Czym jest i jak działa algorytm Proof of Work (PoW)?

Skrót PoW teoretycznie znany jest każdemu w świecie krypto… ale na pytanie, co to jest Proof of Work, wielu odpowie błędnie. Ten wyspecjalizowany algorytm, umożliwiający działanie sieci Bitcoin i wielu innych blockchainów, jest bardziej skomplikowany, niż nam się wydaje.

Czym jest Proof of Work?

Proof of Work, oznaczany też skrótem PoW, to algorytm konsensusu, używany w wielu sieciach blockchain. Oparte na nim kryptowaluty, takie jak Bitcoin, wykorzystują go tworzenia nowych bloków, przy jednoczesnym zabezpieczeniu sieci.

PoW opiera się na konieczności wykonania przez górników intensywnej pracy, której wynik jest możliwy do łatwej weryfikacji. Kluczową cechą PoW jest właśnie asymetria poświęconego czasu, zdecentralizowane przechowywanie danych oraz konieczność zużywania zasobów energii.

Istotą PoW jest proces zwany wydobywaniem (mining), służący tworzeniu nowych bloków i dołączania ich do łańcucha. Pozwala to na ciągły zapis historii transakcji, co zapobiega próbom oszustwa. Głównym celem wydobycia jest publikowanie nowych transakcji oraz utrzymanie integralności i bezpieczeństwa danego blockchaina.

Konieczność poniesienia dużych nakładów uniemożliwia łatwy atak na sieć i ułatwia jej ewentualną obronę. Te założenia się sprawdzają – w swojej 15 letniej historii Bitcoin nigdy nie został skutecznie zaatakowany, zaś każdy nowy blok wciąż utrudnia dokonanie takiej próby.

Inwestuj z brokerem XTB w ponad 5900 instrumentów! Akcje i ETF bez prowizji (do miesięcznego obrotu 100 000 EUR), kryptowaluty, waluty, surowce, konto IKE, ponad 200 godzin kursów i wiele innych :)

Historycznie koncepcja Proof of Work sięga roku 1992, a jego pierwszym zastosowaniem miała być ochrona przed spamem. Idea była rozwijana przez wielu badaczy, zaś w 2008 roku Satoshi Nakamoto oparł na niej całą koncepcję Bitcoina.

Jak działa Proof of Work?

Aby sieć funkcjonowała, nowe transakcje muszą ciągle być dodawane do łańcucha bloków. Zadanie to wykonują górnicy, rywalizując między sobą w nadziei zdobycia nagrody. Jej otrzymanie uwarunkowane jest rozwiązaniem skomplikowanego problemu matematycznego (powiedzmy – zagadki) przed wszystkimi innymi uczestnikami sieci. Zwycięzca automatycznie zdobywa prawo dołączenia nowego bloku do istniejącego łańcucha oraz związanej z tym nagrody (w 2023 r – 6,5 BTC).

Aby móc zdobyć nagrodę, każdy górnik musi opublikować w sieci zbiór danych zawierający:

• zapisy transakcji, które mają zostać dodane do nowego bloku,
• skrót (hasz) poprzedniego bloku, gwarantujący ciągłość historii,
• rozwiązanie zagadki (liczbę, która jest poprawnym rozwiązaniem)

Pssst! A czy wiesz, że na giełdzie kryptowalut Binance możesz otworzyć konto z dożywotnim 20% rabatem prowizje? :)

Błędna wartość któregokolwiek z tych trzech wpisów spowoduje utworzenie nieprawidłowego skrótu (hasza) i odrzucenie bloku przez sieć.

Kluczem do wygranej jest rozwiązanie problemu jako pierwszy. Nie ma na to innej metody, niż wykonanie milionów operacji matematycznych, toteż największe szanse na zwycięstwo mają giganci rynku, dysponujący największą mocą obliczeniową. Poziom trudności problemu do rozwiązania zmienia się jednak w czasie, by zniwelować rosnące możliwości komputerów. Automatyczny wzrost kompensuje ich potencjał tak, aby nowy blok powstawał średnio co 10 minut – nawet, jeśli do sieci podłączymy wszystkie komputery świata.

