Het bewijs van werk (Bewijs van werk (in het Engels) is een mechanisme dat in Bitcoin wordt gebruikt, binnen het principe van Nakamoto Consensus, zodat het betalingssysteem bestand is tegen Sybil-aanvallen. Dit type aanval wordt gekenmerkt door het creëren van meerdere valse identiteiten om het peer-to-peer-netwerk te corrumperen.
De Nakamoto Consensus is het principe waarmee Bitcoin-gebruikers het eens kunnen worden over een enkele versie van de blockchain om overeenstemming te bereiken over de vraag: „wie is de eigenaar van wat? ”. Het wordt „proof-of-work consensus” genoemd omdat het specificeert dat nodes het eens zijn over welke blockchain de grootste hoeveelheid geaccumuleerd werk heeft. Dit bewijs van werk wordt gedaan door computers die „mijnwerkers” worden genoemd, met verwijzing naar het goudmijnproces. Bitcoin-mijnbouw (Mijnbouw) is dus de handeling waarbij bewijs van werk wordt geleverd.
Dit artikel over proof of work is een logisch vervolg op het artikel van vorige week over hoe Bitcoin in het algemeen werkt. Ik raad je ook aan om het te lezen door op de onderstaande link te klikken.
Proof of work is gewoon het zoeken naar een waarde die, eenmaal doorgegeven aan een willekeurige wiskundige functie, een resultaat oplevert dat kleiner is dan een doelgetal.
Concreet verzamelen mijnwerkers openstaande transacties in een blok, waarbij ze de maximale gewichtslimiet respecteren, en verhogen ze de aanpasbare waarden.
De technische term voor deze wijzigbare waarden is „nonces”, de afkorting in het Engels voor „number only used once”. Het is een willekeurig gekozen getal dat slechts één keer wordt gebruikt en dat bij de volgende bewerking wordt vervangen door een ander nummer.
Ze zullen de koptekst van dit kandidaatblok doorgeven aan een willekeurige en onomkeerbare functie. Het doel is om een voetafdruk (resultaat van de functie) te vinden die kleiner is dan het doel. Als hun blok niet aan de voorwaarde voldoet, kunnen ze de bewerkbare waarden wijzigen (Nunces) en probeer hun nieuwe header opnieuw in de functie door te geven. Ze zullen dan een heel ander resultaat hebben dan de eerste. De miner gaat door met dit proces van het aanpassen van de nonces en het vergelijken van het verkregen resultaat met het doel totdat een geldig blok is gevonden.
De willekeurige wiskundige functie (hash-functie) die wordt gebruikt voor bitcoinmining is een SHA256 double (SVeilig HAsh EENalgoritme), ook wel SHA256d of HASH256 genoemd.
Omdat de SHA256-functie niet kan worden omgekeerd, kunnen miners alle mogelijkheden slechts één voor één uitproberen. Het is een berekening met vallen en opstaan. De eerste miner die een blok vindt dat aan deze voorwaarde voldoet, wint het recht om het op de blockchain van alle gebruikers te registreren en krijgt de bijbehorende geldelijke beloning. Deze vergoeding voor minderjarigen bestaat uit twee afzonderlijke delen:
de transactiekosten die in het blok zijn inbegrepen,
en de coinbase-beloning die nieuwe bitcoins creëert.
De validatie van een blok omvat ook een eerste bevestiging van betaling voor alle transacties die erin zijn opgenomen.
Gebruikers van het Bitcoin-netwerk, vertegenwoordigd door hun nodes, kunnen het dus allemaal eens worden over een versie van het accountregister door geldige blokken toe te voegen die door miners zijn aangemaakt aan hun database. Elk knooppunt onthoudt een status van de blockchain en registreert de nieuwe blokken die zijn gemaakt nadat ze afzonderlijk zijn geverifieerd. De authentieke blockchain is degene met De grootste hoeveelheid geaccumuleerd werk. Dit principe van overeenstemming tussen alle gebruikers noemen we: „Nakamoto-consensus door bewijs van werk”.
