الگوریتم اثبات کار (pow)؛ الگوریتم محبوب بلاکچین بیتکوین
در دنیای فناوری اطلاعات و رمزنگاری، الگوریتم‌ها روش‌هایی امنیتی برای حفظ اطلاعات مهم و حساس شبکه هستند. قدیمی‌ترین و البته پرکاربردترین الگوریتم، الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) است که با اصطلاح POW نیز یاد می‌شود. این الگوریتم اصلی‌ترین بخش از زیرساخت فناوری بیتکوین بوده و برای تضمین امنیت و صحت معاملات در شبکه بیتکوین استفاده می‌شود. در این مقاله از وبلاگ تریتکس، به‌طور کامل الگوریتم اثبات کار را توضیح خواهیم داد و به مزایا و معایب آن، نحوه کار، مثال‌ها و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.
منظور از الگوریتم اجماع اثبات کار چیست؟ آشنایی با مفهوم POW
اثبات کار درواقع یک مکانیزم اجماع است که در سال 2008 توسط خالق بیت کوین، معرفی شد. اگرچه این الگوریتم از سال‌های بسیار دور در دنیای فناوری وجود داشته اما اولین بار توسط ساتوشی ناکاماتو به جهت یک سیستم پولی همتا به همتا بکار گرفته شد.
الگوریتم اثبات کار (Proof of Work – POW) بر اساس یک اصل مهم عمل می‌کند: برای جلوگیری از هزینه کردن دوباره یک کوین، به توافق و اجماع همه‌جانبه نیاز است. این سیستم از طریق فعالیت ماینرها (استخراج‌کنندگان) و فرآیند استخراج توسعه می‌یابد. در ادامه، بیشتر در مورد نحوه عملکرد و اهمیت این رویکرد توضیح خواهیم داد.
نحوه کار الگوریتم اثبات کار در شبکه چگونه است؟
برای آنکه بتوانید درک بهتری از نحوه کار الگوریتم اثبات کار داشته باشید، قدم به قدم رویکرد آن را بررسی خواهیم کرد.
- قدم اول: تراکنش‌ها ارسال می‌شوند؛ ابتدا تراکنش‌های کاربران در شبکه ارسال می‌شوند. این تراکنش‌ها شامل انتقال ارزهای دیجیتال میان کاربران یا خرید و فروش آن در یک صرافی ارز دیجیتال است.
- قدم دوم: گروهی از تراکنش‌ها به یک بلوک متصل می‌شوند؛ گروهی از تراکنش‌ها که تقریبا به‌صورت هم‌زمان انجام شده‌اند، به یک بلوک متصل می‌شوند. هر بلوک حاوی اطلاعات مختلفی از جمله تراکنش‌ها، شماره بلوک قبلی و هش بلوک قبلی است.
- قدم سوم؛ یک مسئله محاسباتی حل می‌شود: ماینرها به‌عنوان اشخاصی که وظیفه اتصال بلوک‌های جدید به زنجیره را دارند، باید مسئله‌ای محاسباتی را حل کنند. این مسئله پیچیده بوده و نیاز به محاسبات سنگینی دارد.
- قدم چهارم: احراز صحت محاسبه می‌شود: اگر ماینر موفق به حل مسئله محاسباتی شود، بلوک جدید ایجاد می‌شود. در این بخش سایر کاربران شبکه می‌توانند به‌سادگی اعتبارسنجی محاسبه‌های انجام‌شده توسط ماینر را انجام دهند.
- قدم پنجم: بلوک به زنجیره اضافه می‌شود؛ بلوک جدیدی که حاوی محاسبه ماینر است، به زنجیره اضافه شده و اطلاعات آن در کل شبکه تایید می‌شود.
- قدم ششم: به ماینر پاداشی داده می‌شود؛ ماینری که موفق به حل مسئله محاسباتی شود، میزان مشخصی از ارز دیجیتال شبکه را به‌عنوان پاداش دریافت خواهد کرد. این پاداش مکانیزمی تشویقی برای ماینرها است تا برای انجام محاسبات سنگین تلاش کنند.
در ادامه، زمانی که بیشتر از نیمی از کاربران شبکه به نسخه جدید زنجیره متصل شوند، این نسخه به‌عنوان زنجیره اصلی تایید شده و فرآیند ایجاد بلوک‌ها ادامه می‌یابد. همچنین در رویکرد POW باید درنظر داشت، تغییراتی که توسط اشخاص ناشناخته و غیرمجاز انجام می‌شود، توسط بقیه کاربران رد می‌شود. چرا که چنین اقداماتی نیاز به حل مسئله محاسباتی مجدد و اعتبارسنجی دارد.
حالا به‌خوبی نحوه کار الگوریتم اثبات کار را می‌دانید. اگر مایلید بر کوین‌های شبکه‌های مبتنی بر POW سرمایه‌گذاری کنید، در ادامه همین مقاله با برخی از بهترین کوین‌های POW آشنا خواهیم شد. در غیر این صورت پیشنهاد ما به شما، خرید تتر بدون احراز هویت در صرافی ارز دیجیتال تریتکس است.
