چکیده

الگوریتم اثبات کار (PoW یا Proof of Work) نوعی الگوریتم اجماع بسیار پرکاربرد در حوزه ارزهای دیجیتال و تکنولوژی بلاک چین است. اثبات کار مبتنی بر ماینرها (نودها) و توان پردازشی آن‌ها است. این ماینرها معادلات پیچیده پلتفرم را حل می‌کنند و در ازای آن پاداش می‌گیرند. در مقابل این پاداش آن‌ها زنجیره را ایمن کرده و تراکنش‌ها را ممکن می‌کنند.

در حقیقت زنجیره‌های رمزنگاری شده به این توان پردازشی نیاز دارند. چنین سیستمی ساختار را غیرمتمرکز کرده و امنیت آن را بالا می‌برد. بیت کوین مهم‌ترین ارزی است که از این الگوریتم استفاده می‌کند.

تاریخچه الگوریتم اثبات کار

ریشه اولیه الگوریتم اثبات کار چیست؟ برای پاسخ به این پرسش باید نظریات سینتیا دورک (Cynthia Dwork) و مونی نیر (Moni Naor) در سال ۱۹۹۳ را بررسی کنیم. این دو شخص به دنبال راه‌حلی برای اسپم و حملات DoS بودند. آن‌ها ایده‌ای را مطرح کردند که بعدها به ایجاد PoW ‌کمک کرد.

در سال ۱۹۹۷ فردی به نام آدام بلک (Adam Black) ایده آن‌ها را به هش‌کش (Hashcash) تبدیل کرد. هش‌کش از حملات اسپم جلوگیری می‌کرد؛ زیرا با رمزنگاری ارسال تعداد بالای ایمیل‌ در لحظه را برای پردازشگرها پیچیده و هزینه‌بر می‌کرد.

چنین سیستمی باعث می‌شد که به‌طورکلی ارسال ایمیل برای تمام کاربران هزینه‌بر شود. همین مسئله نشان داد که پیچیده کردن یک فرایند می‌تواند به افزایش ارزش یک سیستم آنلاین کمک کند. نوآوری آدام بلک توسعه پیدا کرد تا این که در سال ۲۰۰۹ ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto)، خالق BTC بلاک چین بیت کوین را با استفاده از PoW راه‌اندازی کرد.

PoW یا Proof of Work چگونه کار می‌کند؟

ارزی مانند بیت کوین برای این که ارزش خود را حفظ کند باید عرضه محدودی داشته باشد. دارایی‌هایی مانند طلا و الماس ارزشمند هستند زیرا به‌دست‌اوردن آن‌ها دشوار و هزینه‌بر است. پلتفرم‌های مالی که از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند در پی کسب ارزش از همین ویژگی هستند.

ماینر ها می‌توانند ارزی مانند BTC را استخراج کنند؛ اما به‌سختی و با صرف هزینه قابل‌توجه. نودها باید معادلات پیچیده شبکه را حل کنند. هر ماینری که قادر باشد سریع‌تر به پاسخ دست پیدا کند پاداش دریافت خواهد کرد. بر اساس قدرت پردازش، هر سیستم شانسی مشخص برای به‌دست‌اوردن پاسخ دارد. این شانس هش‌ ریت (Hash rate) نامیده می‌شود. 

بدیهی است که سیستم‌های ضعیف شانس بسیار پایینی برای استخراج کوین دارند؛ بنابراین معمولا ماینرها در استخرهای پردازشی مشارکت می‌کنند که از چندین نود غیرمتمرکز تشکیل شده. این سیستم‌ها با یکدیگر همکاری می‌کنند تا سریع‌تر از رقبا به پاسخ برسند. در نهایت کوین‌های استخراج شده به نسبت قدرت مشارکتی اعضا میان‌ آن‌ها تقسیم می‌شوند. لازم به ذکر است که اعضای مشارکت‌کننده در استخر ماینینگ می‌توانند هر زمانی از آن خارج شوند.

شبکه‌ای مانند بیت کوین برای افزایش ارزش از مکانیزمی به نام هاوینگ (Halving) استفاده می‌کند. این مکانیزم تقریبا هر چهار سال یکبار اتفاق می‌افتد و در پی آن پاداش ارائه شده به ماینرها به نصف کاهش پیدا می‌کند.

بزرگ‌ترین رویداد ارز دیجیتال ایران با شرکت در این رویداد و دعوت از دوستان خود می‌توانید بدون قرعه‌کشی BMW X3 برنده شوید.

