الگوریتم اثبات کار (Proof of Work)

کسب اطلاعات از نوع کارکرد و میزان امنیت ارزهای رمز پایه اولین گام برای سرمایه گذاری در این حوزه میباشد. از اجزای اصلی شبکه های بلاک چین که امنیت دارایی ها را تامین میکند، میتوان به مکانیسم های اجماع اشاره کرد که یکی از معروف ترین آن ها روش اثبات کار است. اثبات کار تایید تراکنش ها را بدون واسطه شخص ثالث بر عهده دارد.

اثبات کار (PoW)، الگوریتم اجماع اصلی در یک شبکه بلاک چین است. تایید تراکنش ها، تولید بلوک و حفظ امنیت شبکه بر عهده این الگوریتم است.

اثبات کار الگوریتمی است که بسیاری از ارزهای دیجیتال از جمله بیت کوین و اتریوم را ایمن می کند.
به طور خاص اثبات کار “مشکلات دوبار خرج کردن” را حل می کند، که حل آن ها بدون یک رهبر مسئول پیچیده تر میشود. اگر کاربران بتوانند کوین های خود را دو بار خرج کنند، این اقدام میزان عرضه کلی را افزایش می دهد، سکه های دیگران را بی ارزش می کند و ارز را غیرقابل پیش بینی و بی ارزش می کند.

اثبات کار چیست؟

تایید تراکنش ها در شبکه های غیر متمرکز توسط الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) صورت میگیرد. 

مشهور ترین حوزه استفاده از اثبات کار در شبکه BTC است. از نظر ایمنی شبکه، طراحی این الگوریتم غیرقابل هک میباشد و برای حمله به شبکه انرژی و هزینه زیادی لازم است که این هزینه ها میل به هک را در هکر ها کاهش میدهد.

با استفاده از PoW، ماینرها برای تکمیل معاملات در شبکه و پاداش گرفتن در برابر یکدیگر رقابت می کنند.

در این روش افراد داوطلب می‌توانند قدرت پردازشی سخت‌افزار کامپیوتر خود را به شبکه یک ارز دیجیتال (مانند بیت کوین) اختصاص بدهند و با کمک به تایید تراکنش‌ ها از شبکه پاداش دریافت کنند.

به طور کلی اثبات کار یا PoW) Proof of Work) برای تایید تراکنش‌ها، تولید بلوک و حفظ امنیت شبکه بلاکچین به کار گرفته می‌شود. اصول اساسی کار حل یک معمای پیچیده ریاضی است که برای دستیابی به جواب آن نیروی پردازشی کامپیوتری زیادی به کار گرفته می‌شود که به همین دلیل استفاده از این روش اجماع برق و قدرت پردازشی زیادی را هدر می‌دهد. این الگوریتم تاثیر بسیار زیادی در جلوگیری از هرگونه حملات سایبری مانند DDoS  به شبکه دارد.

منظور از “پازل ریاضی” چیست؟

هنگامی که توکن ها توسط کاربران برای یکدیگر ارسال می شوند، دفتر کل توزیع شده تمام تراکنش های موجود را در بلوک ها ذخیره میکند. وظیفه این کار بر عهده گره ها یا نود های خاصی است که به آن ها ماینر یا استخراج کننده میگویند.

این پازل،  مسئله ای است که برای حل آن نیاز به قدرت محاسباتی زیادی است. تعداد زیادی از آنها وجود دارد، به عنوان مثال:

• hash function: تابع هش یا نحوه پیدا کردن ورودی با دانستن خروجی.
•  integer factorization: به عبارت دیگر، نحوه ارائه یک عدد به عنوان ضرب دو عدد دیگر. 
• guided tour puzzle protocol: اگر سرور به حمله DoS مشکوک باشد، برای برخی از گره ها به ترتیب مشخص شده نیاز به محاسبه تابع هش دارد.

به جواب مسئله PoW یا معادله ریاضی، هش گفته می شود. هرچه شبکه به رشد بیشتری دست پیدا کند، مسائل دشوار تر میشوند و به برق بیشتری برای حل الگوریتم ها نیاز است.

کاربرد اثبات کار چیست؟

اثبات کار در بسیاری از ارزهای دیجیتال استفاده می شود. معروف ترین کاربرد PoW در شبکه بیت کوین است. این بیت کوین بود که پایه و اساس این نوع مکانیسم اجماع را بنا نهاد. اجماع مورد استفاده بیت کوین پازل هش کش (Hashcash) است. این الگوریتم اجازه می دهد تا پیچیدگی یک معما را بر اساس کل قدرت شبکه تغییر دهید. میانگین زمان تشکیل بلوک 10 دقیقه است. ارزهای دیجیتال مبتنی بر بیت کوین، مانند لایت کوین، سیستم مشابهی دارند.

پروژه بزرگ دیگر اثبات کار ارز اتریوم است. با توجه به اینکه تقریباً سه تا از چهار پروژه روی پلتفرم اتریوم اجرا شده است، به راحتی می توان گفت که اکثر برنامه های بلاک چین از مدل اجماع PoW استفاده می کنند.

چرا باید از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده کرد؟

مزایای اصلی، دفاع در برابر حملات DoS و به معنای دیگر ضد هک بودن و تأثیر حداقلی استیک (stake) بر استخراج آن است.

دفاع در برابر حملات DoS: اثبات کار محدودیت هایی را بر اقدامات در شبکه اعمال می کند. هکرها برای اقدامات خود به تلاشهای زیادی احتیاج دارند. حمله کارآمد به قدرت محاسباتی زیادی و زمان زیادی برای انجام محاسبات نیاز دارد. بنابراین شاید حمله ممکن باشد اما در واقع بی فایده است زیرا هزینه های آن بسیار زیاد است.

امکانات استخراج: اینکه در کیف پولتان چه مقدار پول دارید مهم نیست.. آنچه مهم است داشتن قدرت محاسباتی زیاد برای حل معماها و تشکیل بلوک های جدید است. بنابراین دارندگان مبالغ هنگفت، تصمیم گیری برای کل شبکه را بر عهده ندارند.

بلاک چینی که مبتنی بر الگوریتم اثبات کار فعالیت می کند و به تعداد کافی کاربر داشته باشد، در برابر حملات سایبری مقاومت بالایی دارد زیرا نفوذ و در اختیار گرفتن قدرت در این شبکه یا همان حمله 51 درصدی نیازمند تلاش محاسباتی بسیار بالایی است.

اثبات کار چگونه در بلاک چین اجرا می‌شود؟

ابتدا ماینرها پازل را حل کرده سپس بلوک تازه ای را تشکیل داده و تراکنش ها را تایید میکنند. اینکه یک پازل چه مقدار دشوار است به تعداد کاربران، نیروی جاری و باز شبکه وابسته است. هش هر بلوک نیز شامل هش بلوک قبل است که باعث افزایش امنیت می شود و از تجاوز به بلوک جلوگیری می‌کند.

الگوریتم اثبات کار چه نقصی دارد؟ 

از جمله نقص های عمده ای که الگوریتم اثبات کار دارد، هزینه بالا، بیهودگی محاسبات کامپیوتری و همچنین در معرض “حملات51 درصد” هستند.

 این که گفته میشود هزینه‌های بالایی دارد از این جهت است که ماینینگ یا استخراج نیاز به سخت‌افزار کامپیوتری خاصی دارد  تا قادر باشد الگوریتم‌های پیچیده را پیش ببرد. جدا از اینکه هزینه‌های آن بالا است، استخراج تنها توسط استخرهای خاص استخراج صورت می‌گیرد. مصرف برق این دستگاه های خاصی بسیار بالا است و در نتیجه باعث افزایش هزینه‌ ها نیز میشوند. هزینه‌های بالا تمرکز سیستم را تهدید می‌کند. 

تفاوت اثبات کار با اثبات سهام چیست؟

 روش اثبات کار (Proof of Work) تایید تراکنش‌ها در شبکه‌های غیرمتمرکز است که به آن استخراج یا ماینینگ می‌گویند. در این الگوریتم افرادی که داوطلب شده اند، امکان دارند که قدرت پردازشی سخت افزار کامپیوتر خود را به شبکه یک ارز دیجیتال مثلا بیت کوین اختصاص دهند و شبکه با استفاده از تایید تراکنش ها به آنها پاداش دهد.

اما اثبات سهام (Proof Of Stake) روشی جایگزین برای تایید تراکنش‌ها در شبکه‌های غیرمتمرکزی است که نیازی به سخت‌ افزار و مصرف برق ندارند. افرادی که در یک شبکه مبتنی بر اثبات سهام تمایل داشته باشند در کار تأیید تراکنش‌ها شرکت کنند، باید ارز دیجیتال آن شبکه را خریداری کرده و در کیف پول خود به شبکه اختصاص دهند یا به نوعی سهام گذاری کنند. بدین صورت، در ازای سهامی به شبکه اختصاص میدهند، مرتبا مقداری به ارزهای دیجیتال آنها اضافه می‌ شود.