استخراج مبتنی بر الگوریتم اثبات کار

آنچه که برای ورود به دنیای رمزارزها مهم است، مبحث امنیت شبکه هایی است که ارزهای دیجیتال براساس آن ها شکل گرفته اند. یکی از موارد برای تامین امنیت در شبکه بلاک چین رمزارزها به خصوص امنیت دارایی ‌ها و اعتبارسنجی تراکنش‌ ها موضوع الگوریتم اجماع است. یکی از مهم ترین الگوریتم های اجماع، الگوریتم اثبات کار است. استخراج مبتنی بر اثبات کار (PoW)، پایه و اساس استخراج تمامی ارزهای دیجیتال از جمله بیت کوین است. اساس کار این نوع سیستم، بر پایه قدرت محاسباتی کامپیوتر است که کاربران نیاز دارند برای مشخص کردن اعتبار تراکنش ها، از مسائل ریاضی بسیار پیچیده استفاده کنند.

تعریف بسیار ساده اثبات کار: یافتن راه حل برای معادلات بسیار پیچیده ریاضی، تایید سایر ماینرها و درنهایت تایید بلوک برای پیوستن به زنجیره بلاک چین.

در واقع بلاکچینی که براساس PoW و مبتنی بر الگوریتم اثبات کار است در صورت برخورداری از تعداد کاربر کافی، می تواند در برابر حملات سایبری مقاومت زیادی از خود نشان بدهد. در این صورت اگر هکری بخواهد به شبکه نفوذ کند باید قدرت محاسباتی بسیار بالایی داشته باشد. این موضوع موسوم به حمله 51 درصدی است. یعنی هکر به اندازه کافی تجهیزات استخراج خریداری یا اجاره کند تا بیش از 50 درصد بلاک چین را کنترل کند.

بیت کوین به عنوان بزرگ ترین ارز دیجیتال از الگوریتم اثبات کار برای کار خود استفاده می کند. استفاده از POW باعث می شود تا شبکه قادر به پیاده سازی نامتمرکز قدرت و کنترل روی توزیع باشد و از سوی دیگر باعث پیاده سازی تغییرات عمده اقتصادی و هم چنین فنی در شبکه می شود.

در سیستم اثبات کار، با انجام هر تراکنش، مقداری بیت کوین به عنوان پاداش استخراج می شود.

تاریخچه اثبات کار

واژه اثبات کار برای اولین بار توسط توسط Dwork و Naor در سال 1993 و به منظور پیشگیری از حملات به سرویس‌ های اینترنتی و مقابله با اسپم ایمیل مطرح شد. قرار بود این الگوریتم به این صورت عمل کند: کسی که ایمیل ارسال می کند باید یک معمای ریاضی را حل کرده و پاسخ معما را در ایمیل به عنوان اثبات انجام کار عرضه کرده و از آن سو گیرنده ایمیل تنها با تایید پاسخ، ایمیل را دریافت می کرد. این ایده در آن زمان مورد قبول و پذیرش قرار نگرفت اما در سال 2009، بیت کوین شکل جدیدی از این سیستم را اعلام کرد. الگوریتمی که به عنوان الگوریتم اجماع یا (Consensus Algorithm) معرفی شد.

به واسطه این الگوریتم، فعالان در شبکه با استفاده از الگوریتم اثبات کار تراکنش هایی که در یک بلوک از بلاک چین انجام میگرفت را تایید کرده و بر اساس این الگوریتم شبکه بلاکچین بیت کوین شکل گرفت. بعد از آن بود که سایر ارزهای دیجیتال نیز از الگوریتم اثبات کار به عنوان الگوریتم اجماع خود استفاده کردند.

