هش کش (Hashcash) چیست؟ آشنایی با قلب تپنده‌ی بیت‌کوین

این الگوریتم که روزگاری صرفا به عنوان یک سپر محاسباتی در برابر سیل ایمیل‌های اسپم و حملات سایبری طراحی شده بود، با نبوغ ساتوشی ناکاموتو به هسته‌ی مرکزی تامین امنیت تبدیل شد و اکنون نقش قلب تپنده‌ی شبکه‌ی بیت‌کوین را ایفا می‌کند. در این مقاله از کیف پول من، مفاهیم پیچیده‌ی توابع هش و ارتباط متقابل درجه‌ی سختی شبکه را به زبانی ساده باز می‌کنیم تا با درک دقیق نحوه‌ی عملکرد هش‌کش، مسیر تکامل آن از صندوق ورودی ایمیل‌ها تا شبکه‌های کریپتویی را شفاف‌سازی کنیم و در نهایت به بررسی و مقایسه‌ی سیستم‌های حیاتی مانند SHA-256 و Scrypt بپردازیم.

مفهوم هش‌کش (Hashcash) چیست؟

برای درک مفهوم هش‌کش، بیایید از یک مثال بسیار ساده شروع کنیم. فرض کنید برای ورود به یک کتابخانه، نیازی به پرداخت پول ندارید، اما نگهبان از شما می‌خواهد که قبل از ورود، یک معمای ساده‌ی ریاضی را حل کنید. حل کردن این معما برای شما که فقط یک بار می‌خواهید وارد شوید، شاید چند ثانیه بیشتر زمان نبرد و اصلا آزاردهنده نباشد. اما اگر کسی بخواهد در یک روز هزاران بار وارد این کتابخانه شود و بیرون برود، حل کردن هزاران معما برای او به شدت خسته‌کننده و عملا غیرممکن خواهد شد.

الگوریتم هش‌کش دقیقا همین کار را در دنیای دیجیتال انجام می‌دهد. هش‌کش در واقع یک سیستم اثبات کار (Proof of Work: مکانیزمی که در آن کاربر باید ثابت کند رایانه‌ی او مقدار مشخصی انرژی و زمان برای حل یک مسئله صرف کرده است) محسوب می‌شود. در این سیستم، پیش از انجام یک عملیات خاص در بستر اینترنت، رایانه‌ی فرستنده باید یک پازل رمزنگاری شده را حل کند تا اجازه‌ی دسترسی یا ارسال اطلاعات به او داده شود.

بررسی تاریخچه: ایده‌ی اولیه هش‌کش از کجا و توسط چه کسی خلق شد؟

شاید فکر کنید که فناوری‌های مرتبط با رمزارزها همگی در سال 2009 و با پیدایش شبکه‌ی بیت‌کوین متولد شده‌اند، اما ریشه‌ی بسیاری از آن‌ها به سال‌ها قبل برمی‌گردد. ایده‌ی اولیه‌ی هش‌کش در سال 1997 میلادی توسط یک متخصص رمزنگاری و سایفرپانک (Cypherpunk: گروهی از فعالان حوزه‌ی تکنولوژی که برای حفظ حریم خصوصی به دنبال استفاده‌ی گسترده از رمزنگاری مستحکم هستند) بریتانیایی به نام آدام بک (Adam Back) مطرح شد. او این مکانیزم را طراحی کرد و بعدها در سال 2002، مقاله‌ای کامل درباره‌ی آن منتشر کرد که به یکی از مهم‌ترین اسناد در تاریخ ارزهای دیجیتال تبدیل شد.

هدف اصلی توسعه هش‌کش: مقابله با ایمیل‌های اسپم و حملات سایبری

در دهه‌ی نود میلادی، اینترنت با یک مشکل بزرگ و رو به رشد مواجه بود؛ ارسال رایگان و بی‌نهایت ایمیل. از آنجایی که فرستادن ایمیل هیچ هزینه‌ای نداشت، شرکت‌های تبلیغاتی و افراد مزاحم روزانه میلیون‌ها ایمیل اسپم (Spam: پیام‌های هرزنامه و تبلیغاتی که به صورت انبوه و بدون درخواست گیرنده ارسال می‌شوند) برای کاربران می‌فرستادند.

