Появление блокчейнов вызвало большой ажиотаж не только в связи с реализацией ими новых финансовых инструментов, но и в связи с предложением альтернативных решений классических проблем отказоустойчивых распределенных вычислений и криптографических протоколов. Блокчейны управляются и создаются майнерами и используются в различных условиях, наиболее известным из которых является распределенный реестр, который ведет учет всех транзакций между пользователями в криптовалютных системах, таких как Биткойн.

В основе многих таких протоколов лежит примитив, известный как «доказательство работы» (PoW), который на протяжении более 20 лет широко применялся в литературе по криптографии и безопасности для различных настроек, включая снижение спама, атаки сибиллы и отказ в доступе. сервисная защита. Однако его роль в разработке протоколов блокчейна , возможно, является его наиболее важным применением.

Когда майнеры получают новые транзакции, данные вводятся в новый блок, но для добавления новых блоков в цепочку необходимо выполнить PoW. PoW — это алгоритм, используемый для проверки биткойн-транзакций. Он генерируется биткойн-майнерами, которые соревнуются за создание нового биткойна, первым решив сложную математическую головоломку, которая требует очень дорогих компьютеров и большого количества электроэнергии. Как только майнер находит решение головоломки, он передает блок в сеть, чтобы другие майнеры могли убедиться в его правильности. Добившиеся успеха майнеры затем получают фиксированную сумму биткойнов в качестве вознаграждения.

Однако, несмотря на эволюцию нашего понимания примитива PoW, определение точных свойств, достаточных для доказательства безопасности Биткойна и связанных с ним протоколов, было невозможным. На самом деле все существующие экземпляры примитива основывались на идеализированных предположениях.

Группа под руководством доктора Хуана Гарая определила и доказала конкретные свойства — либо теоретико-числовые, либо относящиеся к хеш-функциям. Затем они использовались для создания безопасных и безопасных в использовании протоколов блокчейна. С помощью своих новых алгоритмов исследователи продемонстрировали, что такие PoW могут противостоять противникам и средам, в совокупности владея менее половиной вычислительной мощности в сети.

Ранняя работа Гарая по криптографии в блокчейне была впервые опубликована в Proceedings of Eurocrypt 2015, главной площадке для распространения исследований в области криптографии.

Методы, лежащие в основе PoW, выходят за рамки контекста блокчейна. На самом деле они могут быть применены к другим важным проблемам в области криптографических протоколов, таким образом обходя хорошо известные результаты невозможности, новую парадигму, которую Гарай называет «криптографией с ограниченными ресурсами».

«Это новый взгляд на криптографию в том смысле, что вещи не должны быть чрезвычайно сложными, только умеренно сложными», — сказал Гарай. «И тогда вы все еще можете делать значимые вещи, такие как блокчейны. Криптовалюты — всего лишь один пример. Моя работа в целом заключается в понимании этого ландшафта и разработке математики, которая объясняет его и заставляет его работать».