الگوریتم اثبات کار چیست؟

الگوریتم اثبات کار چیست؟ مهم ترین ویژگی بیت کوین، تمرکز زدایی آن است. در واقع، بیت کوین بدون دخالت یک نهاد مرکزی عمل کرده و تراکنش های انجام شده در شبکه را بر روی یک دفتر کل دیجیتالی ثبت می کند. با این حال، در اینجا یک سؤال مهم مطرح می شود و آن سؤال این است که بدون وجود یک مرجع یا نهاد واسط که به عنوان داور نهایی عمل کند، چگونه شبکه بیت کوین تضمین می کند که هیچ کاربری نمی تواند بلاکچین را برای اهداف خود دستکاری  کند؟ قطعاً پاسخ این پرسش، مکانیسم اجماع اثبات کار یا همان (proof of work) است.

اگر شما هم جزء افرادی هستید که بارها این عبارت را شنیدید اما هنوز با معنی و مفهوم آن آشنا نیستید، نگران نباشید چون در این مقاله قصد داریم تا شما را با مکانیسم اجماع اثبات کار، ویژگی ها و مزایا و معایب آن به خوبی آشنا کنیم. پس تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.

مکانیسم اجماع اثبات کار (Proof of Work) چیست؟

مکانیسم اجماع اثبات کار (proof of work)، یک الگوریتم اجماع (مقاله ” الگوریتم اجماع چیست؟ ” را بخوانید) برای شبکه های بلاکچینی می باشد. در واقع، بیت کوین به عنوان یک دارایی دیجیتال در استفاده از PoW پیشگام شده است. به طورکلی می توان گفت که اثبات کار یک مکانیسم توافقی برای تأیید ماینرهایی است که هش هر بلاک را محاسبه کرده و بلاک جدید را به زنجیره بلاکچین اضافه می کنند.

برای درک بهتر این مکانیسم بهتر است به الگوریتم اجماع بیت کوین دقت کنید چرا که نمونه ای موفق و پایدار از اجرای مکانیسم اثبات کار است. مکانیسم اجماع اثبات کار به حل یک پازل ریاضی برای تعیین یک عدد زیر یک حد مشخص (nonce) متکی می باشد که این فرایند، منجر به ساخت بلاک بعدی در شبکه بلاکچین می شود. ماینرهایی که مسئول ساخت بلاک بعدی هستند به صورت قرعه کشی  انتخاب می شوند که این امر مستقیماً به قدرت محاسباتی (قدرت محاسبه هش) آن ها وابسته است. همانطور که ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر بیت کوین توضیح داده است:

«اثبات کار، مشکل تصمیم گیری را حل می کند. اگر هر یک آدرس IP، دارای یک رأی (one-IP-address-one-vote) در شبکه باشد، هر کسی که IPهای بیشتری در اختیار داشته باشد، می تواند شبکه را دچار مشکل کند. اما شعار اثبات کار این است که هر یک CPU، یک حق رأی (one-CPU-one-vote) در شبکه دارد. یعنی قدرت محاسباتی با حق رأی ارتباط مستقیم دارد. بنابراین زنجیره طولانی تر در یک شبکه نشان دهنده این است که تلاش بیشتری برای اثبات کار آن انجام شده است. بنابراین اگر اکثریت توان CPU در اختیار نودهای صادق شبکه باشد، زنجیره رشد بیشتری را تجربه خواهد کرد و از زنجیره های رقیب پیشی خواهد گرفت.»

Knottenbelt پروفسور دپارتمان محاسبات در امپریال کالج لندن می گوید: «اثبات کار از مکانیسم قرعه کشی استفاده می کند. ماینرها از تراکنش ها، بلاک هایی کاندید ایجاد می کنند که این بلاک ها باید چندین شرط سخت را برآورده کنند. آن ها سپس به بررسی این موضوع می پردازند تا ببینند آیا این شرایط محقق شده است یا خیر.»

جالب است بدانید که هش صحیح اکثر بلاک های کاندید پیدا نمی شود. بنابراین کار زیادی برای تأیید تراکنش های بیت کوین انجام می شود. به طور میانگین در شبکه بیت کوین ساخت هر بلاک، ۱۰ دقیقه زمان می برد و به منظور اطمینان از این موضوع که بلاک های جدید در فواصل زمانی منظم تولید می شوند، سختی شبکه افزایش یا کاهش می یابد.