همچنین هکرها از این ساختار رایگان سوءاستفاده می‌کردند تا حملات دیداس (DDoS: حمله‌ای مخرب که در آن مهاجمان با ارسال درخواست‌های بی‌شمار، یک سایت یا سرور را بیش از حد درگیر کرده و از کار می‌اندازند) را ترتیب دهند. آدام بک الگوریتم هش‌کش را دقیقا برای حل همین مشکل خلق کرد. او پیشنهاد داد که به پروسه‌ی ارسال هر ایمیل، یک هزینه‌ی محاسباتی کوچک اضافه شود. این سیستم به شکل زیر عمل می‌کرد:

• برای یک کاربر عادی: وقتی شما می‌خواهید یک ایمیل به دوست خود بفرستید، رایانه‌ی شما کسری از ثانیه را صرف حل معمای هش‌کش می‌کند. این زمان آنقدر کوتاه است که شما حتی متوجه آن نمی‌شوید و خللی در کار شما ایجاد نمی‌کند.
• برای یک اسپمر: اگر یک ارسال‌کننده‌ی پیام‌های مزاحم بخواهد همزمان یک میلیون ایمیل بفرستد، رایانه‌ی او باید یک میلیون بار این معما را حل کند. این کار به قدرت پردازشی و زمان بسیار زیادی نیاز دارد و در نتیجه، ارسال انبوه ایمیل از نظر اقتصادی و فنی برای او غیرممکن و بسیار پرهزینه می‌شود.

تکامل کاربرد هش‌کش از ایمیل تا دنیای بلاک‌چین

الگوریتم هش‌کش با وجود طراحی هوشمندانه‌اش، هرگز به صورت گسترده در سیستم‌های ایمیل جهانی پیاده‌سازی نشد، زیرا شرکت‌های بزرگ راهکارهای نرم‌افزاری دیگری مانند فیلترهای هوشمند را برای مقابله با هرزنامه‌ها انتخاب کردند. اما داستان این اختراع شگفت‌انگیز در اینجا به پایان نرسید.

سال‌ها بعد، زمانی که ساتوشی ناکاموتو (خالق ناشناس شبکه‌ی بیت‌کوین) در حال طراحی اولین سیستم پول الکترونیکی غیرمتمرکز بود، به دنبال راهی می‌گشت تا جلوی تقلب و تولید پول‌های بی‌رویه را در شبکه‌ی خود بگیرد. او متوجه شد که مکانیزم اثبات کار آدام بک، همان قطعه‌ی گمشده‌ی پازل اوست.

ساتوشی الگوریتم هش‌کش را با کمی تغییرات برداشت و آن را به عنوان پایه‌ی اصلی فرآیند ماینینگ ارز دیجیتال (Mining: فرآیند رقابتی تایید تراکنش‌ها و تولید سکه‌های جدید با استفاده از قدرت پردازشی رایانه‌ها) در بیت‌کوین معرفی کرد. امروزه دستگاه‌های استخراج در سراسر جهان دقیقا در حال حل همان معماهای محاسباتی هستند که روزگاری برای جلوگیری از ارسال ایمیل‌های مزاحم طراحی شده بود تا امنیت شبکه‌ی مالی آینده را تامین کنند.

هش‌کش چگونه کار می‌کند؟ بررسی مکانیسم عملکرد

بیایید نگاهی دقیق‌تر به موتور محرک این سیستم بیندازیم. عملکرد هش‌کش بر پایه‌ی یک اصل ساده اما بسیار قدرتمند بنا شده است: ایجاد یک مانع محاسباتی. برای اینکه رایانه‌ی شما بتواند از این مانع عبور کند، باید انرژی و زمان صرف کند. این مانع به گونه‌ای طراحی شده است که عبور از آن برای یک کاربر عادی که کار روزمره‌ی خود را انجام می‌دهد، بسیار آسان و سریع باشد، اما برای کسی که قصد سوءاستفاده یا انجام عملیات انبوه را دارد، به یک دیوار غیرقابل عبور تبدیل شود.

