Bewijs van werk (PoW)
Wat is bewijs van werk (PoW)?
Proof of work (PoW) beschrijft een systeem dat een niet onbelangrijke maar haalbare hoeveelheid inspanning vereist om lichtzinnig of kwaadwillig gebruik van rekenkracht, zoals het verzenden van spam-e-mails of het uitvoeren van denial of service-aanvallen, af te schrikken. Het concept werd vervolgens door Hal Finney in 2004 aangepast om digitaal geld veilig te stellen door het idee van “herbruikbaar bewijs van werk” met behulp van het SHA-256 hash-algoritme.
Na de introductie in 2009 werd Bitcoin de eerste algemeen aanvaarde toepassing van Finney’s PoW-idee (Finney was ook de ontvanger van de eerste bitcoin-transactie). Bewijs van werk vormt ook de basis van veel andere cryptocurrencies, waardoor veilige, gedecentraliseerde consensus mogelijk is.
Belangrijkste leerpunten
- Proof of work (PoW) is een gedecentraliseerd consensusmechanisme waarbij leden van een netwerk moeite moeten doen om een willekeurige wiskundige puzzel op te lossen om te voorkomen dat iemand het systeem gokt.
- Bewijs van werk wordt veel gebruikt bij het minen van cryptocurrency, voor het valideren van transacties en het delven van nieuwe tokens.
- Vanwege bewijs van werk kunnen Bitcoin en andere cryptocurrency-transacties op een veilige manier peer-to-peer worden verwerkt zonder dat een vertrouwde derde partij nodig is.
- Bewijs van werk op schaal vereist enorme hoeveelheden energie, die alleen maar toeneemt naarmate meer mijnwerkers zich bij het netwerk aansluiten.
- Proof of Stake (POS) was een van de vele nieuwe consensusmechanismen die werden gecreëerd als alternatief voor proof of work.
Proof of Work begrijpen
Deze uitleg zal zich concentreren op het bewijs van werk zoals het functioneert in het bitcoin netwerk. Bitcoin is een digitale valuta die wordt ondersteund door een soort gedistribueerd grootboek dat bekend staat als een ” blockchain “. Dit grootboek bevat een record van alle bitcoin-transacties, gerangschikt in opeenvolgende “blokken”, zodat geen enkele gebruiker zijn bezit tweemaal mag uitgeven. Om manipulatie te voorkomen, is het grootboek openbaar, of “gedistribueerd”; een gewijzigde versie zou snel worden afgewezen door andere gebruikers.
De manier waarop gebruikers manipulatie in de praktijk detecteren, is door middel van hashes, lange reeksen getallen die dienen als bewijs van werk. Zet een bepaalde set gegevens via een hash-functie (bitcoin gebruikt SHA-256), en het zal maar één hash genereren. Vanwege het “lawine-effect” zal zelfs een kleine wijziging in een deel van de originele gegevens echter resulteren in een totaal onherkenbare hash. Ongeacht de grootte van de originele dataset, de hash die door een bepaalde functie wordt gegenereerd, heeft dezelfde lengte. De hash is een eenrichtingsfunctie: hij kan niet worden gebruikt om de originele gegevens te verkrijgen, alleen om te controleren of de gegevens die de hash hebben gegenereerd, overeenkomen met de originele gegevens.
Het genereren van zomaar een hash voor een reeks bitcoin-transacties zou voor een moderne computer triviaal zijn, dus om het proces in ‘werk’ te veranderen, stelt het bitcoin-netwerk een bepaald niveau van ‘moeilijkheid’ in. Deze instelling wordt aangepast zodat een nieuw blok wordt ” gemined ” – toegevoegd aan de blockchain door een geldige hash te genereren – ongeveer elke 10 minuten. Moeilijkheden instellen wordt bereikt door een “doel” voor de hash vast te stellen : hoe lager het doel, hoe kleiner de set geldige hashes en hoe moeilijker het is om er een te genereren. In de praktijk betekent dit een hash die begint met een hele lange reeks nullen.
Bewijs van werk werd aanvankelijk gecreëerd als een voorgestelde oplossing voor het groeiende probleem van spam-e-mail.
