ข้ามไปยังเนื้อหา

Proof of Work

Proof of Work ทำให้การค้นหาบล็อกมีต้นทุนสูงแต่ตรวจสอบได้ในต้นทุนต่ำ โดยต้องมีหลักฐานการคำนวณตามกฎของโปรโตคอล วิเคราะห์ความถูกต้อง ความน่าจะเป็นของเป้าหมาย chainwork สะสม ความยาก จำนวนการยืนยัน เศรษฐศาสตร์การขุด การกระจุกตัว และสมมติฐานด้านพลังงานแยกจากกัน

อัปเดต

จัดทำขึ้นเพื่อการศึกษาเท่านั้น ไม่ใช่คำแนะนำการลงทุน การลงทุนอาจทำให้สูญเสียเงินลงทุนได้

คำตอบโดยตรง

Proof of Work (PoW) เป็นกลุ่มกลไกที่กำหนดให้ผู้เข้าร่วมสร้างหลักฐานการคำนวณตามโปรโตคอล ซึ่งค้นหาได้ยากแต่ผู้อื่นตรวจสอบได้ง่าย ในบล็อกเชนแบบแฮช ผู้สร้างบล็อกจะเปลี่ยนข้อมูลผู้สมัครจนกว่าแฮชที่ได้จะมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับเป้าหมาย หลักฐานที่ยอมรับได้แสดงว่าพบผลลัพธ์ที่ผ่านเกณฑ์สำหรับอินพุตและชุดกฎนั้น แต่ไม่ได้แสดงจำนวนเครื่องจักร แหล่งพลังงาน หรือว่ามีการคำนวณแฮชระหว่างทางทุกค่าที่กล่าวอ้างจริง

PoW จัดหาแรงต้าน Sybil โดยการให้น้ำหนักโอกาสการผลิตบล็อกด้วยการคำนวณที่หายาก แทนที่จะใช้อัตลักษณ์ บัญชี หรือยอดโทเค็น มันเป็นเพียงส่วนประกอบเดียวของระบบฉันทามติที่ถูกใช้งาน โหนดจะต้องตรวจสอบส่วนหัว ธุรกรรม ลายเซ็น กฎการใช้เอาต์พุตที่ใช้แล้ว การออกจำกัด และกฎการเปลี่ยนสถานะอื่น ๆ ด้วยตนเอง บล็อกที่มีงานอ้างอิงมหาศาลจะยังคงไม่ถูกต้องหากธุรกรรมหรือรางวัลของมันละเมิดฉันทามติ

Bitcoin รวมงานหัวข้อ SHA-256d เข้ากับกฎเป้าหมายและการปรับเป้าหมายเฉพาะเครือข่าย การแพร่กระจายแบบเพียร์ทูเพียร์ การตรวจสอบบล็อกอย่างอิสระ และการเลือกสาขาที่ถูกต้องซึ่งมีงานรวมสะสมมากที่สุด “สายโซ่ยาวที่สุด” เป็นคำย่อที่ไม่เป็นทางการสำหรับงานที่ถูกสะสมมากที่สุด ไม่จำเป็นต้องเป็นสาขาที่มีจำนวนบล็อกมากที่สุด ระบบ PoW อื่น ๆ สามารถใช้ปริศนาที่แตกต่างกัน อินพุต กฎการปรับสูตรงาน สูตรงาน ระยะเวลาบล็อก ตารางรางวัล และกฎการเลือกสาขาที่แตกออกต่างกัน

PoW ทำให้การเขียนประวัติศาสตร์ที่ยอมรับได้ต้องใช้การทำงานแข่งขันกันภายใต้สมมติฐานเครือข่ายและคู่ต่อสู้ที่กำหนด แต่ไม่ได้สร้างความแน่นอนแบบตายตัว บล็อกที่แข่งขันกัน การแพร่กระจายที่ล่าช้า การแบ่งพาร์ติชัน การขุดแบบเห็นแก่ตัว พลังแฮชที่เช่าหรือเปลี่ยนเส้นทาง ข้อผิดพลาดของซอฟต์แวร์ และแรงจูงใจทางเศรษฐกิจ ส่งผลต่อความปลอดภัย ความลึกของการยืนยันช่วยลดความเสี่ยงบางประการในการจัดระเบียบใหม่ได้เฉพาะภายในโมเดลที่ระบุเท่านั้น; มันไม่สามารถพิสูจน์ความจริงนอกเชน คู่สัญญาที่ถูกต้อง ความเป็นเจ้าของตามกฎหมาย ค่าของสินทรัพย์ในอนาคต หรือความไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างถาวร

