Many blockchain systems today, including Bitcoin, rely on Proof of Work (PoW). Proof of work is crucial to the liveness and security of cryptocurrencies. The assumption when using PoW is that a lot of trial and error is required on average before a valid block is generated. One of the main concerns raised with regard to this kind of system is the inherent need to "waste" energy on "meaningless" problems. In fact, the Bitcoin system is believed to consume more electricity than several small countries. In this work we formally define three properties that are necessary for wasteless PoW systems: (1) solve "meaningful" problems (2) solve them efficiently and (3) be secure against double-spend attacks. These properties aim to create an open market for problem-solving, in which miners produce solutions to problems in the most efficient way (wasteless). The security of the system stems from the economical incentive created by the demand for solutions to these problems. We analyze these properties, and deduce constraints that must apply to such PoW systems. In our main result, we conclude that under realistic assumptions, the set of allowed problems must be preimage resistant functions in order to keep the system secure and efficient.


翻译:包括Bitcoin在内的当今许多连锁系统都依赖“工作证明 ” 。 在这项工作中,工作证明对于无浪费的PoW系统的生存和安全至关重要。在使用PoW时的假设是,在产生一个有效的区块之前,平均需要大量尝试和错误。对这种系统提出的一个主要关切是,“浪费”能源的内在需求是“无谓”问题。事实上,Bitcoin系统被认为消耗的电量比几个小国多。在这项工作中,我们正式确定了无浪费的PoW系统所必需的三种特性:(1) 解决“有意义的”问题(2) 高效率地解决问题,(3) 安全地防止双重溢出的攻击。这些特性的目的是创造一个开放的解决问题的市场,让矿工以最有效率的方式(无废弃物)解决问题。这个系统的安全性来源于对解决这些问题的需求所创造的经济动力。我们对这些特性进行了分析,并推断出必须适用于这种PoW系统的限制因素。我们得出的主要结论是,根据现实的假设,所允许的问题必须先于有效的系统,才能保证系统的安全性。

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