Vad är Proof-of-Work?
Proof of Work (PoW) är en konsensusmekanism som används av flera kryptovalutor för att skapa nya block, bekräfta transaktioner och skydda blockkedjan mot manipulation. Tekniken är framför allt förknippad med Bitcoin, men används även av andra kryptovalutor som Litecoin och Dogecoin.
Grundidén är att deltagare i nätverket, så kallade miners, måste utföra ett omfattande beräkningsarbete för att få möjlighet att lägga till nästa block i blockkedjan. Arbetet kräver datorkraft och elektricitet, men är samtidigt enkelt för andra deltagare i nätverket att kontrollera.
Det är denna asymmetri – att det är dyrt att skapa ett giltigt Proof of Work men enkelt att verifiera – som gör mekanismen användbar för decentraliserade nätverk.
Källa: Adobe Stock
Proof of Work introducerades med Bitcoin 2009 och har sedan dess blivit grunden för flera andra kryptovalutor. För att förstå skillnaden mot nyare alternativ är det viktigt att först se hur PoW fungerar och vilken roll det spelar för blockkedjeteknikens utveckling.
Vad betyder Proof of Work?
Proof of Work kan översättas till ungefär ”bevis på arbete”. Namnet beskriver mekanismens grundprincip: en miner måste bevisa att en viss mängd beräkningsarbete har utförts innan ett nytt block kan accepteras av nätverket.
I Bitcoin sker detta genom att miners upprepade gånger beräknar kryptografiska hashvärden från blockets header. Målet är att hitta ett hashvärde som ligger under ett bestämt målvärde, eller target. Eftersom utfallet från hashfunktionen inte går att förutsäga måste miners prova stora mängder olika kombinationer tills en giltig lösning hittas.
Det innebär inte att datorerna löser en matematisk ekvation på traditionellt sätt. I stället handlar mining i praktiken om att utföra enorma mängder hashberäkningar genom brute force.
När en miner hittar en giltig lösning kan blocket skickas ut till resten av nätverket. Noderna kontrollerar då att blocket följer Bitcoins regler och att Proof of Work är giltigt.
Hur fungerar Proof of Work?
För att förstå hur Proof of Work fungerar är det enklast att följa processen från en transaktion till ett nytt block.
1. Transaktioner skickas till nätverket
När en användare skickar Bitcoin sänds transaktionen till nätverket. Den hamnar bland obekräftade transaktioner som kan inkluderas i ett framtida block.
2. Miners samlar transaktioner
Miners väljer transaktioner och sammanställer dem till ett potentiellt nytt block. Blocket innehåller bland annat transaktionsdata och en block header som innehåller information som länkar blocket till den tidigare blockkedjan.
3. Mining börjar
Minern ändrar ett värde i blockets header, bland annat den så kallade nonce, och beräknar sedan en kryptografisk hash. Om resultatet inte uppfyller nätverkets krav ändras nonce-värdet och processen upprepas.
Detta kan ske miljarder eller biljoner gånger. Det finns ingen genväg till den korrekta lösningen. Minern måste fortsätta prova olika kombinationer tills ett hashvärde uppfyller nätverkets target.
4. Ett giltigt block hittas
När en miner hittar ett giltigt hashvärde skickas blocket till nätverket. Andra noder kan snabbt kontrollera om Proof of Work är korrekt och om blocket följer konsensusreglerna.
5. Blocket läggs till i blockkedjan
Om blocket är giltigt kan det bli en del av den kedja som nätverket följer. Eftersom varje block innehåller en referens till det föregående blocket blir det allt mer kostsamt att försöka ändra äldre information.
Vad är mining inom Proof of Work?
Genesis Mining center. Källa: Marco Krohn / Wikimedia Commons.
Mining är den process där miners använder beräkningskraft för att skapa giltiga block i ett Proof-of-Work-nätverk. Mining och Proof of Work är därför nära kopplade, men begreppen betyder inte exakt samma sak.
Proof of Work är konsensusmekanismen, medan mining är den praktiska process som används för att utföra arbetet i exempelvis Bitcoin. Bitcoin beskriver mining som processen att skapa giltiga block genom att demonstrera Proof of Work.
