در واقع اولین و محبوب ترین الگوریتم اجماع که رمزارزها به منظور حفظ امنیت و حل مشکلات مانند دابل اسپندینگ از آن استفاده می کنند الگوریتم اثبات کار (POW) نام دارد. مهم ترین ویژگی های بلاک چین غیرمتمرکز بودن، تغییری ناپذیری، ناشناسی و امنیت است. در واقع در این شبکه امکان انجام معاملات امن بدون نیاز به هیچ مرجع مرکزی وجود دارد. تمام این ویژگی های شبکه بلاک چین با استفاده از الگوریتم اثبات کار امکان پذیر خواهد بود.
الگوریتم اجماع بلاک چین
رقابت ماینرها برای حل معماهای محاسباتی پیچیده در این سیستم اتفاق می افتد. این معماها به سختی حل می گردند و پس از حل آنها توسط دیگران قابل تایید است. پس از یافتن پاسخ این معما توسط یک ماینر که همان هش یک بلوک است، آن بلوک به شبکه ارسال می گردد. ماینرهای دیگر این پاسخ را تایید می کنند.
شبکه بلاک چین از این الگوریتم برای حفظ امنیت شبکه و اعتمادسازی بین نودهای شبکه در یک شبکه همتا به همتا استفاده می کند.
الگوریتم اثبات کار چیست؟
این الگوریتم توسط شخصی ناشناس به نام ساتوشی ناکاموتو و در وایت پیپر بیت کوین معرفی گردید. در واقع اولین الگوریتم اجماع که بیت کوین و برخی دیگر از ارزهای دیجیتال از آن در شبکه بلاک چین خود استفاده کردند، اثبات کار (POW) نام داشت.
در واقع می توان گفت فناوری این الگوریتم از سالها قبل وجود داشته و ساتوشی ناکاموتو از این الگوریتم برای ساخت یک سیستم پول الکترونیکی همتا به همتا استفاده کرده است.
اثبات کار اولین الگوریتم برای تایید تراکنش های بیت کوین به شمار می رود.
بیشتر بخوانید: وایت پیپر در ارز دیجیتال چیست؟
الگوریتم اثبات کار چگونه کار می کند؟
نوع ویژه ای از پروتکل جهت افزایش امنیت شبکه بلاک چین را الگوریتم اثبات کار یا Proof Of Work می نامند. در سیستم اثبات کار امکان دستکاری در بلاک چین وجود ندارد.
در این الگوریتم امکان تایید نسخه های تغییریافته بلاک ها توسط نودها وجود ندارد. به بیان دیگر نودها می توانند به راحتی میزان دستکاری در مقدار هش ایجاد شده توسط PoW را شناسایی کنند. به طور مثال یک تابع هش SHA-256 که توسط بیت کوین استفاده می گردد، داده های ورودی را به یک مقدار خروجی با طول مشخص تبدیل می کند.
با توجه به اینکه تمام توابع هش یک طرفه هستند امکان به دست آوردن داده های اولیه با استفاده از خروجی هش وجود ندارد. در واقع این توابع مشابه اثر انگشت منحصر به فرد هستند، زیرا در صورتی که داده های ورودی دچار کمترین تغییر شوند، داده های خروجی تغییر خواهند کرد. به همین خاطر تنها راه تشخیص و تطبیق داده های ورودی و داده های اصلی همان تابع هش است. محاسبه مقدار هش ذخیره شده در هر بلاک در شبکه بلاک چین مطابق با داده های موجود در بلاک و مقدار هش بلاک قبلی محاسبه می گردد.
این مکانیسم منجر به اتصال بلاک ها به زنجیره ای از داده ها می شود و امنیت اطلاعات را افزایش داده و از تغییر و دستکاری آنها جلوگیری می کند. زیرا همانطور که گفتیم در صورت تغییر داده های هر بلاک، مقدار هش بلاک نیز تغییر کرده و اعتبار خود را در بلاک چین از دست می دهد. در چنین حالتی تنها راه حل محاسبه هش کلیه بلاک های دیگر بر اساس هش بلاک جدید به دست آمده است که اطلاعات آن دستکاری شده است.
بنابراین تنها کسی می تواند اطلاعات بلاک چین را تغییر و یا دستکاری کند که قدرت انجام محاسبه مقدار هش جدید تمام بلاک ها را داشته باشد. الگوریتم اثبات کار برای حل این مشکل از سختی استخراج استفاده می کند.
بیشتر بخوانید: الگوریتم اثبات سهام (POS) چیست؟
امنیت الگوریتم اثبات کار
همانطور که قبلا هم گفتیم در صورت دستکاری اطلاعات یک بلاک مقدار هش آن تغییر کرده و اعتبار آن از بین می رود. پس اگر کسی قصد تغییر داده های بلاک را داشته باشد، لازم است هش کلیه بلاک های موجود در شبکه را استخراج کند. تنظیم عمل استخراج یا ماینینگ در شبکه بیت کوین به گونه ای است که هش هر بلاک مدت 10 دقیقه زمان نیاز داشته باشد.
در این الگوریتم دستیابی به توان محاسباتی زیاد برای حمله 51 درصدی به منظور تغییر اطلاعات شبکه نیاز به هزینه و انرژی بسیار زیادی دارد.
با طولانی کردن زمان محاسبه میزان هش جدید کل بلاک های شبکه در صورت داشتن هش ریت کافی دستکاری در اطلاعات کار بسیار دشواری خواهد بود.
احتمال وقوع حمله 51 درصدی به شبکه زمانی کمتر خواهد بود که شبکه بلاک چین بزرگ تر باشد و تعداد کاربران بیشتری داشته باشد.
با توجه به میزان بزرگی شبکه بلاک چین، حمله 51 درصدی به این شبکه غیرممکن است و دلیل آن این است که هزینه لازم برای حمله به این شبکه حدود 1.5 میلیون دلار در هر ساعت خواهد بود.
چرا یک شبکه به اثبات کار نیاز دارد؟
در نظر بگیرید یک ماینر قصد دارد هش یک بلاک غیرمعتبر با تراکنش های جعلی را محاسبه و به شبکه بلاک چین اضافه کند. در این صورت شبکه اعتبار آن بلاک را رد می کند. این اتفاق تنها منجر به هدر رفتن توان محاسباتی و برق ماینر می شود. اما مکانیسم اثبات کار ماینر ها را تشویق به استخراج بلاک های معتبر می کند.
با توجه به اینکه استخراج بلاک ها به انرژی و توان محاسباتی زیادی نیاز دارد، ماینرها برای انجام رفتار صادقانه در شبکه انگیزه پیدا می کنند. چون شبکه به صورت خودکار بلاک های دارای تراکنش نامعتبر را رد می کند. بنابراین دستکاری داده های تراکنش شده برای ماینرها هزینه زیادی در بر دارد.
مزایای POW
- تامین امنیت شبکه در برابر حملات سایبری. در این صورت هکرها برای حمله به شبکه نیاز به توان محاسباتی بالایی دارند. این کار ممکن است چند سال طول بکشد.
- میزان دارایی ماینرها در شبکه تعیین کننده سهم آنها از استخراج ارز دیجیتال نیست. و باید به قدرت پردازش دستگاه های خود برای به دست آوردن ارز دیجیتال از طریق ماینینگ توجه کنند.
معایب POW
میزان انرژی مورد نیاز برای محاسبه هش بلاک در شبکه بلاک چین، مهم ترین مشکل الگوریتم اثبات کار محسوب می گردد. در واقع مقدار هش شبکه تضمین کننده امنیت بلاک چین مبتنی بر اثبات کار نیست، بلکه امنیت چنین شبکه ای را مقدار انرژی مصرفی آن تضمین می کند. در شبکه های بلاک چینی نظیر بیت کوین برای اینکه ماینرها بتوانند مقدار هش را محاسبه کرده و پاداش استخراج را به دست آورند به دستگاه های ماینر بسیار قوی با توان محاسباتی زیادی نیاز دارند. بنابراین برای به دست آوردن پاداش بیشتر به سخت افزارهای قوی تر و انرژی بیشتر نسبت به سایر ماینرها در شبکه نیاز دارند.
در واقع الگوریتم اثبات کار به دلیل نیاز به توان محاسباتی و انرژی بیشتر مشکلات زیست محیطی زیادی را به همراه خواهد داشت.
با توجه به اینکه هدف اصلی این الگوریتم حفظ امنیت شبکه است، اما هدف ماینرها به دست آوردن درآمد بیشتر از استخراج است. بنابراین ماینرها برای دستیابی به سود دلخواه خود هر کاری انجام خواهند داد.
- به سخت افزارهای پیشرفته با قیمت های گزاف و مصرف برق زیاد برای حل معادلات ریاضی و استخراج رمزارزها نیاز دارد.
- در صورتی که میزان قدرت محاسباتی یا هش ریت ماینرهای شبکه بیشتر باشد، امکان موفقیت آنها در ایجاد یک بلاک افزایش می یابد بنابراین پاداش بیشتری نسبت به ماینرهای کوچک دریافت خواهند کرد. این رقابت تا حد زیادی برای ماینرهای با توان محاسباتی کمتر، سخت خواهد بود.
- ماینرها برای تولید بلاک های جدید در شبکه بلاک چین لازم است تلاش زیادی انجام دهند. این در حالی است که این محاسبات فقط برای تامین امنیت شبکه به کار برده می شود و در هیچ جای دیگر قابل استفاده نیست.
بیشتر بخوانید: مفهوم هش در بلاک چین چیست؟
کدام رمزارزها از POW استفاده می کنند؟
الگوریتم اثبات کار در واقع یک مکانیسم اجماع امن است که در سال 2009 همزمان با راه اندازی بیت کوین معرفی گردید و در حال حاضر به عنوان متداول ترین مکانیسم اجماع مورد استفاده رمزارزها قرار می گیرد. در ادامه لیست برخی از ارزهای دیجیتال که از الگوریتم POW استفاده می کنند را مشاهده می کنید. البته اتریوم با به روزرسانی اتریوم 2.0 در حال انتقال از اثبات کار به اثبات سهام است.
- بیت کوین
- اتریوم
- بیت کوین کش
- دوج کوین
- لایت کوین
- اتریوم کلاسیک
- زی کش
- دش
- مونرو
- دکرد
تفاوت اثبات کار و اثبات سهام
مکانیسم اجماع اثبات کار دارای برخی از مشکلات بود، از این رو مکانیسم دیگری به عنوان راه حل جدید در سال 2011 در انجمن Bitcointalk پیشنهاد شد. در شبکه های بلاک چینی که از اثبات سهام استفاده می گردد، نودها به منظور اعتبارسنجی بلاک ها به اختصاص منابع محاسباتی خود برای استخراج استفاده می کنند. نحوه حکمرانی شبکه و پرداخت پاداش برای تایید تراکنش ها مهم ترین تفاوت میان اثبات کار و اثبات سهام است. در حال حاضر در دنیای رمزارزها از دو الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام استفاده می شود.
بیشتر بخوانید: استخراج یا ماینینگ چیست؟
در این مطلب از کوینی فا سعی کردیم شما را با الگوریتم اثبات کار(POW)، نحوه کار اثبات کار، مزایا و معایب POW و رمزارزهایی که از این الگوریتم برای امنیت شبکه بلاک چین استفاده می کنند آشنا کنیم.