الگوریتم اثبات کار یا Proof of Work چیست؟

گواه اثبات کار الگوریتمی ویژه در دنیای هیجان انگیز و پر از داستان بلاک چین است که جذابیت‌های مختلفی دارد. الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) که به‌صورت خلاصه با PoW شناخته می‌شود، مکانیزمی برای جلوگیری از دابل اسپندینگ (Double Soending) یا همان دو بار خرج کردن در بلاک چین است و تعداد زیادی از رمزارزهای بزرگ، از این الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند.

تغییر ناپذیری، ناشناسی و امنیت از مهم‌ترین ویژگی‌های این الگوریتم شناخته می‌شوند و اهمیت زیادی دارند. برای اینکه به دنیای ارزهای دیجیتال قدم برداریم، باید برای کسب اطلاعاتی در مورد امنیت شبکه‌هایی که رمزارزها بر اساس آن به وجود آمده‌اند نیز اطلاعاتی داشته باشیم.

الگوریتم اثبات کار در فناوری بلاک چین نقش بسیار مهمی دارد؛ به همین دلیل قصد داریم در ادامه این مطلب از وبلاگ کیف پول من با الگوریتم اثبات کار آشنا شده و در نهایت به عملکرد، کاربرد و مزایای این الگوریتم بپردازیم.

الگوریتم اجماع

مکانیزم اجماع (Consensus) مکانیزم مقاوم در برابر خطا است که در سیستم‌های رایانه‌ای و بلاک چین برای دستیابی به توافق لازم بر روی یک مقدار داده استفاده می‌شود. رمزارزها بدون وجود الگوریتم اجماع شبکه نمی‌توانند به کار خود ادامه دهند و از کار می‌افتند. این الگوریتم مجموعه قوانینی است که در مورد مشروعیت کاربران شبکه برای ثبت و تایید تراکنش‌ها تصمیم می‌گیرد.

آشنایی با الگوریتم اثبات کار

الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) در سال 2008 توسط ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر بیت کوین معرفی شد. این الگوریتم اولین الگوریتمی است که بیت کوین و برخی دیگر از ارزهای دیجیتال، از آن در بلاک چین خود استفاده کردند.

اثبات کار به عنوان یکی از مکانیسم‌های اجماع در بلاک چین شناخته می‌شود که از آن برای تایید تراکنش‌ها، تولید بلاک و حفظ امنیت شبکه بلاک چین مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این الگوریتم ماینرها کار پردازش شبکه را انجام می‌دهند و پاداش کار خود را کسب می‌کنند.

می‌توان گفت این فناوری از سال‌های پیش وجود داشته است و ناکاموتو برای اولین بار و به جهت ایجاد یک سیستم پولی همتابه‌همتا از آن استفاده کرد. اثبات کار به شبکه غیرمتمرکز اجازه می‌دهد تا به اجماع و توافق برسند که این کار باعث می‌شود تا کاربران نتوانند کوین‌های خود را دو بار خرج کنند.

نحوه عملکرد اثبات کار

در PoW ماینرها با حل معادله‌های پیچیده ریاضی با یکدیگر رقابت می‌کنند و زمانی که این معادلات حل شوند، امکان تایید آن به وسیله سایر ماینرها افزایش می‌یابد و زمانی که یک ماینر پاسخ معادله را به دست بیاورد آن را به شبکه ارسال می‌کند.

پیچیدگی معادلات به تعداد کاربران، هش ریت کنونی شبکه و بار آن وابسته است و هرچه شبکه بلاک چین بزرگتر باشد جواب معادله نیز سخت‌تر و هرچه کوچکتر باشد جواب معامله آسان می‌شود. برای حل معادلات پیچیده ریاضی به قدرت زیادی نیاز است و این پیچیدگی امر بسیار مهمی در شبکه‌های مبتنی برا اثبات کار به حساب می‌آید.

این معادلات اگر آسان باشند، شبکه به راحتی هدف حملات محروم سازی از سرویس (DDOS و DOS) و اسپ قرار می‌گیرد؛ بنابراین درجه پیچیدگی معادلات باید مورد بررسی قرار بگیرد. هرچه که قدرت رایانه‌ای که به شبکه افزوده می‌شود، بیشتر باشد برای حل معادله بلاک جدید نیز نیاز به انجام محاسبات زیاد بیشتر می‌شود.

