اثبات کار (POW) چیست؟ سازوکار استخراج ارزهای دیجیتال با الگوریتم اثبات کار

اثبات کار (Proof of Work) که به اختصار PoW نامیده می‌شود، سیستمی را توصیف می‌کند که برای جلوگیری از استفاده‌های ناخواسته یا مخرب از قدرت محاسبات شبکه به کار می‌رود. این سیستم از ارسال ایمیل‌های هرز یا راه‌اندازی حمله‌های از کار انداختن سرویس، جلوگیری خواهد کرد.

این مفهوم را هال فینی در سال 2004 با استفاده از الگوریتم هش SHA-256 که برای رمزنگاری استفاده می‌شود، ارائه داد. پس از معرفی آن در سال 2009، بیت کوین اولین پلتفرمی بود که به طور گسترده از ایده اثبات کار استفاده کرد و پذیرفته شد. فینی همچنین دریافت‌کننده اولین معامله بیت کوین بود. اثبات کار اساس بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر را نیز تشکیل می‌دهد و امکان اجماع امن و غیرمتمرکز را فراهم می‌کند.

الگوریتم گواه اثبات کار چیست؟

اثبات کار یک مکانیزم اجماع غیرمتمرکز است که از اعضای یک شبکه می‌خواهد برای حل یک معمای ریاضی دلخواه تلاش کنند. این روش به طور گسترده‌ای در استخراج ارزهای رمزنگاری‌شده برای اعتبار تراکنش‌ها و استخراج توکن‌های جدید استفاده می‌شود. (لینک پیشنهادی: خرید ارز دیجیتال)

با استفاده از اثبات کار، بیت کوین و سایر معاملات ارزهای رمزنگاری‌شده می‌توانند بدون نیاز به شخص ثالث مورد اعتماد به صورت نظیر به نظیر پردازش شوند. PoW در مقیاس بزرگ به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد که با پیوستن ماینرهای بیشتر به شبکه افزایش خواهد یافت. اثبات سهام (POS) یکی از چندین مکانیسم اجماع جدید بود که به عنوان جایگزینی برای اثبات کار ایجاد شد.

مطالعه بیشتر: بلاکچین چیست؟

درک مفهوم گواه اثبات کار

برای درک بهتر سوال اثبات کار چیست، بیایید کمی بیشتر به جزئیات این طرح بپردازیم.

بیت کوین یک ارز دیجیتالی است که توسط نوعی دفتر توزیع شده معروف به «بلاک‌چین» پشتیبانی می‌شود. این دفتر کل شامل تمام تراکنش‌های بیت کوین است که در بلوک‌های متوالی مرتب شده‌اند، به طوری که هیچ کاربر اجازه ندارد دوبار هر دارایی خود را خرج کند. به منظور جلوگیری از دستکاری، دفتر کل، عمومی یا «توزیع شده» است و نسخه تغییر یافته به سرعت توسط سایر کاربران رد می‌شود.

روشی که کاربران می‌توانند دستکاری را تشخیص ‌دهند با استفاده از هش یا رمزنگاری رشته‌های طولانی اعداد است که به عنوان اثبات کار عمل می‌کند. اگر مجموعه داده‌ها را در یک تابع هش قرار دهید، فقط یک هش ایجاد می‌کند. اما به دلیل «اثر بهمن»، حتی یک تغییر کوچک در هر قسمتی از داده‌های اصلی منجر به یک هش غیرقابل تشخیص می‌شود.

اندازه مجموعه داده اصلی هر چه باشد، هش ایجاد شده توسط یک تابع معین دارای طول یکسانی خواهد بود. هش یک تابع یک طرفه است، یعنی نمی‌توان از آن برای بدست آوردن داده‌های اصلی استفاده کرد. تنها می‌شود بررسی کرد که آیا داده‌های ایجاد شده توسط هش، با داده‌های اصلی مطابقت دارد یا خیر.

ایجاد هرگونه هش برای مجموعه‌ای از معاملات بیت کوین برای یک کامپیوتر مدرن بی‌اهمیت است. بنابراین برای تبدیل این فرآیند به «کار»، شبکه بیت کوین سطح خاصی از «دشواری» را تعیین می‌کند. این تنظیم به گونه‌ای انجام می‌شود که بلاک جدیدی «استخراج» شود. این کار با ایجاد «هدف» برای هش انجام می‌شود: هرچه هدف پایین‌تر باشد، مجموعه هش‌های معتبر، کوچکتر و تولید آن سخت‌تر است. در عمل، این به معنی یک هش است که با یک رشته صفر طولانی شروع می‌شود.

