Зарабатывать на бесполезном? Как действует консенсус Proof of Useful Work

Майнинг биткоина и других криптовалют на консенсусе Proof of Work обычно приводит к колоссальным затратам электроэнергии и вычислительных ресурсов. Перенаправить всю эту мощь на что-то более полезное, чем исключительно добыча новых монет, предлагает консенсус Proof of Useful Work (PoUW).

Что такое Proof of Useful Work

Классический майнинг, происходящий благодаря алгоритму консенсуса Proof of Work, к примеру майнинг биткоинов, нужен для обеспечения безопасности и устойчивости сети, а так же для предотвращения двойной траты. В общем виде, процесс необходим для расчета хеша заголовка блока в блокчейне конкретной криптовалюты, включающий в себя, среди прочего, случайное число (nonce), хеш набора транзакций и хеш предыдущего блока. Если все складывается удачно для майнера, то он подбирает нужное значение и получает монеты за проделанную работу — награду за блок плюс комиссионные сборы.

Проблема, о которой часто говорят сторонники альтернативных алгоритмов консенсусов, заключается в следующем: чтобы получить заветную награду, майнеру придется проделать много «бесполезной работы» (вышеупомянутый расчет хеша), что к тому же сожжет много электроэнергии. Попытаться решить проблему можно как минимум двумя радикальными способами: отказом от майнинга (например, с помощью PoS-консенсуса), и сделав так, чтобы майнинг приносил дополнительную пользу (отсюда название Proof-of-Useful-Work).

В широком смысле Proof of Useful Work (PoUW) — это подход к модели консенсуса, при котором вычислительная работа майнеров, необходимая для защиты сети, одновременно решает задачи, имеющие ценность за пределами блокчейна.

Идея PoUW не нова, так как разработчики долгие годы находятся в поиске «полезного обустройства майнинга». В 2017 году группа исследователей из разных стран — Маршал Болл (Marshall Ball), Alon Rosen (Алон Роузен), Мануель Сабин (Manuel Sabin) и Прашант Налини Васудеван (Prashant Nalini Vasudevan) —  опубликовала работу под названием Proofs of Useful Work.

Проблемы PoUW

Несмотря на все благородство и привлекательность цели, которую преследуют сторонники концепции Proof of Useful Work, достичь ее наиболее эффективным образом на практике оказывается не так просто. Конечно, было бы здорово, если б условный перебор хешей на SHA-256 легко заменялся вычислениями в области той же медицины/астрономии/ИИ, да еще и способствовал стабильному росту курса криптовалюты. Но на пути лежат некоторые трудности:

Проблема предложения полезной работы. При майнинге биткоина перебор хешей однотипен, то есть участники по всему миру выполняют ровно одно и то же действие. Уровень сложности сети постепенно регулирует объем усилий майнера, необходимый в определенный момент времени в зависимости от общего хешрейта. С другой стороны, представить себе аналогичную и одинаковую полезную работу, которую могут параллельно выполнять другие участники — достаточно трудно. Если же она не будет однотипной, сложность задачек станет постоянно чередоваться, и майнерам окажется выгодно выполнять только легкие задания, игнорируя более сложные.

Триллемма блокчейна. Для блокчейнов существует проблема, которую часто называют трилеммой масштабируемости. Суть тройной проблемы, опуская детали: обеспечить равновысокий уровень децентрализации, масштабируемости и безопасности распределенной сети одновременно либо невозможно, либо невероятно трудно. В лучшем случае можно улучшить максимум две из трех характеристик. В сети с классическим PoW проверка блока тривиальна. В PoUW нода должна проверить решение полезной задачи, что может быть значительно сложнее и дольше. Если проверка становится узким местом, страдает масштабируемость и безопасность. С другой стороны, если полезная работа будет не однотипной, а несколько участников станут решать, что в данный момент полезно, а что нет, то может пострадать децентрализация.

Уникальность решения. Подобно тому, как хеш-значение каждого нового блока в PoW уникально, задачи в PoUW тоже должны быть уникальными для каждого блока. То есть нельзя позволять решить что-то один раз и предъявлять это решение многократно в дальнейшем.

