Proof of Work (PoW), или доказательство выполненной работы, — это протокол, созданный для защиты от атак, направленных на нарушение работы системы, и от нежелательных писем, которые приходят по электронной почте и известны как спам. Своими корнями протокол уходит в статью, опубликованную в 1993 году специалистами по вычислительной технике Синтией Дворк и Мони Наором. К 1999 году он вошёл в научную литературу под нынешним названием благодаря работам исследователей Маркуса Якобссона и Ари Джуэлса.
В девяностые годы, когда PoW только развивался, самой распространённой сферой его применения было противодействие попыткам вывести компьютерные системы из строя — прежде всего DDoS-атакам (отказ в обслуживании). Точно так же протокол использовали и для борьбы со спамом. А 31 октября 2008 года он предстал в совершенно ином виде: в белой книге биткоина, опубликованной человеком или группой людей под именем Сатоши Накамото. Документ под названием «Bitcoin: Peer-to-Peer Electronic Cash System», представивший миру первую криптовалюту, показал, как благодаря протоколу Proof of Work могут существовать надёжная платёжная система и собственная криптовалюта.
Proof of Work, которому посвящён четвёртый раздел этого документа, отвечает на вопрос, зачем этот механизм заложен в инфраструктуру биткоина.
Как работает Proof of Work
Биткоин и многие другие криптовалюты — это блокчейн-системы, которые защищены сетями децентрализованных узлов. Главная задача таких систем — обеспечить устойчивость и непрерывность работы сети. В сети действуют участники, которых называют майнерами: их задача — добавлять в блокчейн новые блоки. Добавить блок можно, только решив ряд сложных математических задач, а поскольку решать их крайне трудно, для этого нужны мощные процессоры.
Первый майнер, который решает задачу и проверяет транзакции в блоке, рассылает результат по сети и получает установленное в сети вознаграждение в криптовалюте вместе с комиссиями, уплаченными за транзакции из этого блока. Проверенные майнерами и опубликованные в сети транзакции записываются в распределённый реестр, который и называется блокчейном. Все подключённые к сети пользователи могут скачать копию блокчейна и одновременно самостоятельно проверить все подтверждённые блоки.
Каковы преимущества и недостатки протокола Proof of Work?
Proof of Work — самый распространённый и основополагающий протокол в криптовалютной отрасли — приносит радикальные изменения в технологии и экономике, позволяя платёжной системе и валюте работать без центрального органа. Вычислительная мощность, например, служит одним из ключевых механизмов, которые обеспечивают безопасность данных в сети. Благодаря протоколу Proof of Work, чтобы атака на сеть биткоина оказалась успешной, нужно захватить не менее 51 процента вычислительной мощности сети. Учитывая нынешние масштабы сети биткоина и её огромную вычислительную мощность (хешрейт), шансы на успех такой атаки крайне малы. Вычислительная мощность отражает число попыток, которое процессоры сети способны совершить за одну секунду, и её можно рассматривать как силу проверки.
Хотя необходимость захватить большую часть вычислительной мощности, чтобы завладеть сетью, считается одним из главных преимуществ протокола PoW из-за обеспечиваемой им безопасности, эксперты высказывают и опасение, что это может привести к монополизации. Так это огромное преимущество в определённый момент превращается в один из крупнейших недостатков протокола: ведь процессоры с наибольшей долей могут получить и наибольший вес голоса в сети. Принцип децентрализации, важнейшая особенность сети биткоина, вступает в противоречие с принципами самой сети из-за риска того, что сильные легко получат власть.
Вероятность того, что действующие майнинг-пулы биткоина захватят 51 % процессорной мощности сети, крайне мала. Тем не менее в 2017 году майнинг-пул, которым управлял производитель оборудования для майнинга Bitmain, сумел достичь 45 % процессорной мощности сети.
Поскольку система, построенная на протоколе PoW, требует высокой вычислительной мощности, она приводит к очень интенсивному потреблению энергии. Это чревато как высокими издержками, так и безответственным расходованием энергетических ресурсов.