Wat is Proof of Work (PoW)?

Basisprincipes

Proof of Work (PoW) is een consensusalgoritme dat vaak wordt gebruikt door blockchain-netwerken om transacties te beveiligen en double-spending te voorkomen. Satoshi Nakamoto introduceerde PoW in het Bitcoin-whitepaper van 2008. Vergelijkbare technologieën bestonden echter al eerder. Een van de vroegste voorbeelden van PoW-algoritmen is HashCash van Adam Back, dat was ontworpen om spam te verminderen door afzenders te verplichten wat rekenwerk te doen voordat ze een e-mail verzenden. De rekenkosten zouden verwaarloosbaar zijn voor legitieme gebruikers, maar konden snel oplopen voor degenen die in bulk spam-e-mails verzenden.

Voorkomen van dubbel uitgeven bij digitaal geld

Digitaal geld heeft een unieke uitdaging – de mogelijkheid van dubbel uitgeven. Dubbel uitgeven gebeurt wanneer dezelfde middelen meer dan eens worden besteed. Deze term is specifiek voor de context van digitaal geld. In tegenstelling tot fysiek contant geld, waar je hetzelfde biljet niet twee keer kunt uitgeven, kan digitaal geld gemakkelijk worden gedupliceerd. Om te voorkomen dat de waarde van de valuta instort door dubbel uitgeven, is het noodzakelijk mensen te beletten dezelfde eenheden op verschillende plaatsen te kopiëren en uit te geven. 

De noodzaak van Proof of Work

Proof of Work is een essentieel onderdeel van blockchaintechnologie. Wanneer een gebruiker een transactie naar het netwerk uitzendt, wordt deze niet onmiddellijk geldig. In plaats daarvan moet de transactie eerst aan de blockchain worden toegevoegd. De blockchain fungeert als een grote database waar elke gebruiker toegang toe heeft, zodat men kan verifiëren of fondsen al zijn uitgegeven.

Om dit concept te begrijpen, stel je voor dat jij en je drie vrienden een notitieblok hebben. Telkens wanneer een overboeking van eenheden plaatsvindt, wordt dit op het notitieblok vastgelegd. Elke transactie verwijst echter ook naar de transactie waar de fondsen vandaan kwamen. Bijvoorbeeld, als Bob Carol twee eenheden betaalt, zou de inschrijving zeggen "Bob betaalt Carol twee eenheden uit deze eerdere transactie met Alice." Dit systeem creëert een traceerbaar grootboek van alle eenheden en voorkomt het dubbel uitgeven van dezelfde fondsen.

Deze aanpak werkt goed voor kleine groepen, maar schaalt niet goed. Als je een groep van 10.000 deelnemers hebt, is het moeilijk iemand te vinden die betrouwbaar genoeg is om het notitieblok bij te houden. Daar komt PoW om de hoek kijken. Met een combinatie van speltheorie en cryptografie zorgt PoW ervoor dat gebruikers geen fondsen uitgeven waar ze geen recht op hebben. Het stelt iedereen in staat de blockchain bij te werken volgens de regels van het systeem, waardoor een vertrouwde derde partij overbodig wordt.

Hoe werkt PoW?

Transacties worden niet één voor één toegevoegd, maar gebundeld in blokken. Nadat de transacties naar het netwerk zijn aangekondigd, zal een gebruiker die een blok creëert ze opnemen in een kandidaatblok. De transacties zijn pas geldig zodra het kandidaatblok is bevestigd, wat betekent dat het aan de blockchain is toegevoegd.

Om een blok aan de blockchain toe te voegen, moeten miners hun middelen gebruiken, specifiek rekenkracht, zoals vereist door Proof of Work. De taak van miners is om de blokgegevens te hashen totdat ze een oplossing voor een puzzel vinden. 

In Proof of Work moeten miners data leveren waarvan de hash aan bepaalde voorwaarden voldoet, wat gebeurt via een raadspel. Ze nemen informatie over alle transacties die ze willen toevoegen, samen met andere belangrijke gegevens, en hashen dit met een variabel stukje informatie genaamd een nonce. Ze moeten hashen totdat ze een hash vinden die voldoet aan de door het protocol gestelde voorwaarden, waarna ze het recht krijgen het nieuwe blok naar het netwerk uit te zenden.

Als ze een geldige hash vinden, worden ze beloond met cryptocurrency. Valsspelen is echter geen optie, omdat elk blok dat een ongeldige transactie bevat automatisch door het netwerk wordt afgewezen. Het systeem waarborgt dit via publieke-sleutelcryptografie, die gebruikers in staat stelt te verifiëren of iemand het recht heeft om de fondsen te verplaatsen die hij probeert uit te geven. 

Proof of Work is een kostbaar proces, maar het maakt valsspelen duur en eerlijk handelen winstgevend. Daarom wordt verwacht dat rationele miners zich zodanig gedragen dat ze inkomsten garanderen. De eisen voor grote cryptocurrencies van vandaag zijn ongelooflijk moeilijk te vervullen, waardoor het proces nog uitdagender wordt. Het is echter mogelijk te verifiëren dat een blok geldig is zonder veel rekenkracht te gebruiken.

Proof of Work vs. Proof of Stake

In de afgelopen jaren is er een groeiende trend van blockchains die overstappen van Proof of Work naar Proof of Stake (PoS) of het vanaf het begin adopteren. Laten we de voordelen van PoS ten opzichte van PoW verkennen om te begrijpen waarom steeds meer projecten hiervoor kiezen.

In PoS worden miners vervangen door validators, die willekeurig worden geselecteerd en, als ze gekozen zijn, een blok moeten voorstellen. Als het blok geldig is, worden de validators beloond met transactiekosten. Niet iedereen kan echter validator worden, aangezien het protocol deelnemers kiest op basis van verschillende factoren. Om in aanmerking te komen, moeten validators een vooraf bepaald bedrag van de native valuta van de blockchain staken. De stake dient als borg, en als een validator oneerlijk handelt, wordt zijn stake als straf ingenomen.

Een van de belangrijkste voordelen van PoS is de kleinere CO2-voetafdruk. Aangezien er in PoS geen noodzaak is voor krachtige mijnbouwfarms, is het elektriciteitsverbruik slechts een fractie van wat in PoW wordt gebruikt.

Hoewel PoS nu met veel enthousiasme wordt ingevoerd, moet het zich nog op schaal bewijzen. Mining is het enige consensusalgoritme dat transactiehoeveelheden ter waarde van biljoenen dollars heeft beveiligd in iets meer dan een decennium, ondanks dat het als verkwistend wordt gezien. Om te bepalen of PoS kan concurreren met de veiligheid van PoW, moet staking grondig worden getest om de betrouwbaarheid op de lange termijn te waarborgen. 

Conclusie

Het probleem van dubbel uitgeven werd effectief aangepakt door Proof of Work, een betrouwbare en veilige oplossing die de noodzaak voor gecentraliseerde entiteiten om te voorkomen dat dezelfde fondsen twee keer worden uitgegeven, elimineerde. Door cryptografie, hashfuncties en speltheorie te gebruiken, kunnen leden van een gedecentraliseerd ecosysteem consensus bereiken over de status van een financieel grootboek.