شرکت در رویداد

نقش هاوینگ در شبکه بیت کوین

شبکه بلاک چین بیت کوین یکی از مهم‌ترین زنجیره‌هایی است که از PoW استفاده می‌کند. هاوینگ فرایندی از پیش برنامه‌ریزی شده است که باتوجه‌به‌ سرعت استخراج BTC هر ۴ سال یکبار اتفاق می‌افتد تا با نصف‌کردن کوین‌های ارائه شده به‌عنوان پاداش تورم را پایین نگه دارد. آخرین هاوینگ در آوریل سال ۲۰۲۴ اتفاق افتاد و در پی آن پاداش استخراج بیت کوین از ۶.۲۵ واحد به ۳.۱۲۵ واحد کاهش پیدا کرد. 

باوجود کم‌شدن پاداش، تعداد نودهای مشارکت‌کننده در شبکه کاهش چندانی پیدا نکردند؛ زیرا پس از این هاوینگ قیمت BTC سیر صعودی قدرتمندی را آغاز کرد.

ارتباط ماینینگ و الگوریتم اثبات کار چیست؟

پیش‌تر به بخشی از نقش ماینر در PoW یا proof of Work اشاره کردیم. آن‌ها به رمزیابی کدها پرداخته و کوین‌ها را استخراج می‌کنند؛ اما نقش آن‌ها به همین‌جا محدود نمی‌شود. 

می‌دانیم که بلاک چین باید میزبان تراکنش‌هایی باشد که دائما در شبکه انجام می‌شوند. این تراکنش‌ها در بلاک‌ها ثبت شده و کدگذاری می‌شوند. آنچه اجازه انجام چنین فرایندی را می‌دهد ماینرها هستند. این پردازشگرهای غیرمتمرکز تراکنش‌ها را صحت‌سنجی کرده و در صورت بی‌نقص بودن، آن‌ها را تأیید می‌کنند. در ازای این کار هر نود پاداشی دریافت می‌کند. این پاداش در واقع همان کارمزد تراکنشی است که توسط کاربران شبکه پرداخت می‌شود.

چرا Pow بدین شکل نام‌گذاری شده است؟ زیرا ماینرها برای این که اثبات کنند به‌درستی و بدون تخلف تراکنشی را تأیید کرده یا کوینی استخراج کرده‌اند باید آن را به دیگر نودها اثبات کنند. همین ویژگی PoW از پرداخت‌های چندباره یا همان دابل اسپندینگ و دیگر تخلفات جلوگیری می‌کند. هیچ ماینری نمی‌تواند بدون صحت‌سنجی دیگر پردازشگرهای شبکه در بلاک چین تغییر ایجاد کند.

وجه تمایز الگوریتم اثبات کار چیست؟

دلیل این که Pow یا Proof Work نسبت به سازوکارهای پیشین موفقیت بیشتری به ‌دست آورد بهره‌مندی از پردازشگرهای غیرمتمرکز بود. سیستم‌های سنتی به سرورهای مرکزی وابسته هستند و همین مقیاس‌ پذیری و امنیت آن‌ها را کاهش می‌دهد.

در PoW ساختار نامتمرکز است و از طرفی نیاز به اثبات صحت فعالیت هر نود اجازه تخلف را به او نمی‌دهد. به همین دلایل است که الگوریتم اثبات کار هنوز از جمله محبوب‌ترین و قدرتمندترین الگوریتم‌ها است.

تفاوت PoS با PoW

الگوریتم PoW یا Proof of Work تفاوت فاحشی با الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) دارد. در PoS نودها با میزان سهام یا توکنی که در شبکه استیک و قفل کرده‌اند اعتبارسنجی می‌شوند. هرچه مقدار توکن‌های استیکینگ بیشتر باشد، نود شانس بالاتری برای دریافت پاداش دارد. از طرفی برای حفظ عدالت بخشی از پاداش‌های شبکه بدون هیچ معیاری در میان نودها تقسیم می‌شود. 

در PoS نیز همانند PoW پردازشگرها تراکنش‌ها را ایمن ‌کرده و صحت‌سنجی می‌کنند. در واقع اضافه کردن بلاک‌های جدید به زنجیره بر عهده آن‌ها است.

در الگوریتم اثبات سهام نیازی به صرف انرژی و هزینه اضافی برای حل معادلات پیچیده ریاضی وجود ندارد. ارزش‌ هر نود به نسبت میزان توکن‌های استیک شده و مشارکت در ایجاد بلاک‌ها سنجیده می‌شود. درحالی‌که در PoW بخش زیادی از انرژی ماینرها صرف رقابتی می‌شود که چندان بهینه نیست. 

به‌طورکلی PoW اغلب در پلتفرم‌هایی استفاده می‌شود که کوین‌ها و توکن‌های مربوط به آن بیشتر به‌عنوان یک دارایی برای پرداخت و معامله کاربرد دارند. درحالی‌که توکن‌های مبتنی بر PoS غالبا کاربردی فراتر از صرفا یک دارایی ارزشمند دارند. این دست توکن‌ها و بلاک چین مربوط به آن‌ها می‌توانند در ساخت انواع برنامه‌های غیرمتمرکز و قرارداد هوشمند کاربرد داشته باشند.