วิธีการวิเคราะห์ Proof of Work

  1. กำหนดระบบและชุดกฎให้ชัดเจน บันทึกเครือข่าย genesis เวอร์ชันไคลเอนต์ สถานะการเปิดใช้งาน อัลกอริทึม PoW อินพุตของบล็อกผู้สมัคร การเข้ารหัสและค่าสูงสุดของเป้าหมาย กฎปรับความยาก กฎเลือก fork ผู้สังเกต peer และเวลา อย่านำพารามิเตอร์ mainnet ของ Bitcoin ไปใช้กับเชนหรือเครือข่ายทดสอบอื่น
  2. ตรวจสอบบล็อกผู้สมัครอย่างอิสระ สร้าง header และข้อมูลที่บล็อกผูกมัดไว้ขึ้นใหม่ จากนั้นตรวจสอบธุรกรรม ลายเซ็น สคริปต์หรือการดำเนินการ กฎของสถานะที่ใช้จ่ายแล้ว การออกเหรียญ commitment ขีดจำกัดขนาดหรือน้ำหนัก และลำดับบรรพบุรุษ การตรวจ PoW เป็นส่วนเพิ่มจากการตรวจความถูกต้อง ไม่ใช่สิ่งทดแทน
  3. ทำการทดสอบงานซ้ำ ใช้อัลกอริทึมแฮชหรือตัวปริศนาและการเรียงลำดับแบบเดียวกัน ถอดรหัสเป้าหมาย ปฏิเสธช่วงหรือการเข้ารหัสที่ไม่ถูกต้อง และทดสอบความไม่เท่าเทียมของโปรโตคอล เช่น work_hash <= target แยกลำดับไบต์ที่แสดงออกจากการเปรียบเทียบจำนวนเต็มที่ใช้โดยฉันทามติ
  4. วัดความน่าจะเป็นของการค้นหา สำหรับแฮช n-บิตที่สม่ำเสมอและเป้าหมายรวม T การทดลองหนึ่งครั้งประสบความสำเร็จด้วย p = (T + 1) / 2^n และจำนวนการทดลองที่คาดไว้คือ 1 / p ระบุอัตราการแฮชที่เข้ากันได้จริงและเวลาทำงาน; เวลาที่คาดไว้ไม่ใช่เส้นตายและความล้มเหลวที่ผ่านมาไม่ได้ทำให้การทดลองอิสระครั้งต่อไปมีโอกาสสำเร็จมากขึ้น
  5. สร้างใหม่งานสะสมและการเลือกสาขา สำหรับทุกสาขาที่ถูกต้อง ให้หางานของแต่ละบล็อกจากเป้าหมายของมันโดยใช้กฎจำนวนเต็มของเครือข่าย แล้วรวมมันตามลำดับบรรพบุรุษ และนำพฤติกรรมการเชื่อมต่อและความพร้อมใช้งานจริงมาใช้ เปรียบเทียบงานสะสม ไม่ใช่ความสูง ความยากที่แสดง หรือหัวข้อเดียวในแยกออก
  6. ประเมินการยืนยันและทดสอบสมมติฐานการโจมตี บันทึกความลึกของธุรกรรมในเชนที่ใช้งาน การแพร่กระจาย อัตราบล็อก stale การแบ่งเครือข่าย ความหลากหลายของ peer การกระจุกตัวของนักขุดและพูล ตลาดกำลังแฮชทางเลือก การเซ็นเซอร์ การกักบล็อก และความสามารถในการ reorganize อย่านำเสนอเกณฑ์ 51% หรือจำนวนการยืนยันว่าเป็นกฎสากล
  7. กระทบยอดเศรษฐศาสตร์และผลกระทบภายนอก แยก block subsidy ค่าธรรมเนียม เงื่อนไขพูล ความแปรปรวน ราคา ความยาก ประสิทธิภาพ พลังงาน ระบบระบายความร้อน โฮสติ้ง downtime ค่าเสื่อมราคา เงินทุน และภาษี การประมาณไฟฟ้าจากอัตราแฮชต้องใช้การกระจายประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์ที่ตรงกับเวลาสังเกตและค่าใช้จ่ายส่วนเพิ่มของสถานที่ ส่วนการปล่อยมลพิษต้องเพิ่มสถานที่ เวลา สัดส่วนพลังงาน การลดกำลังผลิต และความไม่แน่นอนของวิธีการ

