Proof-of-work (PoW)

Proof-of-work (PoW), blockchain teknolojisinde bir uzlaşma mekanizması olarak işlev gören ve madencilere ağ doğrulaması için bilgi işlem gücü ve zorluk ekleyerek ödüllendiren bir sistemdir. Madenciler, güçlerini artırdıkça ödül alma olasılıklarını arttırdıkları bir piyango sistemidir.

Proof-of-work'un tarihçesi

Proof-of-work'ün kökeni, Cynthia Dwork ve Moni Naor'un e-posta spam ve DoS saldırılarını önlemek için bir çözüm aradığı 1993 yılına dayanır. Onların işleme göre fiyatlandırma üzerine yazdığı makale, proof-of-work'ün temellerini oluşturdu.
1997'de, Adam Black, bu fikri Hashcash'e entegre etti. Algoritması, gönderenlerin e-postalarına hesaplama açısından pahalı bir karakter dizisi eklemelerini gerektirerek spamcıların büyük hacimli e-postalar göndermelerini zorlaştırdı.
Spama çözüm, temelde bireysel e-postaları göndermek için maliyeti artırmaktı. Bu deney, çevrimiçi bir şeyin değerini temsil etmek için hesaplama zorluğunu kullanabileceğinizi kanıtladı. Bu, dijital para biriminin dijital bir temsilini yapmak için aynı fikri kullanıp kullanamayacaklarını görmek isteyen diğerlerini ilham verdi.
Fikir, Nick Szabo'nun sözde 'Koleksiyon Teorisi'nde ve "Para Oluşumları: Para'nın Kökenleri" adlı makalesinde tekrar ortaya çıktı. 2004'te, bu fikirler Hal Finney'i bunun bir versiyonunu tekrar kullanılabilir proof-of-work olarak oluşturmaya teşvik etti. Ve 2009'da, Satoshi Nakamoto, Bitcoin için proof-of-work uzlaşma mekanizmasını ünlü bir şekilde oluşturdu. Bu, çift harcama sorununu çözen ilk merkezi olmayan uygulama ve Bitcoin'i ilk başarılı dijital para birimi yaptı.

Proof-of-work'ü farklı kılan nedir?

Bitcoin'den önceki önceki sürümler, dijital jetonların çift harcamasını önlemek için merkezi kuruluşları gerektirdiği için başarısız oldu.
Satoshi'nin proof-of-work'e yaptığı iyileştirmeler, bu sorunu çözmek için oyun teorisini kullandı. Anonim gönüllülere, yani madencilere, tüm Bitcoin işlemlerinin geçerliliğini doğrulamaları için bir yol sağladı ve böylece kimse çift harcamıyordu. Bu icat, merkezi bir aracı olmadan güveni sağlayan ilk kez bir merkezi olmayan katılımcı ağıydı. Bu oyunlaştırma, birçok insanı ağa katılmaya o kadar iyi teşvik eder ki, El Salvador gibi ulus-devletler Bitcoin'i bir rezerv para birimi olarak kullanır. Ancak kripto para birimi şu anda yaklaşık olarak yılda 99 teravat saatlik elektrik tüketmektedir, bu büyümenin sürdürülemez olduğunu düşünen birçok kişi vardır.

Proof-of-work (PoW) temelleri

Ağdaki tüm işlemlerin bütünlüğünün ve güvenliğinin korunması, proof-of-work uzlaşma mekanizmasının nihai amacıdır.

İş(çiler)

Proof-of-work blok zincirleri, bir ağağından diğerine işlemleri kabul etmek ve işlemlerin yeni bloklarını ağa sunmak (veya önermek) için bir ağaçı destekleyen dağıtık bilgisayar ağı tarafından desteklenir. Bu düğümler, ağın temel kripto parası karşılığında bilgi işlem gücü ve kaynaklar harcayan madenciler olarak da adlandırılır. Proof-of-work'teki "iş", düğümlerin yeni bir işlem bloğunu doğrulamak için katkıda bulunmaları gereken bilgi işlem gücüdür. Bu güç, SHA-256 kriptografik karması tarafından temsil edilir ve bu konsensüs mekanizmalarını benzersiz kılar.

