دانشنامهمفاهیم پایه

سیستم اثبات‌کار چیست؟

زمانی‌که ساتوشی برای اولین‌بار در‌حال‌ساخت اولین ‌ارز‌دیجیتال(بیت‌کوین) بود، از پروتکل اثبات‌کار برای تایید‌ تراکنش‌ها، بدون‌نیاز به شخص‌ثالث استفاده نمود. مبنای ایجاد چنین پروتکلی افزایش امنیت در برابر هکرها و اطمینان از اعتبار تراکنش ها در شبکه بود.

در‌حال‌حاضر بسیاری‌از بلاک‌چین‌های موجود نیز کدهای اصلی بیت کوین یعنی همان الگوریتم اثبات کار را مورد استفاده قرار می دهند. این سیستم جز محبوب ترین الگوریتم‌های موجود در حال حاضر است. اما نباید فراموش کرد که به هیچ وجه کامل نیست. الگوریتم اثبات‌کار از یک‌سو به‌دلیل مصرف‌ برق‌زیاد و از‌سویی به‌دلیل کندی در فرایند تایید تراکنش‌ها با انتقادات زیادی روبرو است.

سیستم اثبات‌کار با چه الگوریتمی کار می‌کند؟

سیستم اثبات کار (Proof of Work) به عنوان مبنا و پایه استخراج بیت کوین شناخته می شود. کاربران‌مشارکت‌کننده در این سیستم برای تایید تراکنش‌ها باید مسئال‌ریاضیاتی‌دشوار را حل‌نمایند که به‌عنوان سیستم ‌استخراج بر‌مبنای ‌قدرت محاسباتی‌کامپیوتری نیز معرفی‌می‌شود.

همانطور‌که پیش‌تر نیز اشاره‌شد بیت‌کوین مهم‌ترین رمز ارزی است که استخراج آن بر مبنای اثبات کار انجام می گیرد. در این سیستم، برای این که تراکنشی مورد تایید قرار گیرد در حدود 10 دقیقه زمان لازم است. علاوه بر این در هر ثانیه تنها می توان 7 تراکنش را از این طریق تایید نمود.

بر همین اساس سرعت پایین تایید تراکنش‌‍‌ها از سال 2009 تاکنون باعث افزایش هزینه‌های تراکنش شده است. به طوریکه که در ابتدای راه‌اندازی این شبکه هزینه تایید هر تراکنش کم‌تر از یک سنت برآورد شده‌بود. اما در پرتراکم‌ترین زمان‌شبکه، هزینه‌های‌تراکنش به‌شدت بالا‌می‌رود و این یکی از عیب‌های‌ناگزیر شبکه‌های‌مبتنی بر سیستم اثبات‌کار است.

Proof of work - سیستم اثبات‌کار چیست؟

روش تایید تراکنش‌ها در الگوریتم اثبات‌کار

در هر بلاک تراکنش‌های‌مختلفی صورت‌می‌گیرد که هر کدام باید به صورت جداگانه و مستقل مورد تایید قرار گیرند. برای نیل به‌این هدف در شبکه‌بلاک‌چین و انجام این‌فرایند بدون‌دخالت‌شخص‌ثالث، باید از دستگاه‌هایی‌(ماینرها)‌برای حل الگوریتم رمزنگاری شده استفاده کرد.

پس از این‌که تراکنش‌ها مورد‌تایید قرار‌گرفته و معتبر شناخته‌شدند، برای مشاهده همه اعضا به بلاک‌چین عمومی ارسال می‌شوند. در مقابل تلاش‌هایی که ماینرها برای تایید تراکنش‌ها انجام‌می‌دهند، پاداشی در قالب ارز‌دیجیتال مخصوص شبکه به آنها تعلق می‌گیرد.

با این‌حال هر‌ماشینی که سریع‌تر از بقیه بتواند مسئله را حل‌کند، پاداش استخراج به او تعلق می‌گیرد.

هزاران ماشین برای پیشی‌گرفتن در‌حل‌مسائل و الگوریتم‌ها در رقابتی‌تنگاتنگ با‌هم قرار‌دارند و هر‌کدام که بتواند سریع‌تر به‌جواب معادله‌برسد به‌پاداش دست‌می‌یابد. در قانون اثبات کار همه سزاوار پاداش نیستند بنابراین بسیاری چنین الگوریتمی را ناعادلانه می دانند. چون بسیاری از سخت افزارها با قدرت پردازش بالا و در عین حال گران قیمت بودن باید مستحق پاداش باشند.

