مهم‌ترین ویژگی بیتکوین، تمرکززدایی آن است. در واقع، بیتکوین بدون دخالت یک نهاد مرکزی عمل کرده و تراکنش‌های انجام شده در شبکه را بر روی یک دفتر کل دیجیتالی ثبت می‌کند. با این حال، در اینجا یک سؤال مهم مطرح می‌شود و آن سؤال این است که بدون وجود یک مرجع یا نهاد واسط که به عنوان داور نهایی عمل کند، چگونه شبکه بیتکوین تضمین می‌کند که هیچ کاربری نمی‌تواند 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، ویژگی‌ها 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 برای شبکه‌های بلاکچینی می‌باشد. در واقع، بیتکوین به عنوان یک دارایی دیجیتال در استفاده از PoW پیشگام شده است. به‌طورکلی می‌توان 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 می‌کنند.
برای درک بهتر این مکانیسم بهتر است به الگوریتم اجماع بیتکوین دقت کنید چرا که نمونه‌ای 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 می‌باشد که این فرایند، منجر به ساخت بلاک بعدی در شبکه بلاکچین می‌شود. ماینرهایی که مسئول ساخت بلاک بعدی هستند به صورت قرعه‌کشی انتخاب می‌شوند که این امر مستقیماً به قدرت محاسباتی (قدرت محاسبه هش) آن‌ها وابسته است. همانطور که ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر بیتکوین توضیح داده است:
«اثبات کار، مشکل تصمیم‌گیری را حل می‌کند. 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، می‌تواند 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 طولانی‌تر در یک شبکه نشان‌دهنده 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 زنجیره‌های رقیب پیشی خواهد گرفت.»
Knottenbelt پروفسور دپارتمان محاسبات در امپریال کالج لندن می‌گوید: «اثبات کار از مکانیسم قرعه‌کشی استفاده می‌کند. ماینرها از تراکنش‌ها، بلاک‌هایی کاندید ایجاد می‌کنند که این بلاک‌ها باید چندین شرط سخت را برآورده کنند. آن‌ها سپس به بررسی این موضوع می‌پردازند تا ببینند آیا این شرایط محقق شده است یا خیر.»
جالب است بدانید که هش صحیح اکثر بلاک‌های کاندید پیدا نمی‌شود. بنابراین کار زیادی برای تأیید تراکنش‌های بیتکوین انجام می‌شود. به‌طور میانگین در شبکه بیتکوین ساخت هر بلاک، ۱۰ دقیقه زمان می‌برد و به منظور اطمینان از این موضوع که بلاک‌های جدید در فواصل زمانی منظم تولید می‌شوند، سختی شبکه افزایش یا کاهش می‌یابد.
به‌طورکلی دو شرکت‌کننده اصلی در مدل اجماع PoW وجود دارد: ماینرها و اپراتورهای نود کامل.
ماینرها
ماینرها شرکت‌کنندگانی هستند که برای حل کردن بلاک بعدی و انتشار آن در شبکه با یکدیگر رقابت می‌کنند. توجه داشته باشید که هر ۱۰ دقیقه یک بلاک به شبکه بلاکچین بیتکوین اضافه می‌شود و در نتیجه ماینر برنده در ۱۰ دقیقه، هم پاداش بلاک (در حال حاضر معادل ۵/۱۲ بیتکوین) و هم کارمزد تراکنش‌های بلاک را دریافت می‌کند. در واقع، این کار موجب ایجاد یک سیستم انگیزشی برای ماینرها می‌شود تا به دو دلیل اصلی در انتشار بلاک‌های خود صادق بمانند.
اولین دلیل این است که ماینرها هزینه‌های گزافی را بابت خرید تجهیزات سخت‌افزاری خود پرداخت می‌کنند 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 بیتکوین در این فرایند لطمه بزنند، سرمایه‌گذاری آن‌ها بر روی سخت افزارهایشان بی نتیجه خواهد ماند.
دومین دلیل این است که ماینرها پاداش بلاک خود را مستقیماً و به صورت بیتکوین دریافت می‌کنند و نه پول نقد. در نتیجه، آن‌ها در حال تبدیل یک منبع واقعی (الکتریسیته) به تولید BTC هستند. بعلاوه، با این کار به بلاکچین نوعی ارزش واقعی داده می‌شود 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 شرکت‌کننده اصلی در PoW اپراتورهای نود کامل یا کاربران روزمره هستند که نقش نود کامل را اجرا می‌کنند. در واقع، نودهای کامل، کلاینت‌های نرم‌افزاری هستند که نرم‌افزار بیتکوین را اجرا کرده و به‌طور خودکار تراکنش‌ها و بلاک‌ها را در شبکه تأیید و منتشر می‌کنند. طبق شواهد رمزنگاری و قوانین اجماع بیتکوین، اپراتورهای نود کامل، ضربان قلب شبکه و تأیید‌کننده نهایی وضعیت شبکه هستند. علاوه بر این، کلاینت‌های نود کامل می‌توانند کلاینت‌های ماینینگ باشند و بلاک‌ها و تراکنش‌های نامعتبر شبکه را رد کنند.
