در صورتی که حتی یکبار در باره تکنولوژی بلاکچین یا بیت کوین مطالبی را مطالعه کرده باشید قطعا به عناوینی همچون مکانیزم اجماع و الگوریتم اثبات کار برخورد کرده اید، اما این مفهوم دقیقا چه کاری را در بلاکچین انجام می دهد که تا این حد مکانیزم اجماع را پر اهمیت و یکی از شاخص های اصلی بلاکچین ها کرده است؟
همانطور که می دانید تکنولوژی بلاکچین به صورت همتا به همتا و غیر متمرکز سعی در انجام تراکنش ها و انجام فعالیت های محول شده دارد، به عنوان مثال شما هنگامی که از کارت بانکی خود تراکنشی را انجام می دهید در حال استفاده از یک دیتا بیس مرکزی و متمرکز هستید که تمامی اطلاعات موجودی شما، انجام تراکنش و دریافت رسید توسط سرور های بانکی پردازش می شوند در صورتی که در بلاکچین ها هیچ نهاد یا سازمان مرکزی برای این امر منظور نشده است بلکه مجموعه ای از نود یا ماینر ها که متشکل از سرور های دائما آنلاین هستند به صورت ناشناس و بدون ارتباط و اعتماد با یکدیگر مشغول به کار هستند، بنابر این چه فرایندی لازم است تا بررسی شود که آیا تراکنشی که شما ثبت می کنید معتبر است یا خیر؟ و یا چگونه باید سیستم به کاربری اجازه ارسال تراکنش تکراری یا خرج کردن دوباره موجودی را ندهد؟ تمامی مواردی که مطرح شد از جمله وظایف اصلی مکانیزم اجماع Consensus Algorithm)) و الگوریتم های وابسته به خود است که با فرایندی تصمیم گیری و رسیدن به یک تصمیم واحد و صحیح را بین تمامی نود های یک بلاکچین امکان پذیر می کند.
تاریخچه الگوریتم اثبات انجام کار
الگوریتم اثبات انجام کار (Proof of work) که به اختصار POW نیز خوانده می شود در سال 2008 برای اولین بار در بلاکچین بیت کوین توسط ساتوشی ناکوموتو مورد استفاده قرار گرفت البته لازم به ذکر است که این الگوریتم پیش تر در سال 1993 اختراع شده بود و هدف از آن جلوگیری از بروز حملات DDOS و مدل آن بر اساس تخصیص و حل مسائل ریاضی پیچیده بود. توسط این مکانیزم می توان بدون نیاز به اعتماد بین نود های یک شبکه فعالیت های صحیح در راستای صحت عملکرد سیستم و انجام تراکنش های درست را میسر نمود و شبکه را از بروز خطا یا تایید تراکنش های ناصحیح باز داشت.
نحوه کار POW :
همانطور که می دانید بلاکچین از زنجیره به هم متصل بلاک ها تشکیل شده و تولید بلاک به طور مداوم در حال انجام است مثلا در بیت کوین هر 10 دقیقه یکبار بلاک جدیدی استخراج می شود و تراکنش های منتظر پردازش در هر بلاک قرار می گیرد و به زنجیره اصلی می پیوندد، هر بلاک علاوه بر اطلاعات تراکنش های درخود دارای هش بلاک قبلی، عدد نانس و تایم استمپ مربوط به زمان استخراج بلاک می شود، نحوه قرار گیری اطلاعات هر بلاک به صورت هش شده امکان تغییر اطلاعات بلاک ها را غیر ممکن می سازد چرا که تابع هش یک تابع یک طرفه بوده و با تغییر ورودی مقادیر خروجی نیز متفاوت می شود و امکان رسیدن از خروجی به اطلاعات ورودی آن میسر نیست.
