مکانیسم اثبات کار (PoW) چیست؟

اثبات کار یا Proof of work) PoW) سیستمی را توصیف می کند که برای جلوگیری از استفاده های ناعادلانه یا مخرب از قدرت محاسباتی یک سیستم از طریق مستلزم دانستن کاری از طرف درخواست‌کننده سرویس جلوگیری کند.  استفاده های مخرب مانند ارسال ایمیل های ناخواسته (spams) و یا حملات محروم‌ سازی از سرویس یا به اختصار (DoS) است. این مفهوم توسط هال فینی در سال 2004 از طریق ایده “اثبات قابل استفاده مجدد کار” با استفاده از الگوریتم هش SHA-256 برای تأمین امنیت ارزهای دیجیتال اجرا شد.

بیت کوین پس از معرفی در سال 2009 به اولین بستر کاربرد گسترده ایده فینی یعنی PoW تبدیل شد. اثبات کار اساس بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر نیز هست، که امکان اجماع ایمن و غیرمتمرکز را فراهم می کند.

نکات کلیدی

• اثبات کار PoW یک سازوکار اجماع غیرمتمرکز است که اعضای شبکه را مجبور می کند برای حل یک مسئله ریاضی اخنیاری تلاش کنند تا از این طریق از شلوغ کردن شبکه و ایجاد مشکل در آن توسط افراد دیگر جلوگیری کنند.
• اثبات کار به طور گسترده در استخراج ارز دیجیتال، به منظور اعتبار سنجی معاملات و استخراج توکن های جدید استفاده می شود.
• از طریق proof of work یا همان اثبات کار. معاملات بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال می توانند بدون نیاز به شخص ثالث قابل اعتماد به صورت شخص به شخص انجام شوند.
• اثبات کار در عمل به مقدار زیادی انرژی احتیاج دارد که فقط باپیوستن بیشتر ماینرها به شبکه، این انرژی تامین می شود.
• Proof of Stake (POS) یا اثبات سهام یکی از چندین مکانیسم اجماع جدیدی بود که به عنوان جایگزینی برای اثبات کار ایجاد شد.

درک مفهوم اثبات کار

بیت کوین یک ارز دیجیتال است که توسط نوعی دفتر کل توزیع‌شده، تحت عنوان “بلاکچین” شناخته می‌شود. این دفتر کل شامل سوابقی از تمامی معاملات بیت کوین است. که در “بلوک” های متوالی به ترتیب قرار داده‌شده‌اند، بنابراین هیچ کاربری مجاز نیست دو بار دارایی خود را خرج کند (از آنجاکه در سوابق موجود است و امکان تقلب وجود ندارد). برای جلوگیری از دستکاری، این دفتر کل به صورت عمومی یا “توزیع‌شده” است. این امر باعث می شود هر نسخه تغییر یافته‌ای توسط کاربران به سرعت رد شود.

کاربران در عمل از طریق “هش” که رشته‌های طولانی از اعداد است، دستکاری ها و اعمال مخرب را تشخیص می‌دهند، که این مفهوم اصلی اثبات کار است. اگر که یک مجموعه از اطلاعات داده‌شده را درون یک تابع هش قرار دهیم (بیت کوین از تابع هش SHA-256 استفاده می کند) تنها یک هش ایجاد می کند. با توجه به “اثر پروانه ای”، حتی یک تغییر جزئی در هر قسمت از داده های اصلی منجر به یک هش کاملا غیرقابل شناسایی می شود. اندازه مجموعه داده اصلی هرچه باشد، هش تولید شده توسط یک تابع مربوطه به همان اندازه خواهد بود.

هش چیست؟

هش یک تابع یک طرفه است و این بدان معناست که نمی توان از آن برای بدست‌آوردن داده‌های اصلی استفاده کرد. همچنین فقط برای بررسی مطابقت داده های تولیدکننده هش با داده‌های اصلی است.

ایجاد یک هش برای مجموعه ای از معاملات بیت کوین برای یک رایانه مدرن کاری پیش پا افتاده است. بنابراین برای تبدیل فرآیند به “کار” ، شبکه بیت کوین سطح خاصی از “دشواری” را تعیین می کند. بنابراین تنظیمات به گونه ای طراحی می شود که تقریباً هر 10 دقیقه یک بلاک جدید “استخراج” شود و در واقع با ایجاد یک هش معتبر به زنجیره بلوک اضافه شود.

تنظیم دشواری با ایجاد یک “هدف” برای هش به دست می آید: هرچه هدف سخت تر باشد، مجموعه هش های معتبر کوچکتر هستند و تولید آن دشوارتر است.

*اثبات کار در ابتدا به عنوان یک راه حل پیشنهادی برای مشکل رو به رشد ایمیل های اسپم ایجاد شد.*پ

ملاحظات ویژه

از آنجا که یک مجموعه‌داده در دسترس فقط می تواند یک هش تولید کند، ماینرها چگونه مطمئن می شوند که هش هدف را تولید می کنند؟ آنها ورودی را با اضافه کردن یک عدد صحیح، به نام nonce (“عددی که یک بار استفاده می شود”) تغییر می دهند. وقتی هش معتبری پیدا شد، به شبکه پخش می شود و بلاک به بلاکچین اضافه می شود.

