الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) چیست و چگونه کار می‌کند؟ مزایا و معایب

اثبات کار (PoW) یا پروف اف ورک مکانیسمی برای جلوگیری از دو بار خرج کردن است. اغلب ارزهای دیجیتال از اثبات کار به عنوان الگوریتم اجماع پلتفرم خود استفاده می‌کنند. فرایند اثبات کار در فناوری بلاکچین نقش بسیار مهمی دارد. در ادامه به بررسی الگوریتم اجماع اثبات گواه کار از جنبه‌های مختلف می‌پردازیم.

الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) چیست؟

اثبات کار یا پروف آف ورک یک الگوریتم اجماع غیرمتمرکز است که شرکت کنندگان در آن معماهای سخت ریاضی را حل می‌کنند و با حل این معما و محاسبه بلاک‌های جدید استخراج می‌کنند.

بسیاری از ارزهای دیجیتال برجسته برای اعتبار سنجی معاملات و استخراج ارزهای جدید از اثبات کار استفاده می‌کنند و با کمک آن می‌توانند معاملات رمز ارز را بدون نیاز به اشخاص ثالث و به صورت همتا به همتا انجام دهند.

اثبات سهام (Proof of Stake) یکی از چندین الگوریتم‌های اجماعی است که به عنوان جایگزینی برای اثبات کار ایجاد شد. در مقاله «اثبات سهام (Proof of Stake) چیست و چرا آینده ارزهای دیجیتال است؟» به طور مفصل به اثبات سهام پرداخته شده است.

اثبات کار چگونه کار می‌کند؟

اثبات کار قسمت مهمی از یافتن بلاک‌های جدید و افزودن آن‌ها به بلاک‌چین است. بلاک‌های جدید توسط ماینرها که در اکوسیستم اثبات کار فعالیت می‌کنند، استخراج می‌شوند. هر بار که یک ماینر یا گروهی از ماینرها بلاک جدیدی را پیدا می‌کنند این بلاک به بلاک‌چین شبکه اضافه می‌شود..

یافتن بلاک‌های جدید فرایند سختی است که نیاز به استفاده از کامپیوتر و تجهیزات گران قیمت دارد. اگر ماینر موفق شود محاسبات را به درستی انجام دهد بلاک جدید استخراج می‌شود و ماینر پاداش خود را دریافت می‌کند اما ماینرها برای استخراج بلاک چه محاسباتی انجام می‌دهند؟ در این فرایند ماینرها یک هش را استخراج می‌کنند که ورودی (input) را به یک رشته از حروف و اعداد تصادفی تبدیل می‌کند.

هدف ماینرها ایجاد یک هش منطبق با هدف فعلی بیت کوین است. ماینرها باید یک هش با تعداد صفر کافی در مقابل هش ایجاد کنند. احتمال به دست آوردن چندین صفر پشت سر هم بسیار کم است اما ماینرهای زیادی در سراسر دنیا در هر ثانیه چند تریلیون محاسبه و هش را ایجاد می‌کنند. استخراج هر بلاک جدید در در پلتفرمی مانند بیت کوین حدود ۱۰ دقیقه طول می‌کشد.

هر کسی که زودتر از بقیه به این هدف برسد، مقدار مشخصی بیت کوین به عنوان پاداش دریافت می‌کند. سپس شبکه یک محاسبه جدید ایجاد می‌کند که ماینرها باید آن را هش کنند و در یافتن بلاک جدید با هم رقابت کنند.

ماینرها در فرایند اثبات کار

ماینر به شرکت‌کنندگانی می‌گویند که برای تولید بلاک جدید و ارائه آن به شبکه با هم رقابت می‌کنند. به ماینر برنده مقدار مشخصی توکن به عنوان جایزه تعلق می‌گیرد تا هم انگیزه‌ای باشد برای ادامه کار ماینرها و هم اینکه ماینرها در استخراج بلاک جدید صادقانه عمل کنند. پاداش استخراج هر بلاک در پلتفرمی مانند بیت کوین ۱۲/۵ بیت کوین به علاوه هزینه معاملات است.

برای شرکت در فرایند استخراج ماینرها در ابتدا تجهیزات سخت افزاری گران قیمتی را خریداری می‌کنند که الگوریتم استخراج بیت کوین را از طریق حل محاسبات و تلاش‌های مداوم و با مصرف انرژی الکتریکی، حل می‌کند.

ماینرها پاداش استخراج بلاک را به صورت توکن بومی شبکه، به عنوان مثال بیت کوین دریافت می‌کنند نه پول نقد. در واقع ماینرها در فرایند استخراج الکتریسیته و برق را به بیت کوین تبدیل می‌کنند.

چرا پلتفرم‌های ارزهای دیجیتال به اثبات کار احتیاج دارند؟

پلتفرم‌های ارزهای دیجیتال به صورت غیرمتمرکز و همتا به همتا طراحی شده‌اند و بلاک‌چین‌ها مانند هر شبکه دیگری به روشی برای دستیابی به توافق و امنیت احتیاج دارند. اثبات کار یکی از این روش‌ها است که هر گونه تلاش برای تقلب در پلتفرم را غیرممکن می‌کند.

الگوریتم‌های دیگری هم وجود دارند که با اثبات کار تفاوت زیادی دارند و به منابع کمتری احتیاج دارند، مانند اثبات سهام و اثبات سوختگی (proof of burn). بدون الگوریتم اثبات، شبکه و داده‌های ذخیره شده در آن در معرض حمله و هک قرار دارند.

چرا اثبات کار لازم است؟

هدف از استفاده از الگوریتم اثبات کار این است که مانع چاپ سکه‌های اضافی که کاربر کسب نکرده یا دوباره خرج کردن آن‌ها شود. دوباره خرج کردن مسئله بزرگی برای پلتفرم‌ها است و می‌تواند منجر به بی ارزش شدن ارزهای شبکه شود.

در بیشتر پلتفرم‌ها حل این مشکل آسان است. در سیستم‌های مالی سنتی و بانک‌ها مدیریت این موارد راحت است و اگر شخص الف ۱۰ هزار تومان به شخص ب انتقال دهد بلافاصله ۱۰ هزار تومان از حسابش کسر خواهد شد.

اما در پلتفرم‌های که رمز ارز چنین مدیریتی وجود ندارد، تنها راه حل این کار، استفاده از الگوریتم‌های اثبات است.

معایب اثبات کار چیست؟

• مصرف بیش از حد برق: بیت کوین یکی از برجسته‌ترین پلتفرم‌هایی است که از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کند. این پلتفرم به تنهایی به اندازه کل انرژی مصرفی سوئیس برق مصرف می‌کند؛ البته بخشی از این انرژی توسط انرژی تجدیدپذیر (renewable energy) تأمین می‌شود.
• حملات ۵۱ درصدی: در صورتی که گروهی از ماینرها بتوانند ۵۱ درصد از هش ریت (hashrate) استخراج بیت کوین را به دست آورند می‌توانند به طور موقت از قوانین شبکه سرپیچی کنند، سکه‌ها را دوباره خرج کنند و معاملات را مسدود کنند.
• استخراج متمرکز: اثبات کار یعنی استخراج و ایجاد یک ارز بدون نظارت یک ارگان متمرکز. اما به گفته بسیاری از کارشناسان، این سیستم عامل تا حدودی متمرکز است و سه استخر بزرگ بیت کوین تقریباً ۵۰ درصد از کل قدرت محاسباتی شبکه را کنترل می‌کنند.

به همین دلیل توسعه دهندگان در تلاش‌اند با تشویق کاربران به شرکت در استخرهای استخراج کوچک این مشکل را حل کنند.

کدام رمز ارزها از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند؟

اغلب ارزهای دیجیتال برتر جهان از الگوریتم اثبات کار پیروی می‌کنند، با این حال برخی از آن‌ها در حال آزمایش الگوریتم‌های دیگر برای حفظ امنیت شبکه خود هستند. مشهورترین رمز ارزهایی که از اثبات کار استفاده می‌کنند عبارت‌اند از:

• بیت کوین
• اتریوم؛ در حال حاضر اتریوم فرایند انتقال به اتریوم ۲.۰ را آغاز کرده است که در آن الگوریتم اجماع خود را از اثبات کار به اثبات سهام تغییر خواهد داد.
• بیت کوین کش (Bitcoin Cash)
• لایت کوین (Litecoin)
• مونرو (Monero)

الگوریتم اثبات کار در مقابل اثبات سهام

علاوه بر اثبات سهام، الگوریتم‌های اجماع بسیاری وجود دارند که یکی از برجسته‌ترین آن‌ها اثبات سهام است. اثبات سهام در سال ۲۰۱۱ طراحی شد و در برخی پروتکل‌های کوچک‌تر اجرا شد اما هنوز نتوانسته در هیچ یک از بلاک‌چین‌های بزرگ تصویب شود.

در سیستم‌های اثبات سهام، ماینرها با اعتبارسنج‌ها جایگزین می‌شوند. در این سیستم‌ها فرایند استخراج و رقابتی برای یافتن بلاک جدید وجود ندارد، در عوض کاربران یا بهتر بگویم اعتبارسنج‌ها به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند. اعتبارسنج‌ها در صورت انتخاب، یک بلاک به شبکه پیشنهاد می‌دهند و اگر بلاک معتبر باشد، هزینه معاملات انجام شده به آن‌ها تعلق می‌گیرد.

در این پروتکل‌ها کاربران برای تبدیل شدن به یک اعتبار سنج باید سهامی را در قالب توکن بومی پلتفرم در این شبکه سپرده گذاری کنند. این سهام هرچه بیشتر باشد احتمال انتخاب آن‌ها به عنوان اعتبار سنج از طرف شبکه بیشتر خواهد بود.

این اعتبارسنج‌ها اگر به درستی رفتار نکنند و بخواهند تقلب کنند، شبکه سهام آن‌ها یا بخشی از آن را خواهد گرفت.

اثبات سهام نسبت به اثبات کار مزایایی هم دارد که قابل توجه‌ترین آن‌ها مصرف برق است. در الگوریتم‌های اثبات سهام نیازی به استفاده از تجهیزات قوی و انجام محاسبات سخت شبکه ندارید و بنابراین مصرف برق این پلتفرم‌ها بسیار کم‌تر است.

با این حال حتی با وجود این معایبی که اثبات کار به دنبال دارد باز هم جایگاه خود را به عنوان محبوب‌ترین الگوریتم اجماع حفظ کرده است. این الگوریتم در یک دهه اخیر، معاملاتی با ارزش چند تریلیون دلار را تأمین کرده است.

برای مشاهده قیمت لحظه‌ای ارزهای دیجیتال بر روی لینک کلیک نمایید.