donderdag 03 maart 2022 - door Matt
Proof of Work is waarschijnlijk het bekendste consensus mechanisme ter wereld. Dit komt doordat Bitcoin de eerste blockchain is die van dit algoritme gebruikmaakt.
Sinds het ontstaan is dit algoritme geprezen om zijn revolutionaire werking, maar ook bekritiseerd om zijn nadelen. We leggen je in dit artikel uit wat Proof of Work is en hoe dit consensus mechanisme werkt.
Proof of Work, afgekort PoW, is een consensus mechanisme dat door verschillende blockchains wordt gebruikt. Een consensus mechanisme is een manier waarop het netwerk van de blockchain werkt. Zo staan verschillende regels in het consensus mechanisme besproken. De nodes in het netwerk van de blockchain werken allemaal volgens deze regels.
In 2008 werd Proof of Work door Satoshi Nakamoto bedacht, tegelijkertijd met Bitcoin (BTC). Een jaar later, in januari 2009, werd Proof of Work officieel voor het eerst gelanceerd toen de blockchain van Bitcoin live ging.
Na de lancering van Bitcoin kwamen er nieuwe blockchains en cryptocurrencies op de markt. Daarom zijn er ook andere blockchains die van Proof of Work gebruikmaken. Hieronder bespreken we welke blockchains dit zijn.
Het netwerk van een PoW-blockchain bestaat uit nodes en miners. De miners zorgen voor de verificatie en verwerking van transacties. Miners gaan met elkaar de strijd aan om als eerste een nieuw blok te vinden.
In de bitcoin blockchain wordt gebruik gemaakt van de SHA256 functie om alle informatie in een block te hashen in een reeks cijfers en letters. Een hash is het resultaat van een berekening: Je neemt een input, stopt die in een zogenaamde SHA256 functie en aan de andere kant komt er een hash uit. Dit is éénrichtingsverkeer. Met de hash kan je onmogelijk terug de input berekenen.
Wijzig je 1 cijfer of letter in de input, dan krijg je een totaal andere hash. Op dit principe is het mijnen gebouwd. Een mijner neemt de hash van het vorige block, de inhoud van het nieuwe block en voegt een 'nonce' toe. De nonce is een willekeurig getal dat gewijzigd wordt om een correcte hash te krijgen.
Het bitcoin netwerk legt namelijk een voorwaarde op voor de hash. Simpel gezegd moet een hash bijvoorbeeld met een bepaald aantal nullen beginnen. Dit is een voorbeeld van een dergelijke hash:
‘0000000000000000000547f2c117dbb5f807c7f5ce9902a9a1fbc067c4c56296’
De mijner die als eerste de correcte hash kan vinden die voldoet aan de gestelde voorwaarde zal het block mogen mijnen en krijgt als beloning nieuwe bitcoin uitgekeerd.
De hash berekenen is dus eigenlijk een gokspelletje. De mijners wijzigen de nonce van het block en voegen als het ware een willekeurig getal toe. Hierdoor wijzigt de hash die berekend wordt. Voldoet de hash niet aan de voorwaarde? Dan doet de mijner een nieuwe poging. Zo worden er tienduizenden gokken gedaan en de mijner die over de beste apparatuur beschikt heeft uiteraard een hogere kans dat hij als snelste het juiste getal zal raden. Net daarom zijn er grote mining-farms ontstaan.
Gemiddeld gezien wordt er in de bitcoin blockchain om de 10 minuten een nieuw blok toegevoegd.
De miner die als eerst een blok klaar heeft meldt dit bij de rest van het netwerk. De nodes zullen vervolgens controleren of het blok klopt en of de hash voldoet aan de voorwaarde. Wanneer minimaal 51% van het netwerk vindt dat het blok inderdaad klopt, wordt de miner tot ‘winnaar’ gekozen. Als beloning voor het werk dat is geleverd, zal de miner nieuwe cryptomunten ontvangen.
Deze nieuwe cryptomunten waren nog niet eerder in omloop, en worden dus gecreëerd bij het maken van een nieuw blok. Daarom wordt het maken van cryptomunten ook wel ‘mining’ genoemd.
Een miner heeft in zekere mate invloed op de snelheid waarop een nieuw blok gemaakt wordt. Des te beter de hardware, des te meer kans om sneller het juiste antwoord te raden. Daarom zijn miners geen simpele computers die je thuis hebt staan. In plaats daarvan worden er juist speciale toestellen gebruikt om zo snel mogelijk een hash te kunnen berekenen. Sterker nog: veel ‘miners’ zijn grote ruimtes waar soms honderden van deze toestellen of ASIC's staan. Deze toestellen zijn continu bezig met het raden van de juiste hash voor het volgende block.