جهت انجام تراکنش ها در یک بلاک چین لازم هست که بلاک جدیدی حتما ساخته شود و در بلاکچین های POW این وظیفه بر عهده ماینر ها می باشد اما چگونه؟
ماینر ها با تخصیص توان پردازشی خود، به حل معادلات ریاضی بسیار پیچیده ای می پردازند تا وقتی که جواب درست مورد انتظار که همان هش بلاک بعدی است را بدست آورند ماینر ها با ایجاد عدد نانس که یک مقدار بر اساس سعی خطا است سعی در حل معادله پیش رو می کنند و ماینری که سریع تر از بقیه بتواند به جواب برسد هش مربوطه بلاک را با کلید خصوصی خود امضا می کند و سپس ماینر های دیگر وظیفه اعتبار سنجی و تایید بلاک مربوطه را بر عهده می گیرند و زمانی که به مقدار کافی، بلاک ساخته شده تاییدیه دریافت کند تراکنش های موجود در آن نهایی شده و به زنجیره اصلی می پیوندد، در این فرایند برای هر بلاک یک مقدار nBits در نظر گرفته می شود که هش بلاک ساخته شده توسط ماینر باید از این مقدار کمتر باشد و ماینر ها به صورت تصادفی انقدر باید عدد نانس تولید کنند که به هشی از بلاک جدید دست یابند که از این مقدار مشخص شده کمتر باشد، گاهها اتفاق می افتد که دو ماینر به صورت همزمان یا زمان بسیار نزدیک به هم به هش بلاک جدید دست می یابند و در این صورت دو انشعاب و بلاک جدید جهت تایید ایجاد می شود که ماینر ها با اعتبار سنجی انشعابی که طولانی تر است اقدام به تایید آن بلاک می کنند و بلاک دیگر از زنجیره خارج می شود و تراکنش های آن گاها لغو و یا در بلاک تایید شده قرار داده می شود، فرایند های مذکور ساز کار اجماع اثبات انجام کار را شکل می دهند که توسط آن امکان خرج کردن دوباره موجودی از بین می رود و متناسب با اختصاص توان پردازشی، ماینر موفق به ساخت بلاک جدید با پاداشی از طرف خود شبکه به همراه دریافت کارمزد های تراکنش های قرار داده شده در بلاک تشویق می شود بنابراین سود آوری از طریق ساخت بلاک جدید و فعالیت درستکارانه بسیار بیشتر از فعالیت های مخرب در بلاکچین می شود.
سختی شبکه چیست؟
همانطور که گفته شد بلاک های بلاک چین در مدت زمان مشخصی باید تولید شوند نه کمتر نه بیشتر بلکه در محدوده زمانی مشخص شده باید این اتفاق بیفتد به عنوان مثال بیت کوین هر 10 دقیقه، لایت کوین هر 2.5 دقیقه و دوج کوین هر 1 دقیقه بلاکی را به بلاکچینش می افزاید و همانطور که ذکر شد فرایند ساخت بلاک به پیدا کردن هش بلاک بعدی متناسب با حل مسئله ای مشخص معطوف می شود بنابراین باید مسئله ای که برای حل در نظر گرفته شده به نوعی متناسب با توان کل پردازشی بلاکچین باشد که پیدا کردن بلاک جدید زود تر یا دیر تر از موعد مقرر رخ ندهد، از این رو در بلاکچین های مبتنی بر اثبات کار مکانیزمی به عنوان سختی شبکه یا Difficulty در نظر گرفته شده که متناسب با هش ریت کل شبکه مثلا هر دو هفته یکبار اقدام به تغییر در سختی مسائل می کند به عنوان مثال این میزان سختی در ابتدای راه بیت کوین بسیار کم بود به نحوی که کامپیوتر های خانگی توانایی ماین و پیدا کردن هش بلاک های جدید را داشتند و این اتفاق هم در هر 10 دقیقه رخ می داد و اکنون هم که فارم های ماینینگ بزرگ در سرتاسر جهان در حال کار هستند نیز با افزایش این میزان سختی با وجود قدرتمند ترین اسیک ماینر ها کمتر از 10 دقیقه زمان نمی برد و البته گفتنی است در مواقعی که هش ریت شبکه هم دچار کاهش شود سختی کاهش پیدا می کند.
بررسی محبوب ترین بلاکچین های مبتنی بر گواه اثبات کار
بیت کوین BTC: اولین بلاکچین استفاده کننده از این مکانیزم که بر اساس الگوریتم رمز نگاری هش SHA-256 فعالیت می کند.
لایت کوین LTC: در سال 2011 با تغییراتی بهبود یافته نسبت به بیت کوین ایجاد شد و مبتنی بر الگوریتم رمز نگاریSCRYPT فعالیت می کند.
دوج کوین DOGE: میم کوین محبوب بازار رمز ارز ها از سال 2013 متولد شده و مبتنی بر ماینینگ و مکانیزم اثبات انجام کار است و همانند لایت کوین از الگوریتم SCRYPT استفاده می کند.
اتریوم کلاسیک ETC و ETHW : دو هارد فورک اتریوم کلاسیک و ETHW همچنان از مکانیزم قدیمی اجماع اثبات انجام کار اتریوم در حال استفاده هستند و به الگوریتم اثبات سهام مهاجرت نکردند.
مونرو XMR : رمز ارز مونرو که اولین پرایوسی کوین است نیز مبتنی بر ماینینگ و با استفاده از الگوریتم Randomx و Cryptonight فعالیت می کند.
بیت کوین کش و بیت کوین اس وی: همانند بیت کوین، دو فورک بزرگ بیت کوین نیز از همان الگوریتم SHA-256 استفاده می کنند و از ماینر های اسیک بیت کوین می توان برای ماین بیت کوین کش و اس وی نیز استفاده نمود.
نروس نتورک CKB : استفاده از اثبات کار در بلاکچین های نسل اول و در دهه ی گذشته بیشتر دیده میشد و با روی کار امدن اثبات سهام به نوعی منسوخ شد اما بلاکچین نسل جدید نروس نتورک با امکان پشتیبانی از قرار داد های هوشمند و اپلیکیشن های غیر متمکز نیز با ارائه معماری دولایه و مقیاس پذیری بالا به کمک الگوریتم های اثبات کار ایجاد شده است.