چند نمونه از بلاک چین های مبتنی بر PoW

حدود ۶۰ درصد از ارزش یا همان مارکت کپ (Market Cap) بازار وابسته به شبکه‌هایی است که از الگوریتم PoW یا Proof of Work استفاده می‌کنند. برخی از این شبکه‌ها بیش از همه محبوبیت دارند و دارای بیشترین مارکت کپ هستند. در ادامه آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

• بیت کوین (Bitcoin): یک از شناخته‌‌شده‌ترین و تأثیرگذارترین رمزارزهای موجود در دنیا بیت کوین است. این رمزارز با خلاقیت ساتوشی ناکاموتو عرضه شد و توانست با استفاده از الگوریتم اثبات کار به پلتفرمی بسیار ایمن تبدیل شود. کنترل عرضه بیت کوین با هاوینگ و محدودیت کلی کوین‌ها باعث شده که BTC از زمان عرضه تا این لحظه هزاران درصد افزایش قیمت داشته باشد.
• لایت کوین (Litecoin): لایت کوین به‌عنوان یک کپی سبک‌تر از بیت کوین طراحی و عرضه شد. برخی آن را در مقایسه با بیت کوین که به طلای ارزهای دیجیتال شهرت دارد به نقره رمزارزها تشبیه می‌کنند. لایت کوین نیز محبوبیت و امنیت بسیار زیادی دارد.
• مونرو (Monero): مونرو رمزارزی است که در راستای حفظ حداکثری حریم خصوصی کاربران عرضه شده. مونرو آدرس‌ تراکنش‌ها را مخفی نگه‌ می‌دارد و از امضای حلقوی استفاده می‌کند تا تراکنش کاربران قابل ردگیری نباشد. ویژگی خاص دیگر این پلتفرم استفاده از سیستمی است که ارائه پاداش به ماینرهای مستقل را به نسبت استخرهای ماینینگ در اولویت قرار می‌دهد. این سیاست در راستای حفظ هرچه بیشتر ساختار غیرمتمرکز اجرا شده است.

• دوج کوین (Dogecoin): دوج کوین یک میم‌کوین بر بستر لایت کوین است و از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کند. دوج کوین در سال ۲۰۱۳ عرضه شد و توانست با ارائه سرعت بالا در تراکنش‌های خود محبوبیت زیادی به دست آورد.

چرا PoW مهم است؟

دلایل محبوبیت و اهمیت الگوریتم اثبات کار چیست؟ می‌توان غیرمتمرکز بودن ساختار و ایمن بودن آن را یکی از این دلایل دانست. نودها در سرتاسر جهان پخش شده‌اند و به ‌لطف سازوکار دقیق PoW در کنار یکدیگر فعالیت کرده و از هرگونه تخلف جلوگیری می‌‌کنند.

از طرفی این الگوریتم می‌تواند با سازوکارهایی از پیش تعیین شده عرضه توکن‌ ها را کنترل کند. بدین شکل با کنترل عرضه ارزش پلتفرم حفظ شده و حتی بالا می‌رود. همچنین PoW می‌تواند به شکلی تنظیم شود که در راستای افزایش بیشتر توان پردازشی نودها، پیچیدگی رمزنگاری را بالاتر ببرد. با این استراتژی پیشرفت سیستم‌های کامپیوتری در طی سالیان منجر به کاهش قیمت ارزی مانند BTC نمی‌شود.

هدف قراردادن چنین ساختاری برای نفوذ بسیار هزینه‌بر و مشکل خواهد بود. برای مثال پژوهشی نشان داده است که حمله سایبری به بیت کوین برای شکستن کلی زنجیره و نفوذ به آن مبلغی در حدود ۵.۵ میلیارد دلار هزینه خواهد داشت. از طرفی چنین حمله‌ای به‌سرعت منجر به سقوط قیمت بیت کوین خواهد شد؛ بنابراین انجام آن نه‌تنها تقریبا غیرممکن بلکه بسیار غیرعقلانی است.

مزایای الگوریتم اثبات کار چیست؟

الگوریتم PoW یا Proof of Work‌ مزایای قابل‌توجهی دارد. بزرگ‌ترین مزیت آن ساختار غیرمتمرکز و امنیت بالایی است که برای شبکه فراهم می‌کند. این ساختار غیرمتمرکز به حفظ حریم خصوصی کاربران کمک کرده و از نفوذهای خراب‌کارانه و گروهی جلوگیری می‌کند. عملکرد صحیح PoW وابسته به نودها است و نودها نیز برای کسب سود وابسته به حفظ امنیت و پایداری شبکه‌ بلاک چینی هستند. این رابطه دوطرفه به عملکرد پایدار شبکه کمک می‌کند.

