Доказ виконання роботи (PoW)
Мережа Етеріум починала з використання механізму консенсусу, який включав доказ виконання роботи (PoW). Це дозволяло вузлам мережі Етеріум узгоджувати стан усієї інформації, записаної в блокчейні Етеріуму, та запобігало певним видам економічних атак. Однак у 2022 році Етеріум відмовився від доказу виконання роботи та натомість почав використовувати доказ частки (PoS).
Передумови
Для кращого розуміння цієї сторінки ми рекомендуємо спочатку прочитати про транзакції, блоки та механізми консенсусу.
Що таке доказ виконання роботи (PoW)?
Консенсус Накамото, який використовує доказ виконання роботи (PoW), — це механізм, що колись дозволяв децентралізованій мережі Етеріум досягати консенсусу (тобто згоди всіх вузлів) щодо таких речей, як баланси акаунтів та порядок транзакцій. Це запобігало «подвійному витрачанню» монет користувачами та гарантувало, що ланцюг Етеріуму було надзвичайно важко атакувати або маніпулювати ним. Тепер ці властивості безпеки забезпечуються доказом частки (PoS) за допомогою механізму консенсусу, відомого як Gasper.
Доказ виконання роботи та майнінг
Доказ виконання роботи (PoW) — це базовий алгоритм, який встановлює складність і правила для роботи, яку виконують майнери в блокчейнах із доказом виконання роботи. Майнінг — це і є сама «робота». Це процес додавання дійсних блоків до ланцюга. Це важливо, оскільки довжина ланцюга допомагає мережі слідувати правильному форку блокчейну. Чим більше «роботи» виконано, чим довший ланцюг і чим вищий номер блоку, тим більше мережа може бути впевнена в поточному стані речей.
Як працював доказ виконання роботи в Етеріумі?
Транзакції в Етеріумі обробляються в блоки. У нині застарілому Етеріумі на базі доказу виконання роботи (PoW) кожен блок містив:
- складність блоку — наприклад: 3,324,092,183,262,715
- mixHash — наприклад:
0x44bca881b07a6a09f83b130798072441705d9a665c5ac8bdf2f39a3cdf3bee29 - нонс — наприклад:
0xd3ee432b4fb3d26b
Ці дані блоку були безпосередньо пов'язані з доказом виконання роботи.
Робота в доказі виконання роботи
Протокол доказу виконання роботи, Етхеш, вимагав від майнерів пройти через напружену гонку спроб і помилок, щоб знайти нонс для блоку. Тільки блоки з дійсним нонсом могли бути додані до ланцюга.
Під час гонки за створення блоку майнер багаторазово пропускав набір даних, який можна було отримати лише завантаживши та запустивши повний ланцюг (як це робить майнер), через математичну функцію. Набір даних використовувався для генерації mixHash нижче цільового значення, яке диктується складністю блоку. Найкращий спосіб зробити це — метод спроб і помилок.
Складність визначала цільове значення для хешу. Чим нижче цільове значення, тим менший набір дійсних хешів. Після генерації іншим майнерам і клієнтам було неймовірно легко це перевірити. Навіть якби змінилася хоча б одна транзакція, хеш був би зовсім іншим, що сигналізувало б про шахрайство.
Хешування дозволяє легко виявити шахрайство. Але доказ виконання роботи як процес також був великим стримуючим фактором для атак на ланцюг.
Доказ виконання роботи та безпека
Майнери мали стимули виконувати цю роботу в головному ланцюзі Етеріуму. Для підмножини майнерів було мало стимулів створювати власний ланцюг — це підриває систему. Блокчейни покладаються на наявність єдиного стану як джерела істини.
Метою доказу виконання роботи було подовження ланцюга. Найдовший ланцюг вважався найбільш достовірним як дійсний, оскільки для його створення було виконано найбільше обчислювальної роботи. У системі PoW Етеріуму було майже неможливо створювати нові блоки, які стирають транзакції, створюють підроблені або підтримують другий ланцюг. Це тому, що зловмисному майнеру потрібно було б завжди знаходити нонс блоку швидше за всіх інших.
Щоб постійно створювати зловмисні, але дійсні блоки, зловмисному майнеру знадобилося б понад 51% потужності майнінгу мережі, щоб випередити всіх інших. Така кількість «роботи» вимагає багато дорогої обчислювальної потужності, а витрачена енергія могла б навіть перевищити вигоду, отриману від атаки.
