تا قبل از راه اندازی فناوری بلاکچین و ارزهای دیجیتال، تصور اینکه یک شبکه مالی بدون نیاز به یک واسطه یا نهاد مرکزی کار کند بشدت دشوار بود. طی دهه گذشته غیر متمرکز سازی فرایند مالی توسط رمز ارزها از مهمترین اتفاقات در حوزه اقتصاد بود. اما برای تایید تراکنشها به صورت غیر متمرکز باید از الگوریتمهای خاصی استفاده شود. الگوریتم اثبات کار (PoW) اولین الگوریتم اجماع در دنیا کریپتو بود که نوآوریهای خاص خود را به این فضا آورد.
در این مقاله از سایت ارزیکال، مکانیزم اجماع اثبات کار را به صورت کامل بررسی و تمامی مواردی که لازم است در این خصوص بدانید را پوشش خواهیم داد.
الگوریتم اثبات کار یا PoW چیست؟
برای تایید تراکنشها در بلاکچین باید از یک سیستم غیر متمرکز استفاده کرد. این سیستم غیر متمرکز ممکن است با ساز و کارهای مختلفی تراکنشها را تایید کند که یکی از این روشها استفاده از مکانیزم اجماع اثبات کار (Proof of Work) است.
با استفاده از این مکانیزم، بدون نیاز به نهادهای مرکزی مانند بانکها، نهادها یا هر ارگان دولتی و غیر دولتی، تراکنشها تایید خواهند شد. این یک الگوریتم است که به کمک آن تمام تراکنشها به همراه تاریخچه، در بلاکچین تایید و ثبت میشوند و امکان تقلب و بروز مشکل در آن تقریبا صفر است.
بر اساس دادههای Investopedia اثبات کار (PoW) یک مکانیسم اجماع بلاکچین است که به توان محاسباتی شبکهای از دستگاههای ماینر نیاز دارد. این مفهوم از توکن های دیجیتال توسط هال فینی در سال ۲۰۰۴ مطرح شد؛ اما برای اولین بار در سال ۲۰۰۹ توسط بیت کوین استفاده شد. به دلیل طراحی این الگوریتم توسط آقای هال فینی برخی ادعا میکنند او ساتوشی ناکاموتو است.
در مکانیزم PoW، اطلاعات هر بلاک توسط یک الگوریتم هش ذخیره و ارسال میشود. سپس با پر شدن برخی اطلاعات لازم یک عدد هگزادسیمال تولید خواهد شد. مقدار این عدد همواره باید کمتر از سختی تعیین شده برای شبکه باشد.
الگوریتم اثبات کار چگونه کار میکند؟
کاربرد اصلی الگوریتم PoW در استخراج ارز دیجیتال است. برای اینکه درک بهتری از نحوه عملکرد مکانیزم اجماع اثبات کار در بلاکچین پیدا کنیم، در این بخش به صورت مرحله به مرحله نحوه کارکرد آن را بررسی میکنیم.
تایید تراکنشها و ایجاد بلاک
فرایند اثبات کار با جمعآوری تراکنشهای تایید نشده آغاز میشود. ماینر این تراکنشها را بررسی و اعتبار آنها را تایید میکنند. سپس، این تراکنشها همراه با اطلاعات فنی دیگری مانند هش بلاک قبلی، زمان، نسخه نرمافزار و موارد دیگر در قالب یک بلاک موقت سازمان دهی میشوند.
هدف از ایجاد این بلاک موقت، آماده سازی برای شرکت در رقابتی برای پیدا کردن هش معتبر است که شرایط لازم برای ورود به زنجیره اصلی بلاکچین را داشته باشد.
هش کردن اطلاعات بلاک
در این مرحله، ماینرها باید با استفاده از الگوریتم رمزنگاری مخصوص شبکه (مانند الگوریتم SHA-256 در بیت کوین)، اطلاعات بلاک را به یک هش رمزنگاری شده تبدیل کنند. سپس با تغییر مقدار نانس (Nonce) و تکرار فرایند هش کردن، به دنبال یافتن هشی میگردد که مقدار آن از هدف سختی شبکه کمتر باشد.