De informatie die knooppunten als de langste keten als geldig zouden beschouwen, is een veel voorkomende misvatting. Hoewel dit consensusprincipe tot 2010 gold, kon het worden gebruikt om Bitcoin te vernietigen en werd het vervolgens aangepast. Sinds die datum en de 0.3.3-update van Bitcoin zijn de knooppunten het eens over welke keten het meeste geaccumuleerde werk heeft, wat mogelijk een andere keten is dan de langste keten.
De moeilijkheidsgraad van de mijnbouw aanpassen
Het consensusalgoritme omvat het aanpassen van de doelwaarde om een stabiele snelheid van het aanmaken van blokken op 10 minuten te behouden. Als blokken te snel worden gevonden voor het doel, neemt de moeilijkheidsgraad van het minen toe, en vice versa. Dit grote interval tussen blokken geeft alle knooppunten de tijd om correct te synchroniseren met dezelfde status van de blokketen.
Concreet zullen de nodes elke blokken van 2016 (ongeveer elke twee weken) een nieuw doel berekenen voor de proof of work om de moeilijkheidsgraad van de mining aan te passen.
Ter herinnering: mijnwerkers moeten een blok vinden dat, als het eenmaal door een willekeurige functie is gegaan, zal resulteren in een lager getal dan het doel. Als tijdens de laatste periode van 2016 blokken gemiddeld sneller dan 10 minuten per blok werden gevonden, betekent dit dat er een toename was in de rekenkracht die op het netwerk werd ingezet. De knooppunten zullen daarom de moeilijkheidsgraad van het minen vergroten door het doel naar beneden bij te stellen om de tijd die nodig is om een geldig blok te vinden, te verlengen. Het is de bedoeling dat deze waarde gemiddeld 10 minuten benadert. Omgekeerd, als blokken in de laatste periode van 2016 gemiddeld langzamer dan 10 minuten per blok werden gevalideerd, betekent dit dat de rekenkracht die door miners wordt ingezet, is afgenomen. De knooppunten zullen dan de moeilijkheidsgraad verlagen door het doel naar boven te verstellen.
Om het nieuwe doel te berekenen, voeren de knooppunten elk blok van 2016 de volgende berekening uit:
Nieuw doel = Oud doel * (totale tijd van de laatste blokken van 2016 in seconden/1.209.600 seconden)
Nieuw doel = Oud doel * (totale tijd van de laatste blokken van 2016 in seconden/1.209.600 seconden)
Dit streefgetal is dus een aanpassingsinstrument. Door het aan te passen, veranderen we in termen van waarschijnlijkheid de tijd die nodig is om een afdruk te vinden die aan de voorwaarde voldoet. Hierdoor neigt de productie van blokken op Bitcoin natuurlijk naar een stabiele frequentie met tussenpozen van 10 minuten, ongeacht het aantal computers dat minen.
Dit interval van 10 minuten werd willekeurig gekozen door Satoshi Nakamoto bij het creëren van Bitcoin. De doeltijd tussen elk blok vormt een compromis tussen netwerkbeveiliging en de efficiëntie van het betalingssysteem. Een kortere tijd zorgt voor snellere bevestigingen voor gebruikers, terwijl u met een langere tijd ketenscheidingen kunt vermijden. Deze „" splitsingen "”, in het Engels, veroorzaken een verspilling van rekenkracht op weesblokken en verminderen daardoor de algehele beveiliging van het systeem.” Een streeftijd van 10 minuten is een goed compromis tussen efficiëntie en veiligheid. Daarom is dit interval geen 'zwakte' van Bitcoin, maar een essentieel kenmerk.
Wat is het doel van het bewijs van werk op Bitcoin?
Proof of work beschermt het Bitcoin-netwerk tegen Sybil-aanvallen. Dit mechanisme maakt het namelijk mogelijk om te voorkomen dat een kwaadwillende actor de controle over het betalingsnetwerk overneemt door identiteiten te vermenigvuldigen. In plaats van te worden gevestigd op een computerstemsysteem, wordt Bitcoin met behulp van rekenkracht op een stemsysteem ingesteld. Aangezien deze berekening energieverbruik vereist, hebben we dan een tastbaar, universeel en extern aan het netwerk om te kiezen wie het recht heeft om een blok in het gedistribueerde register te registreren.
