Emek İspatı

Emek ispatı (PoW), denial-of-service saldırıları ve bir ağ üzerinde bulunan spam mesajlar ile servislerin kötüye kullanımını, istemciden bir miktar iş yapmasını (genellikle bilgisayarın belirli bir süre işlem yapması anlamına gelir.) isteyerek önleme amaçlı ekonomik bir ölçüdür. Bu kavram, Cynthia Dwork ve Moni Naor tarafından 1993 tarihli bir dergi makalesiyle ilk kez ortaya konmuştur. "Emek İspatı" terimi ya da POW ilk kez Markus Jakobsson ve Ari Juels tarafından 1999 tarihli bir yayında literatüre kazandırılarak resmileştirilmiştir. Emek ispatı sisteminin bir para birimine değer kazandırmak amacıyla kullanıldığı ilk örneklerden biri Solomon Adalarında kullanılan shell moneydir.
Bu sistemlerin önemli bir özelliği asimetridir: Yapılacak iş istemci tarafında nispeten zor (ama makul derecede); hizmet sağlayıcı için ise kolay denetlenebilir olmalıdır. Bu düşünce, CPU maliyet fonksiyonu, istemci bulmacası, hesaplamalı bulmaca veya CPU fiyatlandırma fonksiyonu olarak da bilinir. CAPTCHA ise bilgisayar yerine insanlara çözdürmeyi amaçlamasıyla bu fikirden ayrılır. Alan ispatı (PoSpace) önerisi ise CPU zamanı yerine belirli bir miktar bellek veya disk kullanımını ispatlayarak aynı prensibi esas alır. Bant genişliği ispatı yaklaşımları, kriptopara bağlamında tartışılmıştır. Sahiplik ispatı, belli bir verinin ispatlayanda tutulduğunun kanıtlanmasını amaçlar.

Arka plan

Hashcashte kullanılan popüler bir sistem, işin yapıldığının ispatlanması amacıyla e-posta gönderiminde iyi niyet belirtisi olarak özetin kısmen ters çevrilmesini kullanır. Örneğin, aşağıdaki üstbilgi calvin@comics.net adresine 19 Ocak 2038 tarihinde bir mesaj göndermek için gereken yaklaşık 2⁵² özet hesaplamasını göstermektedir:
X-Hashcash: 1:52:380119:calvin@comics.net:::9B760005E92F0DAE
Doğrulama, damganın (X-Hashcash: üstbilgi adı, iki nokta ve '1' rakamına kadar olan boşluklar göz ardı edilerek) SHA-1 özetinin ikilik sistemde 52 adet 0 veya onaltılık sistemde 13 adet 0 ile başlayıp başlamadığının kontrol edilmesi ile tek işlemde yapılabilir:
0000000000000756af69e2ffbdb930261873cd71
PoW sistemlerin spam mesaj problemi gibi bir hizmet engelleme sorununu gerçekten çözüp çözmediği tartışma konusudur; sistem, spam gönderen için spam eposta gönderimini verimsiz hale getirmeli ama aynı zamanda kötü niyetli olmayan kullanıcıların mesajlarını göndermelerine engel olmamalıdır. Diğer bir deyişle, gerçek bir kullanıcı eposta gönderirken herhangi bir zorlukla karşılaşmamalı ama bir e-posta spamcısı tek seferde birden fazla eposta gönderebilmek için yeterli miktarda işlem gücü harcamak zorunda olmalıdır. Emek ispatı sistemleri, Hashcash benzeri bir sistem kullanan bitcoin gibi daha karmaşık kriptografik sistemlerde temel olarak kullanılmaktadır .