عدد نانس یک عدد ۳۲ بیتی است. ماینرها باید مدام ترکیب این عدد را تغییر داده و مجدداً هش کردن را تست کنند. این مرحله بخش اصلی کار محاسباتی است و بیشترین انرژی را مصرف میکند، چون برای رسیدن به جواب درست میلیاردها بار تکرار میشود.
ماینرها این فرایند را تا زمانی که جواب درست را پیدا کنند، تکرار میکنند. هدف سختی شبکه به گونهای تنظیم شده است که قبل از یافتن راه حل، باید تعداد مشخصی هش در ثانیه تست و امتحان شود. به عنوان مثال، در ۱۷ می ۲۰۲۴، بلوک ۸۴۳,۹۰۰ هدف سختی ۸۳.۱۴۸T یا ۸۳.۱۴۸ تریلیون تلاش در ثانیه برای هر ماینر داشت!
هش برنده برای آن بلاک را در پایین میبینید:
000000000000000000033028b3c8296ed776653032030cd01290f4345f5a9b6e
تایید بلاک توسط سایر گرهها
وقتی یک ماینر موفق به یافتن هش معتبر شد، بلاک خود را به شبکه ارسال میکند. سایر اعتبارسنجها (نودها) در شبکه بلاک را بررسی کرده و صحت آن را تایید میکنند. آنها باید بررسی کنند که تراکنشها دوبار خرج نشده باشند و هش بلاک با مقدار اعلام شده مطابقت داشته باشد. اگر اکثریت نودها بلاک را معتبر بدانند، شبکه به اجماع رسیده و بلاک تایید میشود.
اضافه شدن بلاک جدید به زنجیره
پس از تایید بلاک توسط گرههای شبکه، بلاک جدید به انتهای زنجیره بلاکچین افزوده خواهد شد. این زنجیره با استفاده از هش بلاک قبلی به بلاک جدید متصل میشود، که همین پیوستگی امنیت دادههای ذخیره شده را تضمین میکند.
این ساختار زنجیرهای موجب میشود که تغییر در یک بلاک، تمامی بلاکهای بعدی را تحت تاثیر قرار دهد و در عمل، دستکاری شبکه را بسیار دشوار و تقریبا غیر ممکن کند. این مکانیزم هسته اصلی تولید ارز دیجیتال و حفظ امنیت آن است!
پرداخت پاداش استخراج
ماینری که موفق به استخراج بلاک شده، پاداشی در قالب ارز دیجیتال (مثل بیت کوین) دریافت میکند. این پاداش شامل کوینهای جدید ایجاد شده و کارمزدهای تراکنشهای آن بلاک است. این سازوکار به عنوان انگیزهای برای مشارکت ماینرها در تامین امنیت شبکه محسوب میشود. با گذر زمان و کاهش پاداش بلاک، سهم کارمزد تراکنشها در درآمد ماینرها بیشتر خواهد شد.
به عنوان مثال اکنون بیت کوین چهارمین هاوینگ خود را در سال پیش تجربه کرد که باعث شد پاداش ماینرها به ۳.۱۲۵ واحد ارز BTC کاهش پیدا کند. این مقدار در سال ۲۰۰۹ پنجاه بیت کوین بود که روند کاهشی آن قابل توجه است. این پاداش توسط تراکنش کوین بیس پرداخت میشود.
نقش ماینرها در این الگوریتم
ماینرها یا استخراج کنندگان ارز دیجیتال در الگوریتم اثبات کار نقشی کلیدی دارند. باید گفت آنها اصلیترین بخش فرایند استخراج بلاکها را انجام میدهند. در واقع مسئولیت ایجاد بلاکهای جدید و اضافه کردن آنها به بلاکچین بر عهده ماینرهاست.