معایب مکانیزم اثبات انجام کار:
مصرف برق بسیار زیاد:
ماینر های بلاکچین های مبتنی بر اثبات انجام کار با استفاده از سرور های قدرتمند خود(ماینر اسیک، سی پی یو یا جی پی یو) برای پیدا کردن هش بلاک بعدی با تمام توان پردازشی خود به رقابت مشغول هستند که این فرایند مصرف برق بی رویه ای را به وجود آورده به عنوان مثال برق کل هش ریت ماینر های مشغول به کار در بیت کوین از مصرف برق مجموع 150 کشور در جهان بیشتر می شود که اسیب های زیست محیطی و دی اکسید کربن تولید شده بر اثر آن بسیاری از چالش ها و مشکلات را برای اینگونه از بلاکچین ها بوجود آورده است.
خطرات حمله 51 درصدی:
متناسب با معماری بلاکچین های مبتنی بر اثبات کار، در صورتی که ماینری بتواند به بیش از 50 درصد از توان پردازشی کل (هش ریت کل شبکه) دست یابی کند می تواند زنجیره های ناسالمی را ایجاد و تراکنش های نادرست و خرج کردن دوباره موجودی یا دابل اسپندینگ را انجام دهد و با تایید زنجیره های غلط و ثبت نهایی انها در بلاکچین موجودی ها را دستکاری کند، گفتنی است این نوع حملات تا کنون در بلاکچین های با هش ریت پایین مانند اتریوم کلاسیک و بیت کوین اس وی به دلیل پایین بودن هزینه حمله رخ داده است اما در بیت کوین این حمله به دلیل نیاز به توان پردازشی بسیار بسیار بالا میسر نشده و بسیار دور از انتظار است البته با روی کار آمدن نسل جدید کامپیوتر های کوانتومی که می توانند هزاران برابر سریع تر از پردازنده های کنونی باشند بروز چنین توان پردازشی انچنان هم دور از ذهن نیست.
عرضه ناعادلانه در اثبات کار:
در الگوریتم های اثبات کار هرچه توان پردازشی ماینر بالاتر باشد به همین میزان درامد ماینر نیز افزایش پیدا می کند بنابراین اینگونه الگوریتم ها به نوعی ثروتمندان را ثروتمند تر می کند به عنوان مثال یک شخص با یک ماینر 16 تراهشی به احتمال زیاد تا ابد نمی تواند شانس ایجاد بلاکی را در بیت کوین بدست آورد اما سازمان های بزرگ با خرید هزاران ماینر اسیک نسل جدید به توانی دست می یابند که به راحتی بلاک های بیت کوین را استخراج کرده و به عنوان پاداش واحد های بیت کوین را نصیب خود می کنند.
تمرکز بالای استخر های استخراج:
همانطور که گفته شد استخراج بیت کوین با هش ریت پایین مثلا یک ماینر هرگز منجر به کسب درامد نمی شود و تنها هزینه های برق دستگاه را به شما تحمیل می کند از این رو استخر های استخراج روی کار آمدن تا هرکسی در هرکجای دنیا با اتصال ماینر خود به آن استخر توان پردازشی عظیمی را ایجاد کند که به طبع آن بلاک های جدید استخراج شوند اما پاداش دیگر به یک ماینر اختصاص نیابد بلکه بین کل مشارکت کننده ها متناسب با هش ریت تخصیص داده شده توزیع شود، در حالی که استخر ها، کسب درامد از ماینینگ را برای همه به یک اندازه سود اور می کنند اما گفتنی است که هش ریت 3 اسخر بزرگ بیت کوین توانسته به بیش از 50 درصد توان پردازشی دست یابد که این موضوع نظر منتقدان را نسبت به احتمال وقوع حملات 51 درصدی توسط استخر ها را برانگیخته است.
بلاتکلیفی پس از پایان عرضه:
همانطور که ذکر شد مشوق اصلی ماینر ها جهت پیوستن به ماینینگ و افزایش هش ریت و به طبع آن افزایش امنیت بلاکچین، دریافت پاداش ساخت بلاک جدید است به عنوان مثال به ازای هر بلاک بیت کوین 6.25 واحد بیت کوین به ماینر اهدا می شود و درکنار آن کارمزد های تراکنش ها را نیز دریافت می کند اما در نهایت که مقدار پاداش طی هاوینگ کاهش یافته و در نهایت صفر می شود باید دید که کارمزد تراکنش ها به تنهایی می تواند این حجم از توان پردازشی را به سمت ماینینگ معطوف کند یا خیر که در غیر این صورت باید شاهد کاهش شدید هش ریت ماینینگ و از دست رفتن امنیت و تمرکز زدایی در اینگونه بلاکچین ها باشیم.