امنیت الگوریتم اثبات کار

دستکاری اطلاعات یک بلاک، مقدار هش را تغییر داده و اعتبار آن را از بین می‌برد. به این طریق اگر فردی قصد داشته باشد داده‌های یک بلاک را تغییر دهد باید هش تمامی بلاک‌های شبکه را دوباره استخراج کند. ماینرها به‌صورت غیرمتمرکز در شبکه فعالیت می‌کنند و غیر ممکن است که همزمان دو بلاک معتبر ساخته شود.

هرچقدر که شبکه بلاک چین بزرگتر و تعداد کاربران بیشتری داشته باشد، احتمال حمله 51 درصدی کاهش می‌یابد؛ چراکه به دست آوردن توان هش موردنیاز غیرممکن است. شبکه بیت کوین سختی استخراج را طوری تنظیم می‌کند که زمان محاسبه هش هر بلاک، حدود 10 دقیقه زمان نیاز داشته باشد.

این کار با طولانی کردن زمان محاسبه مقدار هش جدید تمامی بلاک‌های شبکه در صورت داشتن هش ریت کافی، دستکاری اطلاعات را بسیار سخت می‌کند. بیت کوین به عنوان تنها شبکه‌ای شناخته می‌شود که احتمال حمله 51 درصدی به آن به دلیل هزینه حمله 1.5 میلیون دلاری برای هر ساعت غیر ممکن است.

مقایسه الگوریتم اثبات کار با الگوریتم اثبات سهام

الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) به عنوان راه حل جدیدی برای رفع مشکلات مکانیسم اجماع اثبات کار (Proof of Work) در سال 2011 در انجمن Bitcointalk پیشنهاد شد. هر دو الگو تراکنش‌های دریافتی را تایید می‌نمایند و آن‌ها را به یک بلاک چین اضافه می‌کنند.

با الگوریتم اثبات سهام، اعضای یک شبکه به جای ماینر اعتبار سنج نامیده می‌شوند. یکی از تفاوت‌های میان این دو الگوریتم این است که اعتبارسنجی‌ها به جای حل مسائل ریاضی، مقادیر مشخصی از رمزارز سهام خود را در یک قرارداد هوشمند بر روی بلاک چین قفل می‌نمایند.

اثبات سهام مشارکت افراد را در سیستم‌های بلاک چین به عنوان اعتبارسنج، تسهیل می‌کند و به این طریق هیچ نیازی برای خرید سیستم‌های محاسباتی گران قیمت و مصرف برق زیاد برای ایتیکینگ رمزارز باقی نمی‌ماند. در اثبات کار برای استخراج رمزارزها به سخت افزارهای پیشرفته برای حل معادلات ریاضی نیاز است اما در اثبات سهام ماینرها به استفاده از کامپیوترهای خود نیازی ندارند و تنها تعداد کوین‌های آن‌ها عاملی موثر برایانتخاب به عنوان ماینر منتخب است.

در اثبات کار به اولین فردی که پاسخ معادلع را پیدا کند، پاداشی تعلق می‌گیرد اما در اثبات سهام تمامی واحدهای ارز دیجیتال از قبل استخراج شده و تعداد آن‌ها تغییری پیدا نمی‌کند. به عبارتی در الگوریتم اثبات کار، ماینرها بر سر جواب معادلات ریاضی با یکدیگر رقابت می‌کنند اما در اثبات سهام چنین چیزی وجود نداشته و ماینر هر بلام به‌صورت قطعی به دارایی‌هایی که در شبکه ارز دیجیتال سرمایه گذاری کرده، سهم دریافت می‌کند. از مهم‌ترین تفاوت میان الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام می‌توان به نحوه حکمرانی شبکه و پرداخت پاداش برای تایید تراکنش‌ها اشاره کرد.

مزایای الگوریتم اثبات کار

الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) مزایای زیادی دارد که باعث شده اغلب ارزهای دیجیتال از این الگوریتم استفاده کنند. در ادامه در مورد مزیای این الگوریتم توضیح می‌دهیم.

جلوگیری از حملات هکرها و دو بار خرج کردن

الگوریتم اثبات کار روشی هوشمند برای جلوگیری از حمله هکرها و دو بار خرج کردن (Double Soending) است. در این روش ماینرها ورودی‌هایی به دستگاه ماینر ارائه می‌کنند و این دستگاه‌ها باتوحه به توان پردازشی خود این ورودی‌ها را به خروجی‌های مناسب که به آن‌ها کد هش گفته می‌شود، تبدیل می‌کنند. کدهای هش هر بلوک اختصاصی است و هیچ تراکنشی به یکدیگر شباهت ندارد؛ به همین دلیل هک کردن رمزارزهایی مبتنی بر الگوریتم اثبات کار دشوار تلقی می‌شود.

امکان استخراج ارزهای دیجیتال

آن دسته از ارزهای دیجیتالی که از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند، این امکان را به کاربران خود می‌دهند تا با ماینرها و سخت افزارها، ارزها را ماین کنند. در حقیقت ارزهای مبتنی بر اثبات کار قابل استخراج هستند و افراد با تهیه دستگاه ماینر می‌توانند به فرایند استخراج مشغول شوند.

معایب الگوریتم اثبات سهام

وجود الگوریتم‌های اجماع برای فعالیت شبکه بلاک چین ضروری است اما هرکدام از این الگوریتم‌ها معایبی نیز دارند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

مصرف برق زیاد

ماینرها برای حل مسئله بیت کوین و به دست آوردن پاداش باید 24 ساعته و در هفت روز هفته دستگاه‌های خود را به‌صورت روشن نگه دارند که این باعث مصرف برق زیادی می‌شود. همچنین باتوجه به استخراج کننده‌های زیاد، افراد به دستگاه‌های قوی‌تری نیاز دارند و دستگاه‌های قوی‌تر نیز برق زیادی مصرف می‌کنند.

حملات 51 درصدی

اگر افراد، شرکت یا سازمانی بتواند 51 درصد از قدرت محاسباتی شبکه را در اختیار داشته باشد، الگوریتم اجماع برای تامین امنیت کارساز واقع نمی‌شود و آن شخص یا شرکت می‌تواند با افزودن یک بلاک نامعتبر به شبکه، امنیت آن شبکه را به خطر بیندازد.

تمرکزگرایی ماینینگ

مفهوم اثبات کار یعنی به وجود آوردن یک رمزارز بدون دخالبت مسئول متمرکز در آن. پس این سیستم در عمل متمرکز است و تنها سه استخر استخراج تقریبا 50 درصدی قدرت محاسباتی بیت کوین را کنترل و مدیریت می‌کنند و به دنبال حل این مشکل هستند.

رمزارزهای مبتنی بر الگوریتم اثبات کار

راه اندازی و به وجود آمدن بیت کوین در سال 2009 نشان داد که الگوریتم اثبات کار، مکانیسم اجماع امن و مناسبی برای سایر ارزهای دیجیتال است. امروزه ارزهای مهمی بر اساس الگوریتم اثبات کار عمل می‌کنند که می‌توان به خرید بیت کوین، اتریوم، دوج کوین، لایت کوین، بیت کوین کش، شیبا اینو، مونرو، دش، دکرد، زی کش و غیره اشاره کرد. البته لازم به ذکر است اتریوم با به‌روزرسانی مرج اتریوم 2.0 از الگوریتم اثبات کار به الگوریتم اثبات سهام کوچ می‌کند.

الگوریتم اثبات کار و دلیل حائز اهمیت بودن آن

الگوریتم اثبات کار یکی از مکانیسم‌های اجماع در بلاک چین است که از آن برای تایید تراکنش‌ها، تولید بلاک و حفظ امنیت شبکه بلاک چین مورد استفاده می‌شود. این الگوریتم ماینرها را تشویق می‌کند تا از قوانین پیروی کنند و بلاک‌های معتبری استخراج نمایند.

اگر استخراج بلاک‌ها به توان محاسباتی و انرژی زیادی نیاز نداشته باشد، انگیزه و علاقه ماینرها برای رفتار صادقانه در این شبکه نابود می‌شود و شبکه به‌صورت خودکار بلاک‌های حاوی تراکنش‌های نامعتبر را رد می‌کند.

این الگوریتم یکی از بهترین الگوریتم‌هایی است که برای فعالیت در بلاک چین، از آن استفاده می‌شود و افزایش امنیت آن از بزگترین مزایایی است که این شبکه دارد. البته مصرف انرژی و برق بالا نیز از معایب اثبات کار به شمار می‌آید. در این مطلب از وبلاگ کیف پول من به‌صورت جامع با الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) آشنا شدیم. برای مطالعه مطالب مهم دیگر در این زمینه می‌توانید سایر مطالب وبلاگ کیف پول من را مطالعه کنید.

برای دریافت فایل PDF این مقاله اینجا کلیک کنید