دو نقد اصلی وارد بر PoW عبارت است از: مصرف انرژی بالا و کارایی پایین در اجرای تراکنش‌ها. همانطور که می‌دانید اغلب فرایندهای استخراج بیتکوین از طریق انرژی‌های تجدید پذیر انجام می‌شود و متعادل کردن هزینه‌های انرژی با ارزش کلی و تولید ثروت بیتکوین یک کار پیچیده است.
مدل PoW بیتکوین، ترکیبی از مشوق‌های تئوری بازی (game theory incentives)، محاسبات توزیع شده، اجماع اجتماعی، اقتصاد بازار و شواهد رمزنگاری می‌باشد. در واقع، این نوآوری به یک بلاکچین قدرت می‌دهد تا با اجماع ایمن، پایدار و توزیع شده کار کند و حضور بیش از یک دهه بیتکوین گواه عمیقی بر تأیید این موضوع است.
کدام دارایی‌های دیجیتال از مکانیسم اجماع اثبات کار استفاده می‌کنند؟
همانطور که در لیست زیر مشاهده می‌کنید به غیر از بیتکوین، تقریباً همه دارایی‌های دیجیتال مبتنی بر آن یا فورک شده از آن نیز از مکانیسم اجماع Proof of Work استفاده می‌کنند.
- بیتکوین‌کش (Bitcoin Cash)
- بیتکوین SV (Bitcoin SV)
- لایتکوین (Litecoin)
- دوج‌کوین (Dogecoin)
- بیتکوین‌گلد (Bitcoin Gold)
همچنین طیف گسترده‌ای از دارایی‌های دیجیتال غیر مبتنی بر بیتکوین وجود دارد که در حال حاضر از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده می‌کنند.
- اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic)
- مونرو (Monero)
- Zcash
- کادنا (Kadena)
- ریون‌کوین (Ravencoin)
- سیاکوین (Siacoin)
- هوریزن (Horizen)
- دیجی‌بایت (DigiByte)
در حالیکه اثبات کار یکی از مکانیسم‌های رایج اجماع در دنیای کریپتوکارنسی‌ها می‌باشد اما در حال حاضر، تعداد زیادی از الگوریتم‌های اجماع معرفی شده‌اند که شاید معروف‌ترین آن‌ها، 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 دارایی‌های 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 می‌رود.
Knottenbelt در رابطه با مکانیسم اثبات سهام می‌گوید: «از لحاظ مفهومی، PoS بسیار جذاب است چرا که مراحل سرمایه‌گذاری و خرید سخت‌افزارهای گران قیمت و همچنین مصرف بالای انرژی را حذف می‌کند.» با این حال، طرفداران اثبات کار معتقدند که اثبات سهام و سایر مکانیسم‌های 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 توسعه‌دهنده بیتکوین می‌گوید: «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 می‌شود: پروتکل اثبات کار توسط شناخته‌شده‌ترین و بزرگترین دارایی دیجیتال یعنی بیتکوین مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- بسیار امن: مکانیسم اجماع اثبات کار از منابع محاسباتی گسترده‌ای استفاده می‌کند که این کار موجب افزایش امنیت در شبکه‌های بلاکچینی می‌شود چرا که دستکاری زنجیره بلاکچینی یک رمزارز، مستلزم کنترل بیش از نیمی از منابع محاسباتی آن شبکه است.
- به ماینرها، رمزارز پاداش داده می‌شود: ماینرها می‌توانند از تأیید موفقیت آمیز بلاک‌های جدید سود کسب کنند.
معایب Proof of Work
- مصرف زیاد برق: اثبات کار به مقدار زیادی برق برای پشتیبانی از فعالیت‌های ماینینگ نیاز دارد.
- ممکن است به سخت‌افزار گران قیمت نیاز داشته باشند: ماینرها برای موفقیت و کسب سود، ممکن است به خرید سخت‌افزار گران قیمت و تخصصی نیاز داشته باشند.
- برای ماینرهای منفرد دشوار است: به دلیل نیاز به ظرفیت محاسباتی بالا، شرکت‌های بزرگ استخراج کریپتو و استخرهای ماینینگ نسبت به افرادی که به تنهایی کار می‌کنند، احتمال موفقیت بیشتری در استخراج کریپتو و کسب سود دارند.
جمع‌بندی
اثبات کار (proof of work) یک مکانیسم توافقی است که تضمین می‌کند، 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 سرمایه‌گذاری قابل توجهی در منابع است، احتمال تضعیف و آسیب به شبکه توسط ماینرها و شرکت‌کنندگان به شدت پایین است.
برای تأیید این موضوع می‌توان به شبکه بلاکچین بیتکوین 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 بیتکوین به آن استناد کرده و به همین دلیل استفاده از مکانیسم‌هایی مانند اثبات سهام را توصیه می‌کنند.