درک مفهوم گواه اثبات کار (Proof of Work) در سیستم هش‌کش

پیش از این اشاره کردیم که قلب تپنده‌ی هش‌کش، سیستمی به نام گواه اثبات کار است. برای درک بهتر این مفهوم، یک معلم سخت‌گیر را تصور کنید که از دانش‌آموزان می‌خواهد برای اثبات یادگیری خود، یک مقاله‌ی دست‌نویس ده صفحه‌ای بنویسند. خود این مقاله‌ی دست‌نویس، گواه و مدرکی است که نشان می‌دهد دانش‌آموز برای انجام این کار وقت و انرژی (کار) صرف کرده است. معلم با یک نگاه سریع به ده صفحه، متوجه می‌شود که کار انجام شده است و نیازی نیست خودش دوباره آن را بنویسد؛ یعنی بررسی نتیجه بسیار ساده است، اما تولید آن مقاله زمان‌بر بوده است.

در سیستم هش‌کش، رایانه‌ی فرستنده باید یک معادله‌ی ریاضی پیچیده را حل کند. وقتی رایانه جواب را پیدا می‌کند، این جواب همان گواه اثبات کار است. شبکه‌ی گیرنده با دریافت این جواب، در کسری از ثانیه درستی آن را بررسی می‌کند. اگر جواب درست باشد، اجازه عبور داده می‌شود. این یعنی تولید جواب سخت و نیازمند قدرت پردازشی است، اما تایید درستی آن برای شبکه بسیار آسان و سریع است.

مراحل قدم‌به‌قدم تایید یک عملیات با استفاده از هش‌کش

برای اینکه ببینیم این الگوریتم در عمل چگونه یک درخواست (مثلا ارسال ایمیل یا تایید یک تراکنش) را پردازش می‌کند، فرآیند آن را در چند مرحله‌ی ساده مرور می‌کنیم:

• جمع‌آوری اطلاعات اولیه: ابتدا سیستم اطلاعات پایه‌ی درخواست را جمع‌آوری می‌کند. در سیستم ایمیل، این اطلاعات شامل آدرس گیرنده و زمان ارسال است.
• اضافه کردن نانس (Nonce): یک عدد تصادفی که نرم‌افزار برای حل معمای رمزنگاری دائما آن را تغییر می‌دهد)رایانه شروع به حدس زدن و ترکیب این اعداد تصادفی با اطلاعات اولیه می‌کند.
• تولید هش (Hash): یک رشته‌ی متنی رمزنگاری شده با طول ثابت که به عنوان اثر انگشت دیجیتالی و منحصربه‌فرد داده‌ها عمل می‌کند) اطلاعات ترکیب شده با نانس، وارد تابع ریاضی هش‌کش می‌شوند و یک خروجی جدید تولید می‌کنند.
• بررسی شرط موفقیت: سیستم بررسی می‌کند که آیا هش تولید شده با ویژگی‌های درخواستی شبکه‌ی مقصد مطابقت دارد یا خیر. معمولا این شرط در سیستم‌های مالی، شروع شدن رشته‌ی هش با تعداد مشخصی صفر است.
• تکرار تا پیروزی: اگر هش تولید شده شرط لازم را نداشته باشد، سیستم عدد تصادفی قبلی را دور می‌ریزد، یک عدد جدید انتخاب می‌کند و این چرخه هزاران یا میلیون‌ها بار در ثانیه تکرار می‌شود تا بالاخره یک هش با تعداد صفرهای مورد نظر ساخته شود.
• تایید نهایی: به محض پیدا شدن جواب صحیح، این پاسخ همراه با درخواست اصلی ارسال می‌شود. رایانه‌ی گیرنده در یک مرحله‌ی ساده، جواب را چک کرده و عملیات را تایید می‌کند.

توسعه‌ی کاربردها و افزودن متادیتا به توکن‌های هش‌کش

در نسخه‌های اولیه‌ی هش‌کش که منحصرا برای ایمیل طراحی شده بودند، برچسب تایید (همان خروجی موفقیت‌آمیز هش‌کش که نشان‌دهنده‌ی انجام کار بود) تنها شامل آدرس گیرنده و زمان ارسال می‌شد. اما با گذشت زمان و نیاز به استفاده از این سیستم در بخش‌های مدرن‌تر، توسعه‌دهندگان متوجه شدند که می‌توانند متادیتا (Metadata: اطلاعات و داده‌های اضافه‌ای که برای توصیف دقیق‌تر داده‌های اصلی و در پس‌زمینه استفاده می‌شوند) را نیز به این فرآیند اضافه کنند.

به این ترتیب، قابلیت‌های هش‌کش به شدت گسترش یافت. با افزودن متادیتا، این سیستم دیگر محدود به ایمیل نبود و می‌توانست به هر نوع داده‌ی دیجیتالی متصل شود. برای مثال، در شبکه‌ی رمزارزها، این متادیتا شامل اطلاعات حیاتی تراکنش‌های مالی، آدرس کیف پول‌ها و سابقه‌ی بلاک‌های قبلی است. این توسعه‌ی هوشمندانه باعث شد تا هش‌کش از یک نگهبان ساده‌ی صندوق ورودی ایمیل، به یک بستر امنیتی همه‌کاره و قدرتمند در دنیای پیشرفته‌ی بلاک‌چین تبدیل شود.

مفاهیم فنی و امنیتی هش‌کش

حالا که با منطق کلی این سیستم آشنا شدیم، وقت آن رسیده است که کمی عمیق‌تر شویم و ببینیم زیر پوسته‌ی این فناوری چه می‌گذرد. نگران کلمات تخصصی نباشید؛ ما در این بخش قطعات موتور هش‌کش را باز می‌کنیم و با زبانی ساده می‌بینیم که این قطعات چگونه امنیت کل سیستم را تضمین می‌کنند.

توابع هش و بررسی گزینه‌های عملکردی آن

برای درک تابع هش، یک چرخ‌گوشت را تصور کنید. شما هر نوع گوشتی را داخل آن بیندازید، در نهایت گوشت چرخ‌کرده تحویل می‌گیرید، اما هرگز نمی‌توانید گوشت چرخ‌کرده را دوباره به حالت اول برگردانید. توابع هش هم دقیقا یک تابع یک‌طرفه (One-way function: فرمول‌های پیچیده‌ی ریاضی که داده‌ها را به کدهای غیرقابل برگشت تبدیل می‌کنند) هستند.

در سیستم هش‌کش، از الگوریتم‌های مختلفی به عنوان چرخ‌گوشت استفاده می‌شود. در نسخه‌های اولیه‌ی هش‌کش، الگوریتمی به نام اس‌اچ‌ای-1 (SHA-1) به کار می‌رفت. اما با گذشت زمان و قدرتمندتر شدن رایانه‌ها، شبکه‌های مدرن‌تری مانند سیستم‌های ارز دیجیتال به گزینه‌های امن‌تر و پیچیده‌تری مثل اس‌اچ‌ای-256 (SHA-256) روی آوردند. این تغییر الگوریتم، باعث می‌شود خروجی‌ها بسیار امن‌تر باشند و حدس زدن آن‌ها برای افراد سودجو غیرممکن شود.

تنظیم دقیق‌تر سختی کار (Fine-grained Work) در شبکه‌های مختلف

یکی از ویژگی‌های درخشان هش‌کش، انعطاف‌پذیری آن است. مسابقه‌ی پرش ارتفاع را در نظر بگیرید. اگر شرکت‌کنندگان ضعیف باشند، داور میله را پایین می‌آورد تا مسابقه جریان داشته باشد و اگر ورزشکاران حرفه‌ای وارد میدان شوند، داور میله‌ی پرش را بالاتر می‌برد تا رقابت جذاب و چالش‌برانگیز بماند.

در شبکه‌ی رمزارزها، این مکانیزم با عنوان سختی استخراج (Mining difficulty: معیاری متغیر که نشان می‌دهد رسیدن به جواب معمای سیستم چقدر دشوار است) شناخته می‌شود. هش‌کش این قابلیت را دارد که سختی کار را به صورت بسیار دقیق تنظیم کند. یعنی اگر تعداد رایانه‌های متصل به شبکه‌ی ماینینگ افزایش یابد، سیستم به صورت خودکار پازل‌ها را سخت‌تر می‌کند تا سرعت تایید اطلاعات ثابت بماند.

ارتباط متقابل میزان کار، درجه‌ی سختی و امنیت رمزنگاری

بین کاری که پردازنده‌ها انجام می‌دهند، درجه‌ی سختی پازل‌ها و امنیت نهایی شبکه، یک رابطه‌ی مستقیم و ناگسستنی وجود دارد. این رابطه را می‌توان به دیوارهای یک قلعه تشبیه کرد:

• میزان کار: همان تعداد کارگرانی است که در حال ساخت دیوار هستند.
• درجه‌ی سختی: ضخامت و ارتفاع دیوار قلعه را تعیین می‌کند.
• امنیت: آرامش ساکنان داخل قلعه است.

وقتی تقاضا برای حضور در شبکه زیاد می‌شود، سیستم درجه‌ی سختی را بالا می‌برد. این کار باعث می‌شود ماینرها مجبور شوند توان پردازشی بیشتری (میزان کار) مصرف کنند. ترکیب این توان پردازشی عظیم، یک سد دفاعی نفوذناپذیر می‌سازد که امنیت شبکه (Network security: میزان مقاومت و پایداری سیستم در برابر دستکاری اطلاعات توسط افراد مخرب) را به بالاترین حد ممکن می‌رساند؛ زیرا هیچ شخصی توان مالی برای خرید کامپیوترهایی قدرتمندتر از کل شبکه‌ی جهانی را ندارد.

ریسک‌های کریپتوآنالیتیک و چالش‌های نفوذپذیری سیستم

با وجود تمام این لایه‌های امنیتی، هیچ سیستمی در دنیای کامپیوتر صد درصد بی‌نقص نیست. بزرگترین تهدیدی که سیستم‌های مبتنی بر هش‌کش را تهدید می‌کند، حملات کریپتوآنالیتیک (Cryptoanalysis: علم تحلیل و شکستن کدهای رمزنگاری شده برای یافتن نقاط ضعف سیستم بدون داشتن رمز عبور) است.

برای حل معمای هش‌کش، رایانه‌ها باید با آزمون و خطای کورکورانه به جواب برسند. اما اگر یک ریاضیدان یا فرد مخرب بتواند یک میانبر ریاضی پیدا کند چه می‌شود؟ اگر او راهی پیدا کند که بدون نیاز به حدس زدن‌های متوالی و صرف انرژی، مستقیما به جواب برسد، کل سیستم اثبات کار بی‌ارزش می‌شود.

این دقیقا همان ریسک کریپتوآنالیتیک است. به همین دلیل است که توسعه‌دهندگان به طور مداوم در حال بررسی و ارتقای توابع هش هستند تا در صورت کشف کوچکترین روزنه‌ی نفوذ، بلافاصله الگوریتم‌های قوی‌تری را جایگزین کنند و یک قدم از مهاجمان جلوتر بمانند.

ارتباط HashCash با شبکه‌ی بیت‌کوین و ارزهای دیجیتال

تا اینجا دیدیم که هش‌کش چگونه به عنوان یک نگهبان برای جلوگیری از پیام‌های مزاحم عمل می‌کرد. اما این مکانیزم چگونه توانست به زیربنای یک بازار مالی چند تریلیون دلاری تبدیل شود؟ بدون اغراق می‌توان گفت که اگر ایده‌ی هش‌کش وجود نداشت، بیت‌کوین و بسیاری از ارزهای دیجیتالی که امروز می‌شناسیم نیز هرگز متولد نمی‌شدند. در این بخش، پیوند عمیق میان این الگوریتم ریاضی و دنیای پرهیاهوی رمزارزها را بررسی می‌کنیم.

استفاده‌ی ساتوشی ناکاموتو از هش‌کش به عنوان هسته‌ی مرکزی بیت‌کوین

زمانی که ساتوشی ناکاموتو در حال خلق بیت‌کوین بود، با یک مشکل بسیار بزرگ دست‌وپنجه نرم می‌کرد؛ چگونه می‌توان در یک سیستم مالی که هیچ بانک یا مدیر مرکزی ندارد، جلوی تقلب را گرفت؟ در دنیای دیجیتال، کپی کردن یک فایل بسیار آسان است. بنابراین ساتوشی باید راهی پیدا می‌کرد تا کسی نتواند یک سکه‌ی دیجیتال را کپی کرده و آن را همزمان برای دو نفر بفرستد، مشکلی که در علم کامپیوتر به عنوان دوبار خرج کردن (Double Spending: یک نقص احتمالی در پول‌های دیجیتال که در آن شخص می‌تواند یک سرمایه را بیش از یک بار خرج کند) شناخته می‌شود.

راه‌حل ساتوشی، استفاده از یک نسخه‌ی تغییر یافته از هش‌کش بود. او سیستمی طراحی کرد که در آن، کامپیوترهای شبکه برای تایید تراکنش‌ها و ایجاد یک بلاک جدید، باید با یکدیگر رقابت کنند تا معمای هش‌کش را حل کنند.

• در شبکه‌ی ایمیل، هش‌کش فقط برای جلوگیری از اسپم بود.
• در شبکه‌ی بیت‌کوین، حل کردن معمای هش‌کش به معنای تولید یک صفحه‌ی جدید از دفتر کل حسابداری و تایید تراکنش‌های کاربران است و در ازای این کار سخت، شبکه به برنده‌ی رقابت، بیت‌کوین‌های تازه تولید شده پاداش می‌دهد.

بررسی حریم خصوصی ماینرها در فرآیند استخراج

یکی از جذاب‌ترین ویژگی‌های استفاده از هش‌کش در شبکه‌ی رمزارزها، حفظ حریم خصوصی افراد است. در سیستم‌های بانکی سنتی، شما برای اینکه ثابت کنید انسان معتبری هستید و حق انجام تراکنش دارید، باید تمام اطلاعات هویتی خود (نام، کد ملی، آدرس و غیره) را ارائه دهید. سیستم بانکداری بر اساس تایید هویت کار می‌کند.

اما هش‌کش قواعد بازی را تغییر داد. در سیستمی که بر پایه‌ی گواه اثبات کار هش‌کش بنا شده است، شبکه به هویت شما هیچ اهمیتی نمی‌دهد، بلکه فقط به توان پردازشی رایانه‌ی شما کار دارد. ماینرها (Miner: دستگاه‌ها یا افرادی که قدرت کامپیوتر خود را در اختیار شبکه قرار می‌دهند تا معادلات ریاضی را حل کنند) نیازی ندارند نام واقعی خود را به شبکه اعلام کنند. آن‌ها به عنوان یک نود (Node: گره یا کامپیوترهای متصلی که اطلاعات شبکه‌ی بلاک‌چین را دریافت، ذخیره و ارسال می‌کنند) با یک آدرس رمزنگاری شده فعالیت می‌کنند. این ساختار باعث می‌شود تا ماینرها بتوانند با حفظ حریم خصوصی کامل، در امنیت شبکه‌ی مالی مشارکت داشته باشند.

تاثیر الگوریتم بر اقتصاد ماینینگ و مصرف انرژی

همان‌طور که پیش‌تر توضیح دادیم، حل کردن معمای هش‌کش نیازمند کار و صرف انرژی واقعی است. این موضوع به طور مستقیم اقتصاد استخراج ارزهای دیجیتال را شکل داده است. برای درک بهتر، استخراج طلا در دنیای واقعی را تصور کنید؛ طلا به این دلیل ارزشمند است که برای استخراج آن از دل کوه، باید ماشین‌آلات سنگین بخرید، نیروی کار استخدام کنید و زمان زیادی صرف کنید. در دنیای بیت‌کوین نیز به همین شکل است:

• تهیه‌ی سخت‌افزار: ماینرها برای اینکه بتوانند معمای هش‌کش را سریع‌تر حل کنند، مجبورند دستگاه‌های قدرتمند و گرانی به نام ای‌سیک (ASIC): دستگاه‌های سخت‌افزاری تخصصی که منحصرا برای استخراج ارزهای دیجیتال ساخته شده‌اند) خریداری کنند.
• مصرف برق: این دستگاه‌ها برای کار کردن به صورت شبانه‌روزی، برق بسیار زیادی مصرف می‌کنند که هزینه‌ی مالی سنگینی دارد.
• پشتوانه‌ی ارزش: همین هزینه‌ی بالای برق و سخت‌افزار، به بیت‌کوین ارزش ذاتی می‌بخشد. در واقع، انرژی الکتریکی مصرف شده، به ارزش دیجیتال در شبکه‌ی بلاک‌چین تبدیل می‌شود.

البته این الگوریتم انتقاداتی را هم به همراه داشته است. نیاز مداوم هش‌کش به قدرت محاسباتی بیشتر، باعث شده تا شبکه‌ای مانند بیت‌کوین به اندازه‌ی یک کشور کوچک برق مصرف کند. با این حال، طرفداران این سیستم معتقدند که این مصرف بالای انرژی، دقیقا همان سد دفاعی محکمی است که شبکه‌ی بیت‌کوین را در برابر نفوذ هکرها و دولت‌ها، غیرقابل تسخیر کرده است.

مقایسه‌ی الگوریتم‌ها: تلاش برای غیرمتمرکزسازی شبکه‌ها

در روزهای اولیه‌ی پیدایش رمزارزها، هر کسی می‌توانست با رایانه‌ی خانگی خود به شبکه‌ی بیت‌کوین متصل شود و فرآیند ماینینگ را انجام دهد. اما با گذشت زمان، شرکت‌های بزرگ دستگاه‌های بسیار قدرتمندی ساختند که فقط برای حل معماهای الگوریتم هش‌کش طراحی شده بودند.

این موضوع باعث شد که قدرت شبکه به دست چند شرکت یا کارخانه‌ی بزرگ بیفتد و ماهیت مستقل بودن شبکه به خطر بیفتد. در این زمان، توسعه‌دهندگان به فکر افتادند تا با تغییر الگوریتم‌های رمزنگاری، قدرت را دوباره به کاربران عادی برگردانند و تمرکززدایی را حفظ کنند.

آشنایی با گواه اثبات کار بر پایه‌ی Scrypt

الگوریتم اس‌کریپت (Scrypt: یک تابع رمزنگاری که برای حل معماها به جای قدرت پردازش، به حافظه‌ی موقت یا همان RAM رایانه وابستگی شدیدی دارد) پاسخ مستقیمی به مشکل متمرکز شدن قدرت بود. یکی از معروف‌ترین ارزهایی که از این الگوریتم استفاده کرد، شبکه‌ی لایت‌کوین بود.

برای درک بهتر عملکرد اسکریپت، این مثال را در نظر بگیرید: الگوریتم قدیمی‌تر (مثل چیزی که در بیت‌کوین استفاده می‌شود) شبیه یک مسابقه‌ی ریاضی است که هر کس با ماشین‌حساب سریع‌تر حساب کند، برنده می‌شود. در این حالت، کسی که ماشین‌حساب بزرگ‌تر و قوی‌تری بخرد به راحتی پیروز میدان است.

اما الگوریتم اسکریپت شبیه یک امتحان است که در آن باید دائما کلماتی را در ده‌ها کتاب قطور جستجو کنید. در این مسابقه، فقط داشتن سرعت بالا کافی نیست، بلکه به یک میز کار بزرگ (حافظه‌ی موقت) نیاز دارید تا بتوانید تمام کتاب‌ها را روی آن پهن کنید. این وابستگی به حافظه باعث می‌شود ساختن دستگاه‌های تخصصی برای این الگوریتم بسیار سخت‌تر و پرهزینه‌تر باشد.

تفاوت‌های کلیدی Hashcash-Scrypt در برابر Hashcash-SHA256

برای اینکه تفاوت این دو سیستم را به شکل ملموس‌تری متوجه شویم، مهم‌ترین تفاوت‌های آن‌ها را در چند بخش کلیدی بررسی می‌کنیم:

• نیاز سخت‌افزاری: الگوریتم اس‌اچ‌ای-256 (SHA-256) که در بیت‌کوین استفاده می‌شود، به شدت نیازمند قدرت پردازشی خالص است و امروزه استخراج آن فقط با دستگاه‌های تخصصی و گران‌قیمت توجیه اقتصادی دارد. در مقابل، اس‌کریپت طوری طراحی شده بود که بتوان با کارت گرافیک رایانه‌های معمولی نیز در آن به رقابت پرداخت.
• سرعت پردازش و تایید اطلاعات: معماهای اس‌کریپت معمولا به گونه‌ای تنظیم می‌شوند که سریع‌تر حل شوند و تراکنش‌ها در زمان کمتری انجام شوند. برای مثال، زمان لازم برای تایید نهایی در شبکه‌ی بیت‌کوین حدود ده دقیقه است، در حالی که ارزهای مبتنی بر اس‌کریپت این زمان را به شدت کاهش داده‌اند.
• تولید حرارت و مصرف انرژی: به دلیل وابستگی اس‌کریپت به حافظه‌ی رم به جای استفاده از حداکثر توان پردازنده‌ها، دستگاه‌هایی که با این الگوریتم کار می‌کنند معمولا حرارت کمتری تولید کرده و در برخی ساختارها انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

کدام الگوریتم برای غیرمتمرکزسازی مناسب‌تر است؟

غیرمتمرکزسازی (Decentralization: پخش کردن قدرت و حق تصمیم‌گیری بین تمام کاربران شبکه تا هیچ فرد یا نهاد خاصی نتواند کل سیستم را کنترل کند) یکی از مهم‌ترین اهداف و ارزش‌های بازار رمزارزها است. در ابتدای مسیر، اسکریپت برنده‌ی قطعی رقابت غیرمتمرکزسازی بود، زیرا به کاربران خانگی اجازه می‌داد دوباره وارد چرخه‌ی استخراج شوند و جلوی سلطه‌ی شرکت‌های ثروتمند را بگیرند.

با این حال، با پیشرفت مداوم تکنولوژی، سرانجام مهندسان موفق شدند دستگاه‌های تخصصی برای اس‌کریپت نیز بسازند. با وجود این اتفاق، اس‌کریپت همچنان نشان داد که تغییر در کدهای هش‌کش می‌تواند راهگشای حل مشکلات بزرگ شبکه‌ها باشد. در جدول زیر، یک مقایسه‌ی ساده و کاربردی از این دو الگوریتم ارائه شده است تا تفاوت‌های ساختاری آن‌ها را در کنار هم مرور کنیم:

ویژگی‌های سیستم	هش‌کش بر پایه‌ی SHA-256 (مانند بیت‌کوین)	هش‌کش بر پایه‌ی Scrypt (مانند لایت‌کوین)
تکیه‌گاه اصلی الگوریتم	قدرت پردازش خالص محاسباتی	میزان حافظه‌ی موقت در دسترس (RAM)
مقاومت در برابر انحصار	پایین (تحت تسلط مزارع بزرگ ماینینگ)	متوسط (طراحی شده برای ایجاد مانع سخت‌افزاری)
سرعت تایید تراکنش‌ها	کندتر (نیازمند زمان بیشتر برای امنیت ساختاری)	سریع‌تر (بهینه‌شده برای تراکنش‌های روزمره)
پیچیدگی ساخت تجهیزات	نسبتا ساده (تمرکز بر پردازنده‌های تکرارشونده)	بسیار پیچیده (به دلیل نیاز به فضای فیزیکی حافظه)

منابع:

Binance

Paybis

En.Wikipedia