الگوریتم اثبات کار (POW) به چه معناست؟ | الگوریتم اثبات کار یکی از الگوریتم های اجماع در شبکه های بلاکچین است که در برخی از ارزهای دیجیتال از جمله بیت کوین استفاده می‌شود.
مفهوم اولیه الگوریتم اثبات کار در سال 1993 به منظور جلوگیری از حملات به سرویس‌های اینترنتی ارائه شد اما هیچ‌گاه کاربردی نشد.
در سال 2009، بیت کوین شکل جدیدی از اثبات کار را برای استفاده به عنوان الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm) معرفی کرد. افراد فعال در شبکه با استفاده از الگوریتم اثبات کار (PoW) تراکنش‌هایی که درون یک بلاک از شبکه بیت کوین قرار می‌گیرند را تایید میکنند و بدین ترتیب شبکه بلاکچین بیت کوین شکل می‌گیرد.
پس از بیت کوین بود که بسیاری از ارزهای دیجیتال دنیا از سیستم اثبات کار به عنوان الگوریتم اجماع خود استفاده نمودند.
اثبات کار چیست؟
اثبات کار (Proof of Work) الگوریتم اجماع اصلی در یک شبکه بلاکچین است. در شبکه بلاکچین از این الگوریتم برای تایید تراکنش‌ها و تولید بلاک‌های جدید در زنجیره استفاده می‌شود. ماینرها با استفاده از فرآیند PoW برای انجام تراکنش‌ها در شبکه و دریافت پاداش با یکدیگر رقابت میکنند. در یک شبکه کاربران برای یکدیگر توکن‌های دیجیتال ارسال میکنند. یک دفترکل (Ledger) غیرمتمرکز تمام تراکنش‌ها را در داخل بلاک‌ها جمع‌آوری می‌کند. با این حال، در تایید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌ها بایستی احتیاط کرد. این مسئولیت برعهده گره‌های (Node) مخصوصی به نام ماینر است و این فرآیند اصطلاحاً استخراج یا ماینینگ نام دارد. اصول اولیه این کار بر مبنای یک معمای ریاضی پیچیده است.
منظور از یک معمای ریاضی چیست؟
منظور مسئله‌ای است که حل آن نیازمند توان محاسباتی بالایی است. از جمله این مسائل می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:
توابع هش (Hash Functions): چگونگی جستجوی یک ورودی که خروجی را می‌شناسد.
تجزیه اعداد طبیعی (Integer Factorization): یا به عبارتی، چگونگی نمایش یک عدد به عنوان حاصل ضرب دو عدد دیگر.
پروتکل معمای هدایت شده (GTP): درصورتی که سرور به بروز حمله DoS مشکوک شود، برخی از گره‌ها را در یک ترتیب معین ملزم به محاسبه توابع هش خواهد کرد. مسئله اصلی در این جا نحوه پیدا کردن زنجیره‌ای از مقادیر تابع هش است.
همراه با رشد شبکه، مشکلات بیشتری نیز ایجاد خواهد شد و حل الگوریتم‌ها نیازمند توان هش بیشتری خواهد بود. بنابراین پیچیدگی کار موضوع حساسی است.
این الگوریتم چگونه در بلاکچین اجرا می‌شود؟
به طور خلاصه، ماینرها پس از حل معما، بلاک جدید را تولید و تراکنش‌ها را تایید میکنند. پیچیدگی یک معما به تعداد کاربران، توان فعلی و بار شبکه بستگی دارد. هش هر یک از بلاک‌ها شامل هش بلاک قبلی است که باعث افزایش امنیت و جلوگیری از هرگونه حمله به بلاک می شود. درصورتی که یک ماینر موفق به حل معما شود، بلاک جدید تشکیل خواهد شد. تراکنش‌ها در این بلاک قرار گرفته و تایید شده محسوب می‌شوند.
الگوریتم PoW معمولاً در کجا اجرا می‌شود؟
از الگوریتم اثبات کار در بسیاری از رمزارزها استفاده می‌شود. معروف‌ترین کاربرد این الگوریتم در بیت‌کوین (BTC) است. درواقع این بیت‌کوین بود که زمینه را برای این نوع از اجماع فراهم کرد. معمای الگوریتم در این رمزارز هش‌کش (Hashcash) نام دارد. این الگوریتم امکان تغییر پیچیدگی یک معما بر اساس قدرت کل شبکه را فراهم می‌کند. میانگین زمان تشکیل یک بلاک در این شبکه 10 دقیقه است. رمزارزهایی که مبتنی بر بیت‌کوین هستند مثل لایت‌کوین (LTC) نیز چنین سیستمی دارند. یکی دیگر از پروژه‌های بزرگ الگوریتم PoW در رمزارز اتریوم (ETH) اجرا شده است.
