الگوریتم اثبات کار در بلاکچین چیست؟
زهرا حقی
اولین ارز دیجیتال (بیت کوین) توسط ساتوشی ناکاموتو در سال 2008 ایجاد شد. ناکاموتو وایت پیپری را منتشر کرد که یک ارز دیجیتال را بر اساس پروتکل‌های اثبات کار توصیف می‌کرد و امکان تراکنش‌های ایمن و همتا به همتا را بدون دخالت یک مرجع متمرکز فراهم می‌کرد. اثبات کار یک فناوری اساسی در دنیای ارزهای دیجیتال است. بیت کوین مفهوم استخراج را رایج کرد و بسیاری از رقبای آن (که اغلب آلتکوین نامیده می‌شوند) سیستم‌های مشابهی را اتخاذ کردند. در ادامه این مقاله خواهید فهمید که الگوریتم اثبات کار چیست و چه ارزهایی در دسته ارزهای اثبات کار هستند.
گواهی یا الگوریتم اثبات کار چیست؟
اثبات کار (PoW) یک مکانیسم اجماع غیرمتمرکز است. در این مکانیسم اعضای یک شبکه برای حل یک معمای ریاضی تلاش می‌کنند که این کار برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و استخراج توکن‌های جدید در پروتکل انجام می‌شود. از طریق مکانیسم اثبات کار، بیت کوین و سایر تراکنش‌های ارز دیجیتال به صورت همتا به همتا و بدون نیاز به شخص ثالث پردازش می‌شوند. الگوریتم اثبات کار به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد که با پیوستن ماینرهای بیشتر به شبکه نیز مصرف انرژی افزایش می‌یابد و این موضوع به انتقادات زیست‌محیطی از ارزهای دیجیتال، دامن زده است. اتریوم (دومین ارز دیجیتال با ارزش) در سپتامبر 2022 به سیستم کارآمدتری به نام اثبات سهام روی آورده‌است.
اجماع و مکانیسم آن در بلاکچین
بلاکچین دفتر کل توزیع شده‌ای است که بیشترین ارتباط را با ارز دیجیتال بیت کوین دارد. این پایگاه داده غیرمتمرکز به طور جمعی توسط رایانه‌ها یا گره‌های توزیع شده در یک شبکه همتا به همتا مدیریت می‌شود. هر گره یک کپی از دفتر کل را نگهداری می‌کند. هر گونه به روز رسانی یا اعتبارسنجی در شبکه به طور همزمان در همه نسخه‌ها منعکس می‌شود. این امر امنیت و صحت سوابق داده‌ها را تضمین می‌کند. شبکه‌های بلاکچین برای دستیابی به توافق بین گره‌های مختلف توزیع شده بر الگوریتم‌های اجماع متکی هستند. به عبارتی، شبکه‌های ارزهای دیجیتال غیرمتمرکز برای جلوگیری از تراکنش‌های جعلی باید مطمئن شوند که هیچ‌کس پول مشابهی را دو بار خرج نمی‌کند. برای انجام این کار، شبکه‌ها از چیزی به نام مکانیزم اجماع استفاده می‌کنند. مکانیرم اجماع سیستمی است که به همه رایانه‌های موجود در یک شبکه رمزنگاری اجازه می‌دهد تا درباره اینکه کدام تراکنش‌ها درست هستند، توافق کنند. امروزه دو مکانیزم اجماع عمده توسط اکثر ارزهای دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد: اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS). این دو الگوریتم شبکه را ایمن می‌کنند و از انجام تراکنش‌های مخرب توسط کاربران غیرمجاز جلوگیری می‌کنند. اثبات کار قدیمی‌تر است و توسط بیت‌کوین، اتریوم 1.0، دوج کوین، لایت کوین و سایر ارزهای دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد. الگوریتم اجماع جدیدتر، اثبات سهام نامیده می‌شود. اتریوم 2.0، کاردانو و تزوس از دسته ارزهای اثبات سهام هستند.
