Кіріспе
Блокчейндегі блоктардың қалыптасуын реттейтін жүйе. Жұмыс дәлелі (PoW) – бұл криптографиялық дәлелдеудің бір түрі, онда бір тарап (дәлелдеуші) басқаларға (тексерушілерге) белгілі бір есептеу жұмысының атқарылғанын көрсетеді. Тексерушілер кейіннен осы жұмысты аз күш жұмсап растай алады. Бұл ұғымды Мони Наор мен Синтия Дворк 1993 жылы қызметтен бас тарту шабуылдары мен спам сияқты қызметтерді теріс пайдаланудың алдын алу мақсатымен ойлап тапқан, бұл үшін қызметті сұраушыдан (әдетте компьютердің өңдеу уақыты) белгілі бір жұмыс талап етіледі. «Жұмыс дәлелі» термині алғаш рет 1999 жылы Маркус Якобссон мен Ари Джуэлс жариялаған мақалада ресми түрде қалыптасты. 2004 жылы Хэл Финни бұл ұғымды 160 биттік қауіпсіз хэш алгоритмін 1 (SHA 1) пайдалана отырып, «қайта қолданылатын жұмыс дәлелі» идеясы арқылы цифрлық токендерге бейімдеді. Кейіннен жұмыс дәлелі Биткойн арқылы рұқсатсыз, орталықтандырылмаған желіде консенсусқа негіз ретінде танымал болды, онда майнерлер блоктарды қосу және жаңа валюта өндіру үшін бәсекелеседі, әр майнердің сәттілік мүмкіндігі атқарылған есептеу жұмысына пропорционалды. PoW және PoS (қаптау дәлелі) Сибил шабуылдарына қарсы екі ең белгілі механизм болып табылады. Криптовалюталар контекстінде олар ең көп қолданылатын механизмдер. Жұмыс дәлелі схемаларының маңызды ерекшелігі – олардың асимметриясы: жұмыс – есептеу – дәлелдеуші немесе сұрау беруші үшін орташа деңгейде қиын (бірақ орындалуы мүмкін), бірақ тексеруші немесе қызмет провайдері үшін тез тексерілуі керек. Бұл идея CPU құн функциясы, клиенттік жұмбақ, есептеу жұмбағы немесе CPU баға функциясы деп те аталады. Тағы бір жалпы ерекшелік – желіге есептеу қуатын бөлуді криптовалюта түрінде сыйақылайтын стимул құрылымдарының енгізілуі. Жұмыс дәлелі алгоритмдерінің мақсаты белгілі бір жұмыстың орындалғанын немесе есептеу жұмбағының «шешілгенін» дәлелдеу емес, деректерді манипуляциялаудан қорғау үшін үлкен энергия және аппараттық бақылау талаптарын орнату болып табылады.
Proof of work (PoW) is a form of cryptographic proof in which one party (the prover) proves to others (the verifiers) that a certain amount of a specific computational effort has been expended. Verifiers can subsequently confirm this expenditure with minimal effort on their part. The concept was invented by Moni Naor and Cynthia Dwork in 1993 as a way to deter denial of service attacks and other service abuses such as spam on a network by requiring some work from a service requester, usually meaning processing time by a computer. The term "proof of work" was first coined and formalized in a 1999 paper by Markus Jakobsson and Ari Juels. The concept was adapted to digital tokens by Hal Finney in 2004 through the idea of "reusable proof of work" using the 160 bit secure hash algorithm 1 (SHA 1). Proof of work was later popularized by Bitcoin as a foundation for consensus in a permissionless decentralized network, in which miners compete to append blocks and mine new currency, each miner experiencing a success probability proportional to the computational effort expended. PoW and PoS (proof of stake) remain the two best known Sybil deterrence mechanisms. In the context of cryptocurrencies they are the most common mechanisms. A key feature of proof of work schemes is their asymmetry: the work – the computation – must be moderately hard (yet feasible) on the prover or requester side but easy to check for the verifier or service provider. This idea is also known as a CPU cost function, client puzzle, computational puzzle, or CPU pricing function. Another common feature is built in incentive structures that reward allocating computational capacity to the network with value in the form of cryptocurrency. The purpose of proof of work algorithms is not proving that certain work was carried out or that a computational puzzle was "solved", but deterring manipulation of data by establishing large energy and hardware control requirements to be able to do so.
Пайдалы жұмыстың дәлелі (PoUW)
IACR конференциясының Crypto 2022 баяндамасында зерттеушілер "пайдалы жұмыстың дәлелі" (PoUW) негізіндегі консенсус механизміне ие Ofelimos блокчейн протоколын сипаттаған мақала ұсынды. Транзакцияларды растау үшін шахтерлер күрделі, бірақ көбінесе мәнсіз есептеулерді шешуге энергия жұмсағаннан гөрі, Ofelimos бір мезгілде таратылған оңтайландыру мәселесін шешуге мүмкіндік беретін консенсусқа қол жеткізеді. Протокол PoUW компоненті ретінде қолданылатын қос параллель жергілікті іздеу (Doubly Parallel Local Search - DPLS) алгоритмі негізінде құрылған. Мақалада Бульдік проблемаларды шешу үшін қолданылатын жергілікті іздеу алгоритмі WalkSAT-тың бір түрі іске асырылған мысал келтірілген.