معایب این الگوریتم چیست؟
مهمترین معایب این الگوریتم عبارتند از هزینه‌های گزاف، بی‌فایده بودن محاسبات و حملات 51 درصدی. هزینه‌های گزاف: در فرآیند استخراج برای اجرای الگوریتم‌های پیچیده به سخت‌افزار کامپیوتری بسیار تخصصی نیاز است و هرکسی از پس مخارج آن بر نمی‌آید. به همین دلیل استخراج تنها برای استخر‌های مخصوص استخراج امکان‌پذیر است. راه‌اندازی این دستگاه‌های مخصوص مصرف برق بالایی را می‌طلبد که باعث افزایش هزینه‌ها خواهد شد. هزینه‌های گزاف تهدیدی برای تمرکز سیستم محسوب می‌شود زیرا خود سیستم نیز از آن منتفع خواهد شد. به راحتی می‌توان این موضوع را در بیت‌کوین مشاهده کرد.
بی‌فایده بودن محاسبات: ماینرها برای تولید بلاک‌ها تلاش زیادی کرده و انرژی زیادی مصرف میکنند. اما محسباتی که انجام می‌دهند در هیچ کجای دیگر قابل استفاده نیست. آنها امنیت شبکه را تضمین میکنند اما این امنیت را نمی‌توان در کسب‌وکار، دانش یا هر زمینه دیگری استفاده کرد.
چرا از اثبات کار در بیت کوین استفاده می‌شود؟
در ارزهای رمزپایه‌ی مبتنی بر بلاک چین‌های عمومی، اثبات کار به عنوان مکانیسمی برای جلوگیری از بازیگران مخرب در ایجاد و افزودن بلاک به بلاک چین مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بدون آن، هرکسی می‌تواند بلاک چین را به دلخواه خود مرتب نموده و بلاک‌های قدیمی را به دلخواه خود بازنویسی کند. اینجاست که مکانیسم اجماع اثبات کار مطرح می‌شود.
انگیزه برای ماینرها پاداش بلاک و هزینه‌ی ترکانش‌ها است، یعنی هربار ک آنها لاکی را ایجاد میکنند با توجه به استاندارد شبکه پاداش می‌گیرند. در زمان نگارش این مقاله پاداش بیت کوین ۶.۲۵ BTC می‌باشد و قرار است در سال ۲۰۲۴ دوباره نصف شود.
جمع‌بندی
سیستم اثبات کار بیت کوین راه‌حلی بسیار هوشمندانه برای تأمین دفتر تراکنش‌های پولی مشترک می‌باشد و در عین حال انگیزه‌هایی برای ماینرها به‌منظور ادامه‌ی بازی حدس زدن ایجاد می‌کند.
ماینرها سعی میکنند یک عدد تصادفی کمتر یا مساوی با یک عدد هدف تعیین شده توسط شبکه‌ی بیت کوین را حدس بزنند. اگر آنها بسرتیترستی حدس بزنند، بلاکی که ایجاد نموده‌اند به بلاک چین ضمیمه گشته و کار بر روی مورد بعدی را شروع میکنند.
در هر ۲۰۱۶ بلوک، عدد هدف بر اساس زمانی که برای ایجاد ۲۰۱۶ بلاک پیشین لازم بود تنظیم می‌گردد.
اگر این کار بیش از ۲ هفته طول بکشد، سختی کاهش می‌یابد و بالعکس. هدف این است که همیشه این کار را انجام دهیم تا بلاک‌های جدیدی پیدا شود، بدون توجه به قدرت هش ترکیبی تمام ماینرها در شبکه‌ی بیت کوین به‌طور متوسط هر ۱۰ دقیقه این عمل صورت می‌گیرد.
و این همان چیزی است که می‌خواهیم. این مکانیسم اجماع اثبات کار بیت کوین است. اگر به پیچیدگی‌ها بپردازیم، همه‌چیز کمی گیج‌کننده و جالب‌تر می‌شود، اما با ساده‌ترین اصطلاحات، این سیستم برای ایمن‌سازی بلاک چین بیت کوین از بازیگران مخرب طراحی شده است.
