الگوریتم Ethash چیست؟ بررسی فنی مکانیزم استخراج و فایل DAG

تصور کنید سخت‌افزارهای گران‌قیمتی برای ریگ ماینینگ خود تهیه کرده‌اید و انتظار بازگشت سرمایه دارید، ولی به مرور زمان متوجه می‌شوید که شرکت‌های بزرگ با تولید دستگاه‌های پردازشی غول‌پیکر تمام پاداش‌های شبکه را می‌بلعند و سودآوری شما به صفر میل می‌کند. این دقیقاً همان چالشی است که Ethash با وابسته کردن فرآیند استخراج به حافظه رم (Memory-Hardness) قصد مقابله با آن را داشت. با این حال، همین سپر دفاعی دردسرهای جدیدی به همراه دارد که می‌تواند استراتژی ماینرها را مختل کند. در این مقاله، بررسی دقیقی از معماری الگوریتم Ethash خواهیم داشت، مفاهیم کلیدی آن را رمزگشایی می‌کنیم و به شما نشان می‌دهیم که این مکانیزم چگونه از سرمایه و سخت‌افزار شما در برابر انحصارطلبی محافظت می‌کند.

پیش‌نیازهای ورود به دنیای استخراج: تابع هش چیست؟

برای ورود به دنیای پیچیده اما جذاب استخراج (ماینینگ یا فرآیند تایید تراکنش‌ها و تولید سکه‌ی جدید به وسیله‌ی توان پردازشی)، ابتدا باید با زبان پایه‌ای شبکه‌های بلاکچین (پایگاه داده‌ی توزیع‌شده‌ای که اطلاعات تراکنش‌ها را مانند یک دفتر کل ثبت می‌کند) آشنا شویم. یکی از کلیدی‌ترین مفاهیم در این حوزه، تابع هش (Hash Function) است.

برای درک بهتر، تابع هش را شبیه به یک چرخ‌گوشت دیجیتال و هوشمند تصور کنید. شما می‌توانید هر نوع داده‌ای را، از یک کلمه‌ی کوتاه مانند سلام تا متن کامل یک کتاب هزار صفحه‌ای، وارد این دستگاه کنید. دستگاه پس از پردازش، همیشه یک رشته‌ی متنی و عددی با طول کاملا ثابت به شما تحویل می‌دهد که به آن هش (Hash) می‌گویند. فرقی نمی‌کند ورودی شما چقدر بزرگ یا کوچک باشد، خروجی همیشه قالبی مشخص و ثابت دارد.

این تابع‌های ریاضی چند ویژگی حیاتی دارند که آن‌ها را برای دنیای رمزارزها بی‌نقص می‌کند:

• مسیر یک‌طرفه: دقیقا همان‌طور که نمی‌توانید گوشت چرخ‌کرده را دوباره به تکه‌ی گوشت اولیه‌ی خود برگردانید، در تابع هش هم هرگز نمی‌توان با داشتن خروجی (هش)، به داده‌ی ورودی پی برد.
• حساسیت بالا به تغییرات: اگر حتی یک نقطه‌ی کوچک به کتاب هزار صفحه‌ای ورودی اضافه کنید، خروجی یا همان هش نهایی به طور کامل تغییر می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود تا هیچ‌کس نتواند اطلاعات تراکنش‌های مالی را بدون جلب توجه دستکاری کند.
• اثر انگشت دیجیتال: هر داده‌ای، هش مخصوص به خودش را دارد. بنابراین هش‌ها مانند اثر انگشت منحصر‌به‌فرد اطلاعات عمل می‌کنند.

مروری کوتاه بر مکانیزم‌های اثبات کار (PoW) و نقش توابع هش در امنیت شبکه

حالا که می‌دانیم هش چیست، باید ببینیم شبکه‌هایی که قابلیت استخراج دارند چگونه از این مفهوم استفاده می‌کنند. در اینجا با مکانیزم اثبات کار (Proof of Work یا الگوریتمی که در آن دستگاه‌ها برای حل معمای ریاضی رمزنگاری‌شده با هم رقابت می‌کنند) روبه‌رو می‌شویم.

در شبکه‌هایی که با الگوریتم اثبات کار فعالیت می‌کنند، امنیت حرف اول را می‌زند و شبکه باید مطمئن شود کسی قصد خرابکاری یا تقلب ندارد. برای این کار، سیستم یک معمای سخت طراحی می‌کند. این معما در واقع پیدا کردن یک هش خاص است. شبکه به تمام ماینرها می‌گوید هرکسی بتواند زودتر اطلاعات تراکنش‌های جدید را با یک عدد تصادفی ترکیب کند و در چرخ‌گوشت دیجیتال (تابع هش) بریزد تا یک خروجی با شکل و شمایل خاص (مثلا هشی که با پنج صفر شروع می‌شود) به دست بیاید، برنده‌ی مسابقه است و پاداش دریافت می‌کند.

از آنجایی که توابع هش کاملا یک‌طرفه هستند و نمی‌توان جواب را از قبل حدس زد، ماینرها چاره‌ای ندارند جز اینکه میلیون‌ها و گاهی میلیاردها بار در ثانیه، اعداد تصادفی مختلف را امتحان کنند تا بالاخره به جواب درست برسند. این تلاش مداوم، نیازمند مصرف بالای انرژی برق و استفاده از قدرت پردازشی دستگاه‌های گران‌قیمت است.

