الگوریتم اثبات کار (PoW) یکی از مهم‌ترین روش‌های اجماع در بلاکچین است که برای تأمین امنیت شبکه و تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌شود. این الگوریتم اولین بار برای بیت کوین معرفی شد و از آن زمان تاکنون در بسیاری از بلاکچین‌های دیگر مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، ماینرها با حل مسائل پیچیده ریاضی، بلاک‌های جدید را به شبکه اضافه و در ازای این کار پاداش دریافت می‌کنند. در ادامه در مورد الگوریتم اجماع اثبات کار بیشتر توضیح می‌دهیم.
معرفی الگوریتم اثبات کار؛ مکانیزم اجماع بیت کوین چیست؟
الگوریتم اثبات کار یک مکانیزم اجماع در شبکه‌های بلاکچین است که برای تأیید و ثبت تراکنش‌ها بدون نیاز به نهادهای متمرکز به کار می‌رود. در این روش، ماینرها با استفاده از توان محاسباتی خود، مسائل پیچیده ریاضی را حل می‌کنند تا بلاک‌های جدیدی به زنجیره بلاکچین اضافه کنند. این فرآیند «استخراج» یا ماینینگ نام دارد.
در PoW که مکانیزم اجماع بیت کوین است، ماینرها با حل معادلات ریاضی پیچیده، یک هش (رشته‌ای طولانی از کاراکترها) را پیدا می‌کنند که با هش تراکنش هدف برای بلاک فعلی مطابقت دارد. اولین ماینری که موفق به پیدا کردن این هش شود، حق اضافه کردن آن بلاک به بلاکچین را به دست می‌آورد و به‌عنوان پاداش، ارز دیجیتال مربوطه را دریافت می‌کند. این مکانیزم از دوباره خرج کردن (Double Spending) و دستکاری در تراکنش‌ها جلوگیری می‌کند.
با این حال، الگوریتم اثبات کار به دلیل نیاز به توان محاسباتی بالا و مصرف انرژی زیاد، مورد انتقاد قرار گرفته است. به‌عنوان مثال، استخراج بیت کوین مصرف برق قابل‌توجهی دارد که تأثیرات زیست‌محیطی خواهد داشت. به همین دلیل، برخی از ارزهای دیجیتال به الگوریتم‌های جایگزین مانند اثبات سهام (Proof of Stake یا PoS) روی آورده‌اند که مصرف انرژی کمتری دارند.
الگوریتم اثبات کار روشی غیرمتمرکز برای تأیید تراکنش‌ها و تضمین امنیت شبکه است و نقش مهمی در توسعه و پذیرش ارزهای دیجیتال ایفا کرد. اثبات کار علاوه بر حفظ امنیت شبکه، از حملاتی مانند حمله ۵۱ درصدی جلوگیری می‌کند. با وجود معرفی اثبات سهام برای کارایی و پایداری بیشتر، PoW همچنان یکی از مطمئن‌ترین روش‌ها برای حفظ غیرمتمرکز بودن بلاکچین محسوب می‌شود.
مخفف PoW چیست؟
مخفف PoW به معنی Proof of Work یا اثبات کار است. در این روش، ماینرها قدرت پردازشی خود را برای حل این مسئله مصرف می‌کنند و اولین کسی که جواب صحیح را پیدا کند، حق ثبت بلاک جدید و دریافت پاداش را دارد. بیت کوین و بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر از این روش برای تأمین امنیت شبکه خود استفاده می‌کنند.
تاریخچه و ریشه الگوریتم اثبات کار
الگوریتم اثبات کار برای اولین بار در سال ۱۹۹۳ توسط سینتیا دورک و مانیس نائور به‌عنوان راهی برای جلوگیری از حملات سایبری مانند ارسال هرزنامه و حملات DDoS معرفی شد. این مفهوم در سال ۲۰۰۸ توسط ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto) برای ایجاد بیت کوین و تأمین امنیت شبکه‌های بلاکچین به کار گرفته شد.
ریشه اصلی اثبات کار به رمزنگاری و حل مسائل پیچیده ریاضی برمی‌گردد. در این سیستم، ماینرها (استخراج‌کنندگان) باید یک معادله ریاضی دشوار را حل کنند تا یک بلاک جدید به بلاکچین اضافه شود. اولین ماینری که این معادله را حل کند، پاداش دریافت کرده و بلاک جدید را به زنجیره اضافه می‌کند. این فرآیند تضمین می‌کند که تراکنش‌ها معتبر هستند و شبکه در برابر حملات مقاوم باشد.
نحوه عملکرد الگوریتم اثبات کار
الگوریتم PoW مثل یک مسابقه بین ماینرها (استخراج‌کننده‌ها) است. فرض کنید یک معما یا پازل خیلی سخت وجود دارد و هر کسی که زودتر آن را حل کند، اجازه دارد اطلاعات جدید (تراکنش‌ها) را به دفتر کل (بلاکچین) اضافه و در ازای آن جایزه بگیرد (مثل بیت کوین).
