Blockchain : Proof-of-Work (PoW) – Analytics Vidhya

Blockchain : Proof-of-Work (PoW) – Analytics Vidhya

Oktober 1, 2022 0 Von admin

Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε ως μέρος του Data Science Blogathon.

Εισαγωγή

Το Proof-of-Work (PoW) στο blockchain είναι ένας μηχανισμός συναίνεσης που επιτρέπει στους εξορύκτες να προσθέσουν ένα νέο μπλοκ στο δίκτυο με βάση τους υπολογισμούς που έγιναν για να βρουν το τέλειο hash. Οι συμμετέχοντες στο δίκτυο επαληθεύουν τις συναλλαγές που προστέθηκαν από το νέο μπλοκ.

Για ένα αποκεντρωμένο δίκτυο όπως το Blockchain, η διατήρηση όλων των συμμετεχόντων του δικτύου σε συγχρονισμό είναι απαραίτητη. Ωστόσο, φαίνεται τραβηγμένο να συμφωνούν όλοι σε ένα πράγμα. Το Blockchain χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό συναίνεσης για τη δημιουργία διακυβέρνησης μεταξύ όλων των συμμετεχόντων στο δίκτυο. Σε αυτό το άρθρο, θα περάσουμε από ένα από τα πιο δημοφιλή και βασικά πρωτόκολλα συναίνεσης, δηλαδή το Proof-of-Work (PoW) στο blockchain.
Απόδειξη εργασίας
πηγή: https://www.btcc.com/en-US/tags/proof-of-work-blockchain

Τι είναι ο μηχανισμός συναίνεσης;

Με απλά λόγια, συναίνεση σημαίνει λήψη απόφασης στην οποία συμφωνούν όλοι οι συμμετέχοντες στο δίκτυο. Για παράδειγμα, μια ομάδα φίλων συμφωνεί να παίξει ποδόσφαιρο χωρίς σύγκρουση. Η λήψη απόφασης να παίξουμε ποδόσφαιρο μαζί είναι μια κατάσταση συναίνεσης ή αμοιβαίας συμφωνίας εδώ.

«Ο κύριος σκοπός είναι να δώσουμε μια ομάδα διαφορετικών ειδών κόμβων. Ωστόσο, η ενημέρωση θα πραγματοποιηθεί σύμφωνα με πολλούς καθιερωμένους κανόνες μεταξύ μιας ομάδας συμμετεχόντων με ασφαλή τρόπο.“

Στην περίπτωση του Blockchain, τουλάχιστον το 51% των κόμβων ή των συμμετεχόντων στο δίκτυο συμφωνούν για την επερχόμενη αλλαγή. Εάν συμβεί αυτό, το δίκτυο ενημερώνεται με τη νέα αλλαγή. Σε αντίθετη περίπτωση, απορρίπτει την αλλαγή με κοινή συμφωνία.

Απόδειξη εργασίας

πηγή: https://bootcamp.uxdesign.cc/blockchain-consensus-mechanisms-692497f0d5f9

Τι είναι το Proof-of-Work (PoW);

Ο συναινετικός μηχανισμός Proof-of-Work (PoW) είναι ο παλαιότερος αλλά και πιο δημοφιλής. Η ιδέα προέκυψε το 1993 όταν η Moni Naor και η Cynthia Dowrk δημοσίευσαν μια εργασία που διερευνούσε τις δυνατότητες των αλγορίθμων για την πρόληψη της απάτης. Αργότερα, ο Satoshi Nakamoto δημιούργησε τον αλγόριθμο (το ανώνυμο πρόσωπο πίσω από την ανακάλυψη του Bitcoin) στη λευκή του βίβλο «Bitcoin: ένα peer-to-peer E-Cash system» το 2008.

Το PoW διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας Blockchain. Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί ένα σύστημα ελέγχου ταυτότητας που είναι δύσκολο να σπάσει.

Το αποκεντρωμένο δίκτυο λειτουργεί με βάση την αρχή της δυσπιστίας αλλά της συνεργασίας. Το Blockchain (αποκεντρωμένο δίκτυο) είναι μια αλυσίδα γραμμικά συνδεδεμένων μπλοκ που περιέχουν πληροφορίες που ασφαλίζονται με κρυπτογραφία. Εδώ, κάθε μπλοκ περιέχει τον κατακερματισμό του προηγούμενου μπλοκ του για να παραμείνει συνδεδεμένο.