بیشتر بدانید: الگوریتم اجماع بلاکچین چیست و چگونه کار می‌کند؟
نقطه شروع در الگوریتم اجماع کار
به طور کلی اثبات کار روشی است که از توان محاسباتی برای دستیابی به اجماع توزیع شده استفاده می‌کند. اثبات کار ارزهای دیجیتال متکی به شبکه‌های بزرگ رایانه است که توسط ماینرهای ارز دیجیتال کار می‌کنند و مسئول تأیید تراکنش‌ها، ردیابی تراکنش‌ها و ضرب ارز جدید هستند. دلیل اینکه آن را اثبات کار می‌نامند این است که شبکه به مقدار زیادی قدرت پردازشی نیاز دارد. تراکنش‌های اثبات کار در یک دفتر کل توزیع شده عمومی به نام بلاک چین نگهداری می‌شوند و هک یا ویرایش آن‌ها تقریبا غیرممکن است. بلاک چین های اثبات کار توسط ماینرهای مجازی در سراسر جهان ایمن می‌شوند. اولین کسی که یک معمای ریاضی را حل می‌کند، می‌تواند بلاک چین را با آخرین تراکنش‌های تایید شده به‌روزرسانی کند و شبکه مقدار تعیین‌شده‌ای پاداش به او می‌دهد. هر کسی که یک رایانه متصل به اینترنت و دانش نرم افزاری خوبی دارد، می‌تواند در پروتکل اثبات کار به عنوان استخراج کننده عمل کند.
بیشتر بخوانید: سخت افزار مناسب برای ماینینگ بیت کوین 2022
نحوه کارکرد الگوریتم اثبات کار
استخراج ارز دیجیتال بخشی جدایی ناپذیر از سیستم اثبات کار است. ماینرهای شبکه در ازای خدمات خود پاداش دریافت می‌کنند و شبکه زیربنایی را فعال نگه می‌دارند. همانطور که ذکر شد، مدل اثبات کار یک مکانیسم توافقی است که برای تأیید و ثبت تراکنش‌های ارزهای دیجیتال استفاده می‌شود. هر ارز دیجیتال یک بلاک چین دارد که یک دفتر کل عمومی است و از بلوک‌های تراکنش تشکیل شده‌است. با مکانیسم اثبات کار، هر بلوک تراکنش دارای هش خاصی است. برای اینکه یک بلوک تایید شود، یک ماینر رمزارز باید هش هدفی تولید کند که کمتر یا مساوی با بلوک باشد. برای انجام این کار، ماینرها از دستگاه های استخراج کننده استفاده می‌کنند که به سرعت محاسبات را انجام می‌دهند. این رایانه‌ها که در حل سریع این مسائل پیچیده ریاضی تخصص دارند، در سراسر جهان با یکدیگر رقابت می‌کنند تا حق تأیید بلوک بعدی تراکنش‌های رمزنگاری را به دست بیاورند. اولین ماینری که هش هدف را درست حدس بزند، می‌تواند بلاکچین را به روز کند و پاداش‌های استخراج را دریافت کند.
بیشتر بخوانید: هش ریت چیست؟
روش اثبات کار تنها راه برای راه اندازی شبکه ارز دیجیتال نیست، اما در حال حاضر پرکاربردترین الگوریتم ارز دیجیتال است. استفاده از فناوری رمزنگاری به هر کسی اجازه می‌دهد تا دارایی‌های دیجیتال را به صورت امن ارسال و دریافت کند. بیت‌کوین که قدیمی‌ترین و بزرگترین ارز دیجیتال از نظر ارزش بازار است، از اثبات کار برای تأیید تراکنش‌های خود استفاده می‌کند. سیستم اثبات کار بیت کوین با استفاده از نرم افزار منبع باز اجرا می‌شود. هر کسی با مهارت‌های سخت افزاری و کامپیوتری مناسب می‌تواند در اثبات کار استخراج ارز دیجیتال شرکت کند.
به طور کلی، گام به گام روش اثبات کار به صورت زیر است:
- تراکنش ها ادغام می شوند: کاربران ارزهای دیجیتال تراکنش‌هایی را آغاز می‌کنند که در یک بلوک جمع می‌شوند.
- ماینرها با هم رقابت می‌کنند: ماینرها بر اساس قدرت محاسباتی رقابت می‌کنند تا اولین کسانی باشند که یک مسئله پیچیده ریاضی را حل می‌کنند و بلوک تراکنش‌ها را پردازش کنند.
- بلوک جدید پردازش می‌شود: ماینر برنده بلوک تراکنش‌ها را پردازش می‌کند، ارز رمزنگاری‌شده را ضرب می‌کند و یک بلوک جدید به بلاک چین ارز دیجیتال اضافه می‌کند.
