مطمئنا اصطلاح فرایند اثبات کار در دنیای کریپتو به گوش شما خورده است. به احتمال زیاد اطلاعاتی کلی مانند اینکه بیت کوین از آن استفاده می‌کند یا بسیار پر مصرف است هم از آن دارید. همچنین ارتقای بلاکچین اتریوم از اثبات کار به اثبات سهام نیز اخیرا سر و صدای زیادی کرده است. اما اثبات کار دقیقا چیست و چگونه عمل می‌کند؟ اگر می‌خواهید نگاهی دقیق‌تر به این پدیده ارزهای دیجیتال داشته و آگاهی عمیق‌تری از آن به دست آورید، با فکت کوینز همراه باشید.
فرایند اثبات کار چیست؟
اثبات کار Proof-of-Work یا (PoW)، الگوریتم اجماع اصلی در شبکه بلاکچین به شمار می‌رود. در بلاکچین از این الگوریتم برای تایید تراکنش‌ها و تولید بلوک‌های جدید برای زنجیره استفاده می‌شود. ماینرها در Proof-of-Work برای تکمیل تراکنش‌های شبکه و دریافت پاداش با یکدیگر رقابت میکنند.
کاربران در یک بلاکچین برای یکدیگر ارزهای دیجیتال ارسال میکنند. یک دفتر کل غیرمتمرکز یا همان بلاکچین نیز تمام تراکنش‌ها را در قالب بلوک‌های به هم پیوسته جمع‌آوری می‌کند. با این حال، باید در تایید تراکنش‌ها و ترتیب بلوک‌ها دقت فراوانی به کار گرفته شود. این مسئولیت بر دوش گره‌ها یا نودهای خاصی به نام ماینر در قالب فرآیندی به نام ماینینگ انجام می‌شود. اصول کار نیز حل یک معمای ریاضی پیچیده بر پایه کشف یک راه‌حل اثباتی خواهد بود.
منظور از معمای ریاضی چیست؟
معما یا پازل ریاضی به مسئله‌ای اطلاق می‌شود که برای حل آن به قدرت محاسباتی زیادی نیاز باشد. تعداد زیادی از این پازل‌های ریاضی وجود دارد که به عنوان مثال می‌توان از موارد زیر نام برد.
- تابع هش: به نحوه یافتن عدد ورودی با دانستن عدد خروجی اشاره دارد.
- فاکتورسازی اعداد صحیح : به عبارت دیگر همان نحوه ارائه یک عدد از طریق ضرب دو عدد دیگر است.
- پروتکل پازل تور با راهنما: اگر سرور به یک حمله DoS مشکوک شود، به محاسبه توابع هش برای برخی از گره‌ها به ترتیب تعریف شده نیاز دارد. در این مورد، مشکل «نحوه یافتن زنجیره‌ای از مقادیر تابع هش» خواهد بود.
پاسخ مسئله اثبات کار (PoW) یا معادله ریاضی آن را ، هش می‌نامند. همان‌طور که شبکه در حال رشد است، با مشکلات بیشتری روبرو می‌شود. الگوریتم‌ها به مرور زمان به قدرت هش بیشتر و بیشتری برای حل شدن نیاز خواهند داشت. بنابراین، پیچیدگی کار نیز بیشتر می‌شود و این امر به یک موضوع حساس بدل خواهد شد.
پیچیدگی حل معمای ریاضی
کار دقیق و سرعت سیستم بلاکچین به حل این پازل‌ها بستگی دارد. اما مشکل نباید خیلی پیچیده شود. زیرا اگر این‌طور باشد، تولید هر بلوک زمان بسیار زیادی خواهد برد. تراکنش‌ها نیز برای موفق یا اجرا شدن دچار اختلال خواهند شد و درنتیجه گردش مالی برای مدتی معلق خواهد ماند. بنابراین اگر نتوان پازل‌ها را در یک بازه زمانی مشخص حل کرد، تولید هر بلوک به نوعی نیازمند معجزه خواهد بود.
اما از سوی دیگر اگر پازل خیلی هم آسان باشد، فرایند Proof-of-Work مستعد آسیب‌پذیری، حملات DoS و اسپم خواهد شد. راه‌حل ارائه شده در عین حال باید به راحتی قابل اعتبارسنجی باشد. در غیر این صورت، حتی با فرض صحیح بودن محاسبات نیز همه ماینرها قادر به تجزیه و تحلیل و اعتبارسنجی آن‌ها نخواهند بود. اگر ماینرها نتوانند صحت راه‌حل را تایید کنند، باید به گره‌های دیگر اعتماد کرد که نقض کننده یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های بلاکچین یعنی شفافیت خواهد بود.