หลักฐานที่ได้ควรรักษาห้าชั้นให้ชัดเจน: ผู้สมัครที่ถูกต้อง, หลักฐานที่ถูกต้องสำหรับผู้สมัครนั้น, งานสะสมของสาขา, ตัวเลือกสายโซ่ที่ใช้งานอยู่ปัจจุบันของโหนด, และนโยบายการชำระราคาของแอปพลิเคชัน การรวมชั้นเหล่านั้นทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการตีความ PoW ส่วนใหญ่

ตัวอย่างที่มีการทำงาน

1. ความน่าจะเป็นเป้าหมายและความไม่สมมาตรในการตรวจสอบ

สมมติว่ากฎแฮชแบบของเล่นยอมรับเอาต์พุตหนึ่งใน 2^20 ความน่าจะเป็นความสำเร็จต่อการทดลองอิสระหนึ่งครั้งคือ p = 1 / 1,048,576 ดังนั้นจำนวนครั้งที่คาดว่าจะต้องทดลองคือ 1,048,576 ที่ 5,000,000 hashes/second เวลาค้นหาที่คาดหมายคือ:

1,048,576 / 5,000,000 = 0.2097152 seconds

การยืนยันต้องใช้แฮชหนึ่งตัวและการเปรียบเทียบเป้าหมายหนึ่งครั้งเมื่อมีการส่งผู้สมัครเข้ามา อย่างไรก็ตาม เวลาที่คาดหวังไม่ได้เป็นการรับประกัน: หลังจากการทดลอง 1,000,000 ความน่าจะเป็นที่จะไม่ประสบความสำเร็จประมาณ (1 - 1/1,048,576)^1,000,000 = 38.53% การทดลองที่ล้มเหลวไม่ได้ทำให้การทดลองครั้งถัดไป “จำเป็นต้องทำ”

2. ความถูกต้องก่อนงานสะสม

สาขา A มีบล็อกที่ถูกต้องหกบล็อก แต่ละบล็อกมีมูลค่า 100 หน่วยงาน สำหรับรวมทั้งหมด 600 สาขา B มีบล็อกที่ถูกต้องห้าบล็อก แต่ละบล็อกมีมูลค่า 130 สำหรับรวมทั้งหมด 650 ภายใต้กฎงานสะสมสูงสุด สาขา B ชนะแม้ว่าจะมีบล็อกน้อยกว่า

ตอนนี้สมมติว่าสาขา C อ้างว่า 1,200 หน่วยงาน แต่สร้างรางวัลที่ไม่ถูกต้อง งานของมันไม่มีความเกี่ยวข้องกับโหนดตรวจสอบที่ซื่อตรง: C ถูกปฏิเสธก่อนการเปรียบเทียบสาขา PoW จำกัดว่าใครสามารถขยายประวัติที่ถูกต้องได้อย่างถูกราคาถูก; มันไม่ได้ซื้อข้อยกเว้นต่อกฎความถูกต้อง

3. การกระจายของแฮชแชร์และบล็อก

สมมติอัตราเครือข่ายที่เข้ากันได้เป็น 500 EH/s และอัตราของนักขุดเป็น 2 PH/s ส่วนแบ่งแบบเรียบง่ายของนักขุดคือ:

2 PH/s / 500 EH/s = 0.000004 = 0.0004%

ที่สมมติว่า 144 บล็อกต่อวัน คาดว่าบล็อกเดี่ยวจะเป็น 144 * 0.000004 = 0.000576 per day ซึ่งหมายถึงเวลารอเฉลี่ยประมาณ 1 / 0.000576 = 1,736.11 days การประมาณด้วยโพแซ็งให้ค่า P(0) = exp(-0.000576) = 99.9424% สำหรับไม่มีบล็อกในวันนั้น ความคาดหวังนี้ไม่ใช่สัญญาการจ่ายเงินหรือหลักฐานว่าพูลเป็นหนี้นักขุดในจำนวนใด ๆ