فرایند رقابتی جست و جو برای هش کردن بلاک مهمترین بخش مکانیزم اثبات کار است. ماینرها هم برای درآمد خود و هم برای حفظ سلامت شبکه لازم است عملکرد خود را با کمترین هزینه و بیشترین سرعت انجام دهند.
به همین دلیل شاهد پیشرفت چشمگیر دستگاههای Asic Miner در سالهای قبل هستیم که نقش پر رنگی در رونق گرفتن حوزه استخراج و توجه ویژه به آن شده است.
اثبات کار چگونه امنیت بلاکچین را تضمین میکند؟
اثبات کار امنیت بلاکچین را از طریق ایجاد رقابت پرهزینهای که برای پیدا کردن هش معتبر لازم است، تضمین میکند. در این الگوریتم، ماینرها باید مقدار زیادی از قدرت محاسباتی و انرژی خود را صرف پیدا کردن نانس مناسب کنند تا هش بلاک جدید را که از هدف سختی شبکه کمتر باشد.
این تلاشها و رقابتها باعث میشود که تغییر در اطلاعات بلاکها بسیار دشوار شود. هر بلاک جدید به بلاک قبلی متصل شده و برای دستکاری اطلاعات یک بلاک، لازم است که تمامی بلاکهای بعدی نیز تغییر کنند. چنین کاری به دلیل نیاز به صرف محاسبات سنگین و منابع بیش از حد عملاً غیرممکن است.
از آنجا که بلاکها فقط وقتی به زنجیره اضافه میشوند که ماینرها بتوانند یک هش معتبر پیدا کنند، امکان دستکاری یا جعل اطلاعات در بلاکچین خیلی پایین است است. برای اینکه یک هکر بتواند شبکه را هک کند، باید بیش از ۵۰٪ از قدرت محاسباتی شبکه را بهدست بیاورد، که یک کار نشدنی است.
چنین ساز و کاری باعث حفظ و تامین امنیت شبکه میشود، چرا که بدون انجام محاسبات سخت و اثبات کار واقعی، نمیتوان هیچ بلاک جدیدی را به زنجیره اضافه کرد. در بلاکچین بیت کوین این مکانیزم نقش قلب تپنده پروژه را ایفا میکند. در واقع میتوان گفت بدون استفاده از الگوریتم اجماع PoW بیت کوین هیچ امنیت و حتی ارزشی نداشت!
مطلب مرتبط: بیت کوین چیست
مزایا و معایب اثبات کار چیست؟
سیستم اثبات کار با اینکه عملکرد بسیار قابل قبولی در شبکههای مختلف مثل بیت کوین داشته مزایا و معایب مخصوص خود را به همراه دارد. در این بخش با بررسی این مزایا و معایب دیدگاه جامعتری در خصوص عملکرد الگوریتم PoW پیدا خواهیم کرد.
مزایای مکانیزم اثبات کار
تا اینجا حتماً متوجه شدهاید که اثبات کار چه مزایای ویژهای در دنیای بلاکچین به همراه دارد. در این بخش مزایای آن را به صورت اجمالی بررسی خواهیم کرد.
- ارائه امنیت بالا: الگوریتم اثبات کار به دلیل استفاده از سازوکارهای پیچیده امنیت بالایی فراهم کرده و احتمال دستکاری تراکنشها را تقریباً به صفر میرساند.
- تایید غیر متمرکز تراکنشها: در مکانیزم اجماع PoW بدون نیاز به نهادهای متمرکز و هرگونه واسطهای تراکنشها تایید خواهند شد. با حذف واسطهها ثبت آنها در بلاکچین شفافیت در تراکنشهای صورت گرفته تا حد زیادی بالا رفته است.
- پاداش به ماینرها: در این الگوریتم، سیستمی برای ارائه پاداش به ماینرها ایجاد شده که باعث میشود تا در کنار افزایش انگیزه آنها برای مشارکت در تامین امنیت شبکه، پاداشی هم دریافت کنند.
