Ipinaliwanag ang Proof of Work: Paano Umaabot sa Konsensus ang Bitcoin

Madaling kopyahin at madaling i-edit ang isang digital na ledger. Kung malaya sanang makakapagdagdag ng transaksyon ang sinuman, magagastos din nila nang dalawang beses ang parehong barya — ang klasikong problemang "double-spend." Sa isang sistemang walang sentral na operator, kailangan mo ng paraan para magkasundo ang mga malayang kalahok kung aling mga transaksyon ang naganap at sa anong pagkakasunod-sunod, kahit na ang ilan sa kanila ay hindi tapat o naka-offline.

Ang mga naunang pagtatangka sa digital cash ay umaasa sa isang pinagkakatiwalaang partido para itago ang mga tala. Ang disenyo ng Bitcoin, na inilarawan sa whitepaper noong 2008, ay pinalitan ang pinagkakatiwalaang partido na iyon ng isang pampublikong kompetisyon: gumagastos ang mga kalahok ng tunay na yaman para magdagdag ng mga bloke, at sinusunod ng network ang isang ibinabahaging panuntunan sa pagpili ng nanalong tsina. Umuusbong ang konsensus mula sa gastos at matematika sa halip na mula sa awtoridad.

Ang bawat kandidatong bloke ay naglalaman ng isang batch ng mga transaksyon, isang reperensya sa nakaraang bloke, at isang maliit na napapalitang numero na tinatawag na nonce. Pinapatakbo ng mga miner ang datos na ito sa hash function na SHA-256, na ginagawang isang nakapirming-haba at hindi mahulaang output ang anumang input. Ang layunin ay makahanap ng input na lumilikha ng hash na mas mababa sa isang tiyak na target na halaga — sa praktika, isang hash na nagsisimula sa isang tiyak na bilang ng mga zero.

Dahil hindi mahulaan o ma-reverse-engineer ang mga output ng hash, ang tanging paraan para makahanap ng wastong hash ay ang trial and error: palitan ang nonce, i-hash muli, ulitin, bilyon-bilyong beses kada segundo. Ang brute-force na paghahanap na iyon ang "trabaho." Sadyang mahirap itong gawin ngunit napakadaling suriin ng sinuman — sapat na ang isang pagkukumpute ng hash para kumpirmahing wasto ang sagot. Ang asimetriyang ito (mahirap likhain, madaling patunayan) ang puso ng proof of work.

Nilalayon ng Bitcoin ang isang bagong bloke sa karaniwang halos bawat sampung minuto. Habang mas maraming lakas ng pagkukompute (hash rate) ang sumasali sa network, mas mabilis sanang dadating ang mga bloke, kaya paminsan-minsang ina-adjust ng protocol ang hirap — kung gaano kababa dapat ang target na hash — para panatilihing matatag ang karaniwang bilis. Halos bawat dalawang linggo (2,016 na bloke), muling kinakalkula ng bawat node ang hirap mula sa mga kamakailang oras ng bloke.

Ang self-adjustment na ito ang dahilan kung bakit ang mas maraming lakas ng mining ay hindi nangangahulugang mas mabilis na produksyon ng bloke sa paglipas ng panahon; pangunahin nitong ibig sabihin ay mas maraming trabaho ang ginagastos para siguraduhin ang parehong matatag na daloy ng mga bloke. Random ang eksaktong timing ng anumang iisang bloke, kaya ang sampung minuto ay isang pangmatagalang average, hindi isang iskedyul.

Kalahati lang ng kwento ang paghahanap ng wastong bloke. Kailangan pa ring magkasundo ang mga node sa iisang kasaysayan kapag dalawang miner ang nakakahanap ng bloke sa halos parehong sandali. Ang panuntunan ay sinusunod ng mga node ang wastong tsina na may pinakamalaking kabuuang naipong proof of work — kadalasang binubuod bilang ang "pinakamahabang tsina," bagama't ito talaga ang pinakamabigat ayon sa pinagsamang trabaho.

Independyenteng bine-verify ng bawat full node ang bawat bloke laban sa mga panuntunan ng Bitcoin: wastong lagda, walang double-spend, tamang gantimpala ng bloke, at isang hash na umaabot sa target. Ang mga bloke na sumusuway sa mga panuntunan ay basta na lang tinatanggihan, gaano man karaming trabaho ang ginugol dito. Nalulutas ang mga pansamantalang di-pagkakasundo (mga fork) habang pinalalawak ng susunod na bloke ang isang sanga, at nagkakasundo dito ang mga tapat na miner dahil nasa pagtatayo sa tinanggap na tsina naroon ang gantimpala.

Para muling isulat ang isang nakaraang transaksyon, kailangang ulitin ng isang umaatake ang proof of work para sa blokeng iyon at sa bawat bloke pagkatapos nito, at pagkatapos ay lampasan ang buong tapat na network para makabuo ng mas mahabang tsina. Habang mas malalim na nakalibing ang isang transaksyon, mas maraming trabaho ang kailangang ulitin — kaya madalas na naghihintay ng ilang kumpirmasyon ang mga negosyante. Ang gastos ay tumataas kasama ang kabuuang hash rate ng network.

Ito ang intuwisyon sa likod ng "51% na atake": ang pagkontrol sa mayorya ng lakas ng hash ay maaaring magbigay-daan sa isang tao na muling ayusin o i-censor ang mga kamakailang transaksyon. Ngunit magastos itong bilhin at patakbuhin ang hardware na iyon, hindi nito magagawang pekehin ang mga lagda o direktang nakawin ang mga barya, at ang isang nakikitang atake ay maaaring makapinsala sa halaga ng mismong asset na ginagastusan ng umaatake ng yaman para i-mine. Nakahanay ang mga insentibo kaya ang tapat na paglahok ay karaniwang mas kumikita kaysa sa pag-atake. Ekonomiko at probabilistiko ang seguridad dito, hindi isang absolutong garantiya.

Ang lakas ng proof of work — tunay, panlabas na gastos — ay siya ring pinagmumulan ng pinakakaraniwang batikos dito: ang konsumo ng enerhiya. Malawak ang pagkakaiba-iba ng mga tantiya sa paggamit ng kuryente ng Bitcoin at nagbabago sa paglipas ng panahon, at pinalulubha ng lumalaking bahagi ng stranded, sobra, o renewable na enerhiya na ginagamit ng ilang miner ang larawan. Nagkakaiba ang mga makatwirang tao, at nagbabago ang mga detalye; mas mabuting suriin ang mga kasalukuyan at kapani-paniwalang pinagmulan kaysa sa anumang iisang bilang.

Ang mga alternatibong disenyo ng konsensus tulad ng proof of stake ay pinoprotektahan ang ilang ibang network gamit ang mas kaunting enerhiya sa pamamagitan ng paggamit ng ekonomikong kolateral sa halip na pagkukompute. May kaakibat itong iba't ibang pagpapalagay at trade-off, at ang patas na paghahambing sa kanila ay sariling paksa na. Para sa Bitcoin partikular, nananatiling mekanismo ang proof of work, at nakatali dito ang seguridad at iskedyul ng pag-isyu nito.