Proof of Work (PoW) is een protocol dat oorspronkelijk is bedacht om aanvallen tegen te gaan die de werking van een systeem willen verstoren, en om ongewenste e-mailberichten – spam – te blokkeren. De oorsprong ligt in een artikel dat computerwetenschappers Cynthia Dwork en Moni Naor in 1993 publiceerden. In 1999 kreeg het via het werk van onderzoekers Markus Jakobsson en Ari Juels zijn huidige naam in de literatuur.
Tijdens de ontwikkeling van PoW in de jaren negentig was het meest voorkomende toepassingsgebied het tegenhouden van pogingen om computersystemen plat te leggen, met name DDoS-aanvallen (denial of service). Daarnaast werd het Proof of Work-protocol ingezet tegen spam. Op 31 oktober 2008 dook het in een totaal andere vorm op dan bij die eerdere toepassingen: in de bitcoin-whitepaper die iemand – of meerdere mensen – onder de naam Satoshi Nakamoto publiceerde. Het document met de titel "Bitcoin: Peer-to-Peer Electronic Cash System", dat de eerste cryptomunt introduceerde, liet zien hoe een betrouwbaar betaalsysteem en een cryptomunt dankzij het Proof of Work-protocol kunnen bestaan.
Proof of Work, dat in het vierde onderdeel van dat document aan bod komt, beantwoordt de vraag waarom dit mechanisme deel uitmaakt van de infrastructuur van bitcoin.
Zo werkt Proof of Work
Bitcoin en veel andere cryptomunten zijn blockchainsystemen die worden beschermd door netwerken van gedecentraliseerde nodes. De belangrijkste taak van deze systemen is de duurzaamheid en continuïteit van het netwerk waarborgen. Op het netwerk zijn deelnemers actief die miners worden genoemd en die tot taak hebben nieuwe blokken aan de blockchain toe te voegen. Dat kan alleen door complexe wiskundige problemen op te lossen, en omdat die problemen bijzonder lastig zijn, is daar krachtige rekenkracht voor nodig.
De eerste miner die het probleem oplost en de transacties in het blok verifieert, verspreidt het resultaat over het netwerk en verdient daarmee de door het netwerk bepaalde beloning in cryptovaluta plus de transactiekosten die voor de transacties in dat blok zijn betaald. Transacties die door miners worden geverifieerd en op het netwerk worden gepubliceerd, worden vastgelegd in een gedistribueerd grootboek dat blockchain heet. Alle gebruikers die met het netwerk verbonden zijn, kunnen een kopie van de blockchain downloaden en tegelijkertijd zelf alle goedgekeurde blokken verifiëren.
Wat zijn de voor- en nadelen van het Proof of Work-protocol?
Proof of Work, het meest gebruikte en meest fundamentele protocol in de cryptosector, brengt radicale veranderingen in technologie en economie doordat het een betaalsysteem en een munt zonder centrale autoriteit laat functioneren. Rekenkracht wordt bijvoorbeeld ingezet als een van de belangrijkste mechanismen die de veiligheid van de gegevens in het netwerk garanderen. Dankzij het Proof of Work-protocol moet minstens 51 procent van de rekenkracht in het netwerk worden veroverd voordat een aanval op het bitcoinnetwerk kan slagen. Gezien de omvang van het bitcoinnetwerk en de enorme rekenkracht (hashrate) van vandaag is de kans klein dat zo'n aanval slaagt. Rekenkracht geeft aan hoeveel pogingen de processoren in het netwerk in één seconde kunnen doen en kan worden gezien als de verificatiekracht van het netwerk.
Hoewel de eis om het grootste deel van de rekenkracht in handen te krijgen voordat je het netwerk kunt overnemen vanwege de geboden veiligheid als een van de grootste voordelen van PoW geldt, waarschuwen experts er tegelijk voor dat dit tot monopolievorming kan leiden. Op een bepaald punt slaat dit enorme voordeel dus om in een van de grootste nadelen van het protocol. De processoren met het grootste aandeel kunnen namelijk ook de meeste stemkracht in het netwerk krijgen. Het principe van decentralisatie, de belangrijkste eigenschap van het bitcoinnetwerk, komt zo in tegenspraak met de uitgangspunten van het netwerk zelf, omdat de sterksten gemakkelijk de zeggenschap naar zich toe kunnen trekken.
De kans dat actieve bitcoin-miningpools 51% van de rekenkracht van het netwerk veroveren, is bijzonder klein. In 2017 lukte het de miningpool van miningapparatuurfabrikant Bitmain echter wel om 45% van de rekenkracht in het netwerk te bereiken.
Omdat een systeem dat op het PoW-protocol is gebaseerd veel rekenkracht vraagt, leidt het tot een zeer intensief energieverbruik. Dat kan zowel hoge kosten opleveren als een onverantwoord gebruik van energiebronnen.