Bir zorluk ayarlama adı verilen bir algoritma, tüm ağın yeni işlem bloklarını doğrulaması için sabit bir zaman alacağını sağlar. Zorluk ayarı yaklaşık olarak her 2,016 blokta bir (yaklaşık olarak iki haftada bir kez) gerçekleşir ve 10 dakikalık hedef blok zamanını korumak için tasarlanmıştır. Bireysel olarak ağa katılan madenciler, zorluğu dakikadan dakikaya veya gün içinde değiştirmez.

Madenciler, ağ tarafından sağlanan eşiği aşan bir karmayı tahmin ettiklerinde ödül kazanırlar. Bir madenci, geçerli bir blok karması bulduğunda, bu bilgiyi diğer madencilere ileterek ve yeni bloğu hızlı bir şekilde doğrulayarak ve blok zinciri kopyalarına ekleyerek bu bilgiyi yayınlar. Bu doğrulama süreci, madencilerin kötü niyetli işlemleri, örneğin bir kullanıcının kripto paraları çift harcamaya çalışması, dahil etme olasılığını ortadan kaldırır.

Ödül

Tamamladıkları işin ödemesi hakkında kodlanmış bir kural vardır. Yazının yazıldığı sırada, madenciler blok başına sabit 6.25 BTC kazanırlar, artı herhangi bir kullanıcı işlem ücretleri. Bu ödül potansiyeli, madencilerin proof-of-work'te rekabet etmelerini ve dürüst kalmalarını teşvik eder, çünkü sistemi hile yapmaya çalışmak herhangi bir kaynak israfına neden olur.
Ödül miktarı, her 210.000 blokta (yaklaşık olarak dört yılda bir) yarıya düşer. Bu azalma oranı yarıya kesme döngüsü olarak adlandırılır. Birçok insan, Bitcoin'in fiyatının tempoyu koruyamaması durumunda madencilerin katılım teşvikini kaybedeceğinden korkar. Ancak madenciler ağdan ayrıldıkça, zorluk seviyesi buna göre düşer. Bu dengeleme, bitcoin madenciliğinin maliyetinin düşmesine neden olur. Bitcoin madenciliğinin ekonomisi, basit değildir. Madencilerin internete girip girmediğini etkileyen birçok finansal faktör vardır.

Proof-of-work ve proof-of-stake arasındaki fark

Proof-of-work ve proof-of-stake arasındaki temel fark, zorluk gereksinimidir. Proof-of-stake'te, doğrulayıcı düğümler, ağın jetonlarını daha fazla kilitleyerek veya devrederek bloklar için rekabet ederler. Bu daha az enerji gerektirir ancak giriş engelini daha pahalı hale getirebilir. Proof-of-work uzlaşma modeli, ödeme ve para kullanımı gibi kripto para birimi ağları için daha çok kullanılır. Diğer blok zincirleri, Ethereum, Cardano ve Solana gibi, merkezi olmayan uygulamaları çalıştırmaya odaklanır ve proof-of-stake (PoS) modelini kullanır.

Proof-of-work örnekleri

Kripto piyasasının toplam piyasa değerinin %60'ından fazlası, proof-of-work algoritmalarını kullanmaktadır. Ancak, konsensüs modelini uygulayan en değerli ağlar şunlardır:
Bitcoin: Ağ, dünyanın en güvenli ve merkezi olmayan PoW sistemidir. Bitcoin'in başarısı, özellikle Satoshi'nin zeki PoW mühendisliğine, güvenliğin ötesinde, ağ katılımcılarına sürdürülebilir ekonomi sağlamasıyla ilişkilendirilmiştir.