اما در این‌الگوریتم، صرفا سیستم‌هایی‌که از‌نظر سرعت‌پردازش بر‌ دیگر دستگاه‌ها چیرگی‌دارند بیشترین‌سهم از پاداش‌را از‌آن‌خود‌ می‌کنند، بنابراین ثروتمندان ثروتمندتر می‌شوند.

به طور خلاصه هر ماینری که قدرت سخت‌افزاری بالاتری داشته باشد شانس بیشتری برای پیروزی در این رقابت خواهد داشت. همین امر بسیاری از ماینرها را به سمت تشکیل استخرهای استخراج و به اشتراک‌گذاری توان پردازشی یکدیگر سوق داده است.

لازم‌به‌ذکر است که سیستم اثبات‌کار از یک مکانسیم خودکار و هوشمند برخوردار است‌که میزان‌سختی معادلات‌ریاضی موجود در‌هر‌بلاک را تعیین‌و‌تنظیم می‌کند.

نحوه الگوی رفتاری این سیستم به گونه‌ای طراحی شده‌ که هر قدر قدرت پردازشی شبکه بهبود و افزایش یابد. به صورت خودکار شروط معادله رمزنگاری نیز سخت‌تر می شود تا زمان مورد نیاز برای ساخت هر بلاک ثابت بماند.

 شروط معادله رمز نگاری را اصطلاحا سختی شبکه می گویند. سختی شبکه در بسیاری از ارزهای رمزنگاری شده یکسان است.

سختی‌شبکه در بیت‌کوین هر دو‌هفته‌یکبار تغییر‌می‌کند تا زمان‌ایجاد‌ هر بلاک به صورت میانیگن در مدت زمان 10دقیقه ثابت بماند. اگر سختی‌شبکه در‌میان‌نبود با‌استفاده‌از تعداد ماینرهای‌بیشتر و با قدرت‌پردازش‌بالاتر تعداد حدس‌هایی‌که برای‌انجام هش‌هر‌بلاک صورت‌می‌گرفت افزایش پیدا‌می‌کرد که‌به‌دنبال‌آن زمان‌ایجاد هر‌بلاک به کمتر از 10دقیقه می‌رسید. از این رو سختی شبکه را به نوعی کنترل کننده‌های شبکه نیز می گویند.

bitcoin mining what is the principle of mining 1024x683 - سیستم اثبات‌کار چیست؟

مزایا و معایب الگوریتم اثبات‌کار

تمرکز گرایی

در بسیاری‌از سیستم‌های‌کنونی، نهادهای‌دولتی و خصوصی برای‌دستیابی‌به منافع‌خود به‌سمت‌ایجاد‌ تمرکزگرایی حرکت‌کردنده‌اند. اما‌ در سیستم‌بلاک‌چین مبتنی بر اثبات‌کار چنین‌امکانی وجود‌ندارد و تمامی فرایندهای‌شبکه نظیر تایید و به‌روزرسانی بر‌عهده مشارکت‌کنندگان فعال شبکه است.

اما در این‌بین یک‌نکته وجود دارد و‌آن‌اینکه در ابتدای‌راه‌اندازی شبکه‌بیت‌کوین به‌دلیل پایین‌بودن‌سختی‌شبکه حتی با‌استفاده‌از سیستم‌کامپیوتر‌خانگی امکان‌استخراج‌بیت‌کوین به‌صورت مقرون‌به‌صرفه وجود داشت. اما با‌گذشت‌زمان به‌دلیل‌افزایش‌ هش‌ریت‌شبکه، نیاز‌ به‌استفاده‌از دستگا‌ه‌های‌پردازش‌پیشرفته باعث‌شد استفاده از سیستم کامیپوتری‌خانگی دیگر مقرون‌به‌صرفه نباشد.

بسیاری از منتقدان بر این باروند که ادامه چنین روندی می تواند باعث تمرکزگرایی در شبکه بلاک چین شود. بویژه نهادهایی‌که اقدام‌به تهیه هزاران‌دستگاه‌پیشرفته استخراج‌کرده و استخر استخراج راه‌اندازی می‌کنند، می‌توانند مصداق این تمرکزگرایی باشند.