بررسی چند مثال از نحوه کار الگوریتم Proof of Work برای درک بهتر
الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) در بیت کوین، اتریوم و لایت کوین به‌عنوان سه نمونه از معروف‌ترین ارزهای دیجیتال دنیا به‌کار گرفته می‌شود. اگرچه POW در هریک از این ارزها به‌صورت مشابه عمل می‌کند اما در هرکدام تفاوت‌های کوچکی در استفاده از این الگوریتم وجود دارد.
برای مثال الگوریتم اثبات کار در اتریوم نیز درست مانند بیتکوین، با هدف تایید تراکنش‌ها استفاده می‌شود. اما اتریوم برخلاف بیتکوین که فقط برای انتقال ارز بکار می‌رود، قابلیت اجرای قراردادهای هوشمند (Smart Contracts) را نیز دارد. این قراردادها بر اساس زبان برنامه‌نویسی Solidity نوشته می‌شوند و با استفاده از تراکنش‌های خاصی اجرا می‌شوند.
یا در مثالی دیگر، می‌توانیم ساز و کار لایتکوین را بررسی کنیم. لایتکوین نیز مانند بیتکوین از الگوریتم اثبات کار برای امنیت شبکه و جلوگیری از دابل اسپندینگ استفاده می‌کند. اما با توجه به نیاز به زمان و انرژی کمتر برای انجام محاسبات، سرعت ایجاد بلوک‌های لایتکوین به مقدار قابل توجهی بیشتر از بیتکوین است.
شناخته‌شده‌ترین رمزارزهای مبتنی بر POW
الگوریتم اثبات کار با معایب و اشکالات مختلفی همراه است. به همین دلیل در سال‌های اخیر توسعه‌دهندگان زیادی ساخت ارز دیجیتال مبتنی بر الگوریتم اثبات سهام را انتخاب می‌کنند. با این وجود همچنان بیت کوین و چند نمونه از آلت کوین‌های معروف دنیای کریپتو، بر پایه POW هستند که در ادامه لیست کوتاهی از آن‌ها را آورده‌ایم.
- بیت کوین
- بیت کوین کش
- لایت کوین
- مونرو
- دوج کوین
- اتریوم
البته در نظر داشته باشید آپدیت اتریوم، الگوریتم آن را از POW به POS یا همان الگوریتم اثبات سهام تبدیل کرده است. همچنین NFTهای مختلفی در دنیای دارایی‌های دیجیتال وجود دارد که مبتنی بر POW هستند.
نگاهی به مزایا و معایب الگوریتم اثبات کار (POW)
تا این بخش به‌طور کامل با الگوریتم POW و انواع و مثال‌های آن آشنا شدیم. اما برای درک بهتر این فناوری، دانستن مزایا و معایب الگوریتم در دنیای فناوری رمزنگاری، ضروری است. بنابراین همراه ما باشید تا به اختصار درباره مزایا و معایب الگوریتم اثبات کار صحبت کنیم.
مزایای الگوریتم اثبات کار چیست؟
- امنیت: الگوریتم اثبات کار برای تایید تراکنش‌ها نیاز به محاسبات سنگین دارد که سختی آن را برای حملات DoS و DDoS افزایش می‌دهد و امنیت شبکه را تضمین می‌کند.
- پخش قدرت و تمرکززدایی: با استفاده از الگوریتم اثبات کار، هیچ فرد یا گروهی نمی‌تواند کنترل اکثریت قدرت محاسباتی را در شبکه به‌دست آورد.
- مقاومت در برابر حملات دابل اسپندینگ: در شبکه‌های مبتنی بر اثبات کار، هش ریت هر بلوک اختصاصی بوده و هیچ بلوکی با بلوک دیگر شباهت ندارد. بنابراین هک رمزارزهای مبتنی بر POW و خرج‌کردن دوباره آن‌ها، تقریبا غیر ممکن است.
- امکان استخراج: سیستم پاداش‌دهی شبکه‌های مبتنی بر POW، یکی دیگر از مزایای این الگوریتم است. یک دستگاه ماینر و اتصال به برق، می‌تواند منبع درآمدی سودده برای طرفداران درآمدهای غیر فعال به‌شمار آید.
- مقاومت در برابر حملات DoS: به دلیل ماهیت شبکه‌های مبتنی بر POW، حملات DoS یا ایجاد اختلال و محدودیت در شبکه، ممکن اما بسیار هزینه‌بر است.
معایب الگوریتم اثبات کار چیست؟
در کنار مزایای معرفی‌شده، بد نیست معایب الگوریتم اثبات کار را نیز بشناسیم. این دلایل چندان قوی نیستند که POW را برای همیشه از زمین بازی به‌در کنند؛ با این وجود توانسته‌اند در سال‌های اخیر توجه توسعه‌دهندگان را به سایر الگوریتم‌های تامین امنیت مانند POS معطوف کنند.