استخراج یا ماین کردن یک فرآیند رقابتی است، اما به حای اینکه یک مسابقه باشد، بیشتر شبیه لاتاری است. به طور متوسط، هر شخص هر ده دقیقه میزان قابل قبولی از اثبات کار تولید می کند و این شخص می تواند هر کسی باشد. ماینرها با هم جمع می شوند تا شانس خود را برای استخراج بلوک افزایش دهند. این کار باعث کاهش هزینه های معامله و برای مدت زمان محدودی بیت کوین های تازه ایجادشده، به عنوان پاداش می شود.

سیستم PoW تغییردادن هر جنبه ای از بلاکچین را بسیار دشوار می کند، زیرا چنین تغییری نیاز به استخراج مجدد تمام بلوک های بعدی دارد. همچنین منحصر سازی قدرت محاسباتی شبکه به یک کاربر یا مجموعه ای از کاربران دشوار است، زیرا تهیه ابزار و توان مورد نیاز برای تکمیل توابع هش گران تمام می شود.

نکته: اگر بخشی از یک شبکه استخراج یک PoW جایگزین را بپذیرد، به عنوان یک هارد فورک شناخته می شود.

نمونه ای از اثبات کار (PoW)

اثبات کار به یک کامپیوتر نیاز دارد تا وقتی که با حداقل مقدار صحیح از صفر های یک خروجی برخوردار شود به طور تصادفی درگیر توابع هش شود. به عنوان مثال، هش بلوک # 429818، استخراج‌شده در 14 سپتامبر 2016، به عنوان مثال 000000000000000004dd3426129639082239efd583b5273b1bd75e8d78ff2e8d است. پاداش بلوک برای این هش موفق 12.5 BTC بود.

این بلوک همیشه شامل 2،012 معامله است که فقط با بیش از 1000 بیت کوین و همچنین عنوان بلوک قبلی درگیر است. اگر کسی سعی کند مقدار معامله را حتی با 0.000001 بیت کوین تغییر دهد، هش حاصل از آن قابل تشخیص نیست و شبکه تلاش برای کلاهبرداری را رد می کند.

سوالات متداول اثبات کار

اثبات کار PoW یعنی چه؟

PoW برای دستیابی به اجماع به روش غیرمتمرکز و جلوگیری از مداخله عوامل مخرب در شبکه، نیاز دارد تا گره (node)های موجود در شبکه شواهدی مبنی بر اینکه آنها توان محاسباتی (یعنی کار) را مصرف کرده اند، ارائه دهند.

چگونه اثبات کار یک معامله ارز دیجیتال را تأیید می کند؟

کار در مورد بیت کوین، شامل تکرار الگوریتم های هش SHA-256 است. با این وجود “برنده” یک دور هش‌کردن، تراکنش ها را از mempool (استخر حافظه) جمع و در بلوک بعدی ثبت می کند. از آنجا که “برنده” متناسب با کار انجام‌شده به طور تصادفی انتخاب می‌شود، این امر باعث تشویق همه افراد در شبکه می شود که صادقانه عمل کرده و فقط معاملات واقعی را ثبت می کنند.

چرا ارزهای دیجیتال نیاز به اثبات کار دارند؟

از آنجا که طراحی بلاکچین ها غیرمتمرکز و نظیر به نظیر است، این پلت فرم ها مانند شبکه ارز های دیجیتال به روشی برای دستیابی به توافق و امنیت نیاز دارند. اثبات کار یکی از این روش ها است که تلاش برای هجوم و کلاهبرداری در شبکه را بسیار هزینه بر می کند.

مکانیسم های اثبات دیگری نیز وجود دارند که کمتر هزینه بر هستند، مانند اثبات سهام (PoS) و اثبات سوختگی (PoB) اما دارای مسائل یا اشکالات دیگری هستند. بدون مکانیسم اثبات، شبکه و داده‌های ذخیره‌شده در آن در معرض حمله یا سرقت قرار دارند.

آیا بیت کوین از اثبات کار استفاده می کند؟

بله؛ به منظور اعتبارسنجی و تأیید معاملات و همچنین صدور بیت کوین جدید در گردش، از الگوریتم PoW مبتنی بر عملکرد هش SHA-256 استفاده می کند.

تفاوت اثبات سهام PoS و اثبات کار PoW چیست؟

PoS یک مکانیسم اجماع است که به طور تصادفی نودی (node) را با توجه به تعداد سکه هایی که نود در اختیار دارد اختصاص می دهد. که تراکنش های بلوک را استخراج یا اعتبار سنجی می کند. هرچه توکن های بیشتری در کیف پول نگه داشته شود، به طور موثری قدرت استخراج بیشتری به آن تعلق می گیرد. در حالی که PoS بسیار کم مصرف است، چندین نقص نیز دارد. از جمله آن می توان به احتمال حمله 51٪ در آلت کوین های کوچکتر و انگیزه هایی برای احتکار توکن ها و استفاده‌نکردن از آنها، اشاره کرد.

منبع:investopedia