4. จากอัตราแฮชไปจนถึงการประเมินพลังงาน

สมมติว่านักวิเคราะห์สร้างแบบจำลอง 500 EH/s โดยใช้ประสิทธิภาพเฉลี่ยของฝูงเครื่องจักรที่ 25 J/TH เนื่องจาก 500 EH/s = 500,000,000 TH/s กำลังของเครื่องจักรที่สร้างแบบจำลองคือ:

500,000,000 TH/s * 25 J/TH = 12.5 GW

ด้วยประสิทธิภาพการใช้พลังงานของสิ่งอำนวยความสะดวกที่สมมติว่าเป็น 1.10 ปริมาณความต้องการรวมที่จำลองไว้จะกลายเป็น 12.5 * 1.10 = 13.75 GW หรือ 13.75 * 8,760 = 120.45 TWh ต่อปีหากสภาพเงื่อนไขคงตัว นี่เป็นการประเมิน ไม่ใช่การอ่านค่าจากมิเตอร์ การเปลี่ยนแปลงส่วนผสมของฮาร์ดแวร์ เวลาในการทำงาน ค่าใช้จ่ายทั่วไปของสิ่งอำนวยความสะดวก หรือช่วงอัตราแฮช จะเปลี่ยนผลลัพธ์; การปล่อยมลพิษจำเป็นต้องมีสมมติฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับภูมิศาสตร์และการผลิตพลังงาน

ความเสี่ยงและความล้มเหลวในการทบทวน

ข้อผิดพลาดของโปรโตคอลและความถูกต้อง

  • การจัดการ PoW เป็นโปรโตคอลฉันทามติทั้งหมด: ปริศนาไม่ได้กำหนดความถูกต้องของธุรกรรม การแพร่กระจาย การเลือกสาขา รางวัล หรือการชำระเงินของแอปพลิเคชัน จดบันทึกกฎรอบ ๆ ทั้งหมด
  • เครือข่ายหรืออัลกอริทึมผิด หลักฐานที่ถูกต้องบนเชน fork เครือข่ายทดสอบ หรือฟังก์ชันแฮชหนึ่ง อาจไม่มีความหมายในอีกระบบหนึ่ง ผูกหลักฐานกับ genesis และกฎที่ใช้งานอยู่
  • อินพุตที่เรียงลำดับผิด:การละเว้นฟิลด์ ความมุ่งมั่น กฎลำดับไบต์ หรือการเปลี่ยนแปลงที่อนุญาตสามารถทดสอบปริศนาที่ต่างกัน ให้สร้างไบต์ตัวอย่างที่ถูกต้องขึ้นใหม่
  • การให้เหตุผลก่อนความถูกต้อง: งานขนาดใหญ่ไม่สามารถทำให้ลายเซ็นที่ไม่ถูกต้อง การใช้จ่ายซ้ำ การออก หรือการเปลี่ยนแปลงสถานะถูกกฎหมาย ตรวจสอบผู้สมัครเต็มก่อนเปรียบเทียบสาขา
  • การกลับด้านของเป้าหมายและความยาก เป้าหมายที่เล็กกว่ายากกว่า ในขณะที่ความยากที่แสดงมักเป็นมาตรการเชิงสัมพันธ์ผกผัน ตรวจสอบสูตรจำนวนเต็มที่แน่นอนของเครือข่าย
  • ความสูงแทนการทำงานด้วยโซ่: บล็อกมากขึ้นไม่จำเป็นต้องหมายถึงงานสะสมมากขึ้นเมื่อเป้าหมายต่อบล็อกแตกต่างกัน รวมงานที่ได้จากโปรโตคอลตามบรรพบุรุษที่ถูกต้อง
  • นำสมมติฐาน retarget ไปใช้ข้ามเครือข่าย: รอบการปรับ อินพุต timestamp ขอบเขตบนและล่าง กฎฉุกเฉิน และเป้าหมายสูงสุดแตกต่างกัน อย่าเรียกการออกแบบหนึ่งว่าเป็นพฤติกรรม PoW สากล