الگوریتم اجماع اثبات کار به چه صورت است؟

در الگوریتم اثبات کار، استخراج کنندگان ارزهای دیجیتال، با حل معماهای پیچیده باهم رقابت می کنند. زمانی که این معماها حل می شوند، امکان تایید آن توسط دیگران بسیار زیاد است. به همین خاطر زمانی که یک ماینر به پاسخ یک معما دسترسی پیدا می کند، آن را به شبکه ارسال می کند. در واقع پاسخ به یک معما هش یک بلوک است و زمانی که ماینری آن را به شبکه ارسال کند، با تایید باقی ماینرها، درنهایت بلوک تایید می شود. اینکه یک بلوک بدون آن که هش صحیح برای آن پیدا شده باشد، وارد شبکه شود، امکان پذیر نیست. ماینری هم که موفق به پیداکردن هش شد، پاداش خود را دریافت می کند.

در حقیقت هش همان جواب مسئله PoW یا معادله ریاضی است. هش ریت کردن بسیار مهم است چرا که یک معیار مهم برای ارزیابی قدرت یک شبکه بلاک چین و به طور خاص، امنیت آن است.

اثبات کار به عنوان عاملی برای جلوگیری از دوبار خرج کردن پولی مورد استفاده قرار می گیرد که کاربران حق خرج آن را ندارند. اثبات کار یا PoW از علم رمزنگاری، توابع هش و تئوری بازی استفاده کرده و باعث می شود تا کاربران، شبکه را طبق قوانین سیستم به روز کنند.

اخیرا توسعه دهندگان اتریوم قصد دارند که برای استخراج بهینه تر، اثبات سهام را جایگزین اثبات کار کنند.

تعریف اثبات سهام

اثبات سهام یا PoS نسبت به اثبات کار متفاوت است. از اثبات سهام برای اعتبار سنجی تراکنش ها استفاده می شود و مبنای آن توافق جمعی است. 

در واقع اثبات سهام نیز همانند اثبات کار یک هدف مشابه دارد اما تفاوت در روش انجام کار است. PoS برای اولین بار در سال 2012 در ارز پیرکوین و بعد از آن نیز در ارزهای دیگری همچون Nxt و Blackcoin مورد استفاده قرار گرفت.

تفاوت اثبات کار و اثبات سهام

درست است که هم اثبات کار هم اثبات سهام هردو الگوریتم اجماع هستند و برای تامین امنیت دارایی ها و اعتبار تراکنش ها در شبکه بلاک چین استفاده می شوند اما از اثبات سهام به منظور تایید تراکنش ها بدون نیاز به سخت افزار و برق در شبکه غیرمتمرکز استفاده می شود. در اثبات سهام (Proof Of Stake) برای تایید تراکنش ها لازم است تا افراد ارز دیجیتال آن شبکه را خریداری کنند.

سپس در مرحله بعد با اختصاص دارایی خود به کیف پول شبکه، سرمایه گذاری می کنند و در نهایت به ازای میزان سهامی که وارد شبکه کرده و در آن سرمایه گذاری کرده اند به ارزهای دیجیتال آن ها مقداری اضافه می شود اما در اثبات کار افراد قدرت پردازشی سخت ‌افزار کامپیوتر خود را درشبکه استفاده کرده و به ازای تایید تراکنش ها از شبکه پاداش دریافت می کنند.

در الگوریتم اثبات کار، ماینرها با استفاده از حل مسائل ریاضی پاداش می گیرند. در صورتی که در اثبات سهام، ماینر یک بلاک به صورت قطعی انتخاب شده و هر فردی براساس دارایی خود از آن ارز در نگهداری شبکه شریک خواهد شد.

علت استفاده اتریوم از اثبات سهام چیست؟

همانطور که گفتیم در روش اثبات کار، ماینرها نیاز به انرژی بسیار زیادی برای انجام فعالیت خود دارند. به طوری که گاهی حجم این انرژی آن قدر زیاد می شود که از آن می توان برای تامین برق یک خانه به مدت چندین ساعت استفاده کرد. آنچه که باید در نظر گرفت این است که در حال حاضر در این فرآیند هزینه های این انرژی، با ارزهای سنتی پرداخت می شود که فشارهای ثابتی را بر ارزش ارزهای دیجیتال وارد می کند.