Επιπλέον, κάθε μπλοκ περιέχει πολλές άλλες πληροφορίες, όπως χρονική σήμανση, ύψος μπλοκ, εγγραφές συναλλαγών, κατακερματισμός ρίζας Merkle, κατακερματισμός μπλοκ, προηγούμενος κατακερματισμός μπλοκ, επίπεδο δυσκολίας και πολλά άλλα στην κεφαλίδα του μπλοκ. Το δεύτερο μέρος περιέχει ένα σύνολο οικονομικών συναλλαγών, ο κατακερματισμός των οποίων τελικά μετατρέπεται σε ρίζα Merkle. Άρα το Blockchain ορίζεται ως η αλυσίδα των μπλοκ συναλλαγών.

βασικά του blockchain

πηγή: https://jovian.ai/paulbindass/chapter-2-blockchain-basics

Εξόρυξη μπλοκ

Η προσθήκη ενός νέου μπλοκ στην αλυσίδα θεωρείται νέα ενημέρωση του τρέχοντος συστήματος. Επομένως, απαιτεί άδεια από τους συμμετέχοντες στο δίκτυο. Για να αποφασίσετε εάν θα προσθέσετε ένα νέο μπλοκ ή όχι, χρησιμοποιείται η απόδειξη εργασίας (PoW), ένας μηχανισμός συναίνεσης. Στο δίκτυο προστίθενται μόνο επαληθευμένες συναλλαγές.

Αντίθετα, δεν είναι όλα τα μπλοκ έγκυρα. Τα περισσότερα προτεινόμενα δίκτυα μπλοκ θεωρούνται άκυρα. Το πρωτόκολλο Blockchain ορίζει την εγκυρότητα ενός μπλοκ. Το δίκτυο blockchain έχει μια αυθαίρετη ρύθμιση «Δυσκολίας» που διαχειρίζεται το πρωτόκολλο που αλλάζει πόσο δύσκολο είναι να εξορύξεις ένα μπλοκ. Η εξόρυξη εδώ σημαίνει την προσθήκη νέου μπλοκ.

Οι ανθρακωρύχοι σχεδιάζουν νέα μπλοκ στην αλυσίδα. Είναι εξωτερικοί που θέλουν να προσθέσουν το μπλοκ τους στο δίκτυο. Η εργασία που απαιτείται για την ανάπτυξη ενός έγκυρου μπλοκ είναι από όπου προέρχεται η τιμή. Οι εξορύκτες λαμβάνουν ανταμοιβές ανάλογα με το μερίδιό τους στην υπολογιστική ισχύ που ξοδεύουν για την εξόρυξη ενός νέου μπλοκ. Ο εξορύκτης αποδεικνύει τη δουλειά που έγινε με την εξόρυξη ενός έγκυρου μπλοκ.

Το επίπεδο δυσκολίας μπορεί να διαφέρει σε blockchains όπως το δίκτυο Bitcoin ή το Ethereum για να διασφαλιστεί ότι τα μπλοκ δημιουργούνται σε τακτά χρονικά διαστήματα.

Πώς λειτουργεί ο αλγόριθμος PoW;

Ο συναινετικός αλγόριθμος Proof-of-Work (PoW) λειτουργεί απαιτώντας από κάθε εξορύκτη να ξεπεράσει ένα επίπεδο δυσκολίας για να αποδείξει την εγκυρότητα ενός μπλοκ. Ένα μπλοκ επισημαίνεται ως „έγκυρο“ μόνο εάν η τιμή κατακερματισμού ολόκληρου του μπλοκ είναι χαμηλότερη από τον κατακερματισμό δυσκολίας.

Block Hash < Hash Difficulty

Το μπλοκ περιέχει σημαντικές πληροφορίες συναλλαγής που δεν μπορούν να αλλάξουν. Έτσι, οι ανθρακωρύχοι αλλάζουν το nonce για να πάρουν το hash κάτω από το όριο δυσκολίας. Το nonce είναι μέρος ενός μπλοκ που μπορεί να αλλάξει για να περιοριστεί το επίπεδο δυσκολίας.

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα για να κατανοήσουμε το λειτουργικό PoW και πώς λειτουργεί.

Ο Χάρι είναι ένας εξορύκτης Bitcoin που επιθυμεί να προσθέσει το μπλοκ συναλλαγών του Bitcoin (ψηφιακό νόμισμα) στο δίκτυο. Ωστόσο για να ισχύει το μπλοκ του. Αρχικά, πρέπει να αλλάξει το μπλοκ έως ότου ο κατακερματισμός του μπλοκ του πέσει κάτω από το όριο δυσκολίας.

