Proof of Work (PoW) nedir? Ağ örnekleri

Proof of Work (PoW), blok zincirinin işlemleri onaylayıp yeni bloklar eklemesini sağlayan bir yöntemdir. Madenci olarak adlandırılan ağ katılımcıları yarışır: zor bir hesaplama görevini ilk tamamlayan, bir sonraki bloğu önerir ve ödül alır (yeni coinler artı dahil edilen işlemlerin komisyonları). PoW fikri ilk olarak Bitcoin'de uygulandı ve katılımcıların merkezi bir tarafa güvenmeden zincirin aynı durumunda uzlaşmasını sağladığı için birçok ağın temeli olmaya devam ediyor.

Uzlaşma sorununa kısa bir bakış

Blok zincirinde hangi transferlerin gerçek sayılacağını söyleyen bir merkez yoktur. Düğümler verileri farklı zamanlarda alır ve olayların sırasını farklı görebilir.

Uzlaşma (konsensüs), blok zinciri düğümlerinin verilerin tek ve çelişkisiz bir durumunda anlaşmasını sağlayan kurallar ve algoritmalar bütünüdür: hangi işlemler geçerlidir ve sıradaki blok hangisidir. Amacı, merkeze güvenmeden binlerce bağımsız katılımcıda aynı sonucu sağlamaktır. 

Proof of Work bu sorunu şöyle çözer: sıradaki bloğu, kayda değer bir hesaplama işini ilk tamamlayan ekleyebilir. Bu elektrik ve zaman ister, ancak diğerleri tarafından kolayca doğrulanır.

Örnek. Başka bir kullanıcıya 1 coin ödüyorsunuz, neredeyse aynı anda başka biri de 1 coin'lik aynı işlemi yapıyor. İki düğüm sıradaki bloğun farklı versiyonlarını oluşturup ağa yayıyor. Düğümlerin bir kısmı önce sizin transferinizin olduğu versiyonu, bir kısmı ise ikinci kişinin transferinin olduğu versiyonu görüyor. Uzlaşma mekanizması ortak geçmişin seçimi için anlaşılır bir kural belirler (örneğin ağ kurallarına göre hangi versiyonun daha güçlü onaylandığına göre). Kısa süre sonra tüm düğümler aynı versiyonu kabul eder, ikinci versiyon ise reddedilir.

Bu, şu kurallara göre işler:

1. Onaylanmamış işlemler ağ boyunca yayılır.
2. Madenciler bunları sıradaki blokta toplar ve sonuç ağın zorluk kuralını karşılayana kadar girdi verilerinin farklı varyantlarını defalarca dener. Bulunan çözümü doğrulamak kolaydır - hash'i bir kez hesaplamak yeterlidir.
3. Çözüm bulunur bulunmaz blok yayınlanır. Diğer düğümler kuralın sağlandığını hızla doğrular ve bloğu zincire kabul eder.

PoW ağın güvenilirliğini nasıl sağlar

Blok ekleme kuralı. PoW'de sıradaki bloğu ekleme hakkını, kayda değer bir hesaplama işini ilk tamamlayan kazanır. Bu elektrik ve zaman gerektirir, ancak diğer herkes için sonucu doğrulamak basittir: düğüm hızlı bir kontrol yapar ve bloğun kurala uygun olduğunu görür.

Ağın dengeli çalışma temposu. Görevin zorluğu, blokların yaklaşık olarak eşit aralıklarla oluşması için otomatik olarak ayarlanır. Katılımcı sayısı artar ve çözümler daha hızlı bulunursa zorluk artar; azalırsa düşer. Bu sayede kullanıcıların onay süreleri konusundaki beklentileri öngörülebilir olur.

Geçmişin istikrarı. Bir blok yayınlandıktan sonra diğer katılımcılar onun doğru olduğunu hızla teyit eder ve zinciri inşa etmeye devam eder. Üzerine ne kadar çok yeni blok eklenirse kayıt o kadar sağlamlaşır: kaydedilmiş bir transferi geriye dönük olarak değiştirmek pratikte gerçekçi değildir, çünkü bunun için ağın geri kalanının aynı sürede yaptığından daha fazla iş yapmak gerekirdi.

Aynı anda iki versiyon ortaya çıkarsa. Bazen iki katılımcı neredeyse aynı anda farklı sonraki bloklar yayınlar. Bu geçici bir durumdur: ağ çalışmaya devam eder ve kısa süre sonra ortak kurala göre hangi dalın daha ileri gittiği herkes tarafından görülür. Ana dal bu kabul edilir, diğeri otomatik olarak devre dışı kalır.

Bu kullanıcı için ne anlama gelir. Onaylar ortak kurallara göre gerçekleşir, doğrulama hızlıdır ve onaylanmış transferler, sonraki blokların sayısı arttıkça giderek daha güvenilir hâle gelir. Sistem herhangi bir merkeze duyulan güvene değil, kayıt eklemek için gerçek maliyet gerektiren ve böylece ortak geçmişi istikrara kavuşturan anlaşılır bir prosedüre dayanır.