به دلیل مصرف انرژی زیاد در اثبات کار، روش اثبات سهام هم از نظر مصرف انرژی و هم از نظر زیست محیطی مقرون به صرفه تر خواهد بود. دلیل دیگر این است که پاداشی که از یک اثبات کار دریافت می شود با پاداش اثبات سهام متفاوت است. 

در اثبات کار، ماینر امکان دارد که ارزهای دیجیتالی را که قبلا صاحب آن نبوده است را استخراج نماید اما در اثبات سهام ماینرها از همان ارزی که صاحبش هستند، درآمد کسب می کنند.

فرآیند انتخاب ماینرها در اثبات سهام به چه صورت است؟

در فرآیند انتخاب ماینر در PoS با اجرا شدن Casper، کاربران این توانایی را دارند که به صورت یک استخراج کننده به Casper، ملحق شوند. مجموعه این فرآیندها با استفاده از تابع فراخوانی قرارداد Casper و ارسال اتر اجرا خواهد شد. در این حالت هر فردی با هر مقدار اتریومی که دارد می تواند به این شبکه ملحق شود. پاداش هر اعتبارسنجی در PoS، به میزان 2 الی 15 درصد تعیین شده است که البته هنوز این پاداش به صورت قطعی تایید نشده است. 

آیا امنیت اثبات سهام از اثبات کار بیشتر است؟

آنچه که در مورد امنیت شبکه اثبات سهام وجود دارد این است که کارشناسان هنوز باقطعیت در مورد این موضوع اظهارنظر نکرده و معتقدند هنوز شک و تردیدهای بسیاری در مورد امنیت این سیستم وجود دارد اما موضوع امنیت سیستم اثبات کار با وجود تمام مشکلاتی که دارد تضمین شده است. بنابراین امکان حمله به شبکه اثبات کار بسیار سخت خواهد بود و نیاز به داشتن سرمایه بسیار گزاف است. 

پروتکلCasper توسط ویتالیک بوترین و به منظور حفظ امنیت بیشتر در سیستم اثبات سهام، ایجاد شد تا از این طریق افراد مشکل ساز حذف شوند. همانطور که گفته شد در سیستم اثبات سهام نیاز به قدرت سخت افزاری کامپیوتر خود ندارند و آنچه که عامل موثری در شانس آن هاست مربوط به تعداد بیت کوین های آنهاست. 

برای این که در اثبات سهام هکری بخواهد نیمی از سکه ها را بخرد قیمت سکه ها در سیستم به صورت خودکار بالا می رود تا امکان این کار میسر نباشد. بنابراین Casperها در سیستم اثبات سهام سیستم امنی به شمار می روند و مبنای کار آن ها نیز سیستم اجماع کار است.

مزایای اثبات کار نسبت به اثبات سهام را می توان در موارد زیر عنوان کرد:

در روش اثبات کار (PoS) امنیت شبکه بسیار بیشتر و مقاومت در برابر حمله هکرها نیز شدیدتر است. از سوی دیگر تمرکززدایی از شبکه و مقاومت در برابر سانسور نیز در این سیستم بیشتر از اثبات سهام است. 

معایبی که برای اثبات کار در مقایسه با اثبات سهام می توان درنظر گرفت نیز مصرف برق و انرژی زیاد، نیاز به تجهیزات گران قیمت و سرعت پایین و کارمزد بالای تراکنش هاست.

اما سیستم اثبات سهام در عوض به دلیل مشارکت بیشتر کاربران توزیع درآمد عادلانه تر است. از سوی دیگر این سیستم مقیاس پذیری بیشتری دارد. مصرف برق در اثبات سهام نیز کمتر و نیازی به تجهیزات ندارد. در سیستم اثبات سهام اگر چنانچه تعداد کاربران شبکه کم باشد احتمال حمله 51 درصدی وجود دارد و این یکی از معایب سیستم اثبات سهام است.