مراحل این فرایند به شرح زیر است:
- تراکنش‌ها جمع می‌شوند: مثلا وقتی چند نفر تراکنش بیت کوین انجام می‌دهند، این تراکنش‌ها در یک بسته به اسم «بلاک» قرار می‌گیرند.
- ماینرها شروع به حل معما می‌کنند: این معما یک مسئله ریاضی خیلی سخت است که حل کردن آن زمانبر و وابسته به شانس خواهد بود. ماینرها باید یک عدد پیدا کنند که وقتی با اطلاعات بلاک ترکیب می‌شوند، خروجی مشخصی بدهد (این خروجی هش نام دارد.)
- هر کس مسئله را زودتر حل کند، برنده است: ماینری که زودتر عدد درست را پیدا کند، بلاک را به شبکه معرفی می‌کند. بقیه ماینرها بررسی می‌کنند که جواب درست است یا نه.
- اگه پاسخ درست بود، بلاک تأیید و به بلاکچین اضافه می‌شود: ماینر برنده، پاداش می‌گیرد (مثلا ۶.۲۵ بیت کوین). این پاداش باعث می‌شود که افراد بیشتری انگیزه پیدا برای استخراج بیت کوین پیدا کنند.
اهمیت مکانیزم اجماع اثبات کار چیست؟
الگوریتم اثبات کار درواقع یکی از مهم‌ترین روش‌های حفظ امنیت و یکپارچگی شبکه‌های بلاکچین است. هدف این مکانیزم اجماع جلوگیری از دوبار خرج کردن و غیرمتمرکز بودن شبکه است. دلایل اهمیت اثبات کار شامل موارد زیر است:
- تأمین امنیت شبکه: در PoW، ماینرها باید برای تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک جدید، مسائل پیچیده ریاضی را حل کنند. این فرآیند نیاز به توان محاسباتی بالا دارد و حمله به شبکه را بسیار هزینه‌بر و دشوار می‌کند.
- جلوگیری از تقلب و تغییر داده‌ها: برای تغییر یک بلاک قدیمی، باید تمامی بلاک‌های بعدی نیز دوباره محاسبه شوند، که این کار عملاً غیرممکن است. همین ویژگی باعث افزایش اعتماد به شبکه می‌شود.
- توزیع عادلانه پاداش: ماینرها با انجام کار و مصرف انرژی، پاداش دریافت می‌کنند. این مکانیزم انگیزه‌ای برای مشارکت در حفظ امنیت و عملکرد شبکه ایجاد می‌کند.
- مقاومت در برابر حملات سایبری: در روش PoW، حملاتی مانند حمله ۵۱٪ که در آن یک گروه کنترل اکثریت شبکه را به دست می‌آورد، بسیار هزینه‌بر و غیرعملی است.
مزایا و معایب الگوریتم اثبات کار
الگوریتم اثبات کار مانند هر مکانیزم دیگری، مزایا و معایبی دارد که در ادامه بررسی می‌کنیم.
مزایای الگوریتم اثبات کار
مزایای الگوریتم اثبات کار به شرح زیر است:
- جلوگیری قوی از حملات سایبری مانند «حمله دوبار خرج کردن»
- امنیت بسیار بالا به دلیل نیاز به منابع محاسباتی زیاد
- غیرمتمرکز بودن، چون هر کسی می‌تواند با سخت‌افزار مناسب ماینر یا استخراج کننده باشد.
- سابقه طولانی و عملکرد ثابت شده در شبکه‌هایی مثل بیت کوین
- ایجاد انگیزه برای مشارکت‌کنندگان از طریق پاداش استخراج (Mining Reward)
معایب الگوریتم اثبات کار
معایب الگوریتم اثبات کار به شرح زیر است:
- مصرف بسیار بالای برق و انرژی (مخصوصاً در شبکه‌هایی با ماینرهای زیاد)
- نیاز به سخت‌افزار قوی و گران‌قیمت برای رقابت در استخراج
- تمرکز قدرت استخراج در دست شرکت‌ها و مزرعه‌های بزرگ ماینینگ
- سرعت پایین پردازش تراکنش‌ها نسبت به الگوریتم‌های جدیدتر (مثل اثبات سهام)
- آسیب‌پذیری در برابر حملات ۵۱ درصدی اگر یک استخراج کننده کنترل زیادی داشته باشد.
کدام ارزهای دیجیتال از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند؟
برخی از اصلی‌ترین ارزهای دیجیتالی که از الگوریتم Proof of Work استفاده می‌کنند، به شرح زیر هستند:
- بیت کوین (Bitcoin – BTC): معروف‌ترین ارز دیجیتال مبتنی بر اثبات کار با الگوریتم SHA-256 که بیشترین امنیت و بزرگ‌ترین شبکه استخراج دنیا را دارد.