ας πούμε:

Ο Χάρι μπλοκ Hash: 817de9e0c

Δυσκολία κατακερματισμού: 001000000

Καμία: 8263

Τρέχον κατακερματισμός του μπλοκ

Ο Χάρι θα αλλάξει το nonce μέχρι να πάρει τα πρώτα 3 ψηφία ως μηδενικά.

Αφού άλλαζε συνεχώς το nonce για ώρες, τελικά πήρε το hash.

Χάρι μπλοκ Hash: 000383ec5

Δυσκολία κατακερματισμού: 001000000

Nonce: 6778

Το όριο δυσκολίας έχει πλέον φτάσει. Block Hash < Hash Difficulty.

Επομένως, το μπλοκ του Χάρι θα επισημανθεί ως έγκυρο και θα προστεθεί στο blockchain. Για την εξόρυξη ενός μπλοκ στην αλυσίδα μπλοκ Bitcoin, ο Χάρι λαμβάνει μερικά Bitcoin ως ανταμοιβή μπλοκ για να ξοδέψει την υπολογιστική ισχύ για να βρει έναν έγκυρο κατακερματισμό.

Αυτή η διαδικασία βασίζεται πλήρως στην τύχη. Επομένως, η δουλειά του εξορύκτη είναι να αλλάξει την τιμή nonce έως ότου ο συνολικός κατακερματισμός του μπλοκ είναι χαμηλότερος από τον κατακερματισμό δυσκολίας. Υπάρχουν και άλλες ευθύνες των ανθρακωρύχων, αλλά αυτό είναι θέμα για άλλο άρθρο.

Πλεονεκτήματα του Proof-of-Work

Παρακάτω είναι τα πλεονεκτήματα του μηχανισμού Proof-of-Work (PoW):

  • Μια δυσεύρετη λύση. Ωστόσο, εύκολη επαλήθευση.
  • Ως αρχικός μηχανισμός συναίνεσης, το PoW δεν χρειάζεται αρχικά πονταρίσματα νομισμάτων πριν από την εξόρυξη. Μπορεί κανείς να ξεκινήσει με 0 νομίσματα και θα είναι μόνο θετικό.
  • Ευκολία εφαρμογής σε σύγκριση με άλλους μηχανισμούς συναίνεσης blockchain.
  • Είναι ανεκτικό σε σφάλματα. Σημαίνει ότι η αποτυχία ενός στοιχείου δεν θα κλείσει ολόκληρο το δίκτυο blockchain.
  • Δώστε στους ανθρακωρύχους την ευκαιρία να κερδίσουν προσθέτοντας ένα μπλοκ.
  • Το PoW είναι το παλαιότερο, πιο αξιόπιστο και πιο δημοφιλές πρωτόκολλο συναίνεσης.

Περιορισμοί Απόδειξης Εργασίας

Ακολουθούν τα μειονεκτήματα του μηχανισμού Proof-of-Work (PoW):

  • Πολλή ενέργεια χάνεται επειδή μόνο ένας ανθρακωρύχος μπορεί τελικά να προσθέσει το μπλοκ του.
  • Απαιτεί μεγάλη υπολογιστική ισχύ και, ως εκ τούτου, μαζική κατανάλωση πόρων και ενέργειας.
  • 51% κίνδυνος επίθεσης δικτύου. Ένα άτομο που ελέγχει μπορεί να πάρει το 51% για τον έλεγχο του δικτύου.
  • Διαδώστε περιβαλλοντικούς κινδύνους με μηχανήματα προσάρτησης.
  • Το Pow είναι μια διαδικασία εξάλειψης χρόνου και ενέργειας.
  • Απαιτούσε μεγάλο κόστος υλικού.
  • Κίνδυνος άρνησης υπηρεσίας επιθέσεις από εισβολείς.

Ποια κρυπτονομίσματα χρησιμοποιούν PoW;

Παρακάτω είναι τα σημαντικότερα κρυπτονομίσματα που χρησιμοποιούν επί του παρόντος Proof-of-Work (Pow):

  1. bitcoin
  2. Ethereum
  3. Dogecoin
  4. Litecoin
  5. Monero
  6. Bitcoin Cash
  7. DigiByte
  8. Bitcoin χρυσός
  9. Ethereum Classic
  10. Zcash

Εκτός PoW:

Αυτό δεν φαίνεται σαν μια δίκαιη συμφωνία για τους ανθρακωρύχους που δεν έχουν τα βαριά μηχανήματα για να εκτελέσουν τόσο τεράστιους υπολογισμούς. Η συμμόρφωση με έναν μηχανισμό Proof-of-Work (PoW) απαιτεί σημαντικό κόστος και προσπάθεια. Απαιτεί επίσης φυσικό αέριο ως χρέωση συναλλαγής. Ως εκ τούτου, πολλές έρευνες συνεχίζονται για να αντικαταστήσουν αυτόν τον μηχανισμό συναίνεσης. Ορισμένοι εναλλακτικοί αλγόριθμοι περιλαμβάνουν απόδειξη στοιχήματος (PoS), Απόδειξη Ιστορικού (PoH), Απόδειξη Εξουσιοδότησης (PoA), Απόδειξη Ικανότητας (PoC), Απόδειξη Χρόνου που έχει παρέλθει (PoET) , και πολλοί άλλοι.