När en miner lyckas skapa ett giltigt block kan den få en blockbelöning. Belöningen består av blocksubventionen och de transaktionsavgifter som ingår i blocket.
Vad är hashning i Proof of Work?
Hashning är en central del av Proof of Work. En hashfunktion omvandlar information till en sträng med ett bestämt format. Även en mycket liten förändring av informationen ger ett helt annat hashresultat.
I Bitcoin används SHA-256 i Proof-of-Work-processen. Minern försöker hitta ett resultat som uppfyller nätverkets svårighetskrav.
Det viktiga är att resultatet inte kan räknas fram genom att helt enkelt ”lösa” en ekvation. Minern måste prova olika värden tills ett giltigt resultat hittas. Det gör att mer beräkningskraft ökar antalet försök per sekund och därmed sannolikheten att hitta nästa block.
Vad är mining difficulty?
Bitcoin har en mekanism för mining difficulty, eller mining-svårighet, som gör att nätverket kan anpassa hur svårt det är att hitta nya block.
Bitcoin justerar svårighetsgraden var 2 016 block. Målet är att blockproduktionen över tid ska ligga kring ett genomsnitt på tio minuter per block. Om blocken har producerats för snabbt höjs svårighetsgraden, medan den sänks om produktionen gått för långsamt.
Det betyder att fler miners och mer total beräkningskraft inte automatiskt leder till permanent snabbare blockproduktion. Nätverket anpassar i stället svårighetsgraden efter förändringar i den totala mining-kapaciteten.
Varför är Proof of Work säkert?
Den viktigaste egenskapen hos Proof of Work är att det kostar resurser att försöka manipulera blockkedjan.
Om någon vill ändra en gammal transaktion måste personen inte bara skapa ett nytt giltigt block. Alla efterföljande block måste också återskapas, samtidigt som angriparen måste konkurrera med den fortsatta mining-aktiviteten på det ärliga nätverket. Kostnaden för ett sådant försök ökar därför ju fler block som har lagts till efter den information som ska ändras.
Ett välkänt hot är en så kallad 51-procentattack, där en aktör kontrollerar mer än hälften av nätverkets totala hashkraft. Det skulle kunna ge aktören möjlighet att påverka vilken transaktionshistorik som accepteras och exempelvis försöka genomföra double spending.
Proof of Work gör alltså inte en attack matematiskt omöjlig. I stället gör mekanismen attacker mycket resurskrävande genom att koppla nätverkets säkerhet till faktisk beräkningskraft.
Proof of Work och energiförbrukning
En av de största diskussionerna kring Proof of Work handlar om energiförbrukningen. Bitcoin mining kräver specialiserad hårdvara och stora mängder elektricitet eftersom miners konkurrerar genom att utföra enorma mängder hashberäkningar.
Cambridge Centre for Alternative Finance uppskattar Bitcoin-nätverkets elförbrukning med modeller som tar hänsyn till bland annat mining-hårdvara, effektivitet och ekonomiska förutsättningar. Den exakta förbrukningen går inte att mäta direkt eftersom nätverket är decentraliserat, vilket innebär att uppskattningarna innehåller antaganden.
Energiförbrukningen är samtidigt en del av själva säkerhetsmodellen. Den beräkningskraft som krävs för att producera block gör det kostsamt att försöka skriva om historiken.
Kritiker menar därför att Proof of Work använder onödigt mycket energi jämfört med andra konsensusmekanismer. Förespråkare framhåller i stället att energikostnaden fungerar som en säkerhetsbarriär och att mining kan använda olika typer av energikällor.
Proof of Work vs Proof of Stake
Den vanligaste alternativa konsensusmekanismen är Proof of Stake (PoS). Skillnaden ligger framför allt i vad som används för att skapa ekonomisk säkerhet.
I Proof of Work krävs fysisk beräkningskraft och energi. I Proof of Stake låser deltagare i stället kryptovaluta som säkerhet och kan få möjlighet att delta i blockvalideringen beroende på protokollets regler.
PoW kopplar alltså nätverkets säkerhet till hashkraft, hårdvara och energi, medan PoS kopplar den till kapital som är bundet i nätverket.
