Proof of Work: mining og vanskelighetsjustering

Proof of Work (PoW) krever at en blokkprodusent utfører en beregningsmessig kostbar oppgave for å legge til en blokk. Dette motvirker spam og gjør det kostbart å skrive om kjeden. Det er billig å verifisere beviset (én hash). Å finne beviset krever mange hashberegninger.

Bitcoin-PoW: Finn en nonce slik at SHA256d(block_header) < target. Target er et 256-biters tall. Et mindre target betyr at hashresultatet må ha flere innledende nuller, noe som gjør gyldige noncer sjeldnere og vanskeligere å finne.

import hashlib def mine(data, difficulty): target = "0"*difficulty nonce = 0 while True: h = hashlib.sha256(f"{data}{nonce}".encode()).hexdigest() if h.startswith(target): return nonce, h nonce += 1 nonce, h = mine("block data", 4) print(nonce, h) # hash starts with "0000"

Bitcoin-blokkhodet har et "bits"-felt som koder det gjeldende målet. Target = coefficient * 256^(exponent-3). Eksempel: bits=0x1703a30c → target = 0x03a30c * 2^(8*(0x17-3)) = et 256-biters tall som krever omtrent 72 innledende nullbiter.

Bitcoin justerer vanskelighetsgraden for hver 2016. blokk (omtrent hver andre uke). Justering av målet: new_target = old_target * (actual_time / 2016 * 10 minutes). Hvis blokkene ble funnet raskere enn et gjennomsnitt på 10 minutter, reduseres målet (høyere vanskelighetsgrad). Hvis de ble funnet saktere, økes målet (lavere vanskelighetsgrad). Dette opprettholder en blokktid på omtrent 10 minutter.

Nettverkets hashrate (H/s) måler den totale mining-kapasiteten. Høyere hashrate betyr mindre sannsynlighet per tidsenhet for å finne en gyldig nonce tilfeldig. For å skrive om k blokker trenger en angriper mer enn 50 % av nettverkets hashrate, opprettholdt i en tid som står i forhold til k*10 minutter.

Med >50 % hashrate kan en angriper: (1) mine en hemmelig forgrening, (2) inkludere eller utelate transaksjoner, (3) dobbeltbruke ved å publisere en lengre kjede etter at en betaling er bekreftet. Kan ikke: stjele andres mynter, opprette mynter fra ingenting eller reversere transaksjoner langt tilbake i kjeden.

Bitcoin-mining med SHA256d domineres av ASIC-er (Application-Specific Integrated Circuits) – brikker som er optimalisert for én enkelt hashfunksjon. ASIC-er er 10^6 ganger mer effektive enn CPU-er. Dette konsentrerer mining i store datasentre og skaper bekymring for sentralisering.

Ethereum brukte Ethash (nå avviklet) – en minnehard PoW som krever et stort DAG-datasett. Minnehardhet motvirker ASIC-er (det er vanskelig å optimalisere minnebåndbredde billig). Monero bruker RandomX (CPU-optimalisert, ASIC-resistent). Zcash bruker Equihash (minnehard).

Strategien selfish mining går ut på å holde tilbake en funnet blokk, mine en blokk til og deretter slippe begge samtidig. Hvis timingen er riktig, sløser ærlige minere bort arbeid på blokken som blir foreldet. Strategien krever omtrent 33 % hashrate for å være lønnsom i gjennomsnitt, ikke 51 %.

Proof of Stake (PoS, brukt av Ethereum etter The Merge) erstatter hash-arbeid med kryptovaluta som er satt i pant. Validatorer velges til å foreslå blokker i forhold til hvor mye de har satt i pant. PoS bruker 99,95 % mindre energi enn PoW. Avveiningen er andre tillitsantakelser og en annen angrepsøkonomi.

PoW krever at man finner en nonce slik at SHA256d(header) < target. Vanskelighetsgraden justeres for hver 2016. blokk. 51 % hashrate muliggjør dobbeltbruksangrep. ASIC-er dominerer Bitcoin-mining, mens minneharde funksjoner motvirker ASIC-er. Neste tema: Bitcoin Script og UTXO-signaturer.