مطالعه بیشتر: الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده

الگوریتم اجماع چیست؟

الگوریتم های اثبات کار و اثبات سهام یکی از انواع الگوریتم های اجماع هستند، حال ببینیم الگوریتم اجماع چیست.

مکانیسم اجماع یک مکانیسم مقاوم در برابر خطا است که در سیستم‌های کامپیوتری و بلاکچین برای دستیابی به توافق لازم در مورد ارزش داده واحد یا وضعیت واحد شبکه و سیستم‌هایی مانند رمز ارزها استفاده می‌شود. اجماع از جمله مواردی است که می‌تواند در ثبت سوابق کارآمد باشد.

به عنوان مثال، در بلاک چین بیت کوین، مکانیسم اجماع به عنوان اثبات کار  شناخته می‌شود که مستلزم اعمال قدرت محاسباتی برای حل یک معمای دشوار اما دلخواه به منظور صادق نگه داشتن همه گره‌های شبکه است.

بلاکچین‌های عمومی که به عنوان سیستم‌های غیرمتمرکز عمل می‌کنند در مقیاس جهانی و بدون هیچ مجوز واحد مشغول کارند. صدها هزار شرکت‌کننده در این بلاکچین‌ها مشارکت دارند که در زمینه تایید و احراز هویت معاملات رمز ارزها و فعالیت‌های استخراج کار می‌کنند.

این دفاتر عمومی به اشتراک گذاشته‌شده به مکانیسم کاربردی و قابل اعتماد نیاز دارند تا اطمینان حاصل شود که تمام معاملات در شبکه واقعی هستند و همه شرکت‌کنندگان بر روی اجماع به توافق می‌رسند. در مورد وضعیت دفتر کل این وظیفه بسیار مهم با مکانیسم اجماع انجام می‌شود. این مکانیسم مجموعه‌ای از قوانین است که در مورد مشروعیت مشارکت‌های مختلف شرکت‌کنندگان بلاکچین تصمیم می‌گیرد.

مطالعه بیشتر: الگوریتم اثبات سوزاندن

بلاکچین چیست؟

بلاک‌چین یک پایگاه داده غیرمتمرکز با بلوک‌های متوالی ساخته شده از اطلاعات است. از این رو در اصطلاح به آن «بلاک‌چین» می‌گویند. پایگاه داده توسط شبکه‌ای از شرکت کنندگان مستقل که گره یا نود نام دارند، پشتیبانی می‌شود.

در بلاکچین‌های اثبات کار، حق افزودن بلوک‌های جدید به بلاک‌چین به شرکت‌کنندگانی داده می‌شود که آماده صرف توان محاسباتی برای حل مشکلات رمزنگاری هستند. شرکت‌کنندگانی که برای افزودن بلوک‌های جدید رقابت می‌کنند، «ماینر» یا استخراج کننده نامیده می‌شوند و به این فرآیند «استخراج» می‌گویند.

هنگامی که یک اطلاعات جدید (مانند یک معامله) باید به بلاک‌چین اضافه شود، ماینرها از قدرت محاسباتی خود برای پیدا کردن یک بلوک معتبر استفاده می‌کنند. این کار با یافتن «هش» با شرایط خاصی که توسط پروتکل شبکه تعیین شده است، انجام خواهد شد. یک هش نتیجه یک عملکرد تابع است که اغلب در رمزنگاری استفاده می‌شود.

مطالعه بیشتر: اثبات سهام چیست؟

استخراج با استفاده از اثبات کار چیست؟

از آنجا که مجموعه داده‌های مورد نظر فقط می‌توانند یک هش بسازد، چگونه ماینرها مطمئن می‌شوند که یک هش صحیح ایجاد می‌کنند؟ آنها ورودی را با افزودن یک عدد صحیح، به نام nonce (شماره‌ای یکبار مصرف) تغییر می‌دهند. هنگامی که یک هش معتبر پیدا شد، بلاک ساخته شده و به بلاک چین اضافه می‌شود.

استخراج یک فرآیند رقابتی است، اما بیشتر یک قرعه کشی به حساب می‌آید تا یک مسابقه. به طور متوسط، هر 10 دقیقه یک نفر اثبات قابل قبولی از کار ارائه می‌دهد. استخراج کنندگان گرد هم می‌آیند تا شانس خود را برای استخراج بلوک‌ها افزایش دهند و به پاداش خود برسند.

اثبات کار، تغییر هر جنبه از بلاکچین را بسیار دشوار خواهد کرد، چون چنین تغییری مستلزم استخراج مجدد تمام بلوک‌های بعدی است. همچنین انحصار قدرت محاسباتی شبکه برای کاربر یا گروهی از کاربران سخت می‌شود، چون تجهیزات و توان مورد نیاز برای تکمیل عملکردهای هش هزینه‌بر و گران قیمت است.

شما می‌توانید همین حالا با مراجعه به صرافی کیوسک قیمت تتر، قیمت امروز بیت کوین، قیمت لحظه‌ای دوج کوین و دیگر رمز ارزهای دیجیتال را مشاهده کنید.

الگوریتم گواه اثبات کار چگونه کار می‌کند؟

در ایجاد بلوک‌های جدید، ماینرها سه چیز را هش می‌کنند: هش بلوک قبلی، مجموعه تراکنش‌هایی که باید به بلاک‌چین اضافه شوند و یک nonce (بدون آن هش حاصله همیشه یکسان با داده‌های بلاک چین است). تا زمانی که هش مناسب یافت می‌شود این پروتکل سطح دشواری استخراج را تعیین می‌کند.

ماینینگ رقابتی است و شرکت‌کننده‌ای که سریع‌ترین هش مورد نیاز را پیدا کند، مقداری ارز بومی بلاک‌چین پاداش می‌گیرد. سطح پاداش توسط پروتکل بلاک‌چین تعیین می‌شود و در مورد بلاک چین بیت کوین، در حال حاضر معادل BTC 6.25 در هر بلاک است. این انگیزه اقتصادی، که از طریق معامله در صرافی ایجاد شده است، برای اطمینان از مشارکت ماینرها در شبکه برای ادامه کار استفاده می‌شود.

در برخی موارد، ماینرها می‌توانند بیش از یک بلوک پیدا کنند که الزامات پروتکل را همزمان برآورده کرده و که انتهای زنجیره را به دو قسمت تقسیم می‌کند. از آنجا که تنها یک زنجیره صحیح می‌تواند وجود داشته باشد، پروتکل به روشی برای رسیدگی به چنین شرایطی نیاز دارد.

در بیت کوین، تنها طولانی‌ترین زنجیره به عنوان زنجیره صحیح در نظر گرفته می‌شود. ماینرها در ابتدا به استخراج در هر دو زنجیره ادامه می‌دهند، اما به محض یافتن بلوک دیگری در بالای یکی از دو بلوک قبلی، آن زنجیره تبدیل به زنجیره متعارف خواهد شد و ماینرها بلوک دیگر را دور می‌ریزند.

بررسی امنیت اثبات کار

از نظر امنیتی، یکی از ویژگی‌های بلاک‌چین PoW مقاومت نسبی آنها در برابر حمله‌هایی مانند حمله سیبل و حمله 51درصدی است. حمله سیبیل وضعیتی را توصیف می‌کند که یک بازیگر چندین هویت شبه در شبکه ایجاد کرده و سعی می‌کند نسبت به سایر شرکت‌کنندگان در شبکه با هویت واحد برتری به دست آورد. حمله 51درصدی حملات زمانی رخ می‌دهد که یک کاربر بیش از 51 درصد منابع شبکه را تحت کنترل خود درآورد و از این رو بتواند افزودن بلوک‌های جدید را کنترل کند.

PoW از چنین حملاتی جلوگیری نمی‌کند، اما آنها را بسیار پرهزینه می‌کند. کنترل بیش از 51 درصد از قدرت محاسباتی برای شبکه بیت کوین به مقدار تقریبا غیرممکنی از قدرت محاسباتی نیاز دارد و بنابراین احتمال رخ دادن آن بسیار کم خواهد شد.

مثالی برای گواه اثبات کار

اثبات کار مستلزم آن است که یک کامپیوتر به طور تصادفی به اجرای عملکردهای هش مشغول شود تا زمانی که به خروجی با حداقل مقدار صفرهای اصلی برسد. به عنوان مثال، هش بلوک شماره 660000، استخراج شده در 4 دسامبر 2020، رشته زیر است.

00000000000000000008eddcaf078f12c69a439dde30dbb5aac3d9d94e9c18f6

پاداش بلاک آن هش موفق 6.25 BTC بود. این بلاک همیشه شامل 745 معامله و بیش از 1666 بیت کوین و سربرگ بلاک قبلی است. اگر کسی سعی کند مبلغ تراکنش را حتی به اندازه یک ساتوشی (یک میلیونم بیت کوین) تغییر دهد، هش حاصل از آن غیرقابل تشخیص خواهد شد و شبکه تلاش برای کلاهبرداری را رد می‌کند.

چرا ارزهای دیجیتال به اثبات کار نیاز دارند؟

از آنجا که ارزهای دیجیتال از نظر طراحی غیرمتمرکزند، بلاکچین‌‌ها مانند شبکه‌های ارزهای رمزنگاری‌شده به دنبال دستیابی به اجماع و امنیت هستند. اثبات کار یکی از این روش‌ها است که باعث می‌شود منابع زیادی نتوانند از شبکه سبقت بگیرند. مکانیسم‌های اثبات دیگری نیز هست که منابع کمتری مصرف می‌کنند، اما مشکلات دیگری دارند، مانند اثبات سهام (PoS). بدون مکانیسم اثبات، شبکه و داده‌های ذخیره‌شده در آن در معرض حمله یا سرقت قرار خواهند گرفت.

مزایا و معایب گواه اثبات کار چیست؟

وقت آن رسیده که بعد از پاسخ به پرسش اثبات کار چیست، به مزایا و معایب این روش بپردازیم. اثبات کار هم مانند روش‌های دیگر مزایا و معایب خود را دارد که در ادامه بررسی می‌کنیم.

مزایا

مزیت اصلی اثبات کار، محافظت در برابر حملات DDOS (نوعی حمله برای از کار انداختن سرویس) و رمز ارزهای متعلق به ماینر در استخراج است. اثبات کار محدودیت‌های خاصی را بر اقدامات شرکت‌کنندگان اعمال می‌کند. حمله موثر نیاز به ظرفیت محاسباتی بالا و محاسبه طولانی دارد، بنابراین این حمله‌ها ممکن است، اما هزینه‌های آن، چنان بالاست که به صرفه نخواهد بود.

صرف نظر از این که چقدر پول در کیف پول خود دارید، مهم این است که از قابلیت‌های محاسباتی بیشتری برای حل مشکلات و تشکیل بلوک‌های جدید برخوردار باشید. این بدان معناست که دارندگان سرمایه‌های بزرگ نمی‌توانند برای کل شبکه تصمیم‌گیری کنند. به همین دلیل امنیت این روش تضمین می‌شود.

معایب

از مشکلات و معایب اصلی این روش اجماع، می‌توان به هزینه‌های هنگفت، محاسبات بیهوده و حمله 51درصدی اشاره کرد.

برای محاسبات پیچیده به سخت افزار تخصصی و گران قیمت کامپیوتر نیاز است. هزینه‌ها غیر قابل مدیریت می‌شوند و استخراج تنها برای گروه‌های بزرگ ماینرها امکان‌پذیر خواهد بود. علاوه بر این، رایانه‌های تخصصی انرژی زیادی مصرف می‌کنند که هزینه‌ها را افزایش می‌دهد. پیامد این امر افزایش تدریجی تمرکز سیستم است و این همان چیزیست که در مورد بیت کوین اتفاق می‌افتد.

ماینرها کار ایجاد بلاک‌ها را انجام می‌دهند و همزمان مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کنند. محاسباتی که انجام می‌شود، به خودی خود کاملا بی‌فایده است. استخراج‌کنندگان ایمنی آنلاین را تضمین می‌کنند، اما نتایج آنها را نمی‌توان در تجارت یا علم استفاده کرد. بنابراین نیاز است که الگوریتم گواه اثبات کار در بلاکچین به عنوان مکانیسم اجماع پیاده‌سازی ‌شود.

اثبات کار چیست در یک نگاه

در حال حاضر، شما درک بهتری از پرسش اثبات سهام چیست دارید. همچنین می‌دانید چرا الگوریتم‌های اجماع نقش بسیار مهمی در عملکرد یک سیستم بلاک‌چین ایفا می‌کنند. به طور خلاصه، در این مقاله از کیوسک آکادمی، توضیح دادیم که اجماع و الگوریتم اثبات کار چیست و چگونه کار می‌کند.

کیوسک سایت معتبر خرید و فروش تتر، خرید بیت‌کوین، خرید آسان شیبا اینو و دیگر رمز ارزها در ایران است. شما می‌توانید از خدمات این مجموعه برای فعالیت در بازار ارزهای دیجیتال استفاده کنید.

علاوه بر این برای افزودن یک بلوک جدید از داده‌ها به شبکه بلاک‌چین و نحوه استخراج و مزایا و معایب این روش اجماع را بررسی کردیم. اگر تجربه و نظری در این باره دارید، لطفا با تیم آکادمی کیوسک در میان بگذارید.