چگونگی پیاده‌سازی الگوریتم در بلاکچین
ماینرها معما را حل میکنند و با تشکیل بلوک جدید به تایید تراکنش‌های یک زنجیره هوشمند می‌پردازند. پیچیدگی هر معما به تعداد کاربران، توان فعلی و بار شبکه اصلی بلاکچین بستگی خواهد داشت.
در عین حال هش هر بلوک حاوی هش بلوک قبلی هم هست که می‌تواند امنیت شبکه را افزایش داده و از هرگونه نقض بلاک جلوگیری کند.
هر ماینری که زودتر موفق به حل معما شود، بلوک جدید را تشکیل خواهد داد. تراکنش‌ها نیز در این بلوک قرار گرفته و تایید شده تلقی خواهند شد.
موارد استفاده از فرایند اثبات کار
اثبات کار (Proof-of-Work) برای بسیاری از بلاکچین‌ها و ارزهای دیجیتال استفاده می‌شود که معروف‌ترین کاربرد آن‌ها بیت کوین است. درواقع همین بیت کوین بود که پایه و اساس این نوع از اجماع را ابداع کرد.
معماهای بیت کوین را در اصطلاح هش کش (Hashcash) می‌نامند. این الگوریتم به بیت کوین اجازه می‌دهد تا پیچیدگی یک معما را بر اساس قدرت کل شبکه تغییر دهد. میانگین زمان تشکیل هر بلوک در این زنجیره حدود 10 دقیقه خواهد بود. ارزهای دیجیتال مبتنی بر بیت کوین مانند لایت کوین نیز به سیستم مشابهی مجهز هستند.
از دیگر پروژه‌های بزرگ اجرا شده با فرایند PoW نیز می‌توان به اتریوم اشاره کرد. البته در تاریخ 15 سپتامبر الگوریتم اجماع اتریوم هم به اثبات سهام تغییر پیدا خواهد کرد. در عین حال از هر چهار پروژه ارز دیجیتال تقریباً سه پروژه آن‌ها بر روی بلاکچین اتریوم اجرا می‌شوند. بنابراین می‌توان گفت که اکثر برنامه‌های کریپتو از مدل اثبات کار یا PoW استفاده میکنند. البته با مرج اتریوم و شیفت آن از Proof-of-Work به اثبات سهام، شاهد بر هم خوردن این نسبت به نفع فرایند اثبات سهام (PoS) خواهیم بود.
مزایای الگوریتم اثبات کار
مزایای اصلی اثبات کار را می‌توان در دفاع ضد حملات DoS و تاثیر کم استیک بر احتمالات ماینینگ دانست. Proof-of-Work برای دفاع در برابر حملات هکری محدودیت‌هایی را روی اقدامات شبکه اعمال می‌کند. بنابراین هکرها برای موفقیت خود نیاز به تلاش و منابع بیشتری خواهند داشت.
بیشتر بخوانید : استیکینگ رمز ارزها (Staking) ؛ کسب درآمد غیر فعال از رمز ارزها
درواقع یک حمله کارآمد هکری به بلاکچین Proof-of-Work به قدرت محاسباتی و زمان زیادی برای انجام محاسبات نیاز دارد. بنابراین، حمله هکری ممکن هست اما به نوعی بی‌فایده خواهد بود، زیرا هزینه‌های آن بسیار زیاد است و توجیه اقتصادی ندارد.
در Proof-of-Work مهم نیست که چقدر سهام ارز دیجیتال در کیف خود داشته باشید. زیرا داشتن قدرت محاسباتی زیاد برای حل پازل‌ها و تشکیل بلوک‌های جدید است که اهمیت دارد. بنابراین، دارندگان مقادیر هنگفت از آن ارز دیجیتال نمی‌توانند برای کل شبکه تصمیم بگیرند.
معایب الگوریتم اثبات کار
از معایب اصلی فرایند اثبات کار می‌توان به هزینه‌های هنگفت، بی‌فایده بودن ذاتی محاسبات و حمله 51 درصدی دانست. استخراج رمز ارز با این فرایند به سخت‌افزار کامپیوتری بسیار تخصصی برای اجرای الگوریتم‌های پیچیده نیاز دارد. هزینه‌ها غیرقابل مدیریت است و استخراج فقط توسط مزارع ماینینگ و دستگاه‌های مخصوص استخراج یعنی اسیک (ASIC) امکان‌پذیر است.