- بلاکچین به‌روزرسانی می‌شود: سپس بلوک جدید بین تمام ماینرهای دیگر توزیع می‌شود و هر کدام یک کپی از بلاکچین را برای شبکه ارزهای دیجیتال نگهداری می‌کنند.
تفاوت الگوریتم اثبات کار با اثبات سهام (PoS)
اثبات سهام (POS) یکی از چندین مکانیسم جدید اجماع است که به عنوان جایگزینی برای اثبات کار ایجاد شد. اثبات کار و اثبات سهام دو مکانیسم اصلی توافقی هستند که ارزهای دیجیتال برای تأیید تراکنش‌های جدید، افزودن آن‌ها به بلاک چین و ایجاد توکن‌های جدید استفاده می‌کنند. الگوریتم اثبات کار این اهداف را از طریق استخراج (Mining) محقق می‌سازد. الگوریتم اثبات سهام از استیکینگ (Staking) برای دستیابی به موارد مشابه استفاده می‌کند. اعتبارسنجی تراکنش‌ها در مکانیسم اثبات سهام بر اساس تعداد کوین‌هایی که در شبکه ذخیره یا قفل شده‌اند، انجام می‌شود. در پروتکل اثبات کار، استخراج‌کنندگان ارزهای دیجیتال با یکدیگر رقابت می‌کنند تا برای تایید تراکنش‌ها پاداش دریافت کنند. در اثبات سهام، اعضای شبکه بر اساس مالکیت (سهم) ارز رمزنگاری شده برای تأیید تراکنش ها انتخاب می‌شوند و پاداش دریافت می‌کنند. در اثبات سهام، شرکت کنندگان شبکه به جای ماینرها به عنوان اعتباردهندگان شناخته می شوند.
بیشتر بخوانید: استیکینگ ارز دیجیتال چیست؟
| اثبات کار (PoW) | اثبات سهام (PoS) |
| سازندگان بلوک ماینرها هستند | سازندگان بلوک اعتباردهندگان هستند |
| شرکت کنندگان باید تجهیزات لازم برای استخراج را فراهم کنند | شرکت‌کنندگان باید دارای کوین یا توکن باشند تا در اعتبارسنجی شرکت کنند |
| پر مصرف | انرژی کارآمد |
| امنیت قوی از طریق دستگاه‌های استخراج | حفظ امنیت از طریق جامعه |
| ماینرها پاداش بلوک دریافت می‌کنند |
اعتبار سنج‌ها کارمزد تراکنش‌ها دریافت می‌کنند |
مصرف انرژی یکی از تفاوت‌های عمده بین این دو مکانیسم اجماع است. از این رو، رمز ارزهای اثبات سهام به طور چشم گیری محبوب شده‌اند. آن‌ها به دلیل اینکه به قدرت محاسباتی و انرژی زیادی نیاز ندارند، از نظر فنی و مالی بهینه‌تر، به‌صرفه‌تر و مقیاس پذیرتر هستند. همچنین هزینه‌های ایمن سازی تجهیزات استخراج و پرداخت هزینه برق برای راه اندازی دستگاه‌ها نیز قابل توجه هستند. در نتیجه، مشارکت افراد در سیستم‌های بلاک چین اثبات سهام به عنوان اعتبارسنج آسان‌تر است. با این وجود، یکی از مشکلات احتمالی در مورد اثبات سهام این است که احزاب با دارایی‌های بزرگ می‌توانند قدرت بیشتری را اعمال کنند که این مسئله در اثبات کار وجود ندارد. همچنین اثبات از منظر امنیتی بهتر عمل می‌کند. مکانیسم‌های اجماع دیگری نیز مانند مانند اثبات سوختن وجود دارد.
بیشتر بدانید: توکن سوزی چیست؟
الگوریتم اثبات کار چه مشکلاتی را حل می‌کند؟
پروتکل اثبات کار توسط شناخته شده‌ترین و بزرگترین ارزهای دیجیتال مانند بیت کوین استفاده می‌شود. با وجود برخی معایب بارز که به آن‌ها پرداختیم، الگوریتم اثبات کار دارای مزایای مهمی است که موجب شده همچنان معامله گران و استخراج کنندگان فعالی در شبکه وجود داشته باشند.
جلوگیری از دابل اسپندینگ (Double Spending)
دوبار خرج کردن یا دابل اسپندینگ زمانی اتفاق می‌افتد که شخصی یک شبکه بلاکچین را طوری تغییر می‌دهد که می‌تواند دوباره یک ارز دیجیتال را به دست آورد. این اتفاق می‌تواند زمانی بیفتد که یک ارز دیجیتال از کیف پولی که به اندازه کافی محافظت و ایمن نشده بود به سرقت می‌رود. انواع مختلفی از حملات را می‌توان برای دابل اسپندینگ استفاده کرد. 51% یکی از رایج ترین حملات است.
امنیت در شبکه PoW
منابع محاسباتی گسترده مورد نیاز توسط پروتکل اثبات کار، شبکه ارزهای دیجیتال را ایمن نگه می‌دارد؛ زیرا دستکاری زنجیره بلوکی یک ارز دیجیتال مستلزم کنترل بیش از نیمی از منابع محاسباتی شبکه رمزنگاری است.
چالش‌های الگوریتم اثبات کار
همانطور که اشاره شد، الگوریتم اثبات کار دارای معایبی است که منجر به روی کار آمدن سایر اجماع‌ها با هدف جایگزینی شده‌است. اثبات کار مستلزم مصرف مقدار زیادی برق برای پشتیبانی از فعالیت‌های استخراج است. برای موفقیت و کسب سود بیشتر از استخرهای ماینینگ، ممکن است ماینرها احتیاج به خرید سخت افزارهای گران و تخصصی داشته باشند. به دلیل نیاز به ظرفیت محاسباتی بالا، شرکت‌های بزرگ استخراج کریپتو نسبت به افرادی که به تنهایی و با یک رایانه کار می‌کنند، احتمال موفقیت بیشتری در استخراج دارند.
حمله 51 درصد و DOS
بسیاری از ارزهای رمزنگاری شده چندین بار در گذشته مورد حمله 51 درصد قرار گرفته‌اند. با وجود فناوری بلاک چین که امنیت، تغییر ناپذیری و شفافیت را ارائه می دهد، مکانیسم‌های زیادی وجود دارند که توسط آن کلاهبرداران می‌توانند از زنجیره‌های بلوکی بهره‌برداری کنند. یک حمله 51 درصدی یا همان حمله اکثریتی زمانی اتفاق می‌افتد که گروهی از ماینرها بیش از 50 درصد از قدرت هش بلاک چین را کنترل کنند. برای درک نحوه عملکرد یک حمله 51 درصدی، تصور کنید بیش از 50 درصد از تمام گره‌هایی که اعتبارسنجی انجام می‌دهند با هم توطئه کنند تا نسخه دیگری از بلاکچین را معرفی کنند یا یک حمله انکار سرویس (DOS) را اجرا کنند. حمله انکار سرویس نوعی حمله 51 درصدی است که در آن گره‌ها از انجام وظایف خود جلوگیری می‌کنند. گره‌های مهاجم به دنبال افزودن تراکنش‌های جدید به بلاکچین یا پاک کردن موارد قدیمی هستند. در نتیجه، مهاجمان می‌توانند تراکنش‌ها را معکوس کنند و حتی توکن را دوبرابر خرج کنند.
کدام کوین‌ها از PoW پشتیبانی می‌کنند؟
در این بخش به معرفی 6 مورد از معروف‌ترین ارزهای دیجیتال اثبات کار پرداخته‌ایم. این لیست کامل نیست، زیرا صدها رمزارز از بلاک چین‌های اثبات کار استفاده می‌کنند.
| ارزهای دیجیتال گواهی اثبات کار |
قیمت ارز | رتبه ارز بر اساس حجم بازار |
| زی کش (ZEC) | 23.27 دلار | 173 |
| دوج کوین (Doge) | 0.1505 دلار | 8 |
| بیت کوین (BTC) | 64,574.13 دلار | 1 |
| لایت کوین (Litecoin) | 84.45 دلار | 20 |
| بیت کوین کش (BCH) | 476.27 دلار | 15 |
| اتریوم کلاسیک (ETC) | 26.45 دلار | 26 |
زی کش(ZEC)
زی کش شبکه خود را با استفاده از الگوریتم استخراج اثبات کار ایمن می‌کن و به استخراج کنندگان برای محاسبه هر بلوک، با توکن‌های Zcash پاداش می‌دهد. یکی از ویژگی‌های کلیدی زی کش جنبه حفظ حریم خصوصی است. اگرچه تراکنش‌های زی کش روی بلاک چین انجام می‌شوند، اما اطلاعات شخصی مانند آدرس کیف پول کاربر و مقدار وجوه انتقال یافته را پنهان می‌کند. این پلتفرم اطلاعات مالی کاربران را محرمانه نگه می‌دارد و همچنین امکان تراکنش‌های سریع با هزینه‌های کمتر را نیز فراهم می‌کند.
دوج کوین(Dogecoin)
دوج کوین یک میم کوین است که در سال 2013 راه اندازی شد و مورد حمایت یکی از سرمایه گذاران سرشناس، ایلان ماسک، قرار گرفت. این ارز برخلاف سایر میم کوین‌ها، طرفداران وفادار زیادی دارد و نهمین ارز برتر بر اساس مارکت کپ (ارزش بازار) است. در مقاله مارکت کپ چیست می‌تواند اطلاعات کامل‌تری از این اصطلاح رایج بدست آورید و درک کنید که مارکت بر چه اساسی محاسبه می‌شود.
بیت کوین(Bitcoin)
همانطور که میدانید بیت کوین اولین ارز دیجیتال است که در سال 2009 راه اندازی شد و مفهوم اثبات کار در ارزهای دیجیتال را معرفی کرد. پس از آن این مکانیسم توسط بسیاری از پروژ‌ه‌های ارز دیجیتال پذیرفته و استفاده شد. بیت کوین برترین ارز دیجیتال از نظر ارزش بازار است که در سقوط یا صعود قیمت، آلت کوین‌ها را نیز با خود همراه می‌کند.
لایت کوین(Litecoin)
لایت کوین یکی از قدیمی‌ترین ارزهای دیجیتال است که در سال 2011 توسط چارلی لی منتشر شد. ایت کوین یک شبکه منبع باز با پرداخت فوری در سطح جهانی است. این پلتفرم به عنوان یک فورک بیت کوین برای پاسخ به مشکلاتی مانند کندی و سنگینی تراکنش‌های بیت کوین توسعه یافت. شبکه لایت کوین به دلیل تولید بلوک‌های بیشتر، حجم تراکنش بالاتری را نسبت به بیت کوین پردازش می‌دهد.
بیت کوین کش (BCH)
بیت‌کوین کش نیز فورکی از بیت‌کوین است. در حالی که بیت کوین به عنوان یک ذخیره ارزش در نظر گرفته می‌شود، بیت کوین کش مانند یک کارت اعتباری است که برای تراکنش‌های روزمره استفاده می‌شود. فورک بیت کوین اندازه بلوک‌ها را افزایش داد و بیت کوین کش را قادر ساخت تا حجم بیشتری از تراکنش‌ها را انجام دهد و مقیاس پذیری را بهبود ببخشد.
اتریوم کلاسیک(ETC)
هارد فورک شبکه اتریوم منجر به جدا شدن دو بلاک چین و تشکیل اتریوم کلاسیک شد. فناوری ETC با اتریوم متفاوت است و می‌تواند برنامه‌های متنوعی را اجرا کند. اتریوم کلاسیک به تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند در پلتفرم خود قدرت می‌دهد و همچنین به ماینرها برای حل معماهای اثبات کار پاداش می‌دهد. برخلاف اتریوم، اتریوم کلاسیک متعهد به استفاده از اثبات کار به طور نامحدود است. این پروژه اصرار دارد که اثبات کار مکانیسم اجماع واقعی است. توسعه دهندگان اتریوم کلاسیک همچنین معتقدند که پروژه‌هایی که به سمت اثبات سهام حرکت می‌کنند انگیزه مالی دارند و به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی این کار را انجام نمی‌دهند. اتریوم کلاسیک تأیید می‌کند که اثبات کار یک سیستم کامل نیست و در معرض حملات 51 درصدی قرار دارد؛ اما زنجیره‌های آن بیش از 10 سال است که به‌طور انعطاف‌پذیر عمل می‌کنند.
سوالات خود را درباره الگوریتم اثبات کار از ما بپرسید.