- مصرف انرژی بسیار زیاد: اولین عیب POW نیازمندی آن به انرژی برق قوی برای ماینرهای قدرتمند است. این ماینرها برای انجام محاسبات سنگین الگوریتم اثبات کار، نیاز به توان محاسباتی بالا و در نتیجه مصرف انرژی بالا دارند.
- زمان‌بر بودن: می‌توان گفت رویکرد الگوریتم اثبات کار تا حدودی زمان‌بر است. چرا که به زمان زیادی برای تایید تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید نیاز دارد. این درحالی است که مثلا برای خرید اتریوم زمان بسیار کمتری در جابجایی ارز دیجیتال، صرف خواهید کرد.
- حملات 51 درصدی: اگر یک شخص یا گروه بتواند کنترل بیش از ۵۱٪ از قدرت محاسباتی را در شبکه به‌دست آورد، امنیت شبکه به خطر خواهد افتاد. اگرچه چنین اقدامی نیازمند هزینه بسیاری است، با این وجود امکان ایجاد اختلال از طریق کسب کنترل اکثریت شبکه، یک عیب بسیار بزرگ به‌شمار می‌آید.
- تمرکزگرایی نسبی در عمل: اگرچه شبکه‌های مبتنی بر POW را می‌توان ساز و کار تمرکززدایی دانست، اما متاسفانه در عمل، حقیقت دیگری درحال رخ‌دادن است. برای مثال در ارز دیجیتال بیت کوین، فقط سه استخر استخراج، تقریبا نیمی از قدرت محاسباتی بیت کوین را در دست دارد. بنابراین نمی‌توان گفت پخش قدرت در این شبکه‌ها، بدون تمرکز است.
ضرورت وجود و کاربردهای الگوریتم اجماع اثبات کار چیست؟
تا این بخش از مقاله سعی کردیم به‌طور کامل با الگوریتم اثبات کار و نحوه کارکرد آن در شبکه آشنا شویم. اما زمان آن رسیده که برای جمع‌بندی این آموزش، به یک سوال دیگر یعنی ضرورت وجود و کاربردهای الگوریتم اثبات کار نیز پاسخ دهیم. در یک نگاه کلی، قانع‌کننده‌ترین علت استفاده از الگوریتم اثبات کار، مکانیزم امن و غیر متمرکز POW است. اما بد نیست کاربردهای الگوریتم اثبات کار را کمی دقیق‌تر بررسی کنیم.
- رمزنگاری اطلاعات؛ POWدر برخی سیستم‌های رمزنگاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این الگوریتم با اجرای محاسبات سنگین، اطلاعات را از نظر امنیتی محافظت کرده و از دسترسی‌های غیرمجاز جلوگیری می‌کند.
- سامانه‌های رای‌گیری و انتخابات الکترونیکی؛ الگوریتم POW امکان انجام رای‌گیری امن و شفاف را فراهم می‌کند. زیرا همانطور که توضیح دادیم، POW با حل مسائل محاسباتی پیچیده توسط ماینرها، تراکنش‌های رای‌دهندگان را تایید می‌کند.
- مدیریت هویت و امنیت شبکه‌ها؛ الگوریتم اجماع اثبات کار در برخی سیستم‌ها برای مدیریت هویت و اطلاعات شخصی استفاده می‌شود. این الگوریتم با تایید و اعتبارسنجی اطلاعات، امنیت شبکه‌ها و سامانه‌ها را تضمین می‌کند.
- بانکداری غیر متمرکز؛ در نهایت، یکی از بهترین کاربردهای POW، تامین امنیت سیستم بانکداری است و مدیریت تراکنش مشتریان است. POW را بهترین گزینه برای توسعه سیستم‌های مالی همتا به همتا می‌دانند.
البته در نظر داشته باشید که تنها الگوریتم مورد استفاده از شبکه‌های بلاکچینی، POW نیست. از شما دعوت می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با POS یا همان الگوریتم اثبات سهام و کاربرد آن در استیکینگ ارز دیجیتال، سری هم به سایر مقالات وبلاگ تریتکس بزنید.
کلام پایانی؛ الگوریتم POW، راه حلی برای تامین امنیت شبکه بلاکچین
الگوریتم اثبات کار، یکی از بهترین و قدیمی‌ترین الگوریتم‌های تامین امنیت در شبکه‌های بلاکچینی است. در یک کلام، نحوه کار الگوریتم Proof of Work بر پایه رقابت ماینرها برای حل معادلات ریاضی پیچیده است. هر دستگاه ماینری که بتواند زودتر معادله را حل کند، پاداش دریافت کرده و تراکنش را به شبکه ارسال می‌کند. پس از آن کاربران شبکه با تایید تراکنش یا به اصطلاح «با توافق و اجماع» بر سر درستی تراکنش، عملیات اعتبارسنجی را به پایان می‌رسانند.
آیا این مطلب درباره الگوریتم اثبات کار، برای شما مفید بود؟ از شما می‌خواهیم در بخش نظرات همین مقاله، سایر عناوین و موضوعاتی که دوست دارید درباره آن‌ها صحبت کنیم را با ما اشتراک بگذارید.
دیـــدگـاه خـود را بـه اشــتراک گــذاریــد