 ماینرهای‌عادی برای‌انجام عملیات‌استخراج باید به‌استخرهای‌بزرگ متصل‌شوند تا‌امکان‌کسب‌پاداش حاصل‌از استخراج‌را داشته‌باشند بدین‌ترتیب قدرت‌شبکه بین استخرهای‌استخراج‌بزرگ توزیع‌می‌گردد.

در صورتی‌که نهادهای‌قدرتمند سرمایه‌گذاری‌بزرگی در صنعت‌استخراج انجام‌دهند، قادر‌خواهند‌بود بخش‌عمده‌ای‌از هش‌ریت‌شبکه‌را در اختیار‌بگیرند بنابراین‌کنترل و نفع‌آنها بسیار‌بیشتر از‌ دیگر مشارکت‌کنندگان خواهد‌بود.

همچنین بازیگران بزرگ در صنعت استخراج، نسبت به تمرکزگرایی در این شبکه بسیار حساس هستند. زمانی‌که سهم یک استخر خاص در هش‌ریت‌شبکه بیت‌کوین به شدت افزایش‌یابد، استخرهای‌دیگر سعی می‌کنند با افزایش‌دستگاه‌ها و توان پردازشی خود، توزیع هش‌ریت را در شبکه به تعادل‌برسانند.

گذشته از بیت‌کوین و فورک‌های‌آن، در برخی دیگر از شبکه‌های‌مبتنی بر اثبات‌کار مانند اتریوم و مونرو، توسعه‌دهندگان معتقدند مشکل تمرکزگرایی در آنها از دستگاه‌های‌پرقدرت آی‌سیک نشات‌می‌گیرد. بنابراین در توسعه الگوریتم رمزنگاری شبکه به گونه‌ای عمل کرده‌اند که مقاومت آنها در مقابل دستگاه‌های ای‌سیک بالا باشد.

با این‌حال گاها خبرهایی به‌گوش‌می‌رسد مبنی‌بر اینکه این الگوریتم زیر پا گذاشته‌شده و دستگاه‌های ای‌سیک سازگار با این شبکه‌ها ساخته‌شده‌اند.

bitcoin blockchain global 1024x576 - سیستم اثبات‌کار چیست؟

مصرف برق

به‌دلیل چالش‌هایی‌که در زمینه‌مصرف سوخت‌های‌فسیلی و آلاینده‌های‌محیط‌زیست در جهان وجود دارد، مصرف‌برق در فناوری بلاک‌چین حساسیت‌هایی را برانگیخته است.

در بلاک‌چین‌های مبتنی بر الگوریتم اثبات‌کار، برق زیادی در جریان فرایند تایید تراکنش‌ها و پیش‌برد شبکه استفاده می‌شود. این موضوع به سختی معادلات رمزنگاری بر می‌گردد که حل آنها مستلزم قدرت پردازشی بسیار بالایی است.

طبق تحقیقات، بیت کوین بیشترین مصرف برق را برای پیش‌برد عملکرد شبکه خود دارد. به طوری که میزان آن در بالاترین هش‌ریت ثبت شده، از میزان برق مصرفی 159 کشور بیشتر بوده است. این امر باعث افزایش مصرف سوخت‌های‌فسیلی در سرتاسر جهان شده و در بلند مدت اثرات زیست محیطی نامطلوبی در پی خواهد داشت.

حمله 51%

حمله 51% در واقع اصطلاحی است که وجود یک نوع دستکاری در شبکه‌های بلاک‌چین را توصیف می کند. در صورتی که نودهای‌مخرب در یک شبکه بلاک‌ چینی بتوانند کنترل بیش از 51درصد شبکه را در اختیار بگیرند، قادر خواهند‌بود با‌دسترسی به زنجیره‌اصلی بلاک‌چین آن در راستای اهداف خود دستکاری‌کنند.

این امر از قانون بلاک‌چین نشات‌می‌گیرد که طبق آن زنجیره‌ای که بتواند به‌بیش‌از 51%قدرت‌شبکه دست‌پیدا‌کند، معتبر شناخته خواهد‌شد.

در بلاک‌چین‌هایی که بر‌مبنای اثبات‌کار فعالیت‌می‌کنند، در صورتی که یک‌یا‌چند نود مخرب بتوانند کنترل بیش‌از 51درصد قدرت‌پردازش شبکه را در دست بگیرند، قادر به‌تغییر و دستکاری در تراکنش‌های مربوط‌به‌خود در بلاک‌ها خواهند‌بود.