Litecoin: Litecoin, 2011'de bir Bitcoin çatalı olarak başlatıldı ve PoW uzlaşma modelinin özelliklerini kopyaladı. Litecoin genellikle Bitcoin'in gümüşü olarak adlandırılır ve piyasa değeri bakımından en üstteki kripto varlıklar arasında yer alır.
Dogecoin: Meme ilhamlı kripto para birimi Dogecoin, 2013'te başlatıldı ve PoW teknolojisini Litecoin'e kadar izleyen köklere sahiptir. Dogecoin ve Litecoin, daha hızlı işlemlere olanak tanır, ancak genellikle Bitcoin'den daha az güvenlidir.
Monero: Monero, gizliliğe odaklanmış bir kripto para birimidir ve proof-of-work algoritmasını uygular. Halka imzaları ve gizli adresler de dahil olmak üzere benzersiz özellikleri, blok zincirindeki işlemlerin izlenmesini zorlaştırır. Monero'nun proof-of-work algoritması, büyük madencilik operasyonları yerine bireysel madenciler için daha erişilebilir olması için ASIC-dirençlidir.
Bitcoin Cash: Bitcoin Cash, Bitcoin blok zincirinden bir hard fork sonucu 2017'de oluşturulan bir kripto para birimidir. Bitcoin gibi proof-of-work uzlaşma algoritmasını kullanır. Bitcoin Cash, Bitcoin'in ölçeklenebilirliğini ve işlem hızını artırmayı amaçlar ve blok boyutu sınırını 32 MB'ye çıkarır. Ancak, birkaç madencilik havuzunun ağında hakim olması nedeniyle merkezileşme eleştirileriyle karşılaşmıştır.

Proof-of-work nasıl çalışır

Proof-of-work aracılığıyla Bitcoin madenciliği, her 10 dakikada bir ödül çekilişi yapılan bir piyango bileti satın alma gibi çalışır. Herkes bir Bitcoin madencilik makinesi satın alarak ve bunu ağa takarak katılabilir. Herkesin çekilişte çıkma olasılığı aynı olmasına rağmen, daha fazla bilet satın almak, piyangoyu kazanma istatistiksel olasılığını artırır.
Yukarıdaki örnekte, piyango biletleri, uygulanan karmik karmaları temsil ederken, ödül, başarılı bir şekilde bir Bitcoin bloğu oluşturmak için ödenen BTC ödülüdür. Karmik karmik, bir madencilik cihazının gerçekleştirebileceği karma sayısıdır. Ne kadar verimli bir madencilik cihazı olursa, bir madencinin blok ödüllerini kazanma şansı o kadar yüksek olur. Örneğin, S19j Pro bir makine saniyede 104 terahash (TH/s) yapabilir, yani saniyede 104 trilyon tahmin veya bilet yapabilir.

Bu arada, kullanıcılar madencilik havuzlarına katılabilir; ofis havuzları veya sendikalar gibi. Gönüllü olarak havuza katılmak, birlikte piyangoyu kazanma şansını artırır, solo madencilikte olduğu gibi, burada bugün bir Bitcoin bloğu kazanma olasılığı son derece nadirdir.
Ancak, halka açık bir madencilik havuzundaki her kazanç, katılımcılar arasında orantılı olarak bölünür. Madencilik havuzu katılımcıları, havuzda kalmaya zorunlu değildir. Birçok kişi havuzları ağda merkezileştirici bir güç olarak eleştirir. Ancak bireysel katılımcılar, bu merkezileşmeye karşı bir karşı denge sağlar. Havuzdan veya sendikadan kolayca ayrılabilirler ve bu, havuzun dürüst olmaya çalışması durumunda işe yarar bir özelliktir. Lotaryanın aksine, katılımın ve potansiyel ödüllerin kuralları Bitcoin yazılımında kodlanmıştır. Herkes bu kuralları doğrulayabilir ve isteğe bağlı olarak bunlara uymayı seçerse, Bitcoin madencilik işlemi kurabilir.

Proof-of-work ve madencilik

Proof-of-work, madencilikle sıkı bir şekilde bağlantılıdır. PoW, madencilerin arkadaşlarının, gerekli hesaplamayı gerçekleştirdiklerini ve blok için hedefle eşleşen bir karma ürettiklerini göstermeleri için tam olarak hangi süreci tanımlar. Öte yandan, madencilik, blok zincirine yeni bir blok eklemeye ve ilişkili madeni paraları ödül almak için almayı odaklar.
Bitcoin işlemlerinin nasıl işlendiğini düşünmek, PoW ve madencilik arasındaki ilişkiyi net bir şekilde ortaya koymaktadır. Bitcoin ağındaki tüm kullanıcı işlemleri, madencilerin bir sonraki Bitcoin bloğuna eklemek için seçtiği işlemlerden oluşan bir bellek havuzuna (mempool) girer. Her madenci, bir sonraki Bitcoin bloğu için bir aday blok oluşturarak yarışa girer, mempool'dan birkaç işlem seçer ve bunları bir aday blok içine paketler.
Ancak bir aday blok geçerli olarak kabul edilmeden önce, madencinin, Bitcoin proof-of-work algoritması tarafından belirlenen hedefin altında bir karma üreten hesaplamaları gerçekleştirmesi gerekir. İlk madenci, aday bloğu için eşleşen bir karmayı ürettiğinde, bu bilgiyi diğer madencilere iletir, onlar da ekleyebilir ve blok zinciri kaydına eklemek için geçerli bir blok olarak doğrulayabilir.

Başarılı madenci, blok ödüllerini ve ilişkili işlem ücretlerini alır ve blok zincirine yeni bir geçerli blok ekleyerek Bitcoin blok zincirinin yüksekliğini artırırken, bir sonraki bloğu madencilik yarışması başlar.

Proof-of-work neden önemlidir?

Proof-of-work algoritması, birkaç nedenle hayati öneme sahiptir. En çarpıcı olanı, ağ katılımcılarının blok zinciri defterinin bütünlüğünü koruması için güvenli ve merkezi olmayan bir mekanizma sağlamasıdır. PoW, dünya genelinde madencilerin blokları doğrulamak için bilgi işlem gücü harcamalarını teşvik eder ve genellikle bir banka gibi merkezi bir kuruluşun oynadığı rolü doldurur.
Bir başka temel fayda ise, PoW'ün yeni jetonların oluşturulmasını düzenlemesidir. Bitcoin'in durumunda, algoritma, madencilerin yeni bloklar üretebileceği hızı stabilize eden bir madencilik zorluk ayarını içerir. Bitcoin'in kodu, 10 dakikalık bir blok başına hedef belirtir ve algoritma, madencilerin ortalamanın üzerinde bloklar ürettiği bir noktada hash oranı büyüdüğünde blok bulmayı zorlaştırır.
PoW'ye bağlı madencilik zorluk ayarı olmadan, madenciler, sürdürülebilir bir ekonomi için gerekenden daha hızlı BTC arzını tüketebilirler. Dahası, bir PoW zincirinde ağın hash oranı büyüdükçe, kötü niyetli bir oyuncunun sistemi saldırmak pratik olarak imkansız hale gelir.
Bir Braiins çalışması, Bitcoin ağına fiziksel hash oranı aracılığıyla saldırmanın muhafazakar maliyetini 5.5 milyar dolar olarak belirtir. Ancak, böyle bir operasyonun gerçek dünyada uygulanması pratikte imkansızdır çünkü saldırı maliyeti algılanan faydaların üstesinden gelir. Ayrıca, olası bir saldırgan, hemen dürüst davranarak ve Bitcoin'e hash gücü sağlayarak ödülleri alabilir.

Artıları ve eksileri

Bloklar için en erken uzlaşma modeli olduğundan, proof-of-work sistemlerinin artıları ve eksileri sektör olgunlaştıkça ortaya çıkmıştır. Daha yeni yeniliklere rağmen, PoW, kamu blok zincirlerinde uzlaşma sağlamanın en kanıtlanmış, zaman test edilmiş yöntemi olarak kalmaktadır.

Artıları Eksileri

– Yüksek seviyede güvenlik ve merkezi olmayanlık
– Sansür direnci
– Madencileri ağı korumak için ekonomik olarak teşvik eder
– Yenilenebilir enerji kaynaklarının benimsenmesini teşvik eder