سختی شبکه (Difficulty) ، سیاستی از پیش تعیین شده!

سختی شبکه (Difficulty) یکی از اصطلاحات رایج در دنیای بلاک چین است. استخراج ارز دیجیتال می‌­تواند توسط هر فردی انجام گردد. هدف از استخراج، حل کردن مسئله‌­ای پیچیده برای اضافه کردن یک بلاک به بلاکچین است. این مسئله هش نام دارد. ماینرها با حل مسله و پیدا کردن هش صحیح، تراکنش‌­های درج شده در بلاک را تایید می‌کنند و بلاک در نهایت به شبکه اضافه می‌شود. در این مقاله به بررسی مفهوم سختی شبکه (Difficulty) یا سختی استخراج بیت کوین می پردازیم.

تعریف سختی شبکه (Difficulty)

سختی شبکه یا سختی استخراج یک واحد اندازه گیری است که در فرآیند استخراج بیت کوین مورد استفاده قرار می‌گیرد. سختی شبکه نشان می‌دهد که حل یک معمای رمزنگاری پیچیده چقدر دشوار است.

سختی بیت کوین چگونه محاسبه می‌شود؟

سختی شبکه (Difficulty) بیت‌کوین بعد از تولید هر 2016 بلاک بر اساس زمانی که برای کشف بلاک های قبلی لازم است تنظیم می‌شود. سختی شبکه بیت کوین هر دو هفته یک بار تغییر می‌کند تا زمان پیدا شدن هر بلاک به طور میانگین ۱۰ دقیقه باقی بماند و این زمان تغییر نکند. اگر استخراج 2016 بلاک بیش از دو هفته طول کشید، سختی بیتکوین افزایش می یابد. برای ثابت نگه داشت زمان لازم برای پردازش یک بلاک (در حدود 10 دقیقه)، سختی باید به صورت دوره‌ای تنظیم شود.

هدف از سختی شبکه (Difficulty)

در واقع سختی استخراج بیت کوین، مدت اضافه کردن بلاک به بلاکچین بیت کوین را ثابت نگه می دارد. ساتوشی ناکاموتو احتمالاً این زمان بلاک 10 دقیقه‌ای را عمداً طراحی کرده است. هدف او احتمالا ایجاد تعادل بین زمان تأیید بلاک اول و مقدار کار تلف شده به دلیل شکاف‌های زنجیره (فورک) بود.

تخمین زده می‌شود که برای انتشار اطلاعات آخرین بلاک از یک گره به دیگر گره‌های سراسر جهان، حدود 10 دقیقه زمان لازم است تا کل زنجیره بلاک همگام‌سازی شود. پس اگر بلاک‌ها سریعتر استخراج شوند، منجر به هدر رفتن تلاش ماینرها می‌شود، زیرا فقط یک تاریخچه واحد از تراکنش‌ها باید در شبکه نگهداری شود. در بلاکچین بیت کوین، فورک‌ها (زنجیره‌های موقتی شکل گرفته) کنار گذاشته می‌شوند. در اینجا سختی شبکه (Difficulty) در حفظ این فاصله 10 دقیقه‌ای و جلوگیری از اتلاف توان محاسباتی ماینرها، نقش ایفا می‌کند.

ارتباط سختی شبکه و هش ریت

هش ریت (HashRate) معیاری برای اندازه‌گیری عملکرد یک دستگاه ماینر است. به زبان ساده تر هش ریت، میزان سرعت و قدرت محاسباتی است که یک ماینر برای تولید بلاک در اختیار دارد تا پاداش استخراج را دریافت کند. همانطور که در بالا توضیح دادیم در فرآیند استخراج بیت‌کوین، بلاک‌های حاوی تراکنش‌های تاییدشده، قبل از اضافه شدن به بلاک چین هش یا رمزگذاری می‌شوند. به فرآیند هش شدن بلاک‌ها هشینگ (Hashing) نیز می‌گویند.

هش ریت، پاداش ماینرها و سختی شبکه به یکدیگر وابسته‌اند. به عبارت دیگر، هر چه سختی شبکه (Difficulty) بیت کوین بالاتر باشد، هش‌ریت یا قدرت محاسباتی بیشتری برای استخراج و تولید بلاک‌ها نیاز است. هر چه سختی شبکه بیت کوین به دلیل افزایش تعداد ماینرها، بالاتر رود، قدرت هش موردنیاز برای استخراج کردن هر بلاک افزایش پیدا می‌کند. این بدین معناست که تعداد حدس‌ها برای رسیدن به جواب صحیح و حل کردن معادله ریاضی مربوطه، بیشتر خواهد شد.

بدین ترتیب، بیشتر ماینرها انگیزه پیدا می‌کنند تا سخت افزارهای ماینینگ خود که قبلاً ناکارآمد بوده‌اند را روشن کنند یا تجهیزات بیشتری را برای استخراج خریداری کنند. با اضافه شدن تجهیزات ماینینگ به شبکه بیت کوین، هش ریت کلی شبکه هم افزایش می‌یابد. با هش ریت بالاتر، بلاک های بیت کوین با سرعت بیشتری استخراج می‌شوند و در نهایت منجر به افزایش سختی بیت کوین می‌شوند.