به همین دلیل است که به این روش اثبات کار می‌گویند؛ ماینر با پیدا کردن جواب درست، در واقع به کل شبکه اثبات می‌کند که برای تامین امنیت داده‌ها کار فیزیکی انجام داده و انرژی و سرمایه‌ی خود را صرف کرده است. در این فرآیند، توابع هش نقش قفل‌های دیجیتالی غیر قابل نفوذی را بازی می‌کنند که امنیت کل شبکه‌ی رمزارز به قدرت و دقت آن‌ها گره خورده است.

الگوریتم Ethash چیست و چرا به وجود آمد؟

در بخش قبل دیدیم که توابع هش چگونه امنیت شبکه‌های بلاک‌چین را تامین می‌کنند. حالا نوبت آن است که با یکی از معروف‌ترین و هوشمندانه‌ترین الگوریتم‌های این فضا، یعنی Ethash آشنا شویم. الگوریتم Ethash در واقع موتور محرک و قلب تپنده‌ی نسخه‌ی اولیه‌ی شبکه‌ی اتریوم و بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر است.

برای درک بهتر، شبکه‌ی بلاک‌چین را مانند یک شهر دیجیتالی بزرگ در نظر بگیرید. در این شهر، ماینرها نقش نگهبانان را بازی می‌کنند. الگوریتم Ethash در حقیقت همان دفترچه‌ی قوانین و دستورالعمل‌های خاصی است که این نگهبانان باید برای تایید تراکنش‌ها و حفظ امنیت شهر به آن عمل کنند. اما چرا سازندگان اتریوم به جای استفاده از قوانین از پیش موجود، یک دفترچه‌ی قانون جدید نوشتند؟

تاریخچه‌ی پیدایش و مسیر تکامل الگوریتم Ethash

زمانی که ایده‌ی ساخت اتریوم مطرح شد، شبکه‌ی بیت‌کوین به عنوان پادشاه رمزارزها از الگوریتمی به نام SHA-256 استفاده می‌کرد. اما ویتالیک بوترین (خالق اتریوم) و تیم توسعه‌دهنده‌ی او متوجه یک ایراد بزرگ در سیستم بیت‌کوین شدند و تصمیم گرفتند مسیر متفاوتی را طی کنند.

آن‌ها نمی‌خواستند اتریوم به سرنوشت بیت‌کوین دچار شود. بنابراین در ابتدا دو محقق مختلف، دو راهکار مجزا ارائه دادند: یکی الگوریتم Dagger و دیگری الگوریتم Hashimoto. هر کدام از این روش‌ها نقاط قوت و ضعف خود را داشتند. توسعه‌دهندگان اتریوم در یک اقدام هوشمندانه، بخش‌های مفید این دو ایده را با هم ترکیب کردند و به نسخه‌ی اولیه‌ای به نام Dagger-Hashimoto رسیدند. با گذشت زمان و انجام اصلاحات و بهبودهای فراوان برای رفع ایرادات فنی، این ترکیب خام به یک الگوریتم پخته، مستقل و بسیار کارآمد تبدیل شد که امروز آن را با نام تخصصی Ethash می‌شناسیم.

هدف اصلی توسعه‌ی Ethash: مقابله با تمرکز شبکه و مقاومت در برابر اسیک (ASIC Resistance)

برای درک بزرگترین دستاورد Ethash، باید به مشکلی که در شبکه‌ی بیت‌کوین رخ داد برگردیم. در روزهای اولیه‌ی پیدایش بیت‌کوین، هر کسی می‌توانست با رایانه‌ی شخصی و خانگی خود فرآیند ماینینگ را انجام دهد. اما پس از مدتی، شرکت‌های ثروتمند دستگاه‌هایی به نام اسیک (ASIC یا مدارهای مجتمع با کاربرد خاص که سخت‌افزارهایی بسیار قدرتمند هستند و منحصراً برای انجام یک محاسبه‌ی ثابت ساخته شده‌اند) را تولید کردند.

ورود اسیک‌ها به بازار، شبیه به آوردن یک ماشین مسابقه‌ای فرمول یک به یک مسابقه‌ی دوچرخه‌سواری محلی بود! این دستگاه‌ها آنقدر در حل معادلات سریع بودند که کاربران عادی با رایانه‌های معمولی دیگر هیچ شانسی برای رقابت و دریافت پاداش نداشتند. در نتیجه، قدرت تایید تراکنش‌ها و تولید سکه‌های جدید در دست چند شرکت بزرگ و ثروتمند متمرکز شد. این اتفاق، کاملا در تضاد با روح آزاد و غیرمتمرکز ارزهای دیجیتال بود.

