الگوریتم اثبات کار چیست؟ نحوه عملکرد، اهمیت و چالش‌ها

الگوریتم اثبات کار (Proof of work) یا PoW، روشی برای تأیید و ردیابی ایجاد ارزهای دیجیتال جدید و اضافه شدن تراکنش‌ها به یک بلاک چین رمز ارز است.

شبکه‌های غیرمتمرکز مورد استفاده توسط ارز‌های دیجیتال و سایر برنامه‌های کاربردی دیفای (defi)، فاقد هر گونه قدرت حاکمیتی مرکزی هستند؛ بنابراین، از الگوریتم اثبات کار برای اطمینان از یکپارچگی داده‌های جدید استفاده می‌کنند.

به عبارت دیگر، ارزهای دیجیتال مانند بیت کوین، برای حفظ شبکه‌های کریپتوکارنسی خود به الگوریتم POW متکی هستند. در این مقاله به بررسی کامل سوال الگوریتم اثبات کار چیست می‌پردازیم و مزایا و معایب آن را بیان می‌کنیم.

الگوریتم اثبات کار چیست و چگونه کار می‌کند؟

ارزهای دیجیتال، فاقد گیت کیپرهای (gatekeepers) متمرکزی برای تأیید صحت تراکنش‌ها و داده‌های جدیدی که به بلاک چین اضافه می‌شوند، هستند. درعوض، آن‌ها برای اعتبارسنجی تراکنش‌های دریافتی و اضافه کردن آن‌ها به عنوان بلوک‌های جدید در زنجیره، به شبکه توزیع شده‌ای از شرکت کنندگان متکی هستند.

اثبات کار، یک مکانیسم اجماع (consensus) به منظور انتخاب ماینر (miners) برای انجام وظیفه تایید داده است. این وظیفه، سودآور است؛ زیرا ماینرها زمانی که داده‌های جدید را به درستی تأیید می‌کنند و سیستم را فریب نمی‌دهند، با رمزنگاری جدید پاداش می‌گیرند.

اثبات کار یک الگوریتم نرم افزاری است که توسط بیت کوین و سایر بلاک چین‌ها برای اطمینان از معتبر بودن بلاک‌ها، استفاده می‌شود. این بلوک‌ها تنها در صورتی معتبر تلقی می‌شوند که برای تولید به مقدار مشخصی از توان محاسباتی نیاز داشته باشند. این یک مکانیسم اجماع، به نهادهای ناشناس در شبکه‌های غیرمتمرکز اجازه می‌دهد که به یکدیگر اعتماد کنند.

آموری سچت (Amaury Sechet)، بنیانگذار ارز دیجیتال eCash

این سیستم، ماینرها را ملزم می‌کند تا برای حل معماهای ریاضی با یکدیگر رقابت کنند تا از فریب سیستم جلوگیری شود. برنده این مسابقه، برای افزودن جدیدترین دسته از داده‌ها یا تراکنش‌ها به بلاک چین انتخاب می‌شود. ماینرهای برنده، تنها زمانی پاداش ارز دیجیتال جدید خود را دریافت می‌کنند که سایر شرکت کنندگان در شبکه تأیید کنند که داده‌های اضافه شده به زنجیره صحیح و معتبر هستند.

چرا مکانیسم اثبات کار مهم است؟

اولین رمز ارز، بیت کوین، توسط ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto) در سال 2008 ایجاد شد. ناکاموتو، مقاله معروفی را منتشر کرد که یک ارز دیجیتال را بر اساس پروتکل‌های اثبات کار توصیف می‌کرد که امکان تراکنش‌های ایمن و بی همتا را بدون دخالت یک مرجع متمرکز فراهم می‌کرد.

در گذشته، یکی از مسائلی که مانع از توسعه موثر یک ارز دیجیتال شده بود، مشکل دوبار خرج کردن (double-spend problem) نام داشت. با توجه به اینکه رمزارز فقط دیتا است، باید مکانیزمی طراحی می‌شد که از خرج کردن واحدهای مشابه در مکان‌های مختلف توسط کاربران، قبل از ثبت تراکنش توسط سیستم، جلوگیری کند.

مکانیسم اجماع ناکاموتو، این مشکل دوباره خرج کردن را حل کرد. مکانیسم اثبات کار، با تشویق ماینرها برای تأیید یکپارچگی تراکنش‌های رمزنگاری جدید، قبل از افزودن آن‌ها به بلاک چین، از ایجاد این مشکل جلوگیری می‌کند.

الگوریتم اثبات کار و ماینینگ

یک حساب بانکی معمولی را در نظر بگیرید. اگر چکی را در حساب پس انداز خود واریز کنید، چگونه متوجه می‌شوید که مبلغ دقیق آن به حساب شما واریز می‌شود؟ نویسنده چک چگونه اعتماد می‌کند که فقط مبلغی را که روی چک نوشته‌اند، از حساب او کسر می‌شود؟ ارزش یک بانک این است که همه طرف‌های معامله به بانک اعتماد دارند تا پول را به طور دقیق جابجا کند.

