مکانیزم اثبات کار یا Proof-of-work چیست؟

منبع: Adobe Stock

با افزایش ارزهای دیجیتال در سال 2021، میراث بیت کوین قوی تر و قوی تر می شود.  همانطور که موسسات به سرمایه گذاری در بیت کوین ادامه می دهند و برنامه های غیرمتمرکز همچنان راه خود را به دست عموم باز می کنند، تعداد فزاینده ای از مردم می خواهند بدانند این فناوری های جدید چگونه کار می کنند. در نهایت، اگر یک کاربر کنجکاو رمزارز با ماینینگ مواجه شود، احتمالاً کاربر با اصطلاح اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) مواجه خواهد شد.

بیایید ببینیم که چگونه این مکانیسم برای اولین بار به وجود آمد تا تصویر کلی بهتری از ارز دیجیتال بدست آوریم.

تاریخچه مختصری از اثبات کار(pow)

مکانیزم اثبات کار ریشه در فناوری ایمیل دارد.  پیام‌های اسپم در اوایل دهه 1990 رایج بود و مقاله‌ای توسط دو استاد دانشگاه به نام‌های سینتیا دورک و مونی ناور در این زمان منتشر شد که چگونه می‌توان این پیام‌های اسپم را متوقف کرد.  در سال 1992، رمزنگاری قبلاً برای زنجیره ای از بلوک ها در اسناد استفاده می شد.  با این حال، تنها در سال 2004، کار اصلی از طریق توکن‌های توسعه‌یافته انجام شد که به کاربران اجازه می‌داد تا به طور مداوم هر توکن را در یک سرور قانونی تأیید کنند.

ساتوشی ناکاموتو، بنیانگذار ناشناس بیت کوین، به دلیل سقوط مالی سال 2008، از چندین فناوری برای ایجاد مکانیزم اجماع استفاده کرد که اکنون در رمزارز به عنوان اثبات کار می شناسیم.  امروزه Proof-of-Work در شبکه هایی مانند بیت کوین، لایت کوین، اتریوم و دوج کوین پیاده سازی شده است.  با وجود این واقعیت که پروتکل‌های جدیدتر برای برنامه‌های غیرمتمرکز در حال آزمایش مکانیسم‌های اجماع جایگزین مانند  اثبات سهام (Proof-of-Stake) هستند، هنوز هم به عنوان امن‌ترین و آزمایش‌شده‌ترین الگوریتم اجماع در زمان در نظر گرفته می‌شود. dPoS و سایر الگوریتم‌های تجربی که از تلفیقی از Proof-of-Work و Proof-of-Stake استفاده می‌کنند.

اثبات کار چیست؟

بیت کوین و سایر شبکه ها بر اساس مکانیزم اجماع اثبات کار (PoW) عمل می کنند.  مکانیسم های اجماع چیزی است که به کل سیستم اجازه می دهد تا در مورد وضعیت فعلی شبکه به توافق برسد و نیاز به مشارکت هر دو ماینرهایی دارد که به عنوان اعتبار سنجی تراکنش ها عمل می کنند و همچنین گره های فردی که قوانین اجماع را اجرا می کنند.  این حیاتی است که هر گره منفرد دارای کپی یکسانی از دفتر کل باشد و قوانین اجماع یکسانی را به منظور «در اجماع» اجرا کند.

اگر یک گره رایانه دارای یک نسخه از پروتکل بیت کوین باشد در حالی که دیگری نسخه کمی متفاوت از بیت کوین را اجرا می کند، آنگاه شبکه سازگار نیست.  از آنجایی که بیت‌کوین و سایر پروتکل‌های بلاک چین عملکردی دارند که هر تراکنش را به‌طور دائم در یک دفتر کل دیجیتال ثبت می‌کنند، یک«اجماع» متفاوت در مورد نحوه عملکرد دفتر کل دیجیتال می‌تواند عملکرد را مطرح کند.  به زبان ساده، هر رایانه باید «در اجماع» باشد تا بلاک چین معتبر باشد.

یکی از عوامل اصلی تمرکززدایی این است که تابع یک مرجع مرکزی نباشیم، زیرا قوانین حاکم بر هر پروژه بلاک چین به ریاضیات و کدها پایبند هستند. این جایگزین یک مرجع متمرکز است که نحوه اجرای یک پروتکل را دیکته می کند.  اشکالات، البته، موجودیت هایی هستند که می توانند از قدرت خود در یک سیستم سوء استفاده کنند.  به این ترتیب، الگوریتم‌های اجماع یکی از عناصر کلیدی برای دستیابی به یک سیستم عملکردی مستحکم و در عین حال قابل اعتماد هستند.

به عنوان مکانیزم امنیتی، PoW همچنین از انرژی و محاسبات برای محافظت از شبکه در برابر حملات استفاده می کند.  با استفاده از رمزنگاری، هش ها و پازل های پیچیده، PoW کار می کند تا اطمینان حاصل کند که دفتر کل دیجیتال(ledger) برای همیشه غیرقابل تغییر باقی می ماند. برای تغییر زنجیره بلوکی و دستکاری در بلاک ها، باید قدرت محاسباتی و سخت‌افزار گسترده‌ای داشت که بتواند الگوریتم‌های دشواری دنیای ماورایی را حل کند.  این همان چیزی است که شبکه های بلاک چین Proof-of-Work را بسیار ایمن می کند.

استخراج(ماینینگ) و اثبات کار

مرکز استخراج جنسیس. منبع: Marco Krohn / Wikimedia Commons.