تیم اتریوم با خلق الگوریتم Ethash، دو هدف بسیار مهم را برای رفع این مشکل دنبال می‌کرد:

• مقاومت در برابر اسیک (ASIC Resistance): الگوریتم Ethash طوری طراحی شد که برای حل معماهای آن، تنها داشتن قدرت پردازش سریع (چیزی که اسیک‌ها در آن عالی هستند) کافی نباشد. این الگوریتم برای کار کردن، به شدت به حافظه‌ی موقت یا رم (RAM) نیاز دارد. ساختن دستگاه‌های اسیک که حافظه‌ی رم بالا و سریعی داشته باشند، بسیار گران و از نظر اقتصادی کاملا غیرمنطقی است. این ویژگی هوشمندانه که به آن وابستگی به حافظه می‌گویند، باعث شد تا غول‌های سخت‌افزاری نتوانند به راحتی شبکه‌ی بیت‌کوین، وارد شبکه‌ی اتریوم شوند.
• حفظ تمرکززدایی و حمایت از کاربران خانگی: با دور نگه‌داشتن دستگاه‌های انحصاری اسیک، راه برای استفاده از کارت‌های گرافیک (GPU) باز ماند. از آنجایی که کارت‌های گرافیک قطعاتی در دسترس هستند و در رایانه‌ی بسیاری از گیمرها و کاربران عادی پیدا می‌شوند، هر فردی با یک سرمایه‌ی معقول می‌توانست وارد شبکه‌ی اتریوم شود و به استخراج بپردازد. این استراتژی باعث شد تا قدرت تامین امنیت شبکه، بین صدها هزار نفر در سراسر دنیا پخش شود و هیچ سازمان متمرکزی نتواند کنترل شبکه‌ی اتریوم را به انحصار خود درآورد.

الگوریتم Ethash چگونه کار می‌کند؟

حالا که با هدف پیدایش این الگوریتم و تلاش آن برای ایجاد عدالت در شبکه‌های بلاک‌چین آشنا شدیم، وقت آن است که کاپوت این ماشین هوشمند را بالا بزنیم و نگاهی به موتور آن بیندازیم. می‌خواهیم قدم به قدم بررسی کنیم که وقتی یک کارت گرافیک روشن می‌شود و شروع به استخراج با این الگوریتم می‌کند، دقیقا چه اتفاقی در پس‌زمینه‌ی آن رخ می‌دهد.

آشنایی با الگوریتم Keccak و نقش آن در رمزنگاری داده‌ها

پایه‌ی اصلی و لایه‌ی اولیه‌ی امنیتی در ساختار Ethash، یک تابع ریاضی به نام Keccak است. این الگوریتم در واقع نسخه‌ای پیشرفته از خانواده‌ی استانداردهای امنیتی است که وظیفه‌ی درهم‌سازی و رمزنگاری اطلاعات را بر عهده دارد.

تصور کنید Keccak یک گاوصندوق دیجیتالی و بسیار پیشرفته است که اطلاعات تراکنش‌ها درون آن قرار می‌گیرد. هر بار که داده‌ای وارد این تابع می‌شود، Keccak آن را به یک رشته‌ی متنی بی‌معنی، یکتا و کاملا رمزنگاری‌شده تبدیل می‌کند. این لایه‌ی محافظتی تضمین می‌کند که هیچ‌کس نتواند اطلاعات تراکنش‌های داخل شبکه را بخواند، پیش‌بینی کند یا دستکاری نماید.

مکانیزم ترکیبی Dagger-Hashimoto چیست و چگونه عمل می‌کند؟

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، هسته‌ی اصلی Ethash از ترکیب دو ایده‌ی متفاوت به نام‌های Dagger و Hashimoto متولد شده است. برای درک ساده‌ی این مکانیزم، این دو را مانند دو همکار در نظر بگیرید که برای گرفتن آزمون از ماینرها در کنار هم کار می‌کنند:

• وظیفه‌ی Dagger: این بخش مسئول ساختن یک پایگاه داده‌ی بسیار بزرگ از اطلاعات است. کار او شبیه به نویسنده‌ای است که یک کتابخانه‌ی عظیم، پر از کتاب‌های حاوی رمز و راز تولید می‌کند.
• وظیفه‌ی Hashimoto: این بخش نقش یک آزمون‌گیرنده‌ی سخت‌گیر را دارد. او برای تایید کار ماینرها و دادن پاداش، از آن‌ها می‌خواهد تا با سرعت بالا، صفحات تصادفی و پراکنده‌ای از کتاب‌های مختلف این کتابخانه‌ی عظیم را پیدا کنند، بخوانند و در کنار هم قرار دهند.

ترکیب این دو روش باعث می‌شود تا فرآیند ماینینگ، هم به ذخیره‌سازی داده‌های بسیار زیاد و هم به جستجوی فوق‌سریع در میان آن‌ها وابسته باشد.

مفهوم فایل دگ (DAG) و نقش حیاتی آن در فرآیند ماینینگ

کلمه‌ی DAG مخفف عبارت گراف جهت‌دار غیر مدور (Directed Acyclic Graph یا نوعی ساختار داده‌ی ریاضی که اطلاعات در آن فقط در یک مسیر رو به جلو حرکت می‌کنند و هیچ‌گاه به نقطه‌ی شروع برنمی‌گردند) است. در دنیای استخراج، فایل دگ دقیقا همان کتابخانه‌ی عظیمی است که در بخش قبل به آن اشاره کردیم.

برای اینکه یک دستگاه بتواند در شبکه‌ای مبتنی بر Ethash کار کند، باید این فایل بزرگ را به طور کامل دانلود کرده و درون حافظه‌ی موقت خود نگه دارد. نکته‌ی جالب و البته چالش‌برانگیز این است که حجم فایل دگ ثابت نیست. در بازه‌های زمانی مشخصی که به آن اپوک (Epoch یا دوره‌های زمانی تعیین‌شده در شبکه که پس از استخراج تعداد مشخصی بلاک تغییر می‌کند) می‌گویند، حجم این فایل کمی بزرگ‌تر می‌شود. بنابراین، اگر حجم حافظه‌ی کارت گرافیک شما از اندازه‌ی فعلی فایل دگ کمتر شود، دستگاه شما دیگر توانایی خواندن اطلاعات را نخواهد داشت و عملا از چرخه‌ی استخراج آن ارز حذف می‌شود.

