Proof-of-Work (PoW) is een cruciaal concept binnen blockchain technologie, vooral bekend van zijn rol in digital assets zoals bitcoin. Het is een consensusmechanisme dat wordt gebruikt om overeenstemming te bereiken over de staat van een gedistribueerd digitaal grootboek, oftewel de blockchain. In dit artikel gaan we nader in op enkele kenmerken van Proof-of-Work, wat het uniek maakt, hoe het werkt en wat de belangrijkste kenmerken zijn.
Om Proof-of-Work te doorgronden is het eerst van belang om te begrijpen wat een blockchain is. Een blockchain is een gedistribueerde database die wordt gebruikt om een onveranderlijke, chronologische reeks van digitale transactiegegevens bij te houden. Het is als een digitaal grootboek dat opgesplitst is in blokken, waarbij elk blok een aantal transacties bevat. Deze blokken zijn cryptografisch (versleuteld) met elkaar verbonden: elk nieuw blok bevat een verwijzing naar het vorige blok, waardoor een keten van blokken ontstaat, vandaar de naam “blockchain”.
De kracht van een blockchain ligt in zijn decentralisatie; de gegevens worden opgeslagen over een netwerk van computers, waardoor het moeilijk is voor één entiteit om de informatie te controleren of te manipuleren. Dit maakt blockchains bijzonder veilig en zeer resistent tegen frauduleuze activiteiten of cyberaanvallen. Deze technologie is het bekendst door zijn toepassing in digital assets zoals bitcoin en ether, maar het heeft ook potentieel in andere gebieden, zoals supply chain management, stemsystemen, en digitale identiteitsverificatie.
In de context van blockchain verwijst het ‘probleem van vertrouwen’ naar de uitdaging van het waarborgen van de integriteit en authenticiteit van transacties binnen een gedecentraliseerd netwerk waar geen centrale autoriteit is om toezicht te houden of de betrouwbaarheid van transactiegegevens te garanderen. Traditioneel vertrouwen we op gecentraliseerde instellingen zoals banken, overheden of andere vertrouwde tussenpersonen om transacties te valideren, te verifiëren en bij te houden. Deze tussenpersonen fungeren als de autoriteit die de juistheid van de transacties bevestigt, waardoor de betrokken partijen erop kunnen vertrouwen dat hun transacties correct worden uitgevoerd en geregistreerd.
In een blockchain bestaat er echter geen centrale autoriteit. Een blockchain moet dus een systeem bieden waarin de deelnemers, die elkaar misschien niet kennen of elkaar niet vertrouwen, toch vertrouwen kunnen hebben in de integriteit van de transacties. Het oplossen van dit probleem van vertrouwen is cruciaal voor de werking van een blockchain. De blockchain technologie lost dit probleem op door middel van:
Cryptografie
Elk blok binnen de blockchain bevat een unieke cryptografische hash (een soort digitale vingerafdruk van gegevens) van de inhoud, plus de hash van het vorige blok, waardoor een onbreekbare keten wordt gevormd. Dit garandeert dat eenmaal opgenomen gegevens niet kunnen worden gewijzigd zonder de gehele keten te veranderen.
Consensusmechanismen
Een blockchain gebruikt consensusmechanismen zoals Proof-of-Work of Proof-of-Stake om te verzekeren dat alle deelnemers aan het netwerk overeenstemming bereiken over de huidige staat van de ledger (het grootboek). Dit betekent dat geen enkele partij de informatie eenzijdig kan wijzigen.
Decentralisatie
Doordat de blockchain verdeeld is over vele computers wereldwijd, is het netwerk zeer weerbaar tegen fraude en aanvallen. Er is geen enkel centraal punt dat kan worden gecompromitteerd.
Door deze kenmerken kunnen de deelnemers aan een blockchainnetwerk vertrouwen op de integriteit en de onveranderlijkheid van hun geregistreerde transacties, zonder dat ze hoeven te vertrouwen op een centrale autoriteit of tussenpersoon. Dit vertrouwen in het systeem zelf, in plaats van in een centrale entiteit, is wat het probleem van vertrouwen binnen blockchain oplost.
Zoals bovenstaand benoemd is Proof-of-Work een consensusmechanisme dat vereist dat deelnemers aan het netwerk, vaak miners genoemd, aanzienlijke inspanningen leveren in de vorm van rekenwerk om nieuwe transacties te valideren en aan de blockchain toe te voegen. Deze inspanningen helpen netwerkdeelnemers overeenstemming te bereiken over de staat van het grootboek (ledger) zonder dat er een vertrouwde autoriteit aan te pas komt. Miners zijn de actoren die Proof-of-Work uitvoeren. Het proces begint met een aantal transacties die wachten op bevestiging, deze transacties worden verzameld in een nieuw blok. De miners concurreren vervolgens om dit blok toe te voegen aan de blockchain. Dit doen ze door een complex wiskundig probleem op te lossen. Het probleem is zodanig ontworpen dat het vinden van een oplossing veel rekenkracht vereist, maar zodra een oplossing is gevonden, is het eenvoudig voor andere deelnemers in het netwerk om deze te verifiëren.
De essentie van het probleem is het vinden van een hashwaarde die onder een bepaalde drempel ligt. Deze drempel wordt de ‘moeilijkheidsgraad’ (difficulty) genoemd en kan worden aangepast om ervoor te zorgen dat de tijd die nodig is om een nieuw blok te vinden, ongeveer constant blijft, ongeacht de hoeveelheid rekenkracht in het netwerk. De miner die als eerste een geldige hash (een soort digitale vingerafdruk van gegevens) vindt, krijgt het recht om het nieuwe blok aan de blockchain toe te voegen. Zoals beschreven bevat dit nieuwe blok een specifieke verwijzing (de hash) naar het vorige blok, waardoor er een continue keten van blokken ontstaat. De succesvolle miner wordt beloond voor zijn inspanningen, meestal in de vorm van een bepaalde hoeveelheid van de betreffende digital assets en de transactiekosten van de transacties in het blok.
Proof-of-Work (PoW) is dus een consensusmechanisme in blockchain technologie dat bekend staat om o.a. de volgende unieke kenmerken; transparantie, beveiliging en het energie- en rekenintensieve karakter. Transparantie speelt een cruciale rol in Proof-of-Work. Anders dan in gecentraliseerde systemen, waar besluitvorming achter gesloten deuren kan gebeuren, biedt Proof-of-Work een open en transparante methode voor het valideren en toevoegen van transacties aan de blockchain. In dit gedecentraliseerde systeem heeft elke miner toegang tot alle transactiegegevens en wordt elke toegevoegde transactie zichtbaar en verifieerbaar voor alle deelnemers in het netwerk. Deze transparantie zorgt voor een vertrouwensbasis binnen het netwerk, omdat alle acties traceerbaar en controleerbaar zijn, wat leidt tot een verhoogde integriteit en verminderde kans op frauduleuze activiteiten.
Beveiliging is een ander fundamenteel aspect van Proof-of-Work. Miners moeten complexe wiskundige problemen oplossen om nieuwe blokken aan de blockchain toe te voegen. Deze problemen vereisen significante rekenkracht, wat betekent dat het uitvoeren van frauduleuze activiteiten of het manipuleren van de blockchain extreem moeilijk en kostbaar is. Deze eigenschap zorgt ervoor dat het netwerk veilig blijft, omdat het onwaarschijnlijk is dat een individu of groep genoeg middelen kan verzamelen om de meerderheid van de rekenkracht in het netwerk te controleren, wat nodig zou zijn om het systeem te compromitteren.
Echter, deze hoge mate van beveiliging komt met een kostenpost in termen van energieverbruik. Proof-of-Work is energie- en rekenintensief. Het oplossen van de wiskundige problemen vereist intensieve en continue rekenkracht, wat resulteert in een energieverbruik. Dit aspect van Proof-of-Work heeft geleid tot zorgen over de milieueffecten, vooral in het geval van digital assets zoals bitcoin. Verschillende studies tonen echter aan dat anno 2023 een significant deel van bitcoin mining draait op hernieuwbare energie, zoals water-, wind- en zonne-energie. Vooral de laatste jaren is deze duurzame ontwikkeling in een stroomversnelling geraakt. Volgens klimaatactivist Daniel Batten steeg het percentage van gebruik van hernieuwbare energie door miners naar 54,5% in 2023 (zie hier). Ten opzichte van andere industrieën in de wereld is dit percentage hoog.
Proof-of-Work staat centraal in het functioneren van blockchain netwerken. Het biedt een robuuste oplossing voor het vertrouwensprobleem in gedecentraliseerde systemen door middel van complexe cryptografische methoden. Terwijl het transparantie en veiligheid biedt, brengt het ook de uitdaging van energieverbruik met zich mee. De recente verschuiving naar meer duurzame energiebronnen voor mining activiteiten is een positieve ontwikkeling, die de potentiële impact van deze technologie op het milieu vermindert. Dit duidt op een belangrijke ontwikkeling in de blockchain technologie, die blijft streven naar een evenwicht tussen geavanceerde digitale beveiliging en duurzaamheid.
Link naar het KPMG rapport inzake het ESG aspect van bitcoin, klik hier.
Dit artikel is samengesteld door het investment team van BitStaete. Wilt u meer weten over het professioneel beleggen in Digital Assets neem dan contact met ons op.