معایب الگوریتم اثبات کار
در کنار مزایای متعددی که مکانیزم اجماع کار دارد، معایبی هم دارد که باید به عنوان یک فعال حرفهای به آن توجه کنید. در ادامه به توضیح این معایب میپردازیم.
- سرعت محدود تراکنشها: در الگوریتم PoW به دلیل فرایند پیچیدهای که برای تایید تراکنشها طراحی شده سرعت کار پایین است.
- مصرف انرژی بالا: در مکانیزم اجماع اثبات کار، ماینرها اصلیترین نقش را برای تایید تراکنشها ایفا میکنند. فعالیت ماینرها نیاز به صرف انرژی بالایی دارد که از معایب جدی این مکانیزم است.
- گران بودن تجهیزات: برای مشارکت در مکانیزم اجماع اثبات کار باید تجهیزات مخصوص و گران قیمتی را تهیه کنید. این تجهیزات هم بعد چند سال نیاز به تعویض پیدا میکنند که چالش بزرگی به خصوص برای کاربران عادی است.
- کارایی پایینتر در مقایسه با مکانیزمهای جدید: در حال حاضر مکانیزمهای جدیدتری مثل اثبات سهام (PoS) ایجاد شده که کارایی و سرعت بالاتری را در اختیار کاربران علاقه مند به دنیای بلاکچین قرار میدهد.
بهترین ارزهای دیجیتال مبتنی بر الگوریتم PoW
الگوریتم اثبات کار با تمام چالشهایی که دارد هنوز هم یکی از مکانیزمهای پرطرفدار برای تایید تراکنشهاست و در پروژههای زیادی استفاده میشود. در ادامه برترین پروژههایی که از این مکانیزم استفاده میکنند را بررسی میکنیم.
- بیت کوین (Bitcoin): معروفترین و اولین ارز دیجیتال بازار که از الگوریتم اثبات کار استفاده میکند و از نظر امنیت و غیرمتمرکز بودن بیرقیب است.
- لایت کوین (Litecoin): این ارز دیجیتال در سال ۲۰۱۱ بهعنوان یک فورک از بیت کوین ایجاد شد و مانند پادشاه از الگوریتم PoW استفاده میکند. (لایت کوین چیست)
- دوج کوین (Dogecoin): دوج کوین اولین میم کوین بازار است که ابتدا با یک شوخی ایجاد شد، اما اکنون به یکی از محبوب ترین ارزهای دیجیتال تبدیل شده و از الگوریتم اثبات کار برای تایید تراکنشهایش استفاده میکند. (دوج کوین چیست)
- مونرو (Monero): مونرو یکی از ارزهای با تمرکز بر حریم خصوصی است که از PoW برای مکانیزم اجماع خود استفاده میکند.
- بیت کوین کش (Bitcoin Cash): بیت کوین کش با یک فورک از بیت کوین به وجود آمد و از الگوریتم PoW برای فعالیت استفاده میکند.
- اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic): اتریوم کلاسیک، نسخه اصلی اتریوم، همچنان از PoW استفاده میکند در حالی که اتریوم به الگوریتم اثبات سهام مهاجرت کرده است.
- کاسپا (Kaspa): کاسپا یکی دیگر از پروژههای جدید است که از الگوریتم اثبات کار بهره برده و تمرکز آن بر افزایش مقیاس پذیری و سرعت بالا است. مکانیزم PoW نقش اساسی در فرایند استخراج ارز KAS دارد.
ممکن است در فکر خرید و سرمایهگذاری در یکی از ارزهای فوق باشید. در این صورت میتوانید با تحلیل فاندامنتال و تکنیکال، گزینه مناسب خود را پیدا کنید.
