Bukti Kerja (PoW) mirip dengan sertifikasi kehidupan nyata seperti ijazah atau SIM, di mana validasi dicapai melalui pemeriksaan (misalnya, lulus tes yang relevan). Di dunia kriptografi, PoW berfungsi sebagai model konsensus dasar untuk jaringan blockchain, menetapkan standar bagi node untuk mencapai konsensus. Model ini mengkonfirmasi transaksi dan menghasilkan blok baru di blockchain, membangun mekanisme insentif yang memberi penghargaan kepada node yang berhasil menghasilkan blok.

Usulan PoW

Penelitian akademis yang terkait dengan PoW dimulai pada awal 1990-an. Pada tahun 1993, ilmuwan komputer Amerika dan profesor Universitas Harvard Cynthia Dwork mengusulkan konsep PoW untuk mengatasi masalah email spam. Pada tahun 1997, Adam Back menemukan teknologi HashCash, menerapkan mekanisme PoW untuk melawan serangan layanan dan penyalahgunaan email spam. Hal ini memerlukan setiap pengirim email untuk melakukan sejumlah kecil komputasi hash, dengan sengaja menyebabkan penundaan singkat.
Teknologi HashCash kemudian banyak digunakan untuk penyaringan spam dan diimplementasikan oleh Microsoft dalam produk seperti Hotmail, Exchange, dan Outlook. Pada tahun 2008, Satoshi Nakamoto menerapkan konsep PoW untuk konsensus blockchain dalam makalah penting 'Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System,' memperkenalkan algoritma konsensus PoW untuk sistem Bitcoin.

Prinsip

Algoritma konsensus PoW didasarkan pada fungsi hash. Untuk string input tertentu s, fungsi hash H(s) menghasilkan output berukuran tetap, dan komputasi H(s) efisien. Fungsi hash yang digunakan dalam sistem blockchain seperti Bitcoin dan Ethereum harus memenuhi tiga kriteria berikut:

1. Ketahanan tumbukan: Seharusnya tidak mungkin bagi dua input yang berbeda menghasilkan output hash yang sama.
2. Irreversibilitas: Diberikan output hash H(s), seharusnya sulit secara komputasi untuk melakukan reverse-engineering dari input sss.
3. Tidak dapat diprediksi: Selain dari metode kekerasan, tidak ada metode lain yang seharusnya dapat menghasilkan input yang di-hash ke nilai target tertentu.

Bagaimana Cara Kerjanya

Algoritma konsensus PoW mengikuti langkah-langkah ini:

1. Mengatur tingkat kesulitan: Sistem menentukan nilai kesulitan global, yang menentukan hasil komputasi hash yang diperlukan untuk blok selanjutnya. Umumnya, nilai hash harus kurang dari ambang tertentu. Seiring dengan jaringan berkembang, tingkat kesulitan meningkat, dan sistem secara berkala menyesuaikan tingkat kesulitan.
2. Mengemas transaksi: Node mengumpulkan pesan transaksi yang beragam dan mengemasnya ke dalam tubuh blok baru.
3. Merakit header blok: Node-node merakit header blok, yang umumnya mencakup nilai hash dari blok sebelumnya, nilai hash transaksi dalam blok baru, nilai kesulitan saat ini, timestamp, dan nilai nonce acak.
4. Perhitungan hash: Node menggunakan algoritma hash yang ditentukan (misalnya, double SHA-256 di Bitcoin) untuk menghitung hash dari header blok. Jika hash tidak memenuhi persyaratan kesulitan, node memodifikasi nonce dan menghitung ulang hash. Node yang berhasil menghitung hash yang memenuhi persyaratan kesulitan menyebarkan blok baru ke jaringan.
   
5. Verifikasi dan penerimaan: Node-node yang menerima blok yang disiarkan memverifikasi keabsahannya (misalnya, dengan melakukan double SHA-256 hashing pada header blok di Bitcoin). Jika verifikasi berhasil, mereka menerima blok baru tersebut dan menambahkannya ke salinan lokal dari buku besar terdistribusi.
6. Kompetisi untuk blok berikutnya: Node mulai bersaing untuk hak untuk menambahkan blok berikutnya.
   Dalam algoritma PoW, hanya node yang pertama kali menghitung hash yang memenuhi persyaratan kesulitan yang mendapatkan hak untuk menambahkan blok baru ke buku besar terdistribusi. Node lain kemudian mereplikasi blok baru untuk menjaga konsistensi di seluruh buku besar terdistribusi.

Keterbatasan

Algoritma konsensus PoW bergantung pada kekuatan komputasi untuk mengalokasikan hak untuk mencatat transaksi. Seiring dengan pertumbuhan jaringan blockchain, hal ini mengakibatkan pemborosan sumber daya komputasi dan listrik yang signifikan. Pada tahun 2020, jaringan Bitcoin mengonsumsi 134,89 miliar kilowatt-jam, setara dengan konsumsi listrik tahunan sebuah provinsi. Konsumsi energi tinggi ini merupakan batasan utama dari PoW.
Selain itu, algoritma konsensus PoW yang memerlukan waktu komputasi yang panjang mengakibatkan waktu menunggu yang lama untuk mendapatkan hak perekaman, sehingga memperpanjang siklus konfirmasi transaksi dan mengurangi efisiensi pembuatan blok. Sebagai contoh, Bitcoin menghasilkan blok kira-kira setiap 10 menit, membatasi transaksi per detik (TPS) dan menyoroti kendala efisiensi dari algoritma konsensus PoW.