بیشتر بخوانید : استخراج رمزارزها چیست و قوانین استخراج آن‌ها در ایران چگونه است؟
این ماشین‌های تخصصی برای انجام محاسبات خود به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارند که هزینه‌های زیادی را در بر می‌گیرد. هزینه‌های زیاد به سودهای کلان هم نیاز خواهد داشت و این موضوع می‌تواند عدم تمرکز سیستم‌هایی مانند بیت کوین را تهدید کند.
اما منظور از بی‌فایده بودن ذاتی محاسبات چیست؟ درواقع ماینرها برای تولید هر بلوک، محاسبات زیادی انجام می‌دهند و انرژی زیادی مصرف میکنند. با این حال، از محاسبات انجام شده توسط آن‌ها در هیچ جای دیگری نمی‌توان استفاده کرد. این محاسبات می‌توانند امنیت شبکه را تضمین کنند اما در تجارت، علم یا هر زمینه دیگری قابلیت کاربرد ندارند.
حمله 51 درصدی چیست؟
حمله 51 درصدی یا حمله اکثریت، زمانی اتفاق می افتد که یک کاربر یا گروهی از کاربران بتوانند استخراج رمز ارز را به کنترل در آورند. بدین ترتیب مهاجمان قدرت کافی برای کنترل بیشتر رویدادهای شبکه را در اختیار خواهند داشت. آن‌ها می‌توانند تولید بلوک‌های جدید و به تبع آن دریافت پاداش‌ها را به انحصار خود درآورند. زیرا قادر خواهند بود تا از تکمیل بلوک‌های دیگر استخراج‌کنندگان جلوگیری کنند.
حمله اکثریت می‌تواند معاملات را معکوس کند. بیایید فرض کنیم شخص A با استفاده از بلاکچین مقداری پول برای B می‌فرستد. در عین حال A شریک حمله 51 درصدی باشد اما B نه. بنابراین تراکنش در بلوک قرار می‌گیرد اما مهاجمان اجازه انتقال پول را نمی‌دهند. بدین ترتیب شاهد وقوع یک فورک در زنجیره خواهیم بود.
بیشتر بخوانید : فورک اثبات کار اتریوم (ETHW)؛ نعمت یا نغمت؟
بنابراین ، دیگر ماینرها هم تشویق می‌شوند تا به یکی از این دسته ها بپیوندند. بنابراین داشتن اکثریت قدرت محاسباتی به این معنی است که زنجیره آن‌ها دارای بلوک‌های بیشتری خواهد بود.
در شبکه بلاکچین نیز شاخه‌ای که طولانی‌تر باشد، باقی خواهد ماند و زنجیره کوتاه‌تر رد خواهد شد.
البته حمله 51 درصدی خیلی سودآور نیست، زیرا به قدرت استخراج بسیار زیادی نیاز دارد.
جمع‌بندی
فرایند اثبات کار (Proof-of-Work) اگرچه امنیت بالایی دارد اما به نظر می‌رسد که معایب آن بر مزایای آن می‌چربند. به همین دلیل است که اتریوم با وجود حاشیه‌های فراوان قصد دارد به سمت الگوریتم اثبات سهام کوچ کند. به نظر می‌رسد با افزایش نیاز به انرژی و مسائل پدید آمده در جهان به دلیل جنگ اوکراین، فشارها بر دیگر اکوسیستم‌هایی نظیر بیت کوین نیز افزایش یابد.
اگر فناوری نتواند مصرف انرژی را در دستگاه‌های ماینر کاهش دهد، شاید همه بلاکچین‌ها مجبور شوند به سمت به کار گیری الگوریتم اثبات سهام حرکت کنند.
در الگوریتم اجماع PoW یا Proof-of-Work ، ماینرها برای حل یک معمای رمزنگاری پیچیده تلاش میکنند تا فرصتی برای پیوست بلوک بعدی به بلاکچین و کسب پاداش فعالیت انجام شده و انرژی مصرف شده را داشته باشند.
در الگوریتم اثبات سهام هولدرها دارایی های خود را در شبکه قفل میکنند تا به عنوان ولیدیتور یا اعتبار سنج بلاک چین انتخاب شوند تا بتوانند در فرآیند تایید تراکنش ها شرکت کنند و ضمن ایجاد بلوک های جدید قسمتی از کارمزد تراکنش ها را از آنِ خود کنند.
