πρωτοκόλλου. Και τούτο επειδή οι επεξεργαστές με το μεγαλύτερο μερίδιο μπορούν να έχουν και τη μεγαλύτερη δύναμη ψήφου στο δίκτυο. Η αρχή της αποκέντρωσης, το σημαντικότερο χαρακτηριστικό του δικτύου του Bitcoin, έρχεται σε αντίφαση με τις αρχές του ίδιου του δικτύου, εξαιτίας του κινδύνου οι ισχυροί να αποκτήσουν εύκολα την εξουσία.
Είναι εξαιρετικά απίθανο τα ενεργά mining pools του Bitcoin να καταλάβουν το 51% της υπολογιστικής ισχύος του δικτύου. Ωστόσο, το 2017 το mining pool που διαχειριζόταν η Bitmain, κατασκευάστρια εταιρεία μηχανημάτων εξόρυξης, κατάφερε να φτάσει το 45% της υπολογιστικής ισχύος του δικτύου.
Επειδή ένα σύστημα βασισμένο στο πρωτόκολλο PoW απαιτεί υψηλή υπολογιστική ισχύ, οδηγεί σε πολύ έντονη κατανάλωση ενέργειας. Αυτό μπορεί να σημαίνει τόσο υψηλό κόστος όσο και ανεύθυνη χρήση των ενεργειακών πόρων.