برعکس این موضوع هم درست است. اگر قیمت بیت کوین ناگهان افت کند، درآمد استخراج کاهش می‌یابد و هنگامی که پاداش استخراج نمی‌تواند هزینه های جاری برق برای کارکرد دستگاه‌های ماینینگ را جبران کند، برخی از ماینرها مجبور به خاموش کردن دستگاه‌های خود می‌شوند. هش ریت شبکه شروع به کاهش می‌کند و در نهایت سختی شبکه (Difficulty) رو به پایین تنظیم می‌شود.

سختی استخراج بیت کوین نشان می‌دهد که یافتن هش صحیح برای هر بلاک چقدر دشوار و وقت‌گیر است.

سختی شبکه در فرآیند استخراج

فرآیند استخراج در اینجا به روشی ساده شرح داده شده است: ماینرها بطور مکرر و بصورت رمزنگاری شده بلاک ساخته شده را هر بار با یک نانس متفاوت هش می‌کنند. هر زمان که هش به سختی هدف (Target Difficulty) برسد، بلاک مربوطه استخراج می‌شود و سپس ماینر حق دارد این بلاک را به بلاکچین اضافه کرده و منتشر کند. سختی هر بلاک مستقیماً بر زمان تولید بلاک تأثیر می‌گذارد. زمان تولید بلاک همچنین تحت تأثیر قدرت محاسباتی کل ماینرهای شبکه که اصطلاحاً هش ریت نامیده می‌شود، قرار دارد. اندازه گیری هش ریت سخت است، اما میزان آن به کمک سختی شبکه (Difficulty) و زمان تولید بلاک مشخص می‌شود. بلاک چین‌های مبتنی بر گواهی کار (PoW) باید سختی شبکه را تنظیم کنند تا اطمینان حاصل شود که زمان تولید بلاک مورد انتظار تقریباً ثابت است. بنابراین، تخمین دقیق میزان هش و کنترل سختی مناسب برای پایداری یک بلاکچین مبتنی بر PoW بسیار مهم است.

روند تکامل تجهیزات استخراج از آغاز تا کنون

تجهیزات استخراج از زمان ظهور بیت کوین به طرز قابل توجهی تکامل یافته است. در روزهای ابتدایی، اولین ماینرها از پردازنده‌های رایانه‌های شخصی خود برای استخراج بیت کوین استفاده کردند. سرانجام ماینرها دریافتند که کارت‌های گرافیک برای استخراج بیت کوین مناسب ترند. با این حال، کارت های گرافیک نیز به انرژی بیشتری نیاز دارند. در سال‌های اخیر، آسیک ماینرها (ASIC)  به طور تخصصی برای استخراج بیت کوین ساخته شده است. در حال حاضر، بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال از طریق استخرها (Pool) استخراج می‌شوند. جایی که بسیاری از ماینرها در تلاش برای دریافت پاداش ، با هم متحد می شوند.

حل معماهای ریاضی برای ایجاد بلاک معتبر به مقدار زیادی قدرت محاسباتی نیاز دارد. از آنجا که سختی شبکه (Difficulty) به طور مداوم در حال افزایش است، ماینرها در استخرهای استخراج بیت کوین با هم متحد می‌شوند و معماهای ریاضی را حل می‌کنند. اولین ماینر یا استخری که هش مناسب را پیدا می کند، پاداش را دریافت می‌کند.

استخراج بیت کوین مانند جستجوی سوزن در انبار کاه است. هش‌های بسیاری ایجاد می شوند، اما فقط یکی از آنها درست است.

وقتی آخرین بیت کوین استخراج شد، چه پیش می آید؟

برخلاف طلا، که هنوز ذخایر کشف نشده آن در سراسر کره زمین وجود دارد، بیت کوین دارای تعداد محدود و مشخص  21 میلیون واحد است. هم اکنون بیش از 85٪ از کل بیت کوین‌ها استخراج شده است و تخمین زده می‌شود آخرین بیت کوین تا سال 2140 استخراج شود.

پس از استخراج 21 میلیون بیت کوین، ماینرها برای ادامه کار خود باید به شبکه بیت کوین کمک کنند. بلاک های جدید کماکان تولید می‌شوند، اما پاداش‌ها تغییر می‌کند. ماینرها به جای دریافت BTCهای جدید به عنوان پاداش، سهمی از کارمزد تراکنش‌هایی که توسط افراد در شبکه انجام می‌شوند را دریافت می‌کنند.

لازم به ذکر است که حداکثر سختی شبکه (Difficulty) برای بیت کوین وجود ندارد. ممکن است تا زمان استخراج همه بیت کوین ها سختی افزایش یابد، که انتظار می‌رود این اتفاق در سال 2140 بیفتد. علاوه بر این، ضریب سختی استخراج می‌تواند جهش‌های زیادی در مقایسه با 2016 بلاک قبلی داشته باشد. افزایش سختی بیش از 15٪ در دنیای بیت کوین امر غیرمعمولی نیست.

نتیجه گیری

سختی شبکه (Difficulty) معیاری است برای استخراج بیت کوین یا به عبارتی فنی‌تر، یافتن هش صحیح (Hash Target). زیاد بودن سختی شبکه به این معنی است که برای استخراج یک بلاک، قدرت محاسباتی بیشتری لازم است و شبکه در برابر حملات ایمن‌تر می‌شود.