در بحث ارزهای دیجیتال، هیچ بانکدار یا مؤسسه مالی برای ایجاد این اعتمادسازی وجود ندارد. در عوض، ماینرها و الگوریتم اثبات کار، تراکنش‌های شفاف و دقیق را تضمین می‌کنند. در بلاک ‌چین‌هایی که از اثبات کار استفاده می‌کنند، ماینرها، نگهبانان و تسهیل‌کننده‌هایی هستند که سیستم را روان و دقیق اجرا می‌کنند. این مکانیزم ، ماینرها را ملزم می‌کند که از منابع محاسباتی برای انجام اینکار استفاده کنند.

کاربران، ارزهای دیجیتال را خرید و فروش می‌کنند و تراکنش‌های جدید با هم گروه بندی می‌شوند. داده‌های این تراکنش‌ها در یک بلوک جمع می‌شوند. ماینرها برای پردازش بلوک جدید با هم رقابت می‌کنند. درواقع، ماینرهای کریپتو، برای حل یک مسئله پیچیده ریاضی باهم رقابت می‌کنند.

سیستم، با اثبات اینکه ماینرها کار محاسباتی را انجام داده‌اند ( که به آن هش گفته می‌شود)، این حق را به آن‌ها می‌دهد که بلوک تراکنش‌ها را، پردازش کنند. سپس، یک ماینر، برای افزودن بلوک جدید انتخاب می‌شود. تصمیم گیری این موضوع که کدام ماینر حق پردازش بلوک را به دست می‌آورد، تا حدودی به صورت تصادفی است. سپس، به برنده کوین‌های ارز دیجیتال جدید تعلق می‌گیرد و می‌تواند یک بلوک جدید را به بلاک چین اضافه کند.

ماینرها برای حل مسائل پیچیده ریاضی تلاش می‌کنند تا پاداش کسب کنند.» این مسائل ریاضی دشوار هستند و حل آن‌ها به مقدار قابل توجهی توان و انرژی کامپیوتری نیاز دارد. از آنجایی که ماینرها منابع قابل توجهی را در تجهیزات کامپیوتری و هزینه‌های انرژی مورد نیاز، سرمایه‌گذاری کرده‌اند، انگیزه لازم برای اعتبارسنجی دقیق تراکنش‌ها را دارند.

دن شونک (Dan Schwenk)، مدیر اجرایی تحقیقات دارایی دیجیتال

معایب الگوریتم اثبات کار چیست؟

سیستم‌های اثبات کار، انتقادات زیادی را به سوی خود جلب کرده‌اند که عمده آن‌ها در مورد میزان مصرف بالای انرژی است. در ادامه معایب این مکانیسم را بررسی می‌کنیم.

انرژی مصرفی زیاد

به گفته نیویورک تایمز، در سال 2009 شما می‌توانستید با استفاده از یک لپتاب ساده و مقدار ناچیزی برق، یک بیت کوین استخراج کنید. در حالی که در سال 2021، شما برای استخراج یک بیت کوین، به انرژی معادل، مقدار برق مصرفی 9 ساله یک خانه استاندارد آمریکایی، نیاز دارید.

تمرکز

یکی از جذاب‌ترین ویژگی‌ها، برای سرمایه گذاران ارزهای دیجیتال، تمرکززدایی است. به لطف نیازهای محاسباتی و انرژی شدید الگوریتم اثبات کار، عملیات ماینینگ در تعداد کمی از تجهیزات اصلی متمرکز شده است. این امر، به طور بالقوه می‌تواند منجر به این شود که تعداد کمی از نهادها، بتوانند اکثر عملیات‌های ارزهای دیجیتال را کنترل کنند.

نیاز به سخت افزارهای گران قیمت

برای موفقیت و کسب سود، ممکن است به خرید سخت افزارهای گران قیمت و تخصصی نیاز باشد.

دشواری برای ماینرهای منفرد

به دلیل نیاز به ظرفیت محاسباتی بالا، شرکت‌های بزرگ ماینیگ کریپتو و استخرهای ماینینگ، نسبت به افرادی که به تنهایی کار می‌کنند، احتمال موفقیت بیشتری در ماینینگ کریپتو و کسب سود آن، دارند.

مزایای الگوریتم اثبات کار چیست؟

در این بخش، به بررسی مهم‌ترین مزیت‌های الگوریتم اثبات کار می‌پردازیم:

کاربرد گسترده در اکثر رمز ارزها

پروتکل اثبات کار توسط شناخته شده‌ترین و بزرگترین ارزهای دیجیتال، به ویژه بیت کوین، استفاده می‌شود.

امنیت بالا

منابع محاسباتی گسترده مورد نیاز در پروتکل اثبات کار، شبکه ارزهای دیجیتال را ایمن می‌کند؛ زیرا دستکاری زنجیره بلوکی یک ارز دیجیتال، مستلزم کنترل نیمی از منابع محاسباتی شبکه کریپتو است.

پاداش به ماینرها و ایجاد امکان تراکنش‌های جدید

ماینرها می‌توانند از تأیید موفقیت آمیز بلوک‌های جدید تراکنش‌های رمز ارز، سود کسب کنند.

مزایا الگوریتم اثبات کار	معایب الگوریتم اثبات کار
توسط اکثر ارزهای پایه مانند بیت کوین استفاده می‌شود	مصرف برق بالا
به ماینرهای ارز دیجیتال پاداش می‌دهد و امکان تراکنش‌های جدید را فراهم می‌کند	نیاز به سخت افزار گران قیمت
امنیت بالا	برای ماینرهای فردی دشوار است.

کدام ارزهای دیجیتال از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند؟

تقریباً 64٪ از کل سرمایه بازار جهانی ارزهای دیجیتال، از الگوریتم POW برای اعتبار سنجی استفاده می‌کنند. برخی از محبوب‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• بیت کوین (Bitcoin)
• دوج کوین (Dogecoin)
• بیت کوین کش (Bitcoin Cash)
• لایت کوین (Litecoin)
• مونرو (Monero)

چرا الگوریتم اثبات کار برای بیت کوین مورد نیاز است؟

الگوریتم اثبات کار، یک مکانیسم اجماع است که توسط آن تراکنش‌های بیت کوین در بلاک چین تأیید می‌شوند. هنگامی که یک تراکنش انجام می‌شود، در شبکه پخش می‌شود و همراه با سایر تراکنش‌ها در یک بلوک بسته بندی می‌شود.

هر بلوک، دارای مجموعه‌ای از قوانین رمزنگاری (توابع پیچیده ریاضی) به نام هش است که ماینرها برای تأیید آن تلاش می‌کنند. این قوانین، دستکاری یا افزودن یا حذف بلاک‌ها را از زنجیره بلوکی، برای هر فردی بسیار سخت می‌کند.

اولین ماینری که بلاک را با موفقیت تأیید می‌کند، پاداش می‌گیرد، اما برای دریافت پاداش خود، ماینر باید ثابت کند که تمام محاسبات مورد نیاز را انجام داده است یا به طور خلاصه کار خود را اثبات کند.

تفاوت الگوریتم اثبات سهام و الگوریتم اثبات کار چیست؟

الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) و الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) دو مکانیسم اجماع متمایز برای ارزهای دیجیتال هستند. هر دو روش، تراکنش‌های دریافتی را تایید می‌کنند و آن‌ها را به یک بلاک چین اضافه می‌کنند؛ اما تفاوت‌های مهمی بین آن‌ها نیز وجود دارد. با مکانیزم اثبات سهام، شرکت کنندگان شبکه، به جای ماینرها به عنوان «اعتبار سنج» شناخته می‌شوند.

یکی از تفاوت‌های مهم این است که اعتبارسنج‌ها (validators) به جای حل مسائل ریاضی، مقادیر مشخصی از ارزهای دیجیتال – سهام خود را – در یک قرارداد هوشمند روی بلاک چین قفل می‌کنند. آن‌ها در ازای استیک کردن (staking) ارزهای دیجیتال، فرصتی برای اعتبارسنجی تراکنش‌های جدید و کسب جایزه دریافت می‌کنند. اما اگر اعتبارسنج‌ها، داده‌های نامناسب یا جعلی را تأیید کنند، ممکن است بخشی یا تمام سهام خود را به عنوان جریمه از دست بدهند.

الگوریتم اثبات سهام، مشارکت افراد را در سیستم‌های بلاک چین به عنوان اعتبارسنج آسان‌تر می‌کند. با استفاده از این الگوریتم، نیازی به خرید سیستم‌های محاسباتی گران قیمت و مصرف مقادیر زیادی برق برای استیک کردن ارزهای دیجیتال نیست. بلکه، تنها چیزی که به آن نیاز دارید کوین است. برای آشنایی دقیق و بیشتر با تفاوت‌های این دو مکانیسم، می‌توانید به مقاله تفاوت‌های اثبات کار و اثبات سهام مراجعه کنید.

سخن اینوکس با شما

در این مقاله به این سوال که الگوریتم اثبات کار چیست، پاسخ کاملی دادیم. اثبات کار محبوب‌ترین مکانیسم اجماع، برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها در بلاک چین است؛ هرچند، این الگوریتم بدون محدودیت نیز نیست. ماینرها، با استفاده از مکانیسم اثبات کار کمک می‌کنند تا فقط تراکنش‌های قانونی در بلاک چین ثبت شود. همچنین، با انجام این کار، ماینرها به محافظت از امنیت بلاک چین در برابر حملات بالقوه‌ کمک می‌کنند.

سوالات متداول

در این بخش به بررسی سوالات متداول این مقاله می‌پردازیم.