در crypto-speak، ماینینگ و اثبات کار مترادف شده اند.  به راحتی می توان فهمید که چرا: PoW به کار اثباتی اشاره دارد که از طریق صرف انرژی انجام شده است. به نوبه خود، ماینرها بیتکوینی که به عنوان پاداش بلاک گرفته اند را به اشتراک می گذارند که اغلب به آن «ماینینگ بیت کوین» می گویند.

در روزهای اولیه، استخراج سکه بسیار ساده‌تر بود، زیرا افراد کمی بیت‌کوین، لایت‌کوین، اتریوم و غیره را استخراج می‌کردند. چون بلاک‌های زیادی ایجاد نشده بود، رقابتی نبود.  بلاک ها جایی هستند که داده های تراکنش به طور دائم در بلاک چین ثبت می شوند. استخراج بلوک به یافتن راه حلی برای مسئله ریاضی اشاره دارد و ماینرها پاداش برای استخراج بلوک و هزینه تراکنش دریافت می کنند.  بر اساس تعداد ماینرهای موجود، هر2016 بلاک، دشواری استخراج بیت کوین به صورت صعودی یا نزولی تنظیم می شود.  به این ترتیب، میانگین زمان هر بلوک همیشه تقریباً 10 دقیقه است.

در گذشته، از هر رایانه شخصی قدیمی برای استخراج بیت کوین استفاده کنیم. در طول سال‌ها، دشواری استخراج تا جایی افزایش یافت و در نتیجه برای استخراج به GPU یا ماشین‌های تخصصی به نام ASIC نیاز داشتید.  اکنون موقعیتی دارید که در آن کل مزارع ماینینگ فقط برای رقابت در استخراج بیت کوین ساخته شده اند. استخراج بیت کوین لزوماً سودآور نیست مگر اینکه منابع وسیع و انرژی ارزان داشته باشید.

به طور خلاصه، ماینینگ اینگونه عمل می کند. بیایید بگوییم که من از شما میخواهم بین یک عدد 1-20 حدس بزنید.  آسان است، درست است؟  همه ما در کودکی این بازی را انجام می دادیم. اما فرض کنید می‌خواهم عددی را بین ۱ تا ۱ میلیارد حدس بزنید. کمی سخت  شد. حالا می‌خواهم یک رشته 64 رقمی از 16 علامت، از 1-10 و حروف A-G را حدس بزنید.  شاید لازم باشد ضریب هوشی 3000 یا یک ماشین بسیار قدرتمند داشته باشید تا حدس بزنید که من به رشته داده 1eF32a0a026bb49…فکر می کنم.

اگر با مغز فوق العاده خود درست حدس زدید، تبریک می گوییم. شما “کار را ثابت کرده اید”.  به همین دلیل است که Proof-of-Work برای مدت طولانی قابل اعتماد بود و هنوز هم مدرک معتبری برای پشتیبانی از آن دارد.  شما به قدرت محاسباتی گسترده ای نیاز دارید تا بتوانید شبکه را حتی از راه دور کنترل یا هک کنید، زیرا تمام کارهای رمزنگاری شده روی آن انجام می شود. این کار به تلاش عظیم نیاز دارد.

اثبات کار در مقابل اثبات سهام

اگرچه خروجی الکتریکی مورد نیاز برای تولید اثبات کار توسط رسانه های جریان اصلی زیاد است، استخراج بیت کوین هنوز به مقادیر قابل توجهی انرژی نیاز دارد. بیت کوین 0.5 درصد از انرژی تولیدی جهان را مصرف می کند، به اندازه یک کلان شهر مانند لاس وگاس، اگرچه طرفداران آن ادعا می کنند که بیشتر هش ریت از منابع انرژی تجدیدپذیر یا انرژی رها شده است.  انتقاد رایج دیگری از Proof-of-Work بیان می‌کند که الگوریتم اجماع به نفع ماینرهایی است که منابع بیشتری دارند، زیرا کسانی که دارای یک دسته پول نقد هستند می‌توانند ساختمان‌های پر از ابزارهای ماینینگ را خریداری کنند و ارزهای دیجیتال استخراج کنند.  در مقابل، Proof-of-Stake، شانس پروتکل برای اعتبارسنجی بلوک ها متناسب با مقدار ارزی است که شما بدهکار هستید.  بنابراین یک سطح پایه از منابعی وجود دارد که به آن نیاز دارید، یعنی چه مقدار کریپتو برای «اثبات» یا تایید اعتبار شبکه، به علاوه الزامات سخت افزاری، باید «سهم» کنید.  به جای استخراج، توابع اثبات سهام در گره های اعتبارسنجی، که توسط کاربرانی که شبکه را اعتبارسنجی می کنند، اجرا می شود.

با این حال، اثبات سهام به مسائل دیگری مانند پیشی گرفتن بلاک چین کمک می کند. در PoS، اگر ناگهان تعدادی از افراد گرد هم آیند تا 51 درصد از شبکه را در اختیار بگیرند، یا حتی یک فرد قدرتمند بیش از نیمی از سهام پروتکل را بخرد، شبکه در خطر است.  در تئوری، این ممکن است امکان پذیر باشد، اما در عمل اجرای آن غیر عملی بوده است.  با این حال، به دلیل این و مسائل دیگر، برخی از پروتکل‌ها در آینده ممکن است ترکیبی از ایده‌های اثبات کار را در کنار اثبات سهام استفاده کنند.

جمع بندی

اثبات کار اگرچه در ابتدا ریشه در اینترنت اولیه دارد، به کلمه ای مرتبط با ارز دیجیتال تبدیل شده است، که ممکن است بزرگترین و ماندگارترین میراث این ایده باشد. اگرچه بحث برانگیز است، اما تأثیر زیست محیطی اثبات کار بر خلاف امنیت بی نظیری که برای شبکه بیت کوین فراهم می کند، هنوز بسیار مشکوک است.