Bitcoin-түріндегі жұмыс дәлелі
2009 жылы Биткойн желісі іске қосылды. Биткойн – бұл Finney-дің RPoW сияқты Hashcash PoW-ға негізделген жұмыс дәлелі цифрлық валютасы. Бірақ Биткойнда, екі рет жұмсаудан қорғау RPoW қолданған сенімді есептеу функциясы емес, монеталардың аударылуын қадағалау үшін таратылған P2P протоколымен қамтамасыз етіледі. Биткойн есептеу арқылы қорғалғандықтан, сенімділігі жоғары. Биткойндар жеке шахтерлер Hashcash жұмыс дәлелі функциясын қолдана отырып "қазылып алынады" және таратылған P2P Биткойн желісіндегі түйіндермен тексеріледі. Блок уақытын белгілі бір уақытқа ұстап тұру үшін қиындық мерзімді түрде реттеледі.
Энергияны тұтыну
Биткоин құрылғаннан бері жұмыс дәлелі (Proof of Work) өзара байланысты криптовалюталардың басты дизайны болып табылады. Зерттеулер криптовалюта өндірісінің жалпы энергия тұтынуын бағалап шықты. PoW механизміне зор есептеу ресурстары қажет, олар көп мөлшерде электр энергиясын пайдаланады. Кембридж университетінің 2018 жылғы есебі бойынша, Биткоиннің энергия тұтынуы Швейцарияның энергия тұтыну деңгейімен шамалас.
ASIC және тау-кен шоғырлары
Биткойн қауымдастығында тау-кен балдарында бірігіп жұмыс істейтін топтар бар. Кейбір тау-кеншілер PoW үшін арнайы интегралдық тізбектерді (ASIC) пайдаланады. Тау-кен балдары мен арнайы ASIC-терге қарай бұл үрдіс, көптеген қатысушылар үшін кейбір криптовалюталарды тау-кенге шығаруды экономикалық тұрғыдан тиімсіз етіп қойды, егер олар ең соңғы ASIC-терге, арзан энергия көздеріне жақын орналаспаса немесе басқа да ерекше артықшылықтары болмаса. Кейбір PoW протоколдары ASIC-ке қарсы тұратынын мәлімдейді, яғни ASIC-тің GPU сияқты стандартты жабдыққа қарағанда тиімділік артықшылығын бірнеше есеге дейін шектеуге тырысады. ASIC-ке қарсы тұрудың артықшылығы – стандартты жабдықтарда тау-кен өндірісін экономикалық тұрғыдан мүмкін ету, бірақ сонымен қатар, шабуылдаушының криптовалютаға қарсы 51% шабуыл жасау үшін көп көлемдегі стандарттық өңдеу қуатын уақытша жалға алу қаупіне де әкеледі.
Қоршаған ортаны қорғау
Бұл шахтерлер биткоин блокчейніндегі крипто-тапсырмаларды шешу үшін бәсекелеседі, ал олардың шешімдері барлық түйіндермен келісіліп, консенсусқа жетуі керек. Содан кейін шешімдер транзакцияларды растау, блоктарды қосу және жаңа биткоин шығару үшін қолданылады. Бұл тапсырмаларды шешіп, жаңа блоктарды сәтті қосқан шахтерлер сыйақы алады. Дегенмен, биткоин стиліндегі тау-кен өндірісі өте көп энергияны қажет етеді, себебі жұмыс дәлелі лотерея механизмі сияқты құрылған. Негізгі есептеу жұмысының басқа пайдасы жоқ, ол тек ашық қолжетімділікті қамтамасыз ететін және қауіпті жағдайларда жұмыс істеуге тиіс желінің қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін ғана қолданылады. Шахтерлер блокчейнге транзакцияларды қамтитын жаңа блок қосу үшін көп энергия жұмсауы керек. Осы бәсекеде жұмсалатын энергия биткоиннің қауіпсіздік деңгейін және шабуылдарға төзімділігін анықтайды. Сонымен қатар, шахтерлер үлкен орынды қажет ететін компьютерлік жабдықтарға тұрақты шығын ретінде инвестиция жасауға мәжбүр. 2022 жылдың қаңтар айында Еуропалық бағалы қағаздар және нарықтар органының вице-президенті Эрик Тедеен энергия шығарындыларын азайту мақсатында жұмыс дәлелі моделін дәлелдеу моделімен алмастыруға шақырды. 2022 жылдың қарашасында Нью-Йорк штаты энергия көзі ретінде толыққанды жаңартылатын энергияны пайдаланбайтын криптовалюта тау-кен өндірісіне екі жылдық мораторий енгізді. Бар болған тау-кен компанияларына жаңартылатын энергияны пайдаланбастан тау-кен жұмыстарын жалғастыруға рұқсат беріледі, бірақ оларға мемлекеттік рұқсаттарды кеңейтуге немесе жаңартуға рұқсат жоқ, ал толыққанды жаңартылатын энергияны пайдаланбайтын жаңа тау-кен компанияларына тау-кен жұмыстарын бастауға рұқсат берілмейді.