Proof of Useful Work: зарождение, эволюция, формализация
Disclaimer: Настоящая публикация носит исключительно информационный и дискуссионный характер. Авторы не утверждают, что изложенные в ней идеи и выводы являются окончательной или единственно верной точкой зрения. Материал подготовлен для того, чтобы стимулировать открытое исследование и обсуждение концепции Proof of Useful Work, а также её возможное развитие. Будем благодарны за конструктивные замечания, уточняющую аналитику и дополнительные данные.
Соавтором статьи и партнером в раскрытии смыслов "полезного майнинга" и концепции PoUW является ИИ (Chat-GPT).
В предыдущей статье, посвященной теме PoUW (Майнинг, который имеет смысл: что такое Proof of Useful Work?) начали погружаться в тему “полезного” майнинга, приносящего пользу за пределами сети, в реальной жизни. В этой статье исследуем исторический аспект данной концепции.
Происхождение идеи Proof of Useful Work (PoUW)
Идея «полезного доказательства работы» зародилась как ответ на недостатки классического Proof-of-Work (PoW). Практически с момента появления первых криптовалют были те, кто критиковали неэффективность вычислений майнинга: огромные ресурсы тратятся только для подтверждения факта работы, но не приносят пользы вне блокчейна.
Отсюда возникла идея: если уж затрачивать вычислительные мощности, то пусть работа будет полезной.
Точный термин “Proof of Useful Work” (PoUW) начал входить в обиход приблизительно в середине 2010-х.
Первое формальное употребление встретилось в академических кругах в 2017 году.
Точное и документированное первое использование термина и концепции PoUW в формальном академическом контексте относится к 2017 году и связано с публикацией научной работы под названием «Proofs of Useful Work» авторов Маршалла Болла (Marshall Ball), Алона Розена (Alon Rosen), Мануэля Сабина (Manuel Sabin) и Пратика Гопалана (Pratik Gopalan). Исследователи прямо формулируют цель: создать PoW-схему, где вычисления «не тратят энергию впустую, а используются для решения практически важных задач». Эта статья была опубликована на криптографическом ресурсе Международной ассоциации криптологических исследований (IACR) 8 июня 2017 года. Позднее она была обновлена и дополнена в 2021г.
В этой статье впервые была детально сформулирована сама концепция PoUW, а также вводится само название («Proofs of Useful Work»), которое затем закрепилось в криптографическом и блокчейн-сообществе. Авторы не только предложили сам термин, но и сформулировали его математически строгие требования и примеры реализации, а именно:
- Работа должна быть трудной (computationally hard).
- Результат работы должен быть быстро проверяем (efficiently verifiable).
- Выполненные вычисления должны обладать реальной ценностью вне блокчейна (т.е. решать полезную практическую задачу).
Ранее (в период с 2011 по 2017 годы) в сообществе блокчейн-энтузиастов, на форумах Bitcointalk и Reddit, сама идея полезного майнинга активно обсуждалась, но формулировалась иными словами, например, такими как «useful mining», «scientific proof-of-work», «prime mining» и так далее, без употребления строго определённого термина «Proof of Useful Work».
Так, первые подходы к идее «полезного майнинга» появились в виде проектов Primecoin (2013) и Gridcoin (2013), однако эти проекты использовали пока иные названия. Например:
То есть, до 2017 года концепция была известна под разными другими терминами. Именно работа Маршалла Болла и Алона Розена (2017) впервые собрала эти идеи воедино и чётко обозначила их под единым названием «Proofs of Useful Work (PoUW)». Можно сказать, что именно в 2017 год, состоялась первая формальная академическая публикация, посвященная теме PoUW. Чуть подробнее о самих идеях этой публикации будет рассказано ниже.
Несмотря на то, что до этого времени, сама идея полезного майнинга уже существовала и обсуждалась, но термин PoUW не использовался явно и формально в открытых источниках.
Таким образом, идея, зародившаяся в сообществе, получила название PoUW и привлекла внимание научного сообщества.
Эволюция концепции «полезного майнинга»
В 2013 году проект Primecoin стал пионером этого подхода. Его создатель под псевдонимом Sunny King предложил вместо хэширования искать особые простые числа – цепочки числа Куннингэма. Это приносило побочный научный результат: открытие новых простых чисел. Primecoin позиционировался как доказательство, что криптовалюта может производить что-то полезное помимо спекулятивной ценности. В обсуждениях тогда уже звучала мысль: «раз уж работа выполняется, она могла бы быть полезной». Так зародился сам принцип (но пока не как термин) Proof of Useful Work – «доказательство полезной работы».
После Primecoin последовали другие попытки направить майнинг на благо.