در این میان وقوع چنین حمله‌ای بستگی زیادی به ماهیت شبکه و میزان هش‌ریت آن دارد. برای‌مثال‌در شبکه‌بیت‌کوین که در‌حال‌حاضر دارای هش‌ریتی بیش‌از 150میلیون تراهش بر ثانیه است، انجام حمله 51‌درصد مستلزم صرف‌هزینه بسیار بالایی خواهد‌بود و عملا بی‌صرفه است. بنابراین در چنین حالتی مشارکت‌کنندگان توان پردازشی خود را صرف ارتقای‌امنیت شبکه کرده و سعی می‌کنند با مشارکت سازنده‌خود به‌پاداش برسند.

اما در شبکه‌هایی با کاربران محدود و متعاقبا هش‌ریت کمتر، احتمال وقوع حمله 51% دور از ذهن نیست. شبکه‌اتریوم‌کلاسیک از‌جمله‌مواردی است که به دلیل پایین بودن هش‌ریت‌شبکه بارها مورد حمله 51% قرار گرفته است.

78cfac42 1ffe 4829 b3f8 e794ab7ed856 51 percent attack website main 1600x800 - سیستم اثبات‌کار چیست؟

توزیع عادلانه درآمد

نحوه توزیع درآمدها و ساختار مالی و اقتصادی بلاک‌چین‌ها، همواره یکی از موارد مورد بحث در حوزه فناوری بلاک‌چین بوده است.

در مدل اثبات‌کار با بالا رفتن میزان سرمایه‌گذاری شاهد افزایش‌نمایی میزان درآمد ماینرها خواهیم بود. با نگرشی‌منصفانه می‌توان چنین نتیجه گرفت که در کل طراحی الگوریتم اثبات‌کار به‌گونه‌ای‌است که در آن شانسی برای مشارکت افراد‌عادی در‌آن و کسب‌درآمد از این طریق تقریبا وجود ندارد و طی آن این افراد ثروتمند هستند که هر روز ثروتمندتر می‌شوند.

این استدلال از این جهت صور‌ت‌می‌گیرد که بازیگران قدرتمند در امر استخراج می‌توانند با خریداری تعداد زیادی دستگاه، شانس‌بالایی برای کسب درآمد در این حوزه داشته باشند. این در‌حالی است که استخراج‌کنندگان‌عادی برای‌دستیابی‌به درآمد از این‌طریق، بایستی اقدام‌به اشتراک‌گذاری توان‌پردازشی‌خود با استخرهای‌بزرگ کنند و از این‌طریق و به‌ازای توان‌پردازشی‌خود، سهم‌خود را از پاداش استخر دریافت‌نمایند.

حمله خرج دوباره دارایی

دابل اسپند(Double spend)یا خرج دوباره دارایی را می توان یکی از چالش‌های بالقوه شبکه بلاک‌چین دانست. چنین حمله‌ای در صورت وقوع باعث زیر سوال‌رفتن اعتبار شبکه خواهد شد. در این حمله، با ایجاد انشعاب در زنجیره اصلی بلاک‌چین، یک دارایی در هر دو زنجیره به آدرس‌های‌گوناگون ارسال‌می‌شود. در صورت تبدیل زنجیره حاوی تراکنش دوم به زنجیره بلندتر، حمله دابل اسپند روی خواهد داد.

احتمال وقوع این حمله در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار، به شدت کم است. به این دلیل که ایجاد فورک در زنجیره اصلی کاملا تصادفی و پیش‌بینی‌ناپذیر می باشد. این حمله زمانی می‌تواند محقق‌شود که یک‌بلاک توسط دو ماینر به‌صورت‌همزمان استخراج‌شده و همین‌امر منجر‌به تقسیم زنجیره به‌دو انعشاب‌موقتی‌ شود. با این حال احتمال اینکه فرد مهاجم بتواند تراکنش‌های مخرب خود را در این دو زنجیره بگنجاند، بسیار بعید است.

همچنین ماینرهایی با عملکرد سازنده که دارای توان پردازشی محدودی هستند، همواره سعی در انتخاب درست‌ترین زنجیره داشته و اقدام به اعتبارسنجی تراکنش‌های‌موجود در آن دارند. اینجاست که حتی با قرارگیری تراکنش دابل‌اسپند در زنجیره‌ای موازی با زنجیره اصلی، بسیار بعید است که بتواند به تایید‌نهایی برسد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا