الگوریتم اثبات کار چیست؟ چرا PoW برای بلاکچین‌های امروز کاربردی نیست؟

غیرمتمرکز بودن و استقلال از نهادهای نظارتی یکی از مهم‌ترین مزیت‌های بلاکچین است، اما معایبی هم دارد. نهادهای ناظر روی تأمین امنیت شبکه‌ها و اعتبار تراکنش‌های مالی هم نظارت می‌کنند. بلاکچین‌ها از الگوریتم‌های اجماع برای این کار استفاده می‌کنند. الگوریتم اثبات کار اولین الگوریتم اجماعی بود که مورد استفاده قرار گرفت و هنوز هم یکی از کاربردی‌ترین مکانیزم‌هایی است که در بازار ارزهای دیجیتال وجود دارد. در این مقاله توضیحاتی درباره این الگوریتم و روش کار آن ارائه می‌دهیم؛ همچنین مقایسه بین الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام را هم انجام می‌دهیم تا بفهمیم کدام الگوریتم برای تایید تراکنش‌های بلاکچین کاربردی‌تر است.

الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW) چیست؟

تراکنش‌ها در مرحله اول از طرف کاربران ایجاد می‌شوند. بعد از آن باید تایید شوند تا در یک بلاک قرار بگیرند و به شبکه بلاکچین اضافه شوند. اطلاعات موجود در تراکنش‌‌ها رمزنگاری می‌شود و با استفاده از توابع ریاضی پیشرفته عددی به نام نرخ هش به آن تعلق می‌گیرد. از این مرحله فرایند ماینینگ آغاز می‌شود. دستگاه‌های ماینر، سیستم‌هایی با قدرت پردازش بسیار زیاد هستند که می‌توانند توابع ریاضی پیچیده را ححل و نرخ هش یک تراکنش را پیدا کنند. این همان کاری است که در الگویتم اثبات کار PoW انجام می‌شود.

اولین ماینری که نرخ هش یک بلاک را پیدا کند، به عنوان نود استخراج‌کننده شناخته می‌شود. اکنون سایر نودها باید به توافق برسند که آیا این نرخ هش واقعا درست است یا خیر. در صورتی که درست باشد، نودها به اجماع می‌رسند و بلاک به بلاکچین اضافه می‌شود و نود استخراج‌کننده هم پاداشش را دریافت می‌کند. این فرایند، مکانیزم اجماع اثبات کار نام دارد.

کدام بلاک چین‌ ها از اثبات کار استفاده می کنند؟

اثبات کار اولین مکانیزم اجماعی بود که ساتوشی ناکاماتو برای بیت کوین معرفی کرد. اولین بلاک هم توسط شخص یا تیم ساتوشی استخراج شد. به مرور زمان، سایر افراد هم با این فرایند آشنا شدند و با خرید سخت‌افزارهای مخصوص ماینینگ، توانستند به عنوان ماینر فعالیت کنند و با استفاده از پاداش بلاکچین، درآمد به دست آورند.

بیت کوین یک بلاکچین با کدهای متن‌باز است. به همین دلیل مدتی بعد از توسعه این ارز دیجیتال و بلاکچین اختصاصی‌اش، افراد دیگری هم از کد آن استفاده کردند و بلاکچین‌های دیگری را توسعه دادند. اکثر این بلاکچین‌ها با مکانیزم اجماع اثبات کار فعالیت می‌کنند. در ادامه به بعضی از مشهورترین شبکه‌هایی که از PoW استفاده می‌کنند، اشاره می‌کنیم.

• بیت کوین
• اتریوم ۱.۰
• لایت کوین
• دوج کوین
• بیت کوین کش
• مونرو
• اتریوم کلاسیک
• زی‌کش

لیست بلاک چین‌هایی که از PoW استفاده می‌کنند، خیلی بیشتر است و ما تنها مهم‌ترین موارد را نام بردیم.

امنیت گواه اثبات کار در بلاکچین

امنیت بالای اثبات کار Proof of Work در بلاکچین یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آن است. تأمین امنیت در این الگوریتم یک استدلال ساده دارد؛ افرادی که می‌خواهند تقلب کنند و تراکنش‌های نامعتبر انجام دهند، باید هزینه زیادی صرف کنند. در مقابل افرادی که عملکرد صادقانه‌ای داشته باشند، می‌توانند پاداش بگیرند.

در بلاکچین‌هایی که از گواه اثبات کار استفاده می‌کنند نه تریدرها می‌توانند تقلب کنند و نه ماینرها. تریدرها باید تراکنش‌هایی که انجام می‌دهند را امضا کنند. شبکه بررسی می‌‌کند که آیا امضای موجود روی تراکنش با کلید عمومی کاربر مطابقت دارد یا خیر.

در صورتی که امضا با کلید عمومی مطابقت داشته باشد و موجودی کلید عمومی مورد نظر برای تراکنش کافی باشد، تراکنش تایید خواهد شد. در غیر این صورت، شبکه به صورت خودکار تراکنش را شکست‌خورده اعلام می‌کند و آن را برگشت می‌دهد.

ماینرها هم نمی‌توانند در بلاکچین تقلب کنند. زیرا اولین چیزی که برای حمله به بلاکچین نیاز دارند، این است که بلاک‌های مخرب را تایید و وارد بلاکچین کنند. ماینرهای دیگر به عنوان ناظر در بلاکچین حضور دارند و ماینر مخرب برای اینکه بتواند ماینرهای صادق را شکست دهد، باید بیشتر از نیمی از قدرت شبکه را در اختیار داشته باشد.

بنابراین فرد سودجو باید ۵۰ درصد از ماینرهای شبکه بلاکچین را در اختیار داشته باشد، این موضوع به سرمایه زیادی نیاز دارد و از نظر اقتصادی برای هکرها به صرفه نیست. در نتیجه بلاکچین‌هایی که از PoW استفاده می‌کنند، امنیت بالایی دارند.

چرا اثبات کار برای بلاک چین ‌های کنونی کاربردی نیست؟

“هرکدام از الگوریتم‌های اجماع مزایا و معایب منحصر به خودشان را دارند. در حال حاضر روز به‌روز بر تعداد کاربران بلاکچین‌های مختلف افزوده می‌شود و مهم‌ترین چالش پیش روی آن‌ها، حفظ مقیاس‌پذیری با هر تعداد کاربر است. الگوریتم اجماع اثبات کار، از نظر مقیاس‌پذیری وضعیت خوبی ندارد؛ به همین دلیل زمانی که تعداد کاربران بلاکچین‌هایی که از این الگوریتم استفاده می‌کنند، زیاد می‌شود، کارمزد تراکنش‌‌ها به حد سرسام‌آوری افزایش پیدا می‌کند و سرعت شبکه هم به شدت کند می‌شود؛ تا جایی که بسیاری از کاربران تراکنش‌هایشان را انجام نمی‌دهند و شبکه را ترک می‌کنند.”

نقطه ضعف دیگر الگوریتم اثبات کار مصرف زیاد انرژی است. در زمانی که محیط زیست در خطر جدی قرار دارد و بیشتر از همیشه نیازمند مراقبت و توجه است، دستگاه‌های ماینینگی مثل ASIC تا حد سرسام‌آوری انرژی مصرف می‌کنند و باعث آلودگی هوا می‌شوند. این موضوع باعث شده شرکت‌های بسیاری مثل تسلا، علیرغم اعتقاد به مزایای ارزهای دیجیتال، پذیرش بیت کوین را متوقف کنند. حتی کشور چین هم بخاطر آلودگی ماینرها، فرایند استخراج در این کشور را ممنوع اعلام کرد و باعث شد بسیاری از ماینرها از این کشور خارج شوند.

بعضی از بلاک چین‌ها مانند اتریوم راهکارهایی برای حل مشکلات مقیاس‌پذیری اثبات کار پیدا کرده‌اند. مثلا در حال حاضر تعدادی راهکار لایه دوم در اتریوم کار می‌کند که پردازش‌های لازم برای تایید تراکنش‌ها را در یک زنجیره جانبی انجام می‌دهد و نتیجه آن‌ها را روی بلاک چین اصلی ذخیره می‌کند.

بهترین جایگزین برای PoW چیست؟

مشکلات مقیاس‌پذیری اثبات کار در بلاکچین باعث شده توسعه‌دهندگان بلاکچین به دنبال روش‌های جدیدی برای ایجاد توافق و تایید تراکنش‌ها باشند. در حال حاضر تعداد زیادی الگوریتم اجماع وجود دارد که هرکدام از آن‌ها توسط یک یا چند بلاکچین به کار می‌روند. اما مسئله این است که هیچکدام از این بلاکچین‌ها به اندازه زنجیره‌های PoW محبوب و کاربردی نیستند. بنابراین هنوز نمی‌دانیم اگر روزی تعداد کاربران این بلاکچین‌ها به اندازه کاربران بیت کوین زیاد شود، آیا واقعا مقیاس‌پذیر می‌مانند یا خیر.

در حال حاضر الگوریتم اثبات سهام (PoS) به عنوان بهترین جایگزین برای اثبات کار شناخته می‌شود که قابلیت اجرا دارد و می‌تواند با بلاکچین‌هایی که تعداد کاربران بسیاری دارند، سازگار باشد.

تفاوت PoW و PoS

اثبات کار اولین الگوریتم اجماعی بود که ساتوشی ناکاماتو برای بیت کوین از آن استفاده کرد. در اثبات کار دستگاه‌هایی وجود دارد که قدرت پردازش خود را در اختیار شبکه قرار می‌‌دهند و با هش‌گذاری بلاک‌ها، آن‌ها را به بلاکچین اضافه می‌کنند و پاداش می‌گیرند. الگوریتم PoW به سخت‌افزارهای قدرتمند زیادی برای تایید تراکنش‌ها نیاز داشت، به همین دلیل برق زیادی مصرف می‌کرد و به محیط زیست آسیب می‌رساند. این موضوع به مرور زمان باعث اعتراض مردم و جوامع مختلف به استخراج ارزهای دیجیتال شد.

الگوریتم PoS به عنوان جایگزینی برای PoW ارائه شد تا مشکل مصرف برق را حل کند و با کم‌ترین میزان انرژی برای تایید تراکنش‌ها مورد استفاده قرار گرفت. مصرف برق پایین یکی از علت‌های محبوبیت این الگوریتم اجماع و کاربرد آن در بلاکچین‌های مختلف بود.

• اثبات سهام به سخت‌افزار قدرتمندی نیاز ندارد و مصرف انرژی آن زیاد نیست.
• زمان پردازش در اثبات سهام کم‌تر از اثبات کار است و می‌تواند تراکنش‌‌های بیشتری را در یک دقیقه پردازش کند.
• امنیت مکانیزم اثبات کار بیشتر از اثبات سهام است.
• اثبات کار به سرمایه اولیه و استیک کردن دارایی در بلاکچین نیازی ندارد.

کلام آخر

یکی از مهم‌ترین چالش‌های دنیای بلاکچین، مقیاس‌پذیری است. در حال حاضر درصد کمی از مردم جهان از این تکنولوژی استفاده می‌کنند، اما همانطور که می‌دانید ارزهای دیجیتال قرار است به واحدهای پولی آینده جهان تبدیل شوند. برای دستیابی به این هدف هم باید توانایی مقابله با سیستم‌های متمرکز و پاسخگویی به نیاز کاربران را داشته باشند. فرایند تایید تراکنش نقش مهمی در سرعت بلاکچین و کارمزد آن ایفا می‌کند. اگر این فرایند بهینه‌سازی نشود، مردم همچنان به سیستم‌های متمرکز متعهد می‌مانند و به سامانه‌های غیرمتمرکز کوچ نخواهند کرد.

آنچه خواندید، خلاصه‌ای از مطالب ارائه شده در مجله ارز دیجیتال داموند بود. این مجله تخصصی ارز دیجیتال به زبان فارسی، پیچیده‌ترین مفاهیم را به زبان ساده در اختیار کاربران ارزهای دیجیتال قرار می‌دهد. مجله داموند،‌ زیرمجموعه صرافی ارز دیجیتال داموند DAMOND.IR است که امکان خرید و فروش ارزهای دیجیتال را به صورت مستقیم برای کاربران ایرانی فراهم کرده و مسیر سخت ترید با صرافی‌های خارجی را از پیش روی آن‌ها برداشته است.