Dowiedz się więcej

Temat Proof of Work, górnictwa czy haszowania jest bardzo obszerny. Dla lepszego zrozumienia tematu warto zapoznać się z naszymi wcześniejszymi opracowaniami:

• czym jest moc haszowania, niezbędna aby wziąć udział w wyścigu,
• co oznacza Drzewo Merkle i jakie zastosowanie ma w praktyce,
• jak działają kopalnie krypto i czym są pule wydobywcze,
• czym jest halving Bitcoina i jak wpływa na rynek krypto.

Zalety PoW

Koncepcja Proof of Work jest wielowymiarowa – możemy rozpatrywać ją pod kątem technologicznym, ekonomicznym, ekologicznym a nawet politycznym. Trudno w paru punktach wyliczyć wszystkie jej wady i zalety, ograniczmy się zatem do najważniejszych:

• solidne podstawy: PoW opiera się o fizyczne zasoby – energię elektryczną oraz sprzęt wysokiej klasy,
• wysokie bezpieczeństwo: chroni sieć, wymagając dużych ilości mocy obliczeniowej, by móc zaproponować nowe bloki,
• wbudowana decentralizacja: porozumienie osiągane jest w drodze konsensusu wszystkich węzłów,
• małe ryzyko oszustwa: weryfikacja transakcji i ich zakotwiczenie w łańcuchu czyni manipulację danymi bardzo trudną,
• szeroki dostęp: z zasady PoW nie dyskryminuje nikogo, dając każdemu prawo udziału w sieci,
• wiarygodność: 15 lat istnienia sieci Bitcoin dowiodło, że przyjęte założenia są słuszne, a PoW działa w praktyce,
• opłacalna uczciwość: węzeł próbujący zakłócić działanie sieci może zostać łatwo zablokowany przez innych uczestników,
• sprawiedliwe zarobki: wysokość potencjalnej nagrody zależy bezpośrednio od szybkości haszowania przez węzeł.

Wady PoW

Choć Proof of Work jest solidną koncepcją, jak wszystko na tym świecie ma swoje wady:

• skłonność do centralizacji: pierwotnie rozproszone wydobycie BTC ma tendencję do koncentrowania się w ogromnych pulach wydobywczych,
• możliwy atak 51%: jeśli jeden podmiot skumuluje ponad połowę obliczeniowej, może przejąć kontrolę nad siecią,
• mała skalowalność: w porównaniu z Proof of Stake, PoW jest mniej skalowalny (choć np. Kadena stara się rozwiązać ten problem),
• emisja CO2: duże zużycie energii elektrycznej oraz sprzętu komputerowego, generujące ślad węglowy,
• marnotrawstwo: “przepalanie” ogromnej ilości mocy obliczeniowej, która mogłaby być wykorzystana produktywnie,
• przyszłość: nie ma jasności, jak będą funkcjonować sieci PoW, kiedy nagrody wskutek halvingów staną się nieatrakcyjne.

Proof of Work vs Proof of Stake

Słabości PoW nie są tajemnicą dla nikogo, a środków zaradczych zaczęto szukać praktycznie od początku. Najbardziej popularną alternatywą stał się Proof of Stake. Ten mechanizm kontrolę nad dodawaniem nowych transakcji i ich weryfikacją oddaje nie górnikom, ale walidatorom. Nie muszą oni mieć sprzętu wysokiej klasy, zobowiązani są za to do stakowania kryptowalut jako swoistej kaucji, mającej wymuszać ich poprawne zachowanie.

Obecnie Proof of Stake i pokrewne protokoły przejęły znaczną część rynku i stały się domyślnym sposobem funkcjonowania nowych sieci.

Podsumujmy podstawowe różnice między PoW a PoS.

Najpopularniejsze kryptowaluty korzystające z PoW

Choć od kilku lat rola PoW spada na rzecz PoS, monety oparte na tym protokole wciąż nieźle się trzymają. W połowie 2023 r. lista liderów wygląda następująco:

1. Bitcoin. Absolutny król, odpowiadający za prawie połowę kapitalizacji całego rynku krypto. Nic dziwnego – w dobie inflacji pozostaje jednym z nielicznych aktywów finansowych, których nie można dodrukować.
2. Dogecoin. Moneta, która miała być żartem, ale na stałe zagościła w Top 10 krypto. Pomaga jej w tym nieustanne wsparcie ze strony Elona Muska.
3. Litecoin. Popularnie nazywany cyfrowym srebrem (złotem jest oczywiście BTC). Od jego powstania minęło już 10 lat, nie widać jednak, żeby wybierał się na emeryturę.
4. Bitcoin Cash. Jeden z nielicznych forków BTC, któremu udało się zachować pewne znaczenie. Znacznie mniej popularny od starszego brata, jest za to dużo częściej stosowany w płatnościach online.
5. Monero. Moneta lubiących dyskrecję, szczerze znienawidzona przez regulatorów. Mimo wielu konkurentów, od lat największy projekt chroniący prywatność transakcji.

Czy Proof of Work ma przyszłość?

Jak to często bywa – zdania są mocno podzielone. Wielu głosi, że jego czas minął. W dzisiejszych czasach ma być anachroniczny, powolny, na każdym polu ustępujący nowocześniejszemu Proof of Stake. Ulegający centralizacji przez wielkie firmy wydobywcze. Trudny do zarządzania i podatny na hardforki. Oraz – to grzech śmiertelny – zanieczyszczający środowisko.

Ta narracja ma jednak wiele słabych punktów. BTC nie oferuje smartkontraktów – i bardzo dobrze, nie do tego został stworzony. Proof of Stake jest nowocześniejszy – ale PoW nowej generacji, jak Ankr czy Conflux, radzą sobie znakomicie. Zanieczyszczenie środowiska? 60% energii zużywanej przez BTC pochodzi z odnawialnych źródeł.

Prawdziwy powód niechęci do Proof of Work wydaje się inny. W PoS wystarczy, że wielkie fundusze sięgną do kieszeni, by przejąć sieć. W PoW muszą uruchomić gigantyczne centra wydobywcze lub je wykupić, co trudno jest zrobić w sposób szybki i niezauważony. No, chyba że kontrolę nad kryptowalutami PoW da się przejąć za pomocą ETF.

Nie wszystkie zarzuty da się jednak odeprzeć tak łatwo. Faktycznym problemem PoW pozostaje wypracowanie mechanizmów ekonomicznych, utrzymujących zainteresowanie górników mimo zmniejszających się z powodu halvingu przychodów. Sam wzrost ceny monet może nie wystarczyć.

Co gorsza, zagrożeniem pozostaje także zdominowanie flagowego dla PoW BTC przez kilka największych pul wydobywczych. Co z tego, że jest mnóstwo górników BTC, jeśli oddają oni władzę nad swoim hashrate operatorom puli? Dobrowolne oddanie kontroli dla zysku jest problemem, który oczekuje swego rozwiązania. Być może będzie nim projekt Stratum v2?

Proof of Work jest jak samochód z silnikiem Diesla. Niemodny, wytykany palcami, uważany za relikt. Jednak na wakacje do dalekiego kraju zajedzie na jednym baku paliwa i z mniejszymi problemami, niż ultra nowoczesny elektryk. Osobiście jestem zdania, że PoW ma i będzie miał swoje miejsce na rynku krypto. Podobnie jak złoto, również nazywane barbarzyńskim reliktem, jednak wciąż stanowiące twardą podstawę rezerw walutowych.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Powiązane wpisy:

Czym jest dowód z wiedzą zerową (zero-knowledge proof)? Co to jest POAP (Proof of Attendance Protocol)? Wszystko o algorytmie Proof of Stake (PoS) Proof of Reserves (PoR), czyli dowód rezerw Portfel Multisig – czym jest i jak działa? Czym jest i jak działa portfel Mycelium? Czym jest i jak działa Edge Wallet? Czym jest i jak działa portfel Electrum? Staking DeFi na Binance – czym jest i jak działa? Czym jest i jak działa restaking?