چرا Ethash به حافظه رم (RAM) وابسته است؟ (بررسی مفهوم Memory-Hardness)

ویژگی وابستگی به حافظه (Memory-Hardness) در واقع همان سپر دفاعی هوشمندانه‌ای است که مانع از ورود دستگاه‌های انحصاری ثروتمندان به شبکه می‌شود. در الگوریتم‌های قدیمی‌تر، هرچه پردازنده‌ی شما در انجام محاسبات سریع‌تر بود، معمای بلاک را زودتر حل می‌کردید. اما Ethash قانون این بازی را به کل تغییر داد.

در این الگوریتم، سرعت حل معما به قدرت پردازنده بستگی ندارد، بلکه کاملا به سرعت خواندن اطلاعات از روی فایل دگ وابسته است. این فرآیند را مانند یک اتومبیل مسابقه‌ای (پردازنده‌ی مرکزی) در نظر بگیرید که باید برای رسیدن به خط پایان، از یک تونل بسیار باریک (پهنای باند حافظه‌ی رم) عبور کند. مهم نیست موتور اتومبیل شما چقدر قدرتمند و سریع است؛ در نهایت شما نمی‌توانید سریع‌تر از ظرفیتی که تونل اجازه می‌دهد، حرکت کنید.

بنابراین، برای موفقیت در Ethash، به جای یک پردازنده‌ی فوق‌سریع، به حافظه‌ی رم (RAM) با ظرفیت بالا و پهنای باند وسیع نیاز دارید که بتواند اطلاعات فایل دگ را به سرعت جابه‌جا کند. این ویژگی دقیقا نقطه‌ی قوت کارت‌های گرافیک (GPU) است و باعث می‌شود تا دستگاه‌های ماینر خانگی بهترین ابزار برای این کار باشند.

جدول مقایسه‌: تفاوت‌های معماری الگوریتم Ethash (اتریوم کلاسیک) و SHA-256 (بیت‌کوین)

برای درک بهتر تفاوت این ساختار با شبکه‌ی بیت‌کوین، بیایید یک مقایسه‌ی ساده و کلی داشته باشیم تا ببینیم این دو غول دنیای رمزنگاری چه تفاوت‌هایی در زیرساخت خود دارند:

ویژگی‌های اصلی	الگوریتم Ethash (مثل اتریوم کلاسیک)	الگوریتم SHA-256 (مثل بیت‌کوین)
تمرکز اصلی الگوریتم	وابستگی شدید به حافظه‌ی رم (Memory-Hard)	وابستگی شدید به قدرت پردازش خالص (Compute-Hard)
نیاز به فایل اطلاعاتی	بله، نیاز به ذخیره‌ی فایل حجیم دگ (DAG) دارد	خیر، نیازی به ذخیره‌ی فایل‌های حجیم پیش‌نیاز ندارد
سخت‌افزار ایده‌آل و رایج	کارت گرافیک (GPU) به دلیل حافظه‌ی ویدیویی بالا	دستگاه‌های تخصصی اسیک (ASIC) به دلیل توان پردازشی عظیم
خطر تمرکز در شبکه	کمتر (گرافیک‌ها در دسترس عموم مردم هستند)	بیشتر (اسیک‌ها در انحصار شرکت‌های بزرگ و مزارع استخراج‌اند)

تجهیزات ماینینگ و استخراج در شبکه‌ی مبتنی بر Ethash

حالا که با معماری درونی Ethash آشنا شدیم، وقت آن است که ببینیم برای فعالیت در این شبکه‌ها به چه ابزارهایی نیاز داریم. تجهیزات ماینینگ (سخت‌افزارهایی که برای حل معادلات شبکه و دریافت پاداش استفاده می‌شوند) نقش اصلی را در میزان سودآوری شما ایفا می‌کنند. بیایید بررسی کنیم که کدام قطعات برای این الگوریتم مناسب‌تر هستند و چرا.

استخراج با کارت گرافیک (GPU): بهترین و بهینه‌ترین روش ماینینگ

کارت گرافیک (GPU یا واحد پردازش گرافیکی که معمولا برای اجرای بازی‌های ویدیویی یا رندر نرم‌افزارهای مهندسی استفاده می‌شود) بدون شک پادشاه بی‌رقیب در دنیای Ethash است. اما چرا این قطعه تا این حد برای این الگوریتم ایده‌آل است؟

همان‌طور که در بخش‌های قبل اشاره کردیم، الگوریتم Ethash به شدت به حافظه وابسته است و باید دائما اطلاعات را با سرعت بالا از روی فایل دگ (DAG) بخواند. کارت‌های گرافیک دارای حافظه‌ی ویدیویی (VRAM یا حافظه‌ی اختصاصی و بسیار پرسرعت نصب‌شده روی خود برد گرافیک) هستند. این حافظه‌ها پهنای باند بسیار بالایی دارند؛ به این معنی که می‌توانند حجم عظیمی از داده‌ها را در کسری از ثانیه بین پردازنده و حافظه جابه‌جا کنند.

علاوه بر این، کارت‌های گرافیک هزاران هسته‌ی پردازشی کوچک دارند که می‌توانند کارهای تکراری و محاسبات ریاضی را به صورت همزمان انجام دهند. این ویژگی‌ها در کنار هم باعث می‌شود تا ساختن یک ریگ ماینینگ (مجموعه‌ای از چند کارت گرافیک که روی یک شاسی یا چارچوب سوار شده و به صورت هماهنگ فقط برای استخراج کار می‌کنند) بهترین، اقتصادی‌ترین و کارآمدترین روش برای استخراج رمزارزهای مبتنی بر Ethash باشد.

استخراج با پردازنده‌ی مرکزی (CPU): چرا دیگر توجیه اقتصادی ندارد؟

در روزهای اولیه‌ی پیدایش ارزهای دیجیتال، پردازنده‌ی مرکزی (CPU یا مغز اصلی رایانه که وظیفه‌ی مدیریت تمام دستورات و برنامه‌ها را بر عهده دارد) تنها ابزار در دسترس برای استخراج بود. از نظر فنی، شما هنوز هم می‌توانید با CPU رایانه‌ی شخصی خود در شبکه‌ی Ethash فعالیت کنید، اما این کار دیگر هیچ توجیه منطقی و اقتصادی ندارد.

دلیل این موضوع به تفاوت ساختاری پردازنده‌ها برمی‌گردد. پردازنده‌های مرکزی شبیه به چند مدیر ارشد و بسیار باهوش هستند که می‌توانند پیچیده‌ترین مسائل را حل کنند، اما تعداد آن‌ها در یک قطعه بسیار کم است (معمولا بین 4 تا 24 هسته). از طرفی، ارتباط این هسته‌ها با حافظه‌ی اصلی سیستم، هرگز به اندازه‌ی ارتباط داخلی قطعات یک کارت گرافیک سریع نیست.

در نتیجه، وقتی یک پردازنده‌ی مرکزی می‌خواهد معادلات وابسته‌به‌حافظه‌ی Ethash را حل کند، به دلیل محدودیت در جابه‌جایی سریع اطلاعات، به شدت کند عمل می‌کند. در این حالت، هزینه‌ی استهلاک قطعه و برق مصرفی سیستم شما، بسیار بیشتر از درآمد ناچیزی خواهد بود که از استخراج به دست می‌آورید.

وضعیت فعلی دستگاه‌های اسیک (ASIC) در الگوریتم Ethash: آیا اسیک‌ها موفق به نفوذ شدند؟

یکی از اهداف اصلی و رویاهای تیم توسعه‌دهنده‌ی Ethash، مقاومت در برابر دستگاه‌های اسیک بود. آن‌ها می‌خواستند قدرت استخراج را در دست کاربران عادی و خانگی نگه دارند تا شبکه متمرکز نشود. اما آیا غول‌های سخت‌افزاری تسلیم شدند؟

پاسخ هم بله است و هم خیر. در سال‌های اولیه‌ی فعالیت این الگوریتم، هیچ دستگاه اسیکی نمی‌توانست وارد شبکه شود، زیرا ساختن دستگاهی که حافظه‌ی رم بالا و پرسرعتی داشته باشد، از نظر اقتصادی بسیار گران و غیرمنطقی تمام می‌شد. اما با گذشت زمان و افزایش شدید قیمت رمزارزها، شرکت‌های بزرگ تولیدکننده‌ی سخت‌افزار ماینینگ (مانند شرکت بیت‌مین) دست به کار شدند و با صرف هزینه‌های کلان تحقیقاتی، اسیک‌های مخصوص Ethash را روانه‌ی بازار کردند.

این دستگاه‌های قدرتمند توانستند وارد شبکه شوند و سهم بزرگی از پردازش را به دست بگیرند، اما همچنان چالش‌ها و تفاوت‌های مهمی با تجهیزات سنتی دارند که باعث می‌شود گرافیک‌ها حذف نشوند:

• هزینه‌ی تولید و قیمت بسیار بالا: به دلیل نیاز مبرم به حافظه‌های گران‌قیمت در ساختار Ethash، تولید این اسیک‌ها بسیار پرهزینه‌تر از مدل‌های استفاده‌شده در شبکه‌ی بیت‌کوین است و خرید آن‌ها برای هر ماینری مقدور نیست.
• انعطاف‌پذیری صفر درصد: بزرگترین نقطه ضعف اسیک‌ها همین‌جاست. اگر شما یک ریگ کارت گرافیک داشته باشید و ناگهان استخراج یک ارز سودآوری خود را از دست بدهد، می‌توانید به راحتی با چند کلیک، شروع به استخراج ارز دیگری کنید؛ یا در بدترین حالت، گرافیک‌ها را به گیمرها و طراحان بفروشید. اما دستگاه اسیک Ethash فقط و فقط می‌تواند همین یک الگوریتم را پردازش کند. اگر شرایط شبکه تغییر کند یا پروژه‌ای متوقف شود، آن دستگاه گران‌قیمت عملا به یک قطعه‌ی فلزی بی‌ارزش تبدیل خواهد شد.

بنابراین، با وجود نفوذ و حضور پررنگ اسیک‌ها در سال‌های اخیر، کارت‌های گرافیک همچنان به دلیل انعطاف‌پذیری بالا، ارزش فروش مجدد و دسترسی آسان‌تر، گزینه‌ی محبوب‌تر و کم‌ریسک‌تری برای عموم علاقه‌مندان به دنیای ماینینگ محسوب می‌شوند.

کدام ارزهای دیجیتال از الگوریتم Ethash استفاده می‌کنند؟

تا اینجا متوجه شدیم که موتور محاسباتی Ethash چقدر قدرتمند و هوشمندانه طراحی شده است. اما سوال مهمی که برای بسیاری از علاقه‌مندان به دنیای استخراج پیش می‌آید این است که در حال حاضر، این موتور روی کدام ماشین‌ها یا شبکه‌ها نصب شده است؟ در سال‌های گذشته، نام Ethash با یک غول بزرگ یعنی اتریوم گره خورده بود، اما دنیای رمزارزها همیشه در حال تغییر است و امروز نقشه‌ی کاربری این الگوریتم کاملا دگرگون شده است. بیایید نگاهی به میزبانان فعلی و گذشته‌ی این الگوریتم بیندازیم.

اتریوم کلاسیک (ETC): بزرگترین میزبان فعلی و وارث اصلی الگوریتم Ethash

وقتی صحبت از الگوریتم Ethash در زمان حال می‌شود، اتریوم کلاسیک پادشاه بی‌چون‌وچرای این میدان است. برای درک رابطه‌ی اتریوم کلاسیک با اتریوم اصلی، تصور کنید یک قطار در حال حرکت روی یک ریل است که ناگهان مسیر ریل به دو شاخه تقسیم می‌شود؛ به این اتفاق در دنیای بلاک‌چین هارد فورک (Hard Fork یا انشعاب سخت که باعث می‌شود یک شبکه به دو شبکه‌ی کاملا مجزا و مستقل با قوانین متفاوت تبدیل شود) می‌گویند.

سال‌ها پیش، پس از یک اختلاف نظر بزرگ در جامعه‌ی اتریوم، این شبکه به دو مسیر تقسیم شد. گروهی تصمیم گرفتند قوانین جدیدی وضع کنند (که به اتریوم فعلی تبدیل شد) و گروهی دیگر تصمیم گرفتند به همان کدهای اصیل و اولیه‌ی شبکه وفادار بمانند. این گروه دوم، شبکه‌ی اتریوم کلاسیک را تشکیل دادند. امروزه، اتریوم کلاسیک به عنوان وارث اصلی و پناهگاه امن ماینرهایی شناخته می‌شود که تجهیزات استخراج مبتنی بر الگوریتم Ethash را در اختیار دارند و همچنان با قدرت به کار خود ادامه می‌دهد.

سرنوشت شبکه‌ی اتریوم (ETH): پایان دوران استخراج با رویداد مرج (The Merge)

شاید از خود بپرسید پس تکلیف اتریوم اصلی (ETH) چه شد؟ پاسخ به این سوال یکی از بزرگترین اتفاقات تاریخ ارزهای دیجیتال است. شبکه‌ی اتریوم برای سال‌ها میزبان اصلی ماینرهای Ethash بود، اما تیم توسعه‌دهنده‌ی آن تصمیم گرفتند مصرف بالای برق و وابستگی به سخت‌افزارها را به طور کامل حذف کنند.

آن‌ها در اواخر سال 2022، یک به‌روزرسانی تاریخی به نام رویداد مرج (The Merge یا ادغام لایه‌های شبکه برای تغییر بنیادین سیستم تایید تراکنش‌ها) را اجرا کردند. با این به‌روزرسانی، اتریوم برای همیشه با الگوریتم اثبات کار (PoW) و فرآیند ماینینگ خداحافظی کرد و به سیستم اثبات سهام (Proof of Stake یا مکانیزمی که در آن افراد به جای خرید دستگاه ماینر، سرمایه‌ی خود را در شبکه قفل می‌کنند تا امنیت تامین شود) کوچ کرد.

بنابراین، اگر امروز کسی به شما گفت که در حال استخراج اتریوم (ETH) با کارت گرافیک است، بدانید که این کار از نظر فنی دیگر غیرممکن است و شبکه‌ی اتریوم دیگر از الگوریتم Ethash برای تولید سکه‌ی جدید استفاده نمی‌کند.

سایر پروژه‌های فعال و غیرفعال مبتنی بر Ethash (مانند Metaverse ETP، Expanse، Musicoin و Ellaism)

از آنجایی که کدهای الگوریتم Ethash به صورت متن‌ باز (Open Source یا کدهایی که به صورت رایگان در دسترس عموم قرار دارند تا هر کسی بتواند آن‌ها را بررسی یا استفاده کند) منتشر شده‌اند، توسعه‌دهندگان مختلفی در سراسر جهان تصمیم گرفتند شبکه‌های اختصاصی خود را بر پایه‌ی همین موتور قدرتمند بسازند.

این پروژه‌ها معمولا اهداف متفاوتی داشتند و تلاش کردند تا جامعه‌ی ماینرهای خاص خود را جذب کنند. در ادامه به چند نمونه از این شبکه‌ها اشاره می‌کنیم:

• شبکه‌ی Expanse (EXP): یکی از اولین پروژه‌هایی که از کدهای اتریوم الگوبرداری کرد و با هدف ایجاد یک پلتفرم غیرمتمرکز ساده‌تر راه‌اندازی شد.
• شبکه‌ی Musicoin (MUSIC): پروژه‌ای جالب که با استفاده از الگوریتم Ethash تلاش کرد تا یک سیستم پرداخت عادلانه برای نوازندگان و تولیدکنندگان موسیقی ایجاد کند.
• شبکه‌ی Metaverse ETP (ETP): یک شبکه‌ی چینی که با هدف ترکیب هویت دیجیتال و دارایی‌های مجازی بر بستر بلاک‌چین شکل گرفت.
• شبکه‌ی Ellaism (ELLA): پروژه‌ای که با شعار شفافیت و بدون دریافت مالیات توسعه‌دهندگان به وجود آمد تا محیطی کاملا آزاد برای کاربران فراهم کند.

البته باید به این نکته‌ی مهم توجه داشته باشیم که بسیاری از این شبکه‌های کوچک با گذشت زمان، قدرت و محبوبیت اولیه‌ی خود را از دست داده‌اند و ممکن است استخراج آن‌ها دیگر توجیه اقتصادی نداشته باشد؛ اما حضور آن‌ها نشان می‌دهد که معماری Ethash چقدر منعطف و الهام‌بخش بوده است.

بررسی تخصصی مزایا و معایب الگوریتم Ethash

هیچ فناوری و تکنولوژی جدیدی در دنیای ما بدون نقص نیست و الگوریتم Ethash نیز از این قاعده‌ی کلی مستثنی نخواهد بود. این مکانیزم هوشمندانه که سال‌ها ستون فقرات شبکه‌ی اتریوم بود، مانند یک شمشیر دولبه عمل می‌کند. برای اینکه بتوانید دیدگاه روشن‌تری نسبت به این الگوریتم داشته باشید، بیایید کفه‌ی ترازوی نقاط قوت و ضعف آن را با هم بررسی کنیم.

نقاط قوت: تمرکززدایی بالا، امنیت شبکه و دسترسی آسان‌تر برای ماینرهای خانگی

ابتدا به سراغ ویژگی‌های مثبتی می‌رویم که باعث شدند Ethash به یکی از محبوب‌ترین الگوریتم‌های تاریخ رمزارزها تبدیل شود:

• تمرکززدایی واقعی و مقابله با انحصار: همان‌طور که پیش‌تر گفتیم، بزرگترین دستاورد این الگوریتم، مقاومت در برابر دستگاه‌های تخصصی اسیک بود. این ویژگی باعث شد تا قدرت تصمیم‌گیری و تایید تراکنش‌ها در دست شرکت‌های ثروتمند و مزارع بزرگ استخراج متمرکز نشود. در یک شبکه‌ی مبتنی بر Ethash، قدرت در میان صدها هزار ماینر کوچک و بزرگ پخش شده است؛ درست مانند شهری که تمام شهروندان در اداره‌ی آن حق رای دارند، نه فقط چند خانواده‌ی ثروتمند که تمام تصمیمات را به نفع خود می‌گیرند.
• امنیت فوق‌العاده‌ی شبکه: وقتی تعداد ماینرها در سراسر جهان زیاد و پراکنده باشد، امنیت شبکه به طرز چشمگیری بالا می‌رود. در این حالت، انجام یک حمله 51 درصدی (حمله 51 درصدی یا وضعیتی که در آن یک هکر یا گروهی از افراد خرابکار بیش از نیمی از قدرت پردازشی کل شبکه را در اختیار می‌گیرند تا تراکنش‌ها را دستکاری کرده و سکه‌ها را دو بار خرج کنند) عملا غیر ممکن و به‌شدت پرهزینه می‌شود.
• دسترسی آسان و کم‌ریسک برای ماینرهای خانگی: شما برای ورود به این شبکه نیازی به خرید تجهیزات عجیب و غریب یا سفارش دستگاه‌های کمیاب ندارید. خرید کارت‌های گرافیک بسیار آسان است و مهم‌تر از همه، ریسک سرمایه‌گذاری را به شدت کاهش می‌دهد. اگر روزی تصمیم بگیرید از دنیای استخراج خارج شوید، همیشه گیمرها، طراحان گرافیک و تدوین‌گران ویدیو آماده‌ی خرید قطعات شما هستند و بخش بزرگی از سرمایه‌ی اولیه‌ی شما بازمی‌گردد.

نقاط ضعف: مصرف بالای حافظه، حجم سنگین فایل DAG و چالش‌های زیست‌محیطی

در سمت دیگر ماجرا، ویژگی‌های فنی خاص این الگوریتم، دردسرهایی را نیز به همراه داشته است که نمی‌توان از آن‌ها چشم‌پوشی کرد:

• رشد بی‌وقفه‌ی فایل دگ (DAG) و استهلاک تجهیزات: وابستگی به حافظه‌ی رم به این معناست که ماینرها باید همیشه فایل بزرگ دگ را درون حافظه‌ی گرافیک خود نگه دارند. مشکل اصلی اینجاست که حجم این فایل با گذشت زمان به طور مداوم بزرگ و بزرگ‌تر می‌شود. این وضعیت را مانند کوهنوردی در نظر بگیرید که در طول مسیر، هر روز یک سنگ جدید درون کوله‌پشتی او قرار می‌دهند؛ در نهایت روزی می‌رسد که کارت گرافیک قدیمی شما دیگر توان کشیدن این بار سنگین (ظرفیت حافظه‌ی مورد نیاز برای فایل دگ) را نخواهد داشت و برای همیشه از چرخه‌ی استخراج آن ارز خاص خارج می‌شود. این موضوع باعث می‌شود ماینرها مجبور به صرف هزینه‌ی مداوم برای ارتقای تجهیزات خود باشند.
• مصرف سرسام‌آور انرژی و چالش‌های زیست‌محیطی: اگرچه کارت‌های گرافیک معمولا نسبت به اسیک‌های صنعتی مصرف برق کمتری دارند، اما وقتی میلیون‌ها کارت گرافیک در سراسر جهان به صورت شبانه‌روزی و با تمام توان کار می‌کنند، حجم برق مصرفی کل شبکه به یک عدد نجومی تبدیل می‌شود. تامین این انرژی عظیم، نیازمند سوزاندن سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌ها است که در نهایت منجر به افزایش شدید ردپای کربن (ردپای کربن به معنای کل میزان گازهای گلخانه‌ای است که بر اثر فعالیت‌های انسانی وارد جو زمین می‌شود) و آسیب‌های جبران‌ناپذیر به محیط زیست می‌گردد. در واقع، همین ایراد بزرگ و فشارهای جهانی بود که توسعه‌دهندگان اتریوم را مجبور کرد تا برای همیشه مسیر خود را تغییر دهند و الگوریتم اثبات کار را کنار بگذارند.

جمع‌بندی: جایگاه فعلی و آینده الگوریتم Ethash در صنعت ماینینگ

به انتهای این سفر آموزشی رسیدیم. اگر بخواهیم تمام آموخته‌های خود را در یک نگاه خلاصه کنیم، می‌توان گفت الگوریتم Ethash یک انقلاب بزرگ در دنیای استخراج بود. این الگوریتم شبیه به یک موتور قدرتمند و مردمی عمل کرد که با تکیه بر ویژگی وابستگی به حافظه، جلوی انحصارطلبی غول‌های سخت‌افزاری را گرفت. با این نوآوری، هر فردی می‌توانست با کارت گرافیک رایانه‌ی خانگی خود وارد شبکه‌ی بلاک‌چین شود و سهمی در تامین امنیت آن داشته باشد.

اما امروز جایگاه این موتور مردمی کجاست؟ با وقوع رویداد مرج و خروج شبکه‌ی اتریوم از سیستم اثبات کار، بزرگترین حامی این الگوریتم از صحنه کنار رفت. بسیاری تصور می‌کردند که این پایان راه Ethash است؛ اما این مکانیزم هوشمندانه از بین نرفت، بلکه خانه‌ی جدیدی پیدا کرد. در حال حاضر، شبکه‌هایی مانند اتریوم کلاسیک به پناهگاه اصلی ماینرهایی تبدیل شده‌اند که قصد دارند همچنان با تجهیزات خود به استخراج ادامه دهند و از سرمایه‌گذاری خود محافظت کنند.

آینده‌ی الگوریتم Ethash و صنعت ماینینگ مبتنی بر آن، به چند عامل کلیدی گره خورده است که مسیر پیش رو را مشخص می‌کنند:

• بقا و رشد شبکه‌های جایگزین: ارزش و سودآوری استخراج با این الگوریتم، اکنون کاملا به موفقیت آلت‌ کوین‌ها (Altcoin یا هر ارز دیجیتالی غیر از بیت‌کوین) و شبکه‌هایی مانند اتریوم کلاسیک بستگی دارد. اگر این پروژه‌ها بتوانند کاربردهای واقعی ارائه دهند و سرمایه‌های جدیدی جذب کنند، چراغ استخراج با Ethash همچنان روشن خواهد ماند.
• چالش همیشگی فایل دگ: همان‌طور که بررسی کردیم، رشد مداوم حجم فایل دگ به این معناست که کارت‌های گرافیک قدیمی با حافظه‌ی کم، به مرور زمان از رده خارج می‌شوند. آینده‌ی این رقابت به کارت‌های گرافیکی تعلق دارد که حافظه‌ی ویدیویی بالاتر و پهنای باند قدرتمندتری داشته باشند.
• نگرانی‌های زیست‌محیطی: فشارهای جهانی برای کاهش مصرف برق و حرکت به سمت سیستم‌های دوست‌دار محیط زیست (مانند مکانیزم اثبات سهام)، چالشی جدی برای تمام الگوریتم‌های اثبات کار، از جمله Ethash محسوب می‌شود و ممکن است قوانین سخت‌گیرانه‌تری برای ماینرها وضع شود.

در نهایت، حتی اگر روزی هیچ سکه‌ی جدیدی با الگوریتم Ethash استخراج نشود، نام آن در تاریخ بازار‌های دیجیتال به عنوان مکانیزمی که تلاش کرد قدرت را به دست مردم عادی برگرداند، تا همیشه ثبت شده است. این الگوریتم نشان داد که می‌توان امنیت شبکه‌های غیرمتمرکز را بدون نیاز به کارخانه‌های بزرگ استخراج و تنها با مشارکت عادلانه‌ی کاربران خانگی در سراسر جهان تامین کرد.

منابع:

Coinmarketcap

Tangem

Crypto Miner Bros