معایب الگوریتم اثبات کار چیست؟

بزرگ‌ترین عیب الگوریتم اثبات کار چیست؟ بدون شک یکی از بزرگ‌ترین معایب این سیستم مصرف انرژي بسیار زیاد آن است. این انرژي صرفا صرف حل معادلاتی می‌شود که هیچ مزیتی ندارند و از طرفی دشوار و دشوارتر خواهند شد. ماینرها معمولا از پردازنده‌ها و خنک‌کننده‌های متعددی استفاده می‌کنند که مصرف انرژي بالایی دارند.

آمار نشان می‌دهد که میزان مصرف انرژی بیت کوین برابر با کشورهایی نظیر آرژانتین و نروژ است. این حد از مصرف می‌تواند در گرمایش جهانی تأثیر قابل‌توجهی داشته باشد. 

در مقابل طرف‌داران بیت کوین و PoW مصرف برق بیت کوین را با دیگر دارایی‌هایی نظیر طلا مقایسه می‌کنند که استخراج آن مصرف انرژی حدودا ۲ برابری دارد. 

یکی دیگر از انتقادات به الگوریتم اثبات کار در بلاک چینی نظیر بیت کوین مقیاس‌پذیری نسبتا پایین آن است. درحالی‌که بلاک چین‌های نوینی نظیر سولانا و سویی با بهره‌مندی از PoS مقیاس‌پذیری و سرعت تراکنش‌ بسیار بالایی دارند.

پیچیده‌تر شدن هرچه بیشتر استخراج از الگوریتم اثبات کار باعث شده که نودها در بسیاری از موارد با یکدیگر همکاری کرده و وارد استخرهای ماینینگ شوند. برخی از این استخرها ممکن است به حدی بزرگ و قدرتمند شوند که کنترل بخشی از بلاک چین را در دست گرفته و به حملات دابل اسپندینگ اقدام کنند. از طرفی اجماع آن‌ها تا حدودی ماهیت غیرمتمرکز بلاک چین را از بین می‌برند.

آینده Pow یا Proof of Work

در حال‌ حاضر مهم‌ترین بلاک چینی که از PoW بهره می‌برد بیت کوین است. از طرفی محبوبیت آن روزبه‌روز در حال افزایش است و بسیاری از تحلیل‌گران انتظار دارند که صعود قیمت آن سالیانی طولانی ادامه داشته باشد. قدرت بیت کوین تا حد زیادی وابسته به الگوریتمی است که از آن استفاده می‌کند. در‌صورتی‌که بیت کوین قدرت خود را در بازارهای مالی حفظ کند، PoW نیز معتبر و محبوب خواهد بود.

پروژه‌های بلاک چینی جدید PoS‌ را ترجیح می‌دهند. زیرا می‌تواند به مقیاس‌پذیری بالا کمک کند و زمینه ایجاد و توسعه انواع برنامه غیرمتمرکز باشد. بااین‌وجود ممکن است که در تقلید از BTC، پروژه‌های دیگری نیز معرفی شوند که بیش از هر چیز قصد کسب ارزش به‌عنوان دارایی را داشته باشند و از PoW استفاده کنند.

جمع بندی

PoW یا Proof of Work با معرفی بیت کوین شهرت پیدا کرد. BTC امنیت و محبوبیت خود را وابسته به همین الگوریتمی است که در طی سالیان با کنترل عرضه و تورم، ارزش بیت کوین را حفظ کرده است. PoW وابسته به ماینرها یا همان نودها است. این پردازنده‌های غیرمتمرکز شبکه‌های بلاک چینی را ایمن و معتبر می‌کنند.

انتقاداتی به میزان مصرف انرژی الگوریتم اجماع کار و خطر متمرکزشدن ساختارهای آن وجود دارد؛ اما تجربه نشان داده که هیچ یک از این موارد جای نگرانی چندانی ندارند. انرژی مصرفی این الگوریتم نسبت به سازوکارهای بسیاری از سیستم‌های متمرکز کم‌تر است. از طرفی متمرکزکردن ساختار پردازشی آن نیاز به هزینه بسیار زیادی دارد و ممکن است با کاهش اعتماد منجر به سقوط قیمت ارز شود. در این صورت استخر ماینینگ عظیم ساخته شده با ضرری جدی مواجه خواهد شد.

به‌طورکلی می‌توان ادامه موفقیت و محبوبیت الگوریتم اثبات کار را در آینده نیز بسیار محتمل دانست. شاید پروژه‌های مترقی بیشتری بر اساس آن عرضه شوند.

منابع:

Blockworks.co

Geeksforgeeks.org