ข้อผิดพลาดด้านความปลอดภัยและเครือข่าย

  • ข้อเรียกร้องความแน่นอนขั้นสุดท้าย: โซ่ PoW สามารถปรับโครงสร้างใหม่ได้ ตั้งค่านโยบายการยืนยันจากค่า ความลึก งานที่สังเกตได้ สภาพคล่อง ความสามารถของฝ่ายตรงข้าม และการตอบสนองเชิงปฏิบัติการ
  • ถือว่า 51% เป็นเกณฑ์สากล: การกักบล็อก ความได้เปรียบด้านการแพร่กระจาย การโจมตี eclipse การติดสินบน กำลังแฮชเช่า และนโยบายของแอปพลิเคชันอาจสำคัญทั้งต่ำกว่าและสูงกว่าสัดส่วนที่ระบุ ต้องระบุโมเดล
  • ข้อเรียกร้องอำนาจที่ไม่ถูกต้อง:กำลังแฮชส่วนใหญ่สามารถเซ็นเซอร์หรือจัดลำดับใหม่และอาจเอาชนะประวัติที่ถูกต้องได้ แต่ไม่สามารถทำให้โหนดที่ซื่อสัตย์ยอมรับลายเซ็นปลอมหรือการเพิ่มเงินที่ไม่ถูกต้องได้
  • อัตราแฮชเท่ากับการกระจายอำนาจ: เทมเพลตของพูล การควบคุมที่แท้จริง เฟิร์มแวร์ ผู้ผลิต โฮสติ้ง ภูมิศาสตร์ ผู้ให้พลังงาน และซอฟต์แวร์ยังอาจกระจุกตัว
  • ถืออัตราแฮชโดยประมาณเป็น telemetry: อัตราแฮชของเครือข่ายอนุมานจากงานและการมาถึงของบล็อกแบบสุ่ม ไม่ใช่การสำรวจเครื่องจักร ผู้ดำเนินงาน หรือกำลังผลิตโดยตรง
  • ไม่สนใจพาร์ติชันและการโจมตีแบบอีคลิปส์: โหนดที่มีมุมมองจำกัดสามารถติดตามงานที่ล้าสมัยหรือเป็นศัตรูได้แม้ว่าจะมีอัตราแฮชทั่วโลกสูง ตรวจสอบความหลากหลายของเพียร์และเครือข่าย
  • ไม่สนใจการควบคุมพูลและเทมเพลต: นักขุดจำนวนมากอาจใช้เทมเพลตบล็อกเดียวหรือผู้ดำเนินการจ่ายรางวัลรายเดียว ต้องแยกเจ้าของกำลังแฮช อำนาจกำหนดเทมเพลต และผู้ดูแลรางวัล

เศรษฐศาสตร์ พลังงาน และผลกระทบภายนอก

  • รางวัลที่คาดว่าจะได้รับในรูปแบบเงินสดที่รับประกัน: ผลการค้นหา เป็นแบบสุ่ม ในขณะที่พูลเพิ่มกฎการแบ่งปัน เงินสำรอง ค่าธรรมเนียม วันครบอายุ การดูแล และความเสี่ยงจากการผิดนัด
  • ผลลัพธ์โทเค็นรวมเป็นกำไร:ราคา ค่าธรรมเนียม ความยากง่าย เวลาใช้งาน พลังงาน การระบายความร้อน แรงงาน การโฮสต์ การซ่อมบำรุง ค่าตัดจำหน่าย การเงิน การป้องกันความเสี่ยง และภาษี อาจทำให้ผลลัพธ์กลับกันได้
  • อัตราแฮชเท่ากับไฟฟ้าโดยตรง:การแปลงต้องการประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ การใช้งาน การจัดแต่งกองยาน การระบายความร้อน และค่าใช้จ่ายของสถานที่ในเวลาเดียวกันที่สังเกต
  • ไฟฟ้าเท่ากับการปล่อยมลพิษโดยตรง: ผลกระทบคาร์บอนขึ้นอยู่กับสถานที่ การผลิตไฟฟ้าส่วนเพิ่มและค่าเฉลี่ย เวลา สัญญา การจำกัดการผลิต ข้อกล่าวอ้างเรื่องมีเทน และขอบเขตการบัญชี
  • ประสิทธิภาพรับประกันการใช้งานรวมที่ต่ำลง: ฮาร์ดแวร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นช่วยลดพลังงานต่อการแฮช แต่การแข่งขันในเครือข่าย ราคา รางวัล และการปรับใช้สามารถเปลี่ยนอัตราการแฮชรวมและความต้องการได้
  • เพิกเฉยต่อผลกระทบและข้อจำกัดท้องถิ่น: ความแออัดของโครงข่าย, เสียงรบกวน, ความร้อน, น้ำ, ที่ดิน, การหมุนเวียนอุปกรณ์, ขยะอิเล็กทรอนิกส์, เงินอุดหนุน, และการตัดการผลิตสามารถส่งผลกระทบต่อชุมชนและการดำเนินงาน

ความเข้าใจผิดทั่วไป

Proof of Work ทำให้ทุกธุรกรรมในบล็อกที่ขุดถูกต้อง

ไม่ header ที่ผ่านเป้าหมายแสดงเพียงว่าบล็อกผู้สมัครผ่านกฎ PoW เท่านั้น full node จะปฏิเสธธุรกรรม commitment รางวัล หรือการเปลี่ยนสถานะที่ไม่ถูกต้องโดยอิสระ ไม่ว่านักขุดจะใช้ต้นทุนเท่าใด

งานคือพลังงานที่เก็บไว้ซึ่งทำให้บล็อกไม่สามารถย้อนกลับทางกายภาพได้

บล็อกมีหลักฐานขนาดย่อมที่ตรวจสอบได้ ไม่ใช่ไฟฟ้าที่นำกลับคืนมา งานที่ถูกต้องของคู่แข่งสามารถ reorganize ประวัติได้ และความล้มเหลวทางสังคมหรือซอฟต์แวร์ยังอาจต้องมีการตัดสินใจกู้คืน PoW เพิ่มต้นทุนการเขียนประวัติใหม่ภายใต้สมมติฐานที่ระบุ แต่ไม่ได้สร้าง finality ทางกายภาพหรือแบบกำหนดแน่นอน

โซ่ที่ยาวที่สุดหมายถึงโซ่ที่มีบล็อกมากที่สุดเสมอ

ไม่ได้เสมอไป Bitcoin Core เปรียบเทียบงานโซ่สะสมระหว่างผู้สมัครที่ถูกต้อง สาขาที่สั้นกว่าสามารถแทนงานมากขึ้นได้เมื่อบล็อกของมันถูกสร้างขึ้นกับเป้าหมายที่ยากกว่า

ผู้โจมตีที่มีพลังแฮชขนาดใหญ่สามารถขโมยเหรียญใดก็ได้หรือเปลี่ยนกฎใดก็ได้

กำลังแฮชสามารถสร้างความเสี่ยงด้านการจัดระเบียบ การเซ็นเซอร์ การสั่งการ และการปฏิเสธการให้บริการ แต่โหนดที่ซื่อสัตย์ยังคงบังคับใช้ลายเซ็น การออกเหรียญ และกฎฉันทามติ การเปลี่ยนแปลงกฎเหล่านั้นต้องการให้ผู้ใช้เรียกใช้ซอฟต์แวร์ที่เข้ากันได้; การทำงานเพียงอย่างเดียวไม่สามารถสร้างสิทธิ์อนุญาตได้

แผนภูมิอัตราแฮชเผยให้เห็นการใช้ไฟฟ้าและการปล่อยมลพิษอย่างแม่นยำ

มันไม่ได้เป็นเช่นนั้น ไฟฟ้าถูกจำลองจากสมมติฐานเกี่ยวกับอุปกรณ์และสิ่งอำนวยความไม่แน่นอน และการปล่อยมลพิษเพิ่มสมมติฐานเกี่ยวกับสถานที่ การผลิต เวลา และการบัญชี การประมาณที่รับผิดชอบจะแสดงช่วงและวิธีการแทนที่จะนำเสนอค่าที่แน่นอนเพียงค่าเดียว

หัวข้อที่เกี่ยวข้อง

แหล่งที่มา

การนำทาง

ค้นหาในวิกิ...