Een aanvaller die de eigendomsstatus van bitcoins wil wijzigen, moet noodzakelijkerwijs zijn eigen versie van het kanaal uitzenden. Om deze kwaadaardige toestand te accepteren, moet deze het Bitcoin-protocol respecteren en in het bijzonder de aaneenschakeling van blokken daartussen. Hij zal ook meer werk moeten hebben verzameld dan de eerlijke keten. Dit betekent dat de aanvaller al het rekenwerk opnieuw moet uitvoeren na het blok dat op frauduleuze wijze is gewijzigd. Als hij niet meer rekenkracht heeft dan alle andere eerlijke mijnwerkers, zal hij nooit in staat zijn om zijn versie van de keten geaccepteerd te krijgen door eerlijke nodes en zal hij falen in zijn poging om aan te vallen.
Door het gebruik van bewijzen van werk worden minderjarigen natuurlijk aangemoedigd om eerlijk te blijven. Voor een aanval zou inderdaad fenomenale rekenkracht moeten worden ingezet en deze in de loop van de tijd moeten worden gehandhaafd. Dit betekent dat een aanval veel elektriciteit zou verbruiken, en dus bijzonder duur zou zijn, zonder een gegarandeerd resultaat te hebben. Het is dan veel interessanter om je machines te gebruiken om eerlijk te minen en de beloningen te ontvangen die worden gegeven voor het vinden van een geldig blok.
Naast dit beschermingswerk tegen Sybil-aanvallen speelt Proof-of-Work ook een essentiële rol in het verzet tegen censuur van het betalingssysteem. Met de Nakamoto Consensus is het namelijk mogelijk om van tijd tot tijd het recht toe te kennen om een blok in te voeren in het register door willekeurig een minor te kiezen, in verhouding tot de gebruikte rekenkracht. Elke 10 minuten geeft dit mechanisme een nieuwe miner het recht om zijn blok te pushen, met alle transacties die erin zitten. Hierdoor profiteren Bitcoin-gebruikers van de onverzekerbaarheid als het gaat om het bevestigen van hun transacties. Als een minderjarige een gebruiker censureert en weigert zijn transacties in zijn blok op te nemen om een reden die buiten de regels van het protocol valt, is dat prima. Andere minderjarigen die diezelfde gebruiker niet censureren, zullen dit ook opnemen. Het wordt bevestigd zodra ze een blok leveren dat voldoet aan het bewijs van de werkomstandigheden.
Bovendien kan de gecensureerde gebruiker zijn transactiekosten verhogen om andere miners aan te moedigen hem in een blok op te nemen. Dit zal financiële druk uitoefenen op het censureren van minderjarigen en zal uiteraard loyale mijnwerkers bevoordelen via een natuurlijk marktproces.
Conclusie
De Nakamoto proof-of-work-consensus is het principe dat wordt gebruikt om overeenstemming te bereiken over een enkele versie van het gedistribueerde grootboek tussen de verschillende knooppunten in het netwerk. Het is gebaseerd op het proof-of-work-mechanisme, dat gewoon een systeem is om Sybil-aanvallen te weerstaan.
Proof of work is het zoeken naar een waarde die, wanneer deze wordt doorgegeven aan een willekeurige functie, een resultaat oplevert dat lager is dan een specifiek doel. Dit onderzoek wordt uitgevoerd door actoren met behulp van gespecialiseerde computers, die „minderjarigen” worden genoemd.
De proof-of-work-doelstelling wordt elk blok van 2016 door de nodes aangepast. Dit wordt „aanpassing van de moeilijkheidsgraad” genoemd. We verlagen het doelgetal om de moeilijkheidsgraad van de mijnbouw te verhogen, of we verhogen het om de moeilijkheidsgraad te verlagen, afhankelijk van de evolutie van de rekenkracht die de mijnwerkers in de voorgaande periode hebben ingezet.
Zorg ervoor dat je proof of stake (PoS) niet verwart met proof of work (PoW). Deze twee mechanismen zijn heel verschillend. In tegenstelling tot proof of work is het meerderheidsbesluitvormingsproces van proof of stake niet gebaseerd op enig tastbaar element buiten het netwerk en dit levert veel problemen op voor de betalingssystemen die het netwerk gebruiken. Deze vergelijking tussen PoW en POS zal het onderwerp zijn van een gedetailleerd volgend artikel.
