V souvislosti s kryptoměnami, a nejčastěji s bitcoinem, můžete narazit na pojem Proof of Work (PoW). Co přesně to znamená a proč je tento koncept pro bitcoin životně důležitý? 

Základní myšlenka Proof of Work (česky důkaz prací)

Důkaz prací je koncept, kdy někdo musí vykonat určitou – obvykle náročnou – práci, aby získal právo vykonat nějakou akci. Klíčové je, že danou práci musí být těžké vykonat, ale velmi snadné ověřit, že se tak stalo. PoW tak velice elegantně zajišťuje ochranu různých decentralizovaných systému před jejich zneužitím.

Jak to funguje v praxi?

Příkladem může být třeba hádání kombinace číselného zámku - už uhodnutí kombinace tří čísel je poměrně náročné na čas, ale jakmile správnou kombinaci máte, ověření správnosti je okamžité – zámek se buď otevře, nebo neotevře. Dalším příkladem je třeba legendární Rubikova kostka - u té nic nehádáme, ale složit jí správně zabere spousty času. Jakmile někdo tvrdí, že jí složil, poznáte během vteřiny pouhým pohledem zda má pravdu. 

A dá se říct, že i stará dobrá těžba zlata využívá koncept Proof of Work - zlatokop nebo těžařská firma musí vynaložit reálnou práci a zdroje (čas, energii, peníze, vybavení), aby získali odměnu – v tomto případě kus zlata.

Od e-mailu k bitcoinu

Prvním významnějším pokusem o využití Proof of Work v digitální éře byl systém Hashcash. Ten byl navržen jako obrana proti e-mailovému spamu (nevyžádané poště). Princip spočíval v tom, že odesílatel, resp. jeho počítač, by musel před odesláním e-mailu vypočítat tzv. hash a dát tím na e-mail jakési „razítko“. Uživatele by to nestálo prakrticky nic, ale pro spammera, který rozesílá miliony zpráv, by to znamenalo obrovské náklady. I kdyby to mělo odesílatele stát zlomek centu pro jeden e-mail, tak je jasné, že spamerům posílajícím desítky a stovky milionů zpráv by se spam přestal vyplácet.

Bohužel, Hashcash se do e-mailu nikdy masově nerozšířil a i když byl implementován například v open-source spam filtru SpamAssassin, nikdy se nestal standardem a zůstal spíše zajímavou technickou kuriozitou.

Jeho čas ale přišel s nástupem bitcoinu, jehož je nedílnou součástí.

Proof of Work a bitcoin

Bitcoin i jiné kryptoměny potřebují řešit tzv. problém byzantských generálů, což je slavné logické dilema, které ilustruje obtížnost dosažení spolehlivé shody (konsenzu) ve skupině, kde si jednotliví účastníci navzájem nemohou důvěřovat a komunikace mezi nimi může být nespolehlivá nebo i záměrně narušená.

Problém popisuje skupinu byzantských generálů, kteří se se svými armádami zastaví před městem a musí se dohodnout, zda zaútočí, nebo ustoupí. Aby měli šanci na úspěch, musí všichni provést stejnou akci ve stejný čas – tedy buď všichni zaútočí, nebo všichni ustoupí. Problém je v tom, že spolu komunikují pouze prostřednictvím poslíčků, jejichž zprávy se mohou zpozdit, ztratit nebo být dokonce podvrženy. Navíc někteří generálové mohou být zrádci a záměrně posílat falešné nebo matoucí informace.

A úplně stejný problém řeší bitcoin. Jak víme, je decentralizovaný, takže neexistuje žádná nejvyšší autorita a veškeré transakce se zapisují do jedné účetní knihy (blockchainu), která existuje v tisících kopiích po celém světě. Satoshi Nakamoto, tvůrce bitcoinu, řešil to, jak určit, kdo smí transakce do blockchainu zapsat a také to, aby zapsané transakce odpovídaly pravidlům sítě a nikdo se nepokoušel podvádět (třeba si pro sebe vytvořit nové mince nebo si poslat neexistující).

A právě k tomu se perfektně hodí Proof of Work. Podrobněji to rozepisujeme v článku o tom, co dělají těžaři bitcoinu, takže zde jen stručně.

Právo zapsat transakce do blockchainu (vytěžit blok) získá ten těžař, který jako první najde číslo vyhovující zadání. To zadání vypadá zjednodušeně nějak takto: hoď kostkou číslo nižší než tři - není to úplně snadné, protože budete muset hodit pravděpodobně vícekrát, ale je velmi snadné ověřit, že dvojka vyhovuje a čtyřka ne. Těžaři bitcoinu si ale “hází kostkou”, která má několik bilionů stran.

Při hledání správného čísla těžař spálí nezanedbatelné množství elektrické energie, takže když se mu povede číslo najít, má velmi velkou motivaci zapsat do bloku vše správně, protože pokud by se pokusil podvádět, ostatní účastníci sítě by jeho blok odmítli a jeho vydaná energie a peníze za ní by přišly vniveč. Díky konceptu Proof of Work tak nemá nikdo žádnou motivaci pokoušet se podvádět, protože by přišel o své peníze. Teoreticky lze sice podvádět, pokud by těžař ovládal více jak 51 % těžebního výkonu celé sítě, ale to je u bitcoinu spíše v rovině teorií.

Proof of Work a ekologie

Kritici PoW často poukazují na jeho vysokou energetickou náročnost zejména u bitcoinu. Zastánci však argumentují tím, že spotřeba energie není zbytečná – je to cena za bezprecedentní úroveň bezpečnosti, decentralizace a svobody, kterou bitcoin přináší. PoW umožňuje vytvořit systém, kde neexistuje žádná centrální autorita a kde není možné síť snadno ovládnout nebo cenzurovat.

Spotřeba energie bitcoinu není plýtvání, ale aktivní obrana proti útokům. Útočník by musel vynaložit obrovské množství energie a prostředků, aby síť napadl a dokázal manipuloval s transakcemi. Proof of Work je důvodem, proč u bitcoinu nikdy nedošlo k úspěšnému útoku typu double-spend (dvojitá útrata) a proč se často říká, že bitcoin zabezpečuje zdaleka nejvýkonnější počítač na světě.