WYJAŚNIENIE MECHANIKI DOWODU PRACY

Proof of Work (PoW) jest fundamentalnym elementem wielu systemów kryptowalutowych, w szczególności Bitcoina. Służy jako mechanizm konsensusu, co oznacza, że ​​jest sposobem, w jaki zdecentralizowana sieć komputerów (lub węzłów) uzgadnia zawartość blockchaina – niezmiennego rejestru cyfrowego. PoW zapewnia, że ​​uczestnicy, zwani również górnikami, wykorzystują zasoby obliczeniowe do walidacji i rejestrowania transakcji. Zapobiega to oszustwom i zabezpiecza sieć bez potrzeby centralnego organu nadzoru.

W praktyce PoW wymaga od uczestników rozwiązywania złożonych łamigłówek matematycznych. Łamigłówki te nie są przeznaczone do rozwiązania przez człowieka, ale przez maszynę – komputery wykonujące obliczenia kryptograficzne. Po rozwiązaniu zagadki, wynik (tzw. „dowód”) może zostać łatwo zweryfikowany przez inne węzły, co pozwala górnikowi dodać nowy blok danych – zazwyczaj zawierający zweryfikowane transakcje – do blockchaina.

PoW łączy trzy kluczowe mechanizmy: hashowanie, regulację trudności i nagrody za wydobycie. Każdy z nich odgrywa ważną rolę w utrzymaniu integralności, bezpieczeństwa i uczciwości sieci blockchain. System został zaprojektowany w celu zapobiegania spamowaniu i złośliwym działaniom poprzez uczynienie generowania prawidłowych bloków kosztownym i czasochłonnym.

PoW, pierwotnie zaproponowany na początku lat 90. jako sposób na zwalczanie spamu e-mailowego, znalazł rewolucyjne zastosowanie w Bitcoinie w 2009 roku. Od tego czasu służy jako sprawdzony system zarówno do zabezpieczania sieci blockchain, jak i regulowania emisji nowych kryptowalut w uczciwy i przewidywalny sposób.

Przyjrzyjmy się każdemu z głównych komponentów systemu PoW, aby zrozumieć, jak on naprawdę działa z praktycznego punktu widzenia.

Sercem Proof of Work jest proces zwany hashowaniem. Hash to ciąg znaków o stałej długości generowany przez funkcję kryptograficzną z danych wejściowych o dowolnej długości. W wielu popularnych systemach PoW, takich jak Bitcoin, używana funkcja haszująca nazywa się SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit).

Pomyśl o hashowaniu jak o cyfrowym odcisku palca: dwa różne zestawy danych nie powinny generować tego samego hasha, a nawet drobna zmiana danych wejściowych – na przykład zmiana pojedynczej liczby lub litery – spowoduje powstanie zupełnie innego hasha. Jest to kluczowe, ponieważ celem kopania PoW jest znalezienie określonego typu hasza, który spełnia bardzo rygorystyczne kryteria, znane jako docelowa trudność.

Oto jak działa haszowanie w kopaniu:

1. Koparka gromadzi pakiet niepotwierdzonych transakcji blockchain.
2. Koparka dodaje metadane, które obejmują dane takie jak znacznik czasu i hasz poprzedniego bloku.
3. Cały ten blok jest wielokrotnie haszowany za pomocą zmiennej zwanej nonce (liczba używana tylko raz).
4. Za każdym razem, gdy nonce jest zmieniany, z danych całego bloku generowany jest nowy hasz.
5. Celem jest znalezienie hasza, który zaczyna się od określonej liczby zer wiodących — lub jest poniżej określonego progu liczbowego.

Ponieważ każda próba znalezienia akceptowalnego hasza opiera się na próbach i błędach — i ponieważ Cel jest niezwykle wąski — górnicy muszą wykonywać biliony prób na sekundę. Ta ogromna liczba obliczeń pochłania znaczne ilości energii elektrycznej i mocy obliczeniowej, co sprawia, że ​​skuteczne wydobycie jest w istocie oparte na zasługach.

Bezpieczeństwo i niezmienność blockchaina wynikają z procesu haszowania. Po znalezieniu poprawnego hasza blok jest dystrybuowany do całej sieci. Inni górnicy i węzły mogą następnie łatwo zweryfikować blok, sprawdzając hasz — jest to niezwykle szybki proces w porównaniu z pracą, jaką zajęło jego znalezienie. To potwierdza „dowód” w Proof of Work.

Jednym z filarów zrównoważonego systemu Proof of Work jest mechanizm regulacji trudności. Zapewnia on regularne dodawanie nowych bloków do blockchaina, niezależnie od liczby górników i mocy obliczeniowej.

W przypadku Bitcoina celem jest generowanie jednego bloku co 10 minut. Jednak wraz z dołączaniem do sieci i zwiększaniem mocy obliczeniowej coraz większej liczby górników, teoretycznie ułatwiają oni szybsze rozwiązanie tej kryptograficznej zagadki. Aby temu przeciwdziałać i utrzymać spójny harmonogram, sieć dokonuje przeglądu i ponownej kalibracji poziomu trudności co około 2016 bloków (mniej więcej co dwa tygodnie).

To dostosowanie jest obliczane na podstawie czasu trwania bloków w przeszłości:

• Jeśli bloki były wydobywane szybciej niż oczekiwano, trudność wzrasta.
• Jeśli bloki były wydobywane wolniej, trudność maleje.

Trudność jest dostosowywana poprzez zmianę docelowego hasza. Im niższa wartość docelowa, tym więcej zer na początku hasza jest wymaganych, co utrudnia znalezienie prawidłowej kombinacji. Ten samoregulujący się system zachowuje rytm tworzenia bloków i pomaga zapobiegać nagłej inflacji lub długim opóźnieniom w transakcjach.

Co więcej, trudność służy jako mechanizm hamujący centralizację. Jeśli jeden podmiot wydobywczy lub pula uzyska zbyt dużą kontrolę nad mocą obliczeniową sieci, wzrost trudności będzie wymagał od nich proporcjonalnie większych zasobów, aby utrzymać lub zwiększyć swoje wpływy. Działa to jako zabezpieczenie przed monopolizacją.

Trudność stabilizuje również gospodarkę kryptowalut, wpływając na szybkość emisji nowych monet. Gdyby trudność była zbyt niska, więcej monet byłoby wydobywanych szybciej, co potencjalnie prowadziłoby do niekontrolowanych skoków podaży. Wymuszając mierzony, przewidywalny czas bloku, poziom trudności wzmacnia niedobór i długoterminowe propozycje wartości.

Co ważne, wszystko to dzieje się automatycznie. Protokół nie potrzebuje scentralizowanego organu do wdrożenia tych zmian; podąża za kodem, reagując na rzeczywiste statystyki sieci.

Podsumowując, dostosowanie trudności jest niezbędne do utrzymania równowagi operacyjnej i ekonomicznej sieci PoW, zapewniając uczciwość, bezpieczeństwo i przewidywalność, nawet w przypadku dynamicznych zmian warunków zewnętrznych.