گواهی اثبات کار (POW)

گواهی اثبات کار (POW) چیست ؟

یکی از روش‌های اجماع در رمز ارزها الگوریتم اثبات کار یا (Proof Of Work) است که برای تایید تراکنش‌ها، تولید بلوک و حفظ امنیت شبکه بلاک چین به کار گرفته می‌شود. اصول اساسی کار یک معمای پیچیده ریاضی است که وجود راه حل برای آن قابل اثبات است و برای حل آن نیروی پردازشی کامپیوتری زیادی به کار گرفته می‌شود که به همین دلیل استفاده از این روش اجماع برق و قدرت پردازشی زیادی را هدر می‌دهد. مشهورترین کاربرد این الگوریتم در شبکه بیت‌کوین و اتریوم است؛ در زمینه امنیت نیز این نوع الگوریتم اجماع تا حد ممکن ضد هک طراحی شده و حمله به شبکه مستلزم انرژی و هزینه بسیار زیادی است که انگیزه حملات به آن را از بین می‌برد.

تاریخچه الگوریتم اثبات کار:

ایده الگوریتم اثبات کار در سال 1993 به عنوان الگوریتمی برای محافظت در برابر ایمیل های اسپم مطرح شد. Cynthia Dwork و Moni Naor که در آن زمان در بخش تحقیقات IBM مشغول به کار بودند، این ایده را به اشتراک گذاشتند.

سیستم کاری مبتنی بر این ایده در سال 1997 توسط آدام بک (Adam Beck) در پروژه خود به نام HashCash اجرا شد. این پروژه با هدف مبارزه با اسپم ها انجام شده بود اما این قبل تر نیز در روش های رمز نگاری استفاده شده بود و البته اکنون در بلاکچین بیت کوین نیز کاربرد دارد. همانطور که ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر بیت کوین خود آورده است، Beck خالق PoW است.

در سال 2009، بیت کوین یک روش ابتکاری در استفاده از اثبات کار، به عنوان یک الگوریتم اجماع، ارائه داد. در این روش از اثبات کار یا PoW برای تایید تراکنش هایی که در بلاک ها قرار دارند استفاده می شود، که بلاک ها به یکدیگر وصل شده و به این ترتیب بلاک چین را شکل می دهند.

از آن زمان، PoW  توسعه و گسترش یافت تا به یک الگوریتم اجماع پرکاربرد تبدیل شد و اکنون توسط بسیاری از ارزهای رمزنگاری استفاده می شود.

روش کار الگوریتم PoW چگونه است ؟

به طور خلاصه، استخراج کنندگان در حل معادلات پیچیده ریاضی با یکدیگر رقابت می کنند. حل این مسائل و معادلات بسیار دشوار است، اما در صورتی که حل شود، تراکنش ها را می توان به سرعت بررسی کرد. بنابراین زمانی که یک استخراج کننده راه حل یک بلاک جدید را پیدا کند، می تواند آن بلاک را به شبکه منتقل نماید. سپس سایر استخراج کنندگان این راه حل را بررسی کرده و تایید می کنند و بلاک تایید خواهد شد.

این معمای پیچیده مسئله‌ای است که حل آن نیازمند نیروی کامپیوتری زیادی است. پاسخ مسئله‌ی اثبات کار یا معمای پیچیده ریاضی “هش” نام دارد. هش (Hash) را می توان به صورت اثر انگشت دیجیتالی یک داده در نظر گرفت. با رشد شبکه، دشواری مسائل هم بالا می‌رود و الگوریتم‌ها برق بیشتری را برای حل کردن نیاز دارند، بنابراین میزان پیچیدگی کار مسئله‌ی حساسی است.

هش (Hash)، یک فرمول ریاضی تصادفی و پیچیده است که در فرآیند تائید بلاک های داده تراکنش استفاده می شود. هنگامی که استخراج کننده، هش مناسب را در یک بلاک محاسبه می کند، کوین ها و یک درصد از هزینه های تراکنش که در آن بلاک تعبیه شده، به عنوان پاداش به او تعلق می گیرد.

دستیابی به هش درست در یک بلاک نیازمند چندین بار آزمایش و تطبیق و تنظیم محاسبه است. بعضی از بلاک ها حتی اگر به درستی پردازش شوند باز هم پاداشی نمی دهند. دشواری محاسبه هش در یک بلاک، نسبتا بالاست بنابراین پاداش ها با نرخ رشد سریع توزیع نمی شوند. با این همه تفاسیر ماینینگ به ایجاد کوین های نو کمک می کند و علم ریاضی در آن تنظیم می شود، بنابراین فرآیند پاداش دادن خیلی سریع اتفاق نمی افتد و همین امر باعث می شود ارزش ارز کم نشود.

یکی از مشکلات مربوط به اثبات کار این است که استخراج کنندگان به سخت افزارهای کامپیوتری گران قیمت با مصرف انرژی بیش از حد، نیاز دارند. اگر چه این همان چیزی است که امنیت شبکه را تضمین می کند، اما این دستگاه ها به جز استخراج، کاربرد دیگری ندارند.

دلایل استفاده از POW :

دفاع در مقابل حملات: الگوریتم اثبات کار محدودیت‌هایی را بر کنش‌های موجود در شبکه اعمال می‌کند. اجرای این الگوریتم نیازمند تلاش زیادی است. حملات کارآمد برای انجام محاسبات نیازمند نیروی رایانشی و زمان زیادی هستند. بنابراین همیشه احتمال حمله وجود دارد اما چون هزینه‌ها خیلی بالا هستند، این کار عملاً بی‌فایده می‌شود.

امکان استخراج: مهم نیست که چقدر پول در کیف پولتان دارید. مهم این است که نیروی رایانشی قوی‌ای برای حل پازل‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید داشته باشید. بنابراین دارندگان مقادیر زیاد پول مسئول تصمیم‌گیری درباره‌ی کل شبکه نیستند.

معایب الگوریت POW :

هزینه‌های بالا: استخراج نیازمند سخت‌افزار کامپیوتری بسیار خاص است تا الگوریتم‌های پیچیده را پیش ببرد. هزینه‌های آن بالا است و استخراج تنها توسط استخرهای خاص استخراج صورت می‌گیرد. این دستگاه‌های خاص برق زیادی مصرف می‌کنند که هزینه‌ها را هم بالا می‌برند. هزینه‌های بالا تمرکز سیستم را تهدید می‌کند. مشاهده‌ی این واقعیت در بیت‌کوین دشوار نیست.

بیهودگی محاسبات کامپیوتری: استخراج‌کنندگان کار زیادی برای تولید بلوک‌ها انجام می‌دهند و برق زیادی مصرف می‌کنند. با این حال محاسبات کامپیوتری آن‌ها در هیچ جای دیگر قابل استفاده نیست. آن‌ها امنیت شبکه را تضمین می‌کنند اما نمی‌توانند در کسب‌وکار، علم و زمینه‌های دیگر مورد استفاده قرار بگیرند.

حمله‌ی ۵۱ درصد: حمله‌ی ۵۱ درصد یا حمله‌ی اکثریت زمانی است که یک کاربر یا گروهی از کاربران کنترل اکثریت نیروی استخراج را به دست می‌گیرند و مهاجمان نیروی کافی برای کنترل اکثر رویