الگوریتم اثبات کار چیست؟ PoW چگونه کار می‌کند؟

الگوریتم اثبات کار چیست؟ برای حضور در دنیای سودآور و لذت‌بخش ارزهای دیجیتال دانستن مسیرهای امنیت رمزارزها و روش کار با آن اهمیت بسیار زیادی دارد. آگاهی به مسیری که در آن قدم می‌گذارید، بی‌شک پایان زیباتری می‌سازد. الگوریتم اجماع اثبات کار اولین و پرطرفدارترین مکانیسم اجماع است که ارزهای دیجیتال برای حفظ امنیت تراکنش‌های ارزی خود از آن بهره می‌برند.

به زبان ساده POW مشکل خرج مضاعف را حل کرده و از افزایش عرضه و بهم‌ریختگی بازار جلوگیری می‎‌کند. در این مقاله نمونه‌ای پرطرفدار از الگوریتم اجماع اثبات کار را بررسی کرده و به سوال proof of work چیست، جواب خواهیم داد. با ما همراه شوید که با روش کار این الگوریتم اجماع کاملا آشنا شوید.

الگوریتم اثبات کار چیست؟

ارزهای دیجیتال جهت تأیید صحت تراکنش‌های جدید و داده‌هایی که به بلاک چین اضافه می‌شوند، مرکز متمرکزی ندارند. به بیان ساده‌تر در الگوریتم PoW ماینرها با یکدیگر بر سر حل معماهای پیچیده محاسباتی رقابت می‌‎کنند که حل این معماها به سختی صورت می‎‌گیرد. اما مسیر تایید و اعتبارسنجی در روش اثبات کار چگونه است؟ زمانی که ماینری پاسخ معما یا درواقع هش یک بلاک را پیدا می‌‎کند، آن بلاک را به شبکه ارسال کرده و سایر ماینرها آن را تایید می‎‌کنند. پس از مدت کوتاهی ماینری که معما را حل کرده، تایید سایر ماینرها را می‌گیرد.

به این ترتیب می‌توان گفت رقابت اولین مشخصه بین ماینرها در روش PoW است. اولین ماینری که معمای ریاضی را حل کند، جدیدترین دسته در بلاک‌چین را اضافه می‌کند. البته ماینرهای برنده تنها زمانی پاداش ارز دیجیتال جدید خود را دریافت می‌‎کنند که سایر شرکت‌کنندگان در شبکه صحیح بودن اطلاعات را تایید کرده باشند.

شاید همچنان جواب proof of work چیست، در ذهن شما گنگ باشد. به شکل ساد‌ه‌تر می‌توان گفت الگوریتم اجماع اثبات کار مکانیسم اجماعی غیرمتمرکزی است که کاربران شبکه را ملزم کرده که برای حل یک معمای ریاضی دلخواه تلاش کنند. از POW به طور گسترده در استخراج ارزهای دیجیتال جهت اعتبارسنجی تراکنش‌ها و استخراج توکن‎‌های جدید کمک گرفته می‎‌شود.

چرا اثبات کار مورد توجه قرار گرفت؟

بیت کوین اولین ارز دیجیتال است که توسط ساتوشی ناکاموتو در سال 2008 معرفی شد. ناکاموتو White paper معروفی را به عنوان ارز دیجیتال معرفی کرد که براساس پروتکل‌های اثبات کار معرفی می‌شود. از این رو امکان تراکنش های ایمن و همتا به همتا را بدون مجمع متمرکز فراهم خواهد کرد.

البته در گذشته مشکل دوبار خرج کردن مانع گسترش ارزهای دیجیتال شده بود. به همین دلیل مکانیزمی را برنامه ریزی کردند که مانع خرج کردن مجدد پول‌های مشابه شود. مکانیسم اجماع ناکاموتو مشکل دوبار خرج کردن را حل کرد. به این صورت که با تشویق ماینرها برای تأیید یکپارچگی تراکنش‌های رمزنگاری جدید قبل از افزودن آن‌ها به دفتر کل توزیع شده که همان بلاک‎چین است، اثبات کار به جلوگیری از هزینه مضاعف کمک می‌کند.

اثبات کار یا PoW اولین الگوریتم اجماع است که ارزهای معروفی چون بیت کوین و دیگر ارزها دیجیتال در بلاک چین خود از آن استفاده کرده‌اند. تقریباً 64 درصد از کل سرمایه بازار جهان ارزهای دیجیتال از اثبات کار برای اعتبار‌سنجی استفاده می‎‌کنند.

الگوریتم اثبات کار را بهتر درک کنیم

اما روش استخراج اثبات کار چیست؟ بازی ماینرها بازی حدس و گمان است. ماینرها برای ایجاد بلاک و استخراج ارز به روش PoW باید از توان محاسباتی دستگاه ماینر کمک بگیرند. درواقع برای رسیدن به جواب باید متغیرهای تابع را تغییر دهند و با آزمون و خطا ترکیب برنده را بدست بیاورند. البته توجه داشته باشید که در الگوریتم PoW فرمول به دست آوردن هش باید به صورتی باشد که تغییر هر داده منجر به نتیجه‌ای متفاوت شود.

پروتکل اثبات کار ماینرها را ملزم می‌کند که برای یافتن nonce بلاک در رقابت شدیدی از آزمون و خطا شرکت کنند و فقط بلاک‌هایی با نانس معتبر به زنجیره اضافه می‌شوند. حال اگر بخواهید در فرآیند الگوریتم اجماع اثبات کار تقلب کنید، چه چیزی مانع می‌شود؟

جهت درک بهتر الگوریتم POW بیت کوین را مثال می‌زنیم که از روش اثبات کار استفاده می‌کند. . زیربنای بیت کوین بلاک‌چین است. تمامی تراکنش‌‎‌های بیت کوین در بلاک‌های متوالی مرتب می‌شود. فضای بلاک‌های بلاک چین امکان خرج کردن دوبار دارایی را به کاربر نمی‌‎دهد. درواقع این ماینرها هستند که دارایی‌های دوباره خرج شده را رد کرده و از دستکاری و خرابکاری جلوگیری می‌کنند. 

اما روش تشخیص خرابکاری proof of work چیست؟ از طریق هش‌ها که تابعی یک طرفه است، معادلات ماینرها حل می‌شود. هش‌ها رشته‌های طولانی اعداد هستند که به عنوان اثبات کار عمل می‌کنند. ماینرها با بررسی هش‌ها آزمون‌وخطا معادلات را انجام می‌دهند.

هش برای تراکنش‌‎های بیت کوین بی‌اهمیت است، اما برای تبدیل به فرایند کار باید سطح معینی از سختی را تعیین کرد. با این تنظیم تقریبا در هر یک دقیقه یک بلاک جدید ساخته می‌شود. درنهایت با تایید ماینرهای دیگر معادلات حل خواهد شد. از آنجایی که حل معادلات سرعت بالا و دقت زیادی نیاز دارد امکان خرابکاری توسط سیستم منتفی است.

چرا ارزهای دیجیتال به اثبات کار نیاز دارند؟

می‌دانید که بلاک‌چین‌ها نیز از نظر طراحی، غیرمتمرکز و همتابه‌همتا هستند و برای امنیت نیاز به روشی برای اجماع دارند. حال چه روشی بهترین پاسخ به این نیاز است؟ اثبات کار یکی از این روش‌هایی است که تلاش برای پیشی گرفتن از شبکه را بیش از حد نیازمند منابع می‌کند. مکانیسم‌های اثبات دیگری نیز مانند اثبات سهام PoS و اثبات سوختگی نیز موجود هستند. اگرچه این مکانیزم‌ها به منابع کمتری نیاز داشته، اما معایب دیگری دارند. بدون مکانیزم اثبات، شبکه و داده‌های ذخیره شده در آن در برابر حمله یا سرقت آسیب‌پذیر خواهند بود.

اما نظر منتقدان در رابطه با الگوریتم اثبات کار چیست؟ سیستم‌های الگوریتم اجماع اثبات کار انتقادات زیادی را به خود جلب کرده‌اند که عمدتاً در مورد اشتهای عظیم آن‌ها برای نیروی الکتریکی است. آمار و ارقام مصرف بیش از حد ماینرها را نشان می‌دهند. براساس گزارش نیویورک تایمز در سال 2009 با استفاده از یک رایانه رومیزی معمولی و مقدار ناچیزی برق یک بیت کوین قابل استخراج بود. اما در سال 2021 برای استخراج یک بیت کوین مصرف برقی برابر با انرژی مصرفی یک خانواده استاندارد آمریکایی در 9 سال نیاز است. همین مورد انتقادات زیادی را به همراه داشت.

یکی دیگر از مواردی که مورد توجه منتقدان قرار گرفت، تمرکززدایی بود. تمرکززدایی یکی از ویژگی‌های عالی برای سرمایه‌گذاران ارزهای دیجیتال است. با این حال با وجود نیازهای محاسباتی و مصرف زیاد انرژی در اثبات کار، عملیات استخراج در تعداد کمی از تجهیزات اصلی متمرکز شد. با توجه به حضور تجهیزات پیشرفته تعداد کمی از نهادها عملیات ارزهای دیجیتال را کنترل می‌کردند. بنابراین الگوریتم اثبات کار در مزارع ماینرها متمرکز و از نظر منتقدان از هدف تمرکززدایی خود دور شد.

معایب اگوریتم اجماع اثبات کار چیست؟

هر الگوریتمی در کنار تمامی مزایایی که دارد معایبی نیز به همراه خواهد داشت. در ادامه نگاهی به معایب الگوریتم اثبات کار داشته باشیم.

• مصرف بیش از حد برق: بیت کوین یکی از معروف‌‌ترین ارزهای پشتیبانی شونده از الگوریتم اثبات کار است. این پلتفرم به تنهایی به اندازه کل انرژی مصرفی سوئیس برق مصرف می‌کند.
• حملات ۵۱ درصدی: در صورتی که گروهی از ماینرها بتوانند ۵۱ درصد از هش ریت (hashrate) استخراج بیت کوین را داشته باشد، به این توانایی می رسند که به طور موقت از قوانین شبکه سرپیچی کنند.
• استخراج متمرکز: اثبات کار یعنی استخراج و ایجاد یک ارز بدون نظارت یک ارگان متمرکز است. اما این سیستم عامل تا حدودی متمرکز است و سه استخر بزرگ بیت کوین تقریباً ۵۰ درصد از کل قدرت محاسباتی شبکه را در دست دارند.

مزایای اثبات کار چیست؟

معایب نگران کننده این روش شاید شما را از استخراج ارز باز دارد، اما مزایای عالی در الگوریتم اثبات کار به کفایت باعث جلب توجه کاربران می‌شود.

• دفاع از شبکه در مقابل حملات: امنیت در الگوریتم اثبات کار چگونه است؟ امنیت بالا در شبکه از حملات سایبری محافظت می‌کند. اثبات کار محدودیت‌هایی برای کنش‌های مختلف اعمال می‌کند. حمله به این الگوریتم نیازمند تلاش زیادی است و انجام محاسبات آن به نیروی رانشی و زمان زیادی احتیاج دارد. این عوامل باعث می‌شود حمله عملا کار بی‌فایده‌ای باشد.
• امکان استخراج: ماینرها برای به دست آوردن ارز دیجیتال از طریق ماینینگ باید قدرت پردازش خوبی داشته باشند. ازین رو میزان دارایی استخراج کنندگان، سهم آنها را از استخراج مشخص نمی‌کند. در الگوریتم اثبات کار میزان دارایی کاربران، در تصمیمات شبکه نقش تعیین‌کننده‌ای ندارد.
• سیستم پاداش‌دهی: سیستم پاداش‌دهی در این روش در انتهای فعالیت ماینرها ست. ارزهای استخراج شده را به کاربران ارائه می‌کند.
• تعداد کاربران بالا: تمامی قابلیت‌های ارائه شده باعث شد که کاربران زیادی مایل به استفاده از این روش باشند.

تفاوت دو مکانیزم  اثبات کار و اثبات سهام

اثبات کار و اثبات سهام دو مکانیسم اجماع متفاوت برای ارزهای دیجیتال است. درهر دو روش تراکنش‌های دریافتی تایید و به بلاکچین اضافه می‌شوند. در اثبات کار همانطور که در متن اشاره شد، به سخت‌افزارهای بسیار پیشرفته برای حل معادلات ریاضی نیاز است. اما در اثبات سهام تعداد کوین‌ها شانس آن‌ها را برای انتخاب ماینر منتخب، مشخص می‌کند.

در اثبات کار به اولین کسی که جواب معادله را پیدا کند، پاداش می‌دهند. اما در اثبات سهام تمام واحدهای ارز دیجیتال از قبل استخراج شده است و تعداد آن‌ها تغییری ندارد. برای مطالعه بیشتر در رابطه با اثبات سهام مقاله منتشر شده در سایت با عنوان اثبات سهام چیست را مطالعه بفرمایید.

کلام آخر

در انتها بهتر است این‌گونه بگوییم که اثبات کار زیربنایی برای کار ماینرها است. استخراج در این روش با کار برای اضافه کردن بلاک‌ها همراه می‌شود. شبکه‌هایی که بیشتر کار می‌کنند، از امنیت بیشتری نیز برخوردار هستند. به نظر ما در آینده بسیاری از ارزهای دیجیتال برای حفظ انرژی و سرعت بیشتر تراکنش‌ها به مکانیزم اثبات سهام می‌پیوندند. نظر شما در این رابطه چیست؟

سوالات متداول