Proof of Work is mede hierdoor een vrij duur consensus mechanisme. Er komt immers steeds nieuwere en betere hardware, waardoor je ieder jaar achterloopt op de kwaliteit van de hardware die je in bezit hebt. Je zult daarom na een bepaalde tijd nieuwe hardware moeten kopen om mee te kunnen doen met de top.
Proof of Work staat bekend om zijn hoge energieconsumptie. In het netwerk zijn miners tegen elkaar aan het strijden om wie als eerst een nieuw blok klaar heeft. Als het netwerk van Bitcoin uit ongeveer 1 miljoen nodes bestaat, dan zijn er 999.999 computers het juiste antwoord aan het raden die uiteindelijk geen beloning zullen krijgen. Er kan immers maar één miner de eerste zijn. De energie die door de 999.999 computers wordt geconsumeerd wordt daarom soms bekeken als verspilde energie, maar de aanwezigheid van al deze nodes zorgt er juist voor dat de bitcoin blockchain extreem veilig is.
Proof of Work wordt gezien als een van de veiligste consensus mechanismen. Dit komt doordat er veel energie nodig is om een nieuw block te maken. Wil je dus de inhoud van vorige blokken wijzigen, dan moet je dus opboksen tegen de kracht van de andere mijners in het netwerk. Je moet zien dat je meer dan 51% van de totale rekenkracht in handen hebt, wat onmogelijk is.
Daarnaast is het netwerk erg groot, waardoor er ook in hoge mate controle plaatsvindt.
Ieder jaar komt er steeds betere hardware op de markt. Dit betekent dat miners steeds sneller nieuwe blocks kunnen vinden. Om de veiligheid van het netwerk te garanderen, moet het ongeveer 10 minuten duren voordat een nieuw blok wordt toegevoegd aan de blockchain.
Blockchains die gebruik maken van Proof of Work zijn daarom voorzien van een zelf-aanpasbare moeilijkheidsgraad. Komt er rekenkracht bij? Dan wordt de voorwaarde voor de juiste hash strenger gemaakt waardoor het berekenen langer zal duren. Verdwijnt er rekenkracht? Dan wordt het berekenen van de juiste hash makkelijker gemaakt. Zo zal ervoor gezorgd worden dat het gemiddeld zo’n 10 minuten duurt voordat een nieuw blok wordt toegevoegd.
Bitcoin is de eerste en bekendste blockchain die gebruik maakt van Proof of Work. Er zijn sindsdien meerdere blockchains die besloten om dit consensus mechanisme te implementeren in hun blockchain.
Dogecoin, Bitcoin Cash en Litecoin maken ook gebruik van Proof of Work. Deze blockchains zijn dan ook ontstaan als hard fork uit de Bitcoin-blockchain ontstaan. Dit betekent dat het in feite kopieën zijn van Bitcoin, welke vervolgens zijn aangepast waarna ze op verschillende vlakken van elkaar verschillen.
Er is al lange tijd veel kritiek op Proof of Work. Dit heeft te maken met de duurzaamheid en centralisatie van het netwerk.
Proof of Work wordt door veel mensen als niet-duurzaam beschouwd omdat er ontzettend veel energie nodig is voor het maken van nieuwe blokken en munten. De energie van slechts één miner wordt uiteindelijk gebruikt voor de verdere ontwikkeling van de blockchain.
Daar komt ook nog eens bij dat Bitcoin de meest gebruikte cryptocurrency ter wereld is. Het grootste deel van de cryptomarkt wordt hierdoor vaak als niet duurzaam bestempeld, wat een probleem is nu iedereen steeds bewuster wordt over klimaatverandering.
In 2021 was dit voor Elon Musk zelfs reden genoeg om geen Bitcoin-betalingen meer te accepteren bij Tesla. Volgens hem zou Tesla pas weer betalingen in Bitcoin accepteren zodra ’s werelds bekendste cryptocurrency duurzamer zou zijn.
Toch is nuance noodzakelijk en dat bespreken we in het artikel 'het energieverbruik van bitcoin toegelicht'.
Het is ontzettend lastig om als individuele miner de snelste binnen het hele netwerk te zijn. Zoals eerder gezegd zul je moeten beschikken over de beste hardware om mee te kunnen doen aan de top.