E-para olarak yeniden kullanılabilir emek ispatı

Bilgisayar bilimcisi Hal Finney emek ispatı üzerine inşa edilmiş, yeniden kullanılabilir emek ispatı ("RPoW") kullanan bir sistem ortaya çıkarmıştır.
Bazı pratik amaçlar için yeniden kullanılabilir emek ispatları yapma fikri, 1999 yılında zaten gündeme gelmişti. Finney'in RPoW amacı, nominal değeri madeninden fazla olan para olarak kullanmaktı. Altın bir paranın değerinin, üretimi için gereken ham altının değeriyle desteklendiği düşünüldüğünde, bir RPoW jetonunun değeri, bir PoW jetonunun '' basılması '' için gerekli olan gerçek dünya kaynaklarının değeri ile garanti edilir.  Finney'in RPoW sürümünde, PoW jetonu Hashcashin bir parçasıdır.
Bir web sitesi hizmet karşılığında bir PoW jetonunu talep edebilir. Kullanıcılardan gelen bir PoW jetonunun kullanılması, hizmetin; İnternet'e yönelik bant genişliği, hesaplama, disk alanı, elektrik ve yönetim yükü gibi temel kaynaklarının kullanımını sınırlandırarak, hizmetin anlamsız veya aşırı kullanımını engeller.
Finney'in RPoW sistemi, bir PoW sisteminden jetonları üretmek için gerekli olan işi tekrar etmeden rassal değiş-tokuşlara izin vermesiyle ayrılıyordu. Bir kişi bir web sitesinde bir "PoW" jetonu harcadıktan sonra, web sitesinin operatörü yeni harcanmamış bir RPoW jetonu için "harcanan" PoW jetonunu değiştirebilirdi, bu da RPoW jetonlarını kabul etmek üzere benzer şekilde donatılmış bir üçüncü parti web sitesinde harcanabilirdi. Bu, bir PoW jetonu '' basmak '' için gerekli olan kaynakları koruyacaktı. RPoW jetonunun sahtecilik karşıtı özelliği,  uzaktan onaylama ile garanti edilmişti. Aynı değerde yeni bir adet için kullanılan bir PoW veya RPoW jetonunu değiştiren RPoW sunucusu, ilgili tarafın hangi yazılımın RPoW sunucusunda çalıştığını doğrulamasına izin vermek için uzaktan onaylama kullanır. Finney'in RPoW yazılımı için kaynak kodu (BSD benzeri bir lisans altında) yayınlandığından, yeterince bilgili bir programcı, kodu inceleyerek, yazılımın (ve buna bağlı olarak, RPoW sunucusunun) eşit değerde harcanan bir jeton karşılığı haricinde hiçbir zaman yeni bir jeton vermediğini doğrulayabilir.
2009 yılına kadar, Finney sistemi gerçeklenen tek RPoW sistemiyken asla ekonomik olarak önemli bir kullanım görmedi.
RPoW, güvenilen platform modülü (TPM) donanımında saklanan gizli anahtarlar ve TPM gizli anahtarlarına sahip üreticiler tarafından korunmaktadır. Bir TPM üreticisinin anahtarını çalmak ya da TPM yongasının kendisini inceleyerek anahtarı elde etmek, bu garantiyi bozar.

Bitcoin tipi emek ispatı

2009 yılında,  Bitcoin ağı çevrimiçi oldu. Bitcoin, Finney'in RPoW'u gibi Hashcash PoW'a dayanan bir emek ispatı kriptoparasıdır. Ancak, Bitcoin'de çift harcama koruması, RPoW tarafından kullanılan donanım güvenilir hesaplama fonksiyonu yerine, para transferlerini izlemek için merkezi olmayan bir P2P protokolü ile sağlanır. Bitcoin, daha iyi güvenilirliğe sahiptir çünkü hesaplama ile korunmaktadır. Bitcoinler, bireysel madenciler tarafından Hashcash emek ispatı fonksiyonu kullanılarak "çıkarılır" ve P2P bitcoin ağındaki merkezi olmayan düğümler tarafından doğrulanır.
Blok süresini hedeflenen sürenin civarında tutabilmek için zorluk periyodik olarak ayarlanır. .

Kullanışlı emek ispatı

Birçok PoW sistemi, istemcilerin bir özet fonksiyonunu tersine çevirmek gibi işe yaramaz işleri yapmasını gerektirir. Bu, birçok kaynağın (özellikle istemcinin bilgisayarlarına güç veren elektrik) sadece para birimine güven sağlamak için kullanıldığı anlamına gelir. Bu kaynak harcamaları ile daha verimli olmak için, bazı alternatif paralar, gerçekleştirilen işin gerçekten yararlı olduğu bir PoW sistemi kullanır. Örneğin, Primecoin , istemcilerin belirli türlerde bilinmeyen asal sayıları bulmasını gerektirir, bunun da kullanılabileceği yan uygulamalar olabilir (bkz. Primecoin#Proof-of-work system).