Απόδειξη Εργασίας έναντι Απόδειξης Πονταρίσματος

Η απόδειξη εργασίας και η απόδειξη συμμετοχής είναι δύο διακριτοί μηχανισμοί συναίνεσης για τα κρυπτονομίσματα, αλλά υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ τους.

Και οι δύο μέθοδοι επιβεβαιώνουν τις εισερχόμενες συναλλαγές και τις προσθέτουν στο blockchain. Με το Proof of Stake, οι συμμετέχοντες στο δίκτυο είναι γνωστοί ως «επικυρωτές» εκτός από εξορύκτες. Μια σημαντική διαφορά είναι ότι αντί να λύνουν μαθηματικά προβλήματα, οι επικυρωτές κλειδώνουν ένα καθορισμένο ποσό κρυπτονομισμάτων – το μερίδιο τους – σε ένα έξυπνο συμβόλαιο στο blockchain.

Σε ανταλλαγή για «ποντάρισμα» κρυπτονομισμάτων, έχουν την ευκαιρία να αποδείξουν νέες συναλλαγές και να κερδίσουν μια ανταμοιβή. Ωστόσο, εάν επαληθεύσουν εσφαλμένα λανθασμένα ή δόλια δεδομένα, ενδέχεται να χάσουν μέρος ή το σύνολο της κατάθεσής τους ως ποινή.

Η απόδειξη συμμετοχής καθιστά εύκολη τη συμμετοχή περισσότερων ατόμων σε συστήματα blockchain ως επικυρωτές. Δεν χρειάζεται να αγοράζετε ακριβά υπολογιστικά συστήματα και να καταναλώνετε τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας για να στοιχηματίζετε κρυπτονομίσματα. Το μόνο που χρειάζεστε είναι νομίσματα.

συμπέρασμα

Η απόδειξη της εργασίας είναι ο πιο επιθυμητός από τους δύο κύριους μηχανισμούς συναίνεσης για την επαλήθευση των συναλλαγών σε blockchains. Αν και δεν είναι χωρίς περιορισμούς, οι εξορύκτες που χρησιμοποιούν απόδειξη εργασίας βοηθούν να διασφαλίσουν ότι μόνο οι νόμιμες συναλλαγές καταγράφονται στο blockchain. Το παραπάνω άρθρο περιγράφει τις βασικές αρχές των μηχανισμών συναίνεσης και της Απόδειξης Εργασίας (PoW). Κάλυψε επίσης τον τρόπο λειτουργίας του PoW, τα οφέλη και τους περιορισμούς του.

Βασικά φαγητά:

  • Το Proof of Work (PoW) είναι ένας αποκεντρωμένος μηχανισμός συναίνεσης που χρειάζεται τα μέλη του δικτύου να προσπαθήσουν να λύσουν ένα αυθαίρετο μαθηματικό παζλ για να εμποδίσουν οποιονδήποτε να παίξει το σύστημα.
  • Η απόδειξη εργασίας χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό στην εξόρυξη κρυπτονομισμάτων για την αποσαφήνιση των συναλλαγών και την εξόρυξη νέων διακριτικών.
  • Με την απόδειξη εργασίας, οι συναλλαγές Bitcoin και άλλων κρυπτονομισμάτων μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία peer-to-peer με ασφάλεια χωρίς να απαιτείται αξιόπιστο τρίτο μέρος.
  • Η απόδειξη της εργασίας σε κλίμακα απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας, η οποία αυξάνεται μόνο καθώς περισσότεροι ανθρακωρύχοι εντάσσονται στο δίκτυο.
  • Το Proof of Stake (POS) ήταν ένας από τους πολλούς νέους μηχανισμούς συναίνεσης που δημιουργήθηκαν ως εναλλακτική λύση στην απόδειξη εργασίας.

Τα μέσα που εμφανίζονται σε αυτό το άρθρο δεν ανήκουν στο Analytics Vidhya και χρησιμοποιούνται κατά την κρίση του συγγραφέα.