Одной из ранних идей стала хранение данных вместо лишних вычислений. В 2014 году ученые предложили Permacoin, где майнеры занимались распределённым хранением архивных данных (проверяемое через Proof-of-Retrievability) вместо расчетов хэшей. Хотя Permacoin оставался прототипом, он продемонстрировал расширение понятия полезной работы: сохранение полезной информации.
Параллельно энтузиасты распределённых вычислений интегрировали их с крипто-экономикой. Gridcoin (запущен в октябре 2013) стал одной из первых криптовалют, вознаграждающих участие в научных расчетах.
Изначально Gridcoin стартовал на PoW, но уже в 2014 перешёл на модель Proof-of-Stake с сохранением идеи поощрения за научный вклад. То есть консенсус обеспечивается стейкингом, а «полезная работа» выполняется как надстроечный слой вознаграждений.
Аналогично, проект CureCoin (2014) вознаграждал участников проектов биомедицинских вычислений.
Майнеры CureCoin получали токены за участие в расчётах Folding@Home по моделированию сворачивания белков – то есть напрямую поддерживали медицинские исследования. Целью являлось объединение криптовалюты с научными расчетами.
Появились и другие инициативы. Например, FoldingCoin работал совместно с CureCoin, также поощряя вклад в Folding@Home. Эти проекты не меняли механизм консенсуса Биткойна, но использовали токены как инструмент распределения вознаграждений за полезный вычислительный труд.
Интересным развитием PoUW стал проект Coinami (2016), предлагающий PoW на основе биоинформатики. В Coinami задачей майнинга служит выравнивание геномных последовательностей (DNA sequence alignment). Майнеры решают небольшие фрагменты задачи сопоставления геномных чтений. Сеть Coinami содержит механизмы проверки результатов и защиты приватности данных генома. Разработчики показали, что можно распределить между майнерами вычислительную работу по анализу геномов, проверять её корректность и выдавать вознаграждение криптовалютой. Coinami стал экспериментом по внедрению узкоспециализированной научной задачи непосредственно в майнинг-контур.
Таким образом, с 2013 по 2016 год идея полезного майнинга эволюционировала от одиночных примеров (Primecoin) к целому семейству «научных альткоинов». Primecoin искал простые числа, Permacoin хранил данные, Gridcoin и CureCoin стимулировали научные расчёты, Coinami занимался биоинформатикой. Все они по-разному пытались реализовать главный принцип: перенаправить энергию и вычисления майнеров на задачи, имеющие ценность вне самого блокчейна.
Формализация PoUW: научные разработки и архитектуры
Несмотря на успех отдельных проектов, всеобщего решения для PoUW долго не существовало. В 2017–2018 гг. появились первые научные работы, заложившие формальный фундамент PoUW. Одной из ключевых стала работа Ball, Rosen et al. (2017) – «Proofs of Useful Work», о которой уже было ранее. В ней предложено рассматривать PoUW как сочетание двух требований: сложность (Hardness) и полезность (Usefulness). Авторы доказали на примере, что PoW можно привязать к реальной вычислительной проблеме, сохранив свойства безопасности. Это был значимый теоретический шаг: PoUW перестал быть просто идеей и получил математическое определение и примеры реализации (в терминах uPoW – useful Proof-of-Work).
Другая веха – проект REM (Resource-Efficient Mining), представленный на конференции USENIX Security 2017 командой Корнеллского университета (Фань Чжан, Ари Джуэлс и др.). REM предложил использовать доверенное оборудование для создания «доказательства полезной работы», основанного на отслеживании реальных вычислений майнера.
Свежий прорыв в формальном осмыслении PoUW – протокол Ofelimos, представленный исследователями IOHK (Matthias Fitzi, Aggelos Kiayias и др.) на Crypto 2022. Ofelimos – это полноценный блокчейн-протокол консенсуса, в котором механизм лидера блока основан на решении комбинаторной оптимизационной задачи. Название Ofelimos по-гречески значит «полезный». Идея в том, чтобы заменить классический пазл хэширования на пазл, представляющий задачу оптимизации, но сделать это безопасно и доказуемо. Авторы прямо отмечают, что замена PoW на PoUW «долгое время рассматривалась как идеальное решение», но до сих пор не имела убедительно безопасной реализации. И команда предложила свое видение решения указанной задачи.
Наконец, отдельное направление работ над PoUW связано с криптографическими доказательствами. Поскольку главная трудность – проверка результата полезной работы, логично применять SNARK- и другие доказательства, чтобы убедиться, что майнер действительно выполнил полезное вычисление.