Veel miners besloten daarom hun krachten te bundelen door ‘mining pools’ op te zetten. Een mining pool is een groep van miners die hun computerkracht bundelen zodat ze meer kans hebben de snelste te zijn.
Ondanks dat het netwerk van Bitcoin uit ongeveer 1 miljoen nodes bestaat, worden nieuwe blokken vrijwel alleen toegevoegd door dezelfde mining pools. Dit gaat volgens veel mensen in tegen de principes van de blockchain-technologie: decentralisatie.
Ondanks dat er veel kritiek op Proof of Work is, zijn er ook genoeg voordelen te bedenken voor dit consensus mechanisme.
Ontzettend veilig. Proof of Work biedt in hoge mate bescherming tegen aanvallen op het netwerk. Zo is het vrijwel onmogelijk om controle over het netwerk over te nemen wanneer je veel geld hebt. Je moet immers ASIC's kunnen kopen en gezien de beperkte hoeveelheid chips is het onmogelijk om meer dan 51% in handen te krijgen.
Stimulans om te minen. Doordat er nieuwe munten worden gecreëerd die gelden als beloning voor de miners, hebben ze een sterke stimulans om actief te gaan minen en ervoor te zorgen dat blokken zo snel mogelijk worden toegevoegd. Hoe meer mijners er actief zijn, hoe veiliger de volledige blockchain.
Zelf-aanpasbare moeilijkheidsgraad. Om de veiligheid te garanderen moet er iedere 10 minuten een nieuw blok toegevoegd worden. Hardware wordt echter steeds beter, waardoor blokken in de toekomst theoretisch gezien steeds sneller toegevoegd kunnen worden. PoW-blockchains beschikken echter over een zelf-aanpasbare moeilijkheidsgraad die ervoor zorg dat het altijd zo’n 10 minuten duurt voordat een nieuw blok kan worden toegevoegd.
Na Proof of Work wordt Proof of Stake (PoS) gezien als het bekendste consensus mechanisme. Veel nieuwe blockchains maken gebruik van Proof of Stake, of een variant die hierop is gebaseerd.
Bij Proof of Stake zijn het geen miners, maar validators die nieuwe blokken toevoegen. Om validator te worden zul je een ‘stake’ in moeten zetten. Dit is een aantal cryptomunten waarvan je het aantal zelf kunt bepalen. Deze stake dient als een vorm van borg: je zet de coins als het ware 'vast' in een wallet.
Des te hoger de stake is, des te hoger de kans dat je wordt gekozen om een nieuw blok toe te voegen. Dit betekent dat er dus altijd maar één validator aan het werk is met het samenstellen van een nieuw block. Wanneer een validator geen goed werk levert, kunnen de nodes in het netwerk ervoor kiezen een straf op te leggen. Dit is een boete die wordt betaald met de stake. Dat is dus de reden dat de stake met een borg vergeleken kan worden. De node heeft dan ook 'something at stake' en kan coins verliezen als er slecht werk wordt geleverd.
Deze kenmerken zorgen ervoor dat Proof of Stake duurzamer is dan Proof of Work. Echter is Proof of Work een stuk veiliger dan Proof of Stake, en heeft Proof of Work zich al op grote schaal kunnen bewijzen. Proof of Stake wordt voornamelijk door kleinere blockchains gebruikt.
Proof of Work is het bekendste consensus mechanisme ter wereld, omdat het door Bitcoin wordt gebruikt. De bedenker van Bitcoin (Satoshi Nakamoto) is ook de bedenker van Proof of Work.
Binnen een PoW-netwerk zijn het de miners die nieuwe blokken toevoegen aan de blockchain. Hiervoor leveren zij energie en zullen ze speciale hardware moeten aanschaffen. Als beloning voor hun werk ontvangen ze nieuwe cryptomunten. Bij het minen komen dus nieuwe cryptomunten in omloop.
Ondanks dat Proof of Work wordt gezien als niet-duurzaam en gecentraliseerd, is dit algoritme het veiligste en meest bewezen algoritme dat op grote schaal werkt. Wel zien we dat nieuwe blockchains steeds vaker gebruik maken van Proof of Stake, of een algoritme dat hierop is gebaseerd.
Disclaimer: beleggen is altijd risicovol. Bescherm steeds jouw vermogen door risico's te spreiden.
Download hier meteen het meer dan 150 pagina's tellende e-book "Bitcoin & crypto uitgelegd".