Speciale overwegingen
Aangezien een bepaalde set gegevens slechts één hash kan genereren, hoe zorgen miners ervoor dat ze een hash genereren onder het doel? Ze veranderen de invoer door een geheel getal toe te voegen, een zogenaamde nonce (“eenmalig gebruikt getal”). Zodra een geldige hash is gevonden, wordt deze naar het netwerk uitgezonden en wordt het blok toegevoegd aan de blockchain.
Mijnbouw is een competitief proces, maar het is meer een loterij dan een race. Gemiddeld zal iemand elke tien minuten een acceptabel bewijs van werk genereren, maar wie het zal zijn, is een raadsel. Mijnwerkers bundelen samen om hun kansen op miningblokken te vergroten, wat transactiekosten genereert en, voor een beperkte tijd, een beloning van nieuw gemaakte bitcoins.
Bewijs van werk maakt het buitengewoon moeilijk om elk aspect van de blockchain te wijzigen, aangezien een dergelijke wijziging alle volgende blokken opnieuw zou moeten minen. Het maakt het ook moeilijk voor een gebruiker of een groep gebruikers om de rekenkracht van het netwerk te monopoliseren, aangezien de machines en het vermogen die nodig zijn om de hash-functies te voltooien, duur zijn.
Als een deel van een mijnnetwerk een alternatief bewijs van werk begint te accepteren, staat dit bekend als een hard fork.
Voorbeeld van bewijs van werk
Bewijs van werk vereist dat een computer willekeurig hashing-functies uitvoert totdat deze aankomt bij een uitvoer met het juiste minimale aantal voorloopnullen. De hash voor blok # 429818, gedolven op 14 september 2016, is bijvoorbeeld 000000000000000004dd3426129639082239efd583b5273b1bd75e8d78ff2e8d. De blokbeloning voor die succesvolle hash was 12,5 BTC.
Dat blok bevat altijd 2.012 transacties met iets meer dan 1.000 bitcoin, evenals de header van het vorige blok. Als iemand zou proberen een transactiebedrag met zelfs 0,000001 bitcoin te veranderen, zou de resulterende hash onherkenbaar zijn en zou het netwerk de poging tot fraude afwijzen.
Proof of Work – Veelgestelde vragen
Wat betekent bewijs van werk?
PoW vereist dat knooppunten op een netwerk bewijzen dat ze rekenkracht (dwz werk) hebben gebruikt om op een gedecentraliseerde manier consensus te bereiken en om te voorkomen dat slechte actoren het netwerk inhalen.
Hoe valideert Proof of Work een cryptotransactie?
Het werk zelf is willekeurig. Voor Bitcoin gaat het om iteraties van SHA-256-hash-algoritmen. De “winnaar” van een hash-ronde verzamelt en registreert echter transacties van de mempool naar het volgende blok. Omdat de “winnaar” willekeurig wordt gekozen in verhouding tot het verrichte werk, stimuleert het iedereen op het netwerk om eerlijk te handelen en alleen echte transacties vast te leggen.
Waarom hebben cryptocurrencies bewijs van werk nodig?
Omdat ze gedecentraliseerd en peer-to-peer zijn ontworpen, vereisen blockchains zoals cryptocurrency-netwerken een manier om zowel consensus als veiligheid te bereiken. Bewijs van werk is zo’n methode die het te arbeidsintensief maakt om te proberen het netwerk in te halen. Er bestaan ook andere bewijsmechanismen die minder arbeidsintensief zijn, maar die andere nadelen of gebreken hebben, zoals proof of stake (PoS) en proof of burn. Zonder een bewijsmechanisme zouden het netwerk en de gegevens die erin zijn opgeslagen kwetsbaar zijn voor aanvallen of diefstal.
Gebruikt Bitcoin bewijs van werk?
Ja. Het gebruikt een PoW-algoritme op basis van de SHA-256-hashfunctie om transacties te valideren en te bevestigen en om nieuwe bitcoins in omloop te brengen.
Hoe verschilt Proof of Stake (PoS) van PoW?
PoS is een consensusmechanisme dat willekeurig het knooppunt toewijst dat bloktransacties zal minen of valideren op basis van het aantal munten dat dat knooppunt bevat. Hoe meer tokens er in een portemonnee zitten, hoe meer mijnkracht er effectief aan wordt toegekend. Hoewel PoS veel minder resource-intensief is, heeft het verschillende andere tekortkomingen, waaronder een grotere kans op een aanval van 51% in kleinere altcoins en prikkels om tokens te hamsteren en ze niet te gebruiken.