SNARK (от англ. Succinct Non-Interactive ARgument of Knowledge) — это специальный криптографический инструмент, который позволяет:
- доказать, что некие вычисления были выполнены корректно,
- при этом не раскрывая сами вычисления (сохраняя конфиденциальность данных).
SNARK является разновидностью доказательств с нулевым разглашением (Zero-Knowledge Proofs).
Пример. Представьте, что вы решили очень сложную задачу, например, нашли решение очень трудного уравнения. Теперь вы хотите доказать другому человеку, что у вас действительно есть это решение, но при этом не хотите раскрывать ему детали этого решения.
Появился термин zk-PoUW – интеграция zero-knowledge proofs в PoUW. Один из примеров – схема, предложенная исследователями из Брно (Richard Gazdík, 2023), где майнеры в процессе майнинга генерируют доказательства zk-SNARK для заданных задач. По сути, блокчейн выступает как маркетплейс SNARK-доказательств: пользователи загружают задачи для доказательства, а майнеры генерируют SNARK, за что получают вознаграждение, причем сам консенсус устроен так, что блок выпускает тот, кто предоставил корректное доказательство.
Таким образом, zk-PoUW объединяет понятие полезной работы (генерация ZK-доказательств востребована в блокчейнах для приватности) и криптографическую проверяемость этих работ. Отдельные исследования (Samuel Oleksák, 2024) уже внедряли расчет SNARK прямо в слой консенсуса экспериментального блокчейна. Хотя это пока эксперименты, направление выглядит многообещающим: SNARK-и позволяют сети быстро удостовериться, что майнер проделал вычислительную работу (например, произвел доказательство правильности каких-то вычислений) – а это и есть цель PoUW.
Подводя итог, научная эволюция PoUW прошла путь от общих идей к конкретным решениям:
- Ball et al. (2017) дали формальное определение и примеры на задачах сложности.
- REM (2017) реализовал PoUW через доверенное железо (SGX), позволяя учитывать любые полезные вычисления.
- Ofelimos (2022) предложил первую доказуемо безопасную реализацию PoUW-консенсуса, превращающую блокчейн в распределённый коллективный инструмент для оптимизации задач.
- zk-PoUW (2023) экспериментирует с использованием zk-SNARK, чтобы встраивать проверяемые полезные вычисления (например, генерацию крипто-доказательств) непосредственно в майнинг.
Эти работы подтверждают: идеология Proof of Useful Work обретает реальные технологические воплощения, постепенно устраняя препятствия (проверка результатов, сохранение децентрализации, обеспечение безопасности). Тем не менее, как отмечают сами исследователи, полноценного и общепризнанного внедрения PoUW пока нет – концепция остаётся в стадии активных изысканий.
Вывод: от концепции к коллективной инженерии будущего
История идеи Proof of Useful Work (PoUW) — это не просто путь от теории к практике. Это путь от наивного вопроса «зачем мы сжигаем энергию?» к инженерной амбиции «а можем ли мы построить цифровую систему, где каждое вычисление приносит ценность миру?».
- Корни концепции PoUW уходят в начало 2010-х, когда возникла мечта о том, чтобы майнинг был не бесполезным, а осмысленным.
- В 2017 году эта идея обрела научное основание в виде формального термина и криптографической модели.
- С 2020-х годов появляются первые архитектуры, протоколы и прототипы, превращающие PoUW в инженерную реальность — пусть и пока частично.
Современные проекты (Ofelimos, Golem, Bittensor, zkPoUW, и др.) демонстрируют: технологические барьеры — такие как проверка полезной работы, защита приватности, сохранение децентрализации — могут быть преодолены. При этом остаётся ключевой вызов: нет ещё единой, общепринятой модели полезного майнинга, способной конкурировать с PoW или PoS на уровне глобального масштаба и зрелости.
Но именно в этом — пространство для будущего развития и вызов для многих крипто-энтузиастов, ученых и майнеров.
PoUW сегодня — это не готовое решение. Это — научно-инженерная эволюция.
Если Web3.0 хочет не только децентрализовать управление, но и распределить смыслы, тогда PoUW — это шанс встроить в инфраструктуру блокчейна саму ценность труда, знаний и вычислений.
PoUW не решит всё. Это не идеология и не замена всему. Но это шанс задать новый вектор: от майнинга ради прибыли — к вычислениям во имя пользы. От гонки энергозатрат — к модели распределённого труда, создающего общественное благо.
Ну, и в качестве приглашения к участию в этом процессе, предлагаем переходить: от чтения и обсуждения — к проектированию, пилотированию и запуску. Возможно, в этих шагах формируется то, что мы однажды сможем назвать — Майнингом 3.0.