Ingen av modellerna är helt utan kompromisser. Proof of Work kritiseras främst för energiförbrukning och koncentration av miningkapacitet, medan Proof of Stake har andra frågor kring exempelvis kapitalfördelning, validatorer och nätverksstyrning.
Vilka kryptovalutor använder Proof of Work?
Bitcoin är det mest kända Proof-of-Work-nätverket, men mekanismen används även av flera andra kryptovalutor.
Exempel är:
- Bitcoin (BTC) – det mest etablerade Proof-of-Work-nätverket.
- Dogecoin (DOGE) – använder Proof of Work och har en egen miningmodell.
- Litecoin (LTC) – använder Proof of Work med Scrypt som miningalgoritm.
Ethereum är däremot inte längre ett Proof-of-Work-nätverk. Ethereum övergick från Proof of Work till Proof of Stake 2022.
Är Proof of Work fortfarande relevant?
Trots att Proof of Stake har blivit ett populärt alternativ är Proof of Work fortfarande en central del av kryptovalutornas infrastruktur. Bitcoin, världens största Proof-of-Work-nätverk, använder fortfarande modellen för att säkra sin blockkedja.
Proof of Work bygger på en relativt enkel princip: den som vill skapa nya block måste investera verkliga resurser i form av beräkningskraft och energi. Resultatet kan därefter verifieras av andra noder utan att de behöver lita på minern.
Det är denna kombination av decentralisering, verifierbarhet och ekonomisk kostnad som har gjort Proof of Work till en av de viktigaste idéerna inom blockkedjeteknik.
Sammanfattning om Proof-of-Work
Proof of Work är en konsensusmekanism där miners konkurrerar om att hitta giltiga kryptografiska hashvärden. Processen kräver stora mängder beräkningskraft och fungerar samtidigt som ett skydd mot manipulation av blockkedjan.
Bitcoin är det tydligaste exemplet på hur Proof of Work kan användas för att skapa ett decentraliserat nätverk utan en central myndighet. Mekanismen har samtidigt nackdelar, framför allt hög energiförbrukning och behovet av specialiserad mining-hårdvara.
För att förstå hur Bitcoin och andra Proof-of-Work-kryptovalutor fungerar är det därför viktigt att se mining, hashning, mining difficulty och nätverkets konsensusregler som delar av samma säkerhetsmodell.
Vanliga frågor och svar om Proof-of-Work
Vad är Proof of Work?
Proof of Work är en konsensusmekanism där miners använder beräkningskraft för att hitta ett giltigt hashvärde. När en lösning hittas kan ett nytt block föreslås till nätverket. Övriga noder kan sedan kontrollera att blocket och dess Proof of Work följer nätverkets regler.
Hur fungerar Proof of Work i Bitcoin?
Bitcoin-miners försöker hitta ett hashvärde som ligger under nätverkets aktuella target. De gör detta genom att testa stora mängder olika kombinationer. När en miner hittar en giltig lösning skickas blocket till nätverket, där noderna verifierar blockets innehåll och Proof of Work.
Vad är skillnaden mellan Proof of Work och mining?
Proof of Work är konsensusmekanismen, medan mining är processen som används för att skapa block i ett PoW-nätverk. Mining innebär att datorkraft används för att utföra de hashberäkningar som krävs för att producera ett giltigt Proof of Work.
Vilka kryptovalutor använder Proof of Work?
Bitcoin, Litecoin och Dogecoin är exempel på kryptovalutor som använder Proof of Work. Ethereum använde tidigare PoW men övergick till Proof of Stake 2022.
Varför kräver Proof of Work så mycket energi?
Proof of Work bygger på att miners måste utföra stora mängder beräkningar för att hitta giltiga hashvärden. Ju mer mining som sker, desto större blir den totala beräkningskapaciteten som säkrar nätverket. Denna energiförbrukning är samtidigt en av de främsta invändningarna mot PoW.
Är Proof of Work bättre än Proof of Stake?
Det finns inget enkelt svar. Proof of Work har använts av Bitcoin sedan nätverkets start och ger en säkerhetsmodell baserad på fysisk beräkningskraft. Proof of Stake använder i stället ekonomiskt kapital som säkerhet och kan ha betydligt lägre energiförbrukning. Vilken modell som är bäst beror därför på vilka egenskaper som prioriteras.
in numbers