- لایت‌کوین (Litecoin – LTC): نسخه سبک‌تر و سریع‌تر بیت کوین با الگوریتم هش Scrypt و کارمزد کمتر و سرعت تراکنش بالاتر از بیت کوین.
- دوج‌کوین (Dogecoin – DOGE): یک میم کوین با الگوریتم هش Scrypt که با لایت کوین استخراج مشترک دارد (Merged Mining).
- بیت‌کوین کش (Bitcoin Cash – BCH): فورک بیت کوین با هدف افزایش سرعت و کاهش کارمزد با الگوریتم هش SHA-256 که به ماینرهای بیت کوین اجازه می‌دهد در این شبکه هم فعالیت داشته باشند.
- مونرو (Monero – XMR): ارزی متمرکز بر حریم خصوصی و تراکنش‌های ناشناس. استخراج مونرو با الگوریتم هش RandomX انجام می‌شود و با CPU قابل استخراج است.
- اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic – ETC): نسخه اصلی اتریوم قبل از هک DAO با الگوریتم هش Etchash که هنوز از اثبات کار استفاده می‌کند.
تفاوت اثبات کار و اثبات سهام
در این بخش قصد داریم تفاوت‌های الگوریتم اثبات کار و الگوریتم اثبات سهام را بررسی کنیم:
تفاوت اول: نحوه تأیید تراکنش‌ها
PoW: استخراج با محاسبات پیچیده
در سیستم اثبات کار، ماینرها (استخراج‌کننده‌ها) باید با حل معادلات ریاضی بسیار سخت، بلاک جدید را ایجاد کنند. هر کسی که زودتر این معادله را حل کند، پاداش می‌گیرد. این فرایند نیاز به دستگاه‌های قدرتمند و مصرف برق بالا دارد.
PoS: تأیید با داشتن دارایی
در اثبات سهام، افراد به جای استخراج، از دارایی دیجیتال خود برای تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌کنند؛ یعنی هر کسی که ارز بیشتری داشته باشد و آن را قفل کند، شانس بیشتری برای تأیید بلاک بعدی دارد و پاداش می‌گیرد. درواقع PoW با قدرت پردازش رقابت می‌کند، PoS با مقدار ارز قفل شده.
تفاوت دوم: مصرف انرژی و تأثیر زیست‌محیطی
PoW: مصرف انرژی بالا و آسیب‌زا برای محیط زیست
برای استخراج در الگوریتم PoW، دستگاه‌ها باید همیشه روشن بمانند و برق زیادی مصرف کنند. همین باعث شده تا بلاکچین‌هایی مانند بیت کوین، به خاطر مصرف بالای انرژی مورد انتقاد قرار بگیرند.
PoS: مصرف بسیار پایین‌تر
در روش PoS چون نیازی به سخت‌افزارهای سنگین نیست و تأیید کنندگان فقط ارز خود را قفل می‌کنند، مصرف برق بسیار کمتر است. به همین دلیل، این روش گزینه بهتری از نظر محیط زیست برای آینده بلاکچین به شمار می‌رود.
تفاوت سوم: دسترسی و تمرکززدایی
PoW: استفاده سخت‌تر برای افراد عادی
در اثبات کار، تهیه دستگاه‌های استخراج (مثل دستگاه ASIC) بسیار گران بوده و سود استخراج فقط در مقیاس بزرگ امکان‌پذیر است. این موضوع باعث شده است تا استخراج‌کننده‌ها در چند کشور خاص و به‌صورت متمرکز فعالیت کنند.
PoS: دسترسی آسان‌تر برای همه
در PoS، تنها با خرید ارز و قفل‌کردن آن، می‌توان وارد فرآیند تأیید تراکنش شد. بنابراین هر کسی در هر نقطه از دنیا، با یک کامپیوتر ساده هم می‌تواند مشارکت کند.
جمع بندی
تصور کنید یک مسابقه جهانی حل پازل برقرار است و هزاران شرکت‌کننده از سراسر دنیا، شب و روز با قوی‌ترین کامپیوترها در حال حل یه معمای سخت هستند. اولین نفری که معما رو کند، پاداش بزرگی به دست می‌آورد و این پاداش چیزی نیست جز چند عدد بیت کوین!
اینجا، اثبات کار یعنی «نشان بده واقعاً زحمت کشیدی». در این فرایند ماینرها (استخراج‌کننده‌ها) برای تأیید تراکنش‌های یک بلاک، باید محاسبات پیچیده انجام دهند و این کار فقط با صرف انرژی و وقت ممکن است. به همین اثبات کار نام دارد. در این مدل جعل اطلاعات تقریباً غیرممکن است. با این حال برای امنیت بالا، باید هزینه بالایی هم پرداخت شود که این هزینه برق زیاد، دستگاه‌های گران و البته آلودگی محیطی است. اثبات کار پایه بلاکچین‌هایی مثل بیت کوین است و از زمان پیدایش بیت کوین، نگهبان امنیت بلاکچین بود.
