الگوریتم اثبات کار (PoW) چیست؟ بررسی جامع Proof of Work در بلاکچین

الگوریتم اثبات کار (Proof of Work – PoW) یکی از مهم‌ترین و اولین مکانیسم‌های اجماع در دنیای بلاکچین است که نقش کلیدی در تأمین امنیت و حفظ تمرکززدایی شبکه‌های ارز دیجیتال ایفا می‌کند. این روش، به ماینرها (استخراج‌کنندگان) اجازه می‌دهد تا با استفاده از قدرت پردازشی دستگاه‌های خود، تراکنش‌ها را تأیید و ثبت کنند و در ازای این فرآیند، پاداش دریافت کنند.

با اینکه روش‌های جدیدتری مانند اثبات سهام (PoS) ظهور کرده‌اند، اما بیت‌کوین و بسیاری از بلاکچین‌های قدرتمند همچنان از PoW استفاده می‌کنند، چرا که از لحاظ امنیت و غیرمتمرکز بودن، بی‌نظیر است.

اما چگونه کار می‌کند؟ چرا هنوز هم محبوب است؟ آیا استفاده از آن پایدار خواهد بود؟ در این مقاله از صرافی ارز دیجیتال اکسیر، به بررسی جامع مکانیسم اثبات کار، تاریخچه، مزایا، معایب و تأثیر آن بر بلاکچین‌های امروزی می‌پردازیم.

تاریخچه الگوریتم اثبات کار (PoW)

منشاء مکانیسم اثبات کار به سال 1993 بازمی‌گردد، زمانی که سینتیا دورک و مونی ناور به دنبال راه‌حلی برای مقابله با هرزنامه ایمیل و حملات DoS بودند. مقاله آن‌ها در مورد قیمت‌گذاری از طریق پردازش اصول اولیه اثبات کار را توضیح داد.

در سال 1997، آدام بک ایده خود را با Hashcash ترکیب کرد. الگوریتم او ارسال حجم زیادی از ایمیل‌ها را برای ارسال‌کنندگان هرزنامه دشوار می‌کرد؛ زیرا از فرستنده‌ها می‌خواست که رشته کاراکتر گران‌قیمت را در ایمیل خود قرار دهند.

راه‌حل برای کاهش هرزنامه اساسا افزایش هزینه برای ارسال ایمیل‌های فردی بود. این آزمایش نشان داد که می‌توان از پیچیدگی محاسباتی برای نشان دادن ارزش دیجیتالی استفاده کرد. این امر الهام‌بخش بود تا دیگران ببینند آیا می‌توانند از این ایده برای ارائه پول نقد دیجیتال استفاده کنند یا خیر.

این ایده دوباره در حوزه Theory of Collectibles نیک سابو و مقاله Shelling Out: The Origins of Money به چشم می‌خورد. در سال 2004، این ایده‌ها الهام‌بخش هال فینی برای ایجاد نسخه‌ای از آن به نام اثبات کار قابل استفاده مجدد بود و در سال 2009، ساتوشی ناکاموتو مکانیسم الگوریتم اثبات کار را برای بیت‌کوین ایجاد کرد. این اولین پیاده‌سازی غیرمتمرکز بود که مشکل هزینه را حل کرد و بیت‌کوین را به اولین شکل موفق پول نقد دیجیتال تبدیل کرد.

الگوریتم اثبات کار چگونه کار می‌کند؟

مکانیسم اثبات کار فرآیندی است که در آن، ماینرها باید یک معمای پیچیده‌ی ریاضی را حل کنند تا بلاک جدیدی را به بلاکچین اضافه کنند. این کار نیازمند توان پردازشی بالا است. ماینری که اولین جواب صحیح را پیدا کند، بلاک جدید را اضافه کرده و پاداش دریافت می‌کند.

استخراج بیت‌کوین از طریق الگوریتم اثبات کار مشابه با خرید بلیط‌های بخت‌آزمایی از طریق قرعه‌کشی جایزه هر 10 دقیقه انجام می‌شود. هر فرد می‌تواند با خرید دستگاه استخراج بیت‌کوین و پیوستن آن به شبکه، در این فعالیت شرکت کند.

با این حال، اگرچه همه افراد احتمال یکسانی برای برنده شدن در قرعه‌کشی دارند، اما افزایش تعداد بلیط‌های خریداری شده احتمال برنده شدن در لاتاری را افزایش می‌دهد. در این مثال بلیط‌های بخت‌آزمایی نمایانگر نرخ هش است که تجهیزات ماینینگ قادر به انجام آن هستند، در حالی که جایزه، پاداش بیت‌کوین است که برای ایجاد بلاک‌های موفق بیت‌کوین پرداخت می‌شود.

نرخ هش تعداد هش‌هایی است که دستگاه‌های ماینینگ می‌توانند برای پیدا کردن تابع هش رمزنگاری مورد نظر انجام دهند. هر چه دستگاه ماینر کارآمدتر باشد، احتمال برنده شدن در جوایز بلوک توسط آن افزایش می‌یابد.

فرآیند استخراج (Mining) در PoW

• مرحله ۱: تراکنش‌های جدید در شبکه جمع‌آوری شده و در یک بلاک پیشنهادی قرار می‌گیرند.
• مرحله ۲: ماینرها باید یک عدد Nonce (عدد تصادفی) را پیدا کنند که در هنگام هش شدن با الگوریتم SHA-256، مقدار هش تولیدی از مقدار هدف تعیین‌شده کمتر باشد.
• مرحله ۳: اولین ماینری که این مقدار را پیدا کند، آن را به بقیه شبکه اعلام می‌کند.
• مرحله ۴: سایر نودهای شبکه، صحت هش را بررسی کرده و در صورت تأیید، بلاک جدید به بلاکچین اضافه می‌شود.
• مرحله ۵: ماینر برنده، پاداش بلوک (Block Reward) و کارمزد تراکنش‌ها را دریافت می‌کند.

✅ هر ۱۰ دقیقه، یک بلاک جدید به شبکه بیت‌کوین اضافه می‌شود.

بررسی مزایا و معایب الگوریتم اثبات کار (POW)

به عنوان اولین مدل اجماع برای بلاک‌چین، مزایا و معایب سیستم‌های اثبات کار تنها با پیشرفت صنعت به خوبی بیان شده است. با وجود نوآوری‌های جدید، PoW به عنوان روش ثابت و آزمایش‌شده‌ برای دستیابی به اجماع در بلاک‌چین عمومی شناخته می‌شود.

مزایا و معایب این سیستم شامل:

• امنیت بالا و عدم تمرکز:

این سیستم سطح بالایی از امنیت را فراهم کرده و از تمرکز قدرت در دست کمترین تعداد افراد ممکن جلوگیری می‌کند.

• مقاومت در برابر سانسور:

به دلیل سختی در تغییرات بلاک‌ها، این سیستم مقاوم در برابر تغییرات ناخواسته و سانسور است.

• تشویق ماینرها از نظر اقتصادی:

ماینرها برای حفظ امنیت شبکه تشویق می‌شوند و این امر به تقویت شبکه کمک می‌کند.

• ترویج منابع انرژی تجدیدپذیر:

استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را ترویج می‌کند و به حفظ محیط زیست کمک خواهد کرد.

• سرعت تراکنش کندتر و کارمزدهای بالا:

با توجه به فرایند پیچیده‌تر استخراج، سرعت تراکنش‌ها کندتر است و کارمزدها نیز بالا می‌رود.

• نیاز به هزینه‌های بالا برای استخراج:

مقایسه با روش‌های جدیدتر اجماع، استخراج در این سیستم به هزینه‌های بالایی نیاز دارد.

مزایای الگوریتم اثبات کار

✅ ۱. امنیت فوق‌العاده بالا
✅ ۲. مقاومت در برابر حملات سانسور و تقلب
✅ ۳. تمرکززدایی و عدم وابستگی به نهادهای مرکزی
✅ ۴. ایجاد انگیزه اقتصادی برای ماینرها

معایب PoW و چالش‌های آن

❌ ۱. مصرف بالای انرژی
استخراج بیت‌کوین سالانه حدود ۹۹ تراوات ساعت برق مصرف می‌کند، که از مصرف برق بسیاری از کشورها بیشتر است.

❌ ۲. سرعت پایین تراکنش‌ها
بلاکچین بیت‌کوین تنها ۷ تراکنش در ثانیه (TPS) پردازش می‌کند، که در مقایسه با روش‌های دیگر، بسیار کند است.

❌ ۳. هزینه بالای استخراج
خرید و راه‌اندازی تجهیزات ماینینگ بسیار پرهزینه است و سودآوری آن وابسته به قیمت بیت‌ کوین است.

مقایسه اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS)

در جدول زیر به تفاوت اثبات کار (POW) و اثبات سهام ( POS) می پردازیم:

آینده الگوریتم اثبات کار (PoW)

برخی شبکه‌ها مانند اتریوم به دلیل مسائل محیط‌زیستی، از PoW به PoS مهاجرت کرده‌اند. با این حال، بیت‌کوین همچنان به PoW متکی است و احتمالاً تا سال‌ها باقی خواهد ماند.  استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، یکی از راه‌حل‌های کاهش مصرف برق استخراج بیت‌کوین است. با وجود مصرف بالای انرژی، همچنان یکی از امن‌ترین مکانیسم‌های اجماع محسوب می‌شود و بعید است که بیت‌کوین به این زودی‌ها از آن جدا شود.

سخن پایانی

الگوریتم اثبات کار با ورود بلاک‌چین به دنیای ما، ماینرها را به رقابت بی‌پایان برای تولید بلاک‌های جدید و جمع‌آوری جوایز متصل به یکدیگر می‌کشاند، این امر باعث می‌شود که انجام کار برای شرکت‌کنندگان سخت، اما پر سود باشد. این مکانیسم جدید اجماع، امنیت بی‌نظیری را با ایجاد انگیزه برای استفاده از قدرت محاسباتی به منظور حفظ یکپارچگی دفتر کل ارائه می‌دهد.

هدف الگوریتم اجماع PoW ارائه سیستم اقتصادی پایدار با تنظیم صدور سکه از طریق تنظیم سطح دشواری است. عرضه سکه به طور کارآمدتر توزیع می‌شود؛ زیرا ماینرها نمی‌توانند به صورت خودکار دارایی‌ها یا سهام خود را با جمع‌آوری توکن‌های بیشتر افزایش دهند.

مدل اجماع Proof of Work همچنان بزرگترین تاثیر را در بازار بلاک‌چین‌های عمومی دارد و احتمالا همواره به عنوان گزینه امن‌ برای ایجاد اجماع در شبکه‌های غیرمتمرکز باقی خواهد ماند.

💬 نظر شما چیست؟ آیا PoW همچنان بهترین روش برای اجماع در بلاکچین است؟ نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید!

🔗منابع:

• www.investopedia.com
• blockworks.co
• www.fool.com