Proof of Work (PoW) คือเหมือนกับใบรับรองในชีวิตจริงเช่น ปริญญาหรือใบอนุญาตขับขี่รถ ที่การตรวจสอบถูกทำผ่านการสอบ (เช่น การผ่านการทดสอบที่เกี่ยวข้อง) ในโลกของการเข้ารหัส PoW เป็นรูปแบบความเห็นร่วมที่เป็นพื้นฐานสำหรับเครือข่ายบล็อกเชน ตั้งมาตรฐานสำหรับโหนดให้มีข้อตกลง โมเดลนี้ยืนยันธุรกรรมและสร้างบล็อกใหม่ในบล็อกเชน กำหนดกลไกสิทธิส่งเสริมที่ให้รางวัลให้กับโหนดที่สร้างบล็อกอย่างประสบความสำเร็จ

ข้อเสนอของ PoW

การวิจัยทางวิชาการที่เกี่ยวข้องกับ PoW เริ่มขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ในปี 1993 นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ชาวอเมริกันและศาสตราจารย์ Cynthia Dwork แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้เสนอแนวคิดของ PoW เพื่อแก้ไขปัญหาอีเมลขยะ ในปี 1997 Adam Back ได้คิดค้นเทคโนโลยี HashCash โดยใช้กลไก PoW เพื่อต่อต้านการโจมตีแบบปฏิเสธการให้บริการและการใช้อีเมลขยะในทางที่ผิด สิ่งนี้ทําให้ผู้ส่งอีเมลแต่ละรายต้องทําการคํานวณแฮชจํานวนเล็กน้อยโดยเจตนาทําให้เกิดความล่าช้าสั้น ๆ
เทคโนโลยี HashCash ในภายหลังถูกใช้งานอย่างแพร่หลายสำหรับการกรองสแปมและได้รับการนำมาใช้โดย Microsoft ในผลิตภัณฑ์เช่น Hotmail, Exchange, และ Outlook ในปี 2008, Satoshi Nakamoto นำแนวคิด PoW มาใช้ในการเห็นกันในบล็อกเชนในเอกสารต้นฉบับ 'Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System' โดยนำเสนอขั้นตอนการเห็นกันแบบ PoW สำหรับระบบ Bitcoin

หลักการ

อัลกอริธึมฉันทามติ PoW ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันแฮช สําหรับสตริงอินพุตที่กําหนด s ฟังก์ชันแฮช H(s) จะสร้างเอาต์พุตที่มีความยาวคงที่ และการคํานวณ H(s) มีประสิทธิภาพ ฟังก์ชันแฮชที่ใช้ในระบบบล็อกเชนเช่น Bitcoin และ Ethereum ต้องเป็นไปตามเกณฑ์สามข้อต่อไปนี้:

1. ความต้านทานการชน: ควรจะน้อยมากที่สองอินพุตที่แตกต่างกันจะสร้างเอาท์พุตแฮชเดียวกัน
2. ความไม่สามารถย้อนกลับ: โดยให้ผลลัพธ์ของแฮช H(s) ควรเป็นเรื่องที่ยากทางคอมพิวเตอร์ในการย้อนกลับเพื่อหาข้อมูลนำเข้า s
3. ความไม่สามารถทำนาย: นอกจากวิธีการบังคับ ไม่มีวิธีอื่น ๆ ที่ควรสามารถสร้างอินพุตที่มีการแฮชไปยังค่าเป้าหมายที่เฉพาะเจาะจง

วิธีทำงาน

ขั้นตอนของขั้นตอนข้อตกลง PoW ปฏิบัติตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. การตั้งค่าระดับความยาก: ระบบระบุค่าความยากรวมทั่วโลก ซึ่งกำหนดค่าการคำนวณแฮชที่จำเป็นสำหรับบล็อกถัดไป โดยทั่วไปค่าแฮชต้องน้อยกว่าค่าที่กำหนดไว้บางระดับ ซึ่งเมื่อเครือข่ายขยายตัว ระดับความยากจะเพิ่มขึ้น และระบบจะปรับความยากเป็นระยะๆ
2. การจัดแพคธุรกรรม: โหนดรวบรวมข้อความธุรกรรมหลายรายการและจัดแพคเข้าไปในตัวของบล็อกใหม่
3. การประกอบหัวบล็อก: โหนดจะประกอบหัวบล็อก ซึ่งมักจะรวมค่าแฮชของบล็อกก่อนหน้า ค่าแฮชของธุรกรรมในบล็อกใหม่ ค่าความยากปัจจุบัน การประทับเวลา และค่านอนสุ่ม
4. การคำนวณแฮช: โหนดใช้อัลกอริทึมแฮชที่ระบุ (เช่น double SHA-256 ใน Bitcoin) เพื่อคำนวณแฮชของส่วนหัวบล็อก หากแฮชไม่ตรงตามความยาก โหนดจะปรับแก้ nonce และคำนวณแฮชใหม่ โหนดที่คำนวณแฮชที่ตรงตามความยากอย่างสำเร็จจะแพร่ส่งบล็อกใหม่ไปยังเครือข่าย
   
5. การตรวจสอบและการยอมรับ: โหนดที่ได้รับบล็อกการกระจายการส่งออกตรวจสอบความถูกต้องของบล็อก (เช่น โดยการทำ double SHA-256 hashing ส่วนหัวของบล็อกใน Bitcoin) หากการตรวจสอบสำเร็จพวกเขาจะยอมรับบล็อกใหม่และเพิ่มลงในสำเนาท้องถิ่นของพวกเขาในบัญชีกระจาย
6. การแข่งขันสำหรับบล็อกถัดไป: โหนดเริ่มแข่งขันเพื่อสิทธิ์ในการเพิ่มบล็อกถัดไป
   ในอัลกอริทึม PoW เฉพาะโหนดที่คำนวณแฮชที่ตรงตามความยากลำบากก่อนที่จะได้รับสิทธิ์ในการเพิ่มบล็อกใหม่ลงในบัญชีกระจ敦ที่กระจายไป โหนดอื่นจึงทำการคัดลอกบล็อกใหม่เพื่อรักษาความสอดคล้องในบัญชีกระจาย

ข้อ จำกัด

อัลกอริธึมฉันทามติของ PoW อาศัยอํานาจการคํานวณเพื่อจัดสรรสิทธิ์ในการบันทึกธุรกรรม เมื่อขนาดของเครือข่ายบล็อกเชนเติบโตขึ้นสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการสูญเสียทรัพยากรการคํานวณและไฟฟ้าอย่างมีนัยสําคัญ ในปี 2020 เครือข่าย Bitcoin ใช้พลังงาน 134.89 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงเทียบเท่ากับการใช้ไฟฟ้าประจําปีของจังหวัด การใช้พลังงานสูงนี้เป็นข้อ จํากัด ที่สําคัญของ PoW
นอกจากนี้อัลกอริทึมความเห็น PoW ที่ใช้เวลาคำนวณนานทำให้ต้องรอนานเพื่อได้สิทธิ์ในการบันทึก ทำให้รอยืนยาวของการยืนยันธุรกรรมและลดประสิทธิภาพของการสร้างบล็อก ตัวอย่างเช่น บิตคอยน์สร้างบล็อกโดยรวมทุก 10 นาที จำกัดการทำธุรกรรมต่อวินาที (TPS) และเน้นถึงข้อจำกัดของประสิทธิภาพของอัลกอริทึมความเห็น PoW