Прогнозируемые и однотипные трудозатраты майнеров. Энтузиаст, который добывает криптовалюту, должен участвовать в конкурентном и справедливом соревновании с другими за награду. В противном случае консенсус теряет экономическую основу. Также нельзя допускать, чтобы какие-то небольшие улучшения оборудования для майнинга давали колосальное преимущество. Плюс необходимо обеспечить надежную валидацию, чтобы участник не награждался за подачу формально подходящего ответа, но не несущего реальной пользы.

Наконец, существует серьезная проблема экономических стимулов и экономического обеспечения криптовалюты. Остановимся на ней поподробнее.

Проблема экономической модели

Действительно ли майнинг представляет собой исключительно «бесполезную работу»? Хотя впервые майнинг криптовалют с помощью Proof of Work реализовал Сатоши (Сатоси) Накамото, автором раннего варианта концепции правильно назвать шифропанка и основателя компании Blockstream Адама Бэка (Adam Back). Он предложил идею в системе Hashcash для борьбы с почтовым спамом: пользователь должен произвести небольшие вычисления, что станет барьером для массовых спам-рассылок. Иначе говоря, сами по себе сложные вычисления нужны для обеспечения работы другой полезной функции.

В Биткоине сложные вычисления потому и сложные, что эффективно справляются со своей задачей — обеспечивают устойчивость работы системы. Вдобавок, майнерам нужно понести реальные издержки (купить дорогостоящее оборудование, оплатить счета за электроэнергию и так далее), чтобы добывать новые монеты.

С такого ракурса, майнер как бы обменивает свои деньги, знания и время на поддержание работоспособности всей сети. Эти расходы и рисковые инвестиции учитываются в «себестоимости биткоина» — в том или ином объеме. Если майнеры перестанут рисковать и покупать дорогое оборудование, неся другие издержки, это скажется и на курсе криптовалюты. Иначе говоря, высокая стоимость биткоина объяснима в том числе гигантскими экономическими издержками майнеров.

Для большей наглядности можно привести еще и такую аналогию: капча (CAPTCHA) также может рассматриваться как условно бесполезное вычисление. Наверняка было бы полезнее, если люди, решая защитный компьютерный тест, умели каким-то образом помогать науке или медицине. Но главная задача «бесполезной капчи» заключается в защите от спам-атак и предотвращении взломов. То есть процедуре не обязательно быть полезной в принципе.

Примеры проектов

Можно выделить несколько интересных блокчейн-проектов, в той или иной степени предпринявших попытку реализовать концепцию PoUW:

Flux: изначально был связан с GPU-вычислениями, но в октябре 2025 года перешел на модель Proof of Useful Work v2. Как отмечают разработчики, сегодня Flux выступает в роли децентрализованной облачной Web3-инфраструктуры. Хотя проект отошел от изначальных идей полезного GPU-майнинга, в нынешнем исполнении ноды все еще выполняют реальную вычислительную работу: хостинг, рендеринг, ИИ-задачи и многое другое.

Primecoin: эта некогда известная в среде энтузиастов криптовалюта, запущенная в далеком 2013 году, стала первым проектом по объединению майнинга с вычислениями, имеющими практическую ценность. Система доказательства работы была основана на поиске цепочек простых чисел («цепи Каннингема») — то есть оказалась полезна для математиков. Позже разработчики несколько раз сообщали о достижении мировых математических рекордов.

Gridcoin: эта криптовалюта тоже появилась в 2013 году. Разработчики использовали открытую платформу распределенных вычислений BOINC университета Беркли. Протокол построен так, что участники получают вознаграждение за выполнение заданий в ряде научных проектов. Впрочем, проведение подобной работы несколько отличается от концепции PoUW, так как базовым консенсусом сети выступает доказательство доли владения (PoS).

Стоит отметить, что существуют и другие децентрализованные сети, которые перераспределяют вычислительные мощности между одними участниками в пользу других на выполнение полезных задач, например Bittensor для машинного обучения или Render Network для GPU-рендеринга. То есть в широком смысле, подобные архитектуры пересекаются с вышеупомянутой концепцией PoUW, хотя и не воспроизводят ее в полной мере.

Вывод

Proof of Useful Work стремится совместить безопасность классического майнинга с решением реальных задач, однако пока сталкивается с серьезными техническими и экономическими ограничениями. Несмотря на это, сама идея продолжает развиваться, а многие новые блокчейн-проекты подтверждают устойчивый интерес к полезному использованию вычислительных мощностей.

Источник: bits.media