Temel kavramlar

• Hash fonksiyonu – verilerin sabit uzunlukta bir dizeye tek yönlü dönüştürülmesi. Girdi verilerindeki en küçük değişiklik bile sonucu tamamen değiştirir. PoW'de görev uygun bir hash bulmaktır.
• Zorluk - doğru hash'in ne kadar nadir olması gerektiğini gösteren ölçüt. Ağın toplam hashrate'i ne kadar yüksekse zorluk da o kadar yüksek olur ve bir blok bulmak için ortalama o kadar çok deneme gerekir.
• Nonce (tek kullanımlık sayı) – madencinin istenen hash'i elde etmek için blok verileri içinde değiştirip denediği sayı.
• Aday blok - doğru çözüm bulunup blok ağ tarafından kabul edildiğinde zincirin parçası olacak, işlemleri içeren blok taslağı.

PoW'nin artıları ve sınırlamaları

Güçlü yanları arasında şunlar sayılabilir:

• Uzun süredir sınanmış bir güvenlik modeli ve blokların geçerliliğinin tüm düğümler tarafından kolayca doğrulanması.
• Madencilik yeterince merkeziyetsiz olduğunda sansüre karşı yüksek direnç.

Sınırlamalar:

• Sürekli hash hesaplaması nedeniyle yüksek enerji tüketimi. Bu sınırlama, bazı projelerin PoS gibi alternatif mekanizmalara geçmesinin başlıca nedeni oldu; örneğin Ethereum'da Eylül 2022'deki geçişten sonra enerji tüketimi tahminen %99,95 azaldı.
• Donanımla kolayca hızlandırılabilen algoritmalarda ekipmanın uzmanlaşmasına (ASIC) eğilim; bazı ağlar madenciliği erişilebilir tutmak için özel cihazlara daha az avantaj sağlayan algoritmalar seçer.

PoW ağ örnekleri ve özellikleri

• Bitcoin (BTC) – SHA-256 algoritması üzerinde PoW'nin klasik uygulaması. Yeni coinlerin ihraç temposunu, komisyonları ve zorluk kurallarını belirler; tüm PoW ağları kategorisi için referans niteliğindedir.
• Litecoin (LTC) – PoW olarak Scrypt kullanır. Bu algoritma başlangıçta daha fazla bellek gerektirdiği için seçilmişti; bu da onu tarihsel olarak SHA-256'ya kıyasla ASIC'ler için daha az elverişli kılıyordu.
• Dogecoin (DOGE) – o da Scrypt kullanır ve 2014'ten beri Litecoin ile birleşik madenciliği destekler: madencinin aynı emeği her iki ağda da sayılabilir. Bu, ortak madenci tabanı sayesinde Dogecoin'in güvenliğini artırır.
• Monero (XMR) – ASIC'e yönelik uzmanlaşmayı yavaşlatan ve madenciliği sıradan işlemciler için erişilebilir tutan, CPU odaklı bir PoW olan RandomX'i kullanır.

PoW nerede uygundur

PoW, önceliğin gerçek maliyetlere dayanan, olabildiğince basit ve sağlam bir güvenlik modeli olduğu yerlerde mantıklıdır.

• Parasal temel katman. Öngörülebilirlik, sansüre direnç ve her katılımcı tarafından doğrulanabilirlik önemli olduğunda PoW anlaşılır kurallar sunar: blok ortaya çıktıysa, ona hesaplama işi harcanmış demektir.
• Uzun vadeli değer saklama ve büyük ödemeler. Yüksek işlem kapasitesinden çok güvenilirliğin ve geçmişin doğrulanabilirliğinin ön planda olduğu transferler için.
• Enerji maliyetinin şeffaf olduğu ortamlar. İşletme giderleri (elektrik, ekipman) öngörülebildiğinde ağ güvenliğini planlamak daha kolaydır.
• Ekipman uzmanlaşmasının kabul edilebilir olduğu senaryolar. Özel cihazlarla katılım merkeziyetsizlik sorunu olarak görülmüyorsa PoW kullanışlı olmaya devam eder.

PoW; temel katmanda yüksek işlem kapasitesinin gerektiği ve enerji tüketimine duyarlılığın kritik olduğu ya da topluluğun ekipman satın almadan mümkün olduğunca çok katılımcıyı dahil etmek istediği yerlerde daha az uygundur.

PoS ile karşılaştırma 

PoW'de güvenlik enerji harcamasına ve hesaplama işine dayanır; hız ve işlem kapasitesi ise madenciliğin fiziğiyle sınırlıdır. PoS'ta validatörler kendi coinlerini teminat olarak ortaya koyarak blokları onaylar; bu da enerji tüketimini büyük ölçüde azaltır ve saldırıların ve teşviklerin ekonomisini değiştirir. PoS'un ne olduğunu başka bir yazıda inceledik.

Sonuç

PoW, blok zincirinin durumu üzerinde uzlaşmanın anlaşılır ve güvenilir bir yoludur: çok sayıda deneme – doğrulanabilir tek bir çözüm – yeni bir blok. Gerçek maliyetler sayesinde yüksek düzeyde güvenlik sağlar, ancak önemli kaynaklar gerektirir. Serinin devamında, her mekanizmanın görevini nerede daha iyi yerine getirdiğini göstermek için PoS'u ele alacağız.