Економіка доказу виконання роботи
Доказ виконання роботи також відповідав за випуск нової валюти в систему та стимулювання майнерів виконувати роботу.
Починаючи з оновлення Константинополь, майнери, які успішно створювали блок, отримували винагороду у вигляді двох щойно випущених ETH та частини комісій за транзакції. Блоки-оммери (ommer blocks) також компенсувалися в розмірі 1.75 ETH. Блоки-оммери — це дійсні блоки, створені майнером практично в той самий час, коли інший майнер створив канонічний блок, що в кінцевому підсумку визначалося тим, на якому ланцюзі було побудовано наступний блок раніше. Блоки-оммери зазвичай виникали через затримки в мережі.
Фінальність
Транзакція має «фінальність» в Етеріумі, коли вона є частиною блоку, який не може змінитися.
Оскільки майнери працювали децентралізовано, два дійсних блоки могли бути видобуті одночасно. Це створювало тимчасовий форк. Зрештою, один із цих ланцюгів ставав прийнятим ланцюгом після того, як наступні блоки були видобуті та додані до нього, роблячи його довшим.
Ситуація ускладнювалася тим, що транзакції, відхилені в тимчасовому форку, могли бути не включені до прийнятого ланцюга. Це означає, що вони могли бути скасовані. Тому фінальність стосується часу, який слід зачекати, перш ніж вважати транзакцію незворотною. У попередньому Етеріумі на базі доказу виконання роботи, чим більше блоків було видобуто поверх певного блоку N, тим вищою була впевненість у тому, що транзакції в N були успішними і не будуть скасовані. Тепер, з доказом частки (PoS), фіналізація є явною, а не імовірнісною властивістю блоку.
Енергоспоживання доказу виконання роботи
Основна критика доказу виконання роботи полягає в кількості енергії, необхідної для забезпечення безпеки мережі. Для підтримки безпеки та децентралізації Етеріум на базі доказу виконання роботи споживав великі обсяги енергії. Незадовго до переходу на доказ частки (PoS) майнери Етеріуму сукупно споживали близько 70 ТВт·год/рік (приблизно стільки ж, скільки Чехія — за даними digiconomist (opens in a new tab) станом на 18 липня 2022 року).
Переваги та недоліки
| Переваги | Недоліки |
|---|---|
| Доказ виконання роботи є нейтральним. Вам не потрібен ETH для початку, а винагороди за блоки дозволяють перейти від 0 ETH до позитивного балансу. З доказом частки (PoS) вам потрібен ETH для старту. | Доказ виконання роботи споживає так багато енергії, що це шкодить навколишньому середовищу. |
| Доказ виконання роботи — це перевірений часом механізм консенсусу, який багато років зберігав Біткоїн та Етеріум у безпеці та децентралізованими. | Якщо ви хочете займатися майнінгом, вам потрібне настільки спеціалізоване обладнання, що для початку потрібні великі інвестиції. |
| Порівняно з доказом частки (PoS), його відносно легко реалізувати. | Через зростаючу потребу в обчисленнях майнінг-пули могли б потенційно домінувати в майнінгу, що призвело б до централізації та ризиків для безпеки. |
Порівняння з доказом частки (PoS)
На високому рівні доказ частки (PoS) має ту саму кінцеву мету, що й доказ виконання роботи (PoW): допомогти децентралізованій мережі безпечно досягти консенсусу. Але він має деякі відмінності в процесі та учасниках:
- Доказ частки (PoS) замінює важливість обчислювальної потужності на застейканий ETH.
- Доказ частки (PoS) замінює майнерів на валідаторів. Валідатори стейкають свій ETH, щоб активувати можливість створювати нові блоки.
- Валідатори не змагаються за створення блоків, натомість вони обираються випадковим чином за допомогою алгоритму.
- Фінальність є більш чіткою: на певних контрольних точках, якщо 2/3 валідаторів погоджуються зі станом блоку, він вважається фінальним. Валідатори повинні поставити на це весь свій стейк, тому якщо вони спробують вступити в змову в майбутньому, вони втратять весь свій стейк.
Детальніше про доказ частки (PoS)