مقایسه اثبات کار و اثبات سهام
اثبات کار و اثبات سهام دو مکانیزم اصلی اجماع در بلاکچین، هستند که هر یک ویژگیها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. اثبات کار نخستین مکانیزم مورد استفاده در بلاکچینهاست که در آن ماینرها با استفاده از قدرت پردازشی خود برای حل مسائل پیچیده ریاضی و پیدا کردن هش بلاک رقابت میکنند. این فرایند به سخت افزار و صرف انرژی زیادی نیاز دارد و برنده، حق افزودن بلاک جدید و دریافت پاداش را خواهد داشت.
در مقابل، اثبات سهام برای رفع چالشهای مصرف انرژی و مقیاس پذیری طراحی شده است. در این روش، نودها باید بخشی از دارایی خود را قفل کنند تا بتوانند در فرایند اعتبارسنجی تراکنشها شرکت کنند. اعتبارسنجها بهطور تصادفی انتخاب میشوند و بر اساس میزان دارایی استیک شده پاداش دریافت میکنند.
از نظر امنیت، الگوریتم اثبات کار با نیاز به قدرت پردازشی بالا از هرگونه حمله احتمالی جلوگیری میکند. در حالی که الگوریتم اثبات سهام با تکیه بر داراییهای قفلشده نودها و همچنین امکان جریمهکردن نودهای متخلف، امنیت شبکه را حفظ میکند.
مقیاسپذیری در PoS به دلیل پیش بینی پذیری بالا و مصرف انرژی کمتر نسبت به PoW، بیشتر است. با این حال، در بلندمدت خطر ایجاد تمرکز قدرت در شبکههایی که از PoS استفاده میکنند وجود دارد.
در انتها باید خاطرنشان کنیم که هر دو این الگوریتمها طرفداران خاص خود را در دنیای بلاکچین دارند. هر پروژه با توجه به نیازها و همچنین اهدافی که دارد یکی از آنها را انتخاب کرده و کاربران مخصوص خود را نیز جذب خواهد کرد.
مروری بر مزایا، معایب و آینده الگوریتم PoW
در این مقاله تلاش کردیم تا اولین مکانیزم اجماع در بلاکچین را با یکدیگر بررسی کنیم. شبکههای زیادی اکنون از این الگوریتم استفاده میکنند که بیت کوین مهمترین آنهاست. به این نکته اشاره کردیم که اتریوم نیز در ابتدا از مکانیزم PoW استفاده میکرد اما برای افزایش مقیاس پذیری و دیگر بروزرسانیها مجبور شد الگوریتم خود را به PoS تغییر دهد.
به نظر میرسد این الگوریتم نیاز به ایجاد تحول ویژهای برای استفاده در پروژههای جدید دارد. صرف نظر از بیت کوین که جزو انواع ارز دیجیتال در دسته ذخیره ارزش قرار میگیرد، پروژههای دیگر برای اینکه کارایی خود را بهبود بخشند نیاز دارند که از الگوریتمهای جدیدتری استفاده کنند. مصرف انرژی بالا، مقیاس پذیری پایین و همچنین چالشهای ماینینگ از مهمترین مسائلی است که در الگوریتم اثبات کار باید مرتفع شود.
سوالات متداول
تفاوت اثبات کار و اثبات سهام چیست؟
در اثبات کار، رقابت بر سر توان محاسباتی است، اما در اثبات سهام، میزان دارایی استیک شده باعث انتخاب نود اعتبارسنج میشود. PoS انرژی کمتری مصرف میکند و بهرهوری بالاتری دارد.
آیا اثبات کار قابل هک شدن است؟
از نظر تئوری بله، اما برای حمله موفق نیاز به کنترل بیش از ۵۱٪ توان محاسباتی شبکه است که در عمل بسیار پرهزینه، دشوار و عملاً غیر ممکن است.
پاداش ماینرها در سیستم اثبات کار چگونه پرداخت میشود؟
ماینری که زودتر بلاک را استخراج کند، پاداشی شامل کوین جدید و کارمزد تراکنشهای آن بلاک دریافت میکند.