به طورکلی دو شرکت کننده اصلی در مدل اجماع PoW وجود دارد: ماینرها و اپراتورهای نود کامل.

ماینرها

ماینرها شرکت کنندگانی هستند که برای حل کردن بلاک بعدی و انتشار آن در شبکه با یکدیگر رقابت می کنند. توجه داشته باشید که هر ۱۰ دقیقه یک بلاک به شبکه بلاکچین بیت کوین اضافه می شود و در نتیجه ماینر برنده در ۱۰ دقیقه، هم پاداش بلاک ( در حال حاضر معادل ۵/۱۲ بیت کوین ) و هم کارمزد تراکنش های بلاک را دریافت می کند. در واقع، این کار موجب ایجاد یک سیستم انگیزشی برای ماینرها می شود تا به دو دلیل اصلی در انتشار بلاک های خود صادق بمانند.

اولین دلیل این است که ماینرها هزینه های گزافی را بابت خرید تجهیزات سخت افزاری خود پرداخت می کنند تا در رقابت با سایر ماینرها حرفی برای گفتن داشته باشند. بنابراین اگر ماینرها بدخواهانه عمل کرده و بخواهند فرآیند استخراج را زیر سؤال ببرند و به اعتبار بیت کوین در این فرایند لطمه بزنند، سرمایه گذاری آن ها بر روی سخت افزارهایشان بی نتیجه خواهد ماند.

دومین دلیل این است که ماینرها پاداش بلاک خود را مستقیماً و به صورت بیت کوین دریافت می کنند و نه پول نقد. در نتیجه، آن ها در حال تبدیل یک منبع واقعی (الکتریسیته) به تولید BTC هستند. بعلاوه، با این کار به بلاکچین نوعی ارزش واقعی داده می شود چرا که ماینرها مایلند نه تنها یک ارز فیات (به شکل سخت افزار) بلکه یک منبع واقعی (الکتریسیته) را به BTC تبدیل کنند.

اپراتورهای نود کامل (Full Node Operators)

دومین شرکت کننده اصلی در PoW اپراتورهای نود کامل یا کاربران روزمره هستند که نقش نود کامل را اجرا می کنند. در واقع، نودهای کامل، کلاینت های نرم افزاری هستند که نرم افزار بیت کوین را اجرا کرده و به طور خودکار تراکنش ها و بلاک ها را در شبکه تأیید و منتشر می کنند. طبق شواهد رمزنگاری و قوانین اجماع بیت کوین، اپراتورهای نود کامل، ضربان قلب شبکه و تأیید کننده نهایی وضعیت شبکه هستند. علاوه بر این، کلاینت های نود کامل می توانند کلاینت های ماینینگ باشند و بلاک ها و تراکنش های نامعتبر شبکه را رد کنند.

دو نقد اصلی وارد بر PoW عبارت است از: مصرف انرژی بالا و کارایی پایین در اجرای تراکنش ها. همانطور که می دانید اغلب فرایندهای استخراج بیت کوین از طریق انرژی های تجدید پذیر انجام می شود و متعادل کردن هزینه های انرژی با ارزش کلی و تولید ثروت بیت کوین یک کار پیچیده است.

مدل PoW بیت کوین، ترکیبی از مشوق های تئوری بازی (game theory incentives)، محاسبات توزیع شده، اجماع اجتماعی، اقتصاد بازار و شواهد رمزنگاری می باشد. در واقع، این نوآوری به یک بلاکچین قدرت می دهد تا با اجماع ایمن، پایدار و توزیع شده کار کند و حضور بیش از یک دهه بیت کوین گواه عمیقی بر تأیید این موضوع است.

کدام دارایی های دیجیتال از مکانیسم اجماع اثبات کار استفاده می کنند؟

همانطور که در لیست زیر مشاهده می کنید به غیر از بیت کوین، تقریباً همه دارایی های دیجیتال مبتنی بر آن یا فورک شده از آن نیز از مکانیسم اجماع Proof of Work  استفاده می کنند.

• بیت کوین کش (Bitcoin Cash)
• بیت کوین SV (Bitcoin SV)
• لایتکوین (Litecoin)
• دوج کوین (Dogecoin)
• بیت کوین گلد (Bitcoin Gold)

همچنین طیف گسترده ای از دارایی های دیجیتال غیر مبتنی بر بیت کوین وجود دارد که در حال حاضر از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده می کنند.

• اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic)
• مونرو (Monero)
• Zcash
• کادنا (Kadena)
• ریون کوین (Ravencoin)
• سیاکوین (Siacoin)
• هوریزن (Horizen)
• دیجی بایت (DigiByte)

در حالیکه اثبات کار یکی از مکانیسم های رایج اجماع در دنیای کریپتوکارنسی ها می باشد اما در حال حاضر، تعداد زیادی از الگوریتم های اجماع معرفی شده اند که شاید معروف ترین آن ها، مکانیسم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) یا به اختصار PoS باشد. در واقع در اثبات سهام، کاربران به جای نیاز به قدرت محاسباتی بالا باید دارایی های دیجیتال خود را در شبکه استیک کنند تا شانس خود را برای انتخاب شدن به عنوان اعتبارسنج در شبکه بالا ببرند. جالب است بدانید در این مکانیسم، هرچه کاربر رمزارز بیشتری استیک کرده باشد، شانس انتخاب شدن او بالاتر می رود.

Knottenbelt در رابطه با مکانیسم اثبات سهام می گوید: «از لحاظ مفهومی، PoS بسیار جذاب است چرا که مراحل سرمایه گذاری و خرید سخت افزارهای گران قیمت و همچنین مصرف بالای انرژی را حذف می کند.» با این حال، طرفداران اثبات کار معتقدند که اثبات سهام و سایر مکانیسم های اجماع موجب ایجاد تمرکز شده و این دقیقاً همان چیزی است که اثبات کار برای اجتناب از آن طراحی شده است.

جیمی سانگ، نویسنده، مدرس و توسعه دهنده بیت کوین می گوید: «اثبات سهام اساساً متمرکز است و هیچ راهی وجود ندارد که بگوییم در صورت بروز تعارض باید به کدام مورد رسیدگی کنیم.»

مزایا و معایب Proof of Work

مزایا الگوریتم اجماع اثبات کار

• اثبات کار به طور گسترده توسط اکثر رمزارزهای محبوب استفاده می شود: پروتکل اثبات کار توسط شناخته شده ترین و بزرگترین دارایی دیجیتال یعنی بیت کوین مورد استفاده قرار می گیرد.
• بسیار امن: مکانیسم اجماع اثبات کار از منابع محاسباتی گسترده ای استفاده می کند که این کار موجب افزایش امنیت در شبکه های بلاکچینی می شود چرا که دستکاری زنجیره بلاکچینی یک رمزارز، مستلزم کنترل بیش از نیمی از منابع محاسباتی آن شبکه است.
• به ماینرها، رمزارز پاداش داده می شود: ماینرها می توانند از تأیید موفقیت آمیز بلاک های جدید سود کسب کنند.

معایب Proof of Work

• مصرف زیاد برق: اثبات کار به مقدار زیادی برق برای پشتیبانی از فعالیت های ماینینگ نیاز دارد.
• ممکن است به سخت افزار گران قیمت نیاز داشته باشند: ماینرها برای موفقیت و کسب سود، ممکن است به خرید سخت افزار گران قیمت و تخصصی نیاز داشته باشند.
• برای ماینرهای منفرد دشوار است: به دلیل نیاز به ظرفیت محاسباتی بالا، شرکت های بزرگ استخراج کریپتو و استخرهای ماینینگ نسبت به افرادی که به تنهایی کار می کنند، احتمال موفقیت بیشتری در استخراج کریپتو و کسب سود دارند.

جمع بندی

اثبات کار (proof of work) یک مکانیسم توافقی است که تضمین می کند، ماینرها تنها پس از انجام مقدار قابل توجهی کار محاسباتی برای اثبات معتبر بودن یک بلاک جدید، آن را به یک شبکه بلاکچینی اضافه  کنند. از آنجایی که اثبات کار، مستلزم سرمایه گذاری قابل توجهی در منابع است، احتمال تضعیف و آسیب به شبکه توسط ماینرها و شرکت کنندگان به شدت پایین است.

برای تأیید این موضوع می توان به شبکه بلاکچین بیت کوین اشاره کرد چرا که این شبکه به مدت ۱۲ سال و در مقیاس بزرگ از این الگوریتم اجماع استفاده کرده است. با این حال، Proof of Work به مقدار زیادی انرژی برق نیاز دارد و این همان چیزی است که منتقدان بیت کوین به آن استناد کرده و به همین دلیل استفاده از مکانیسم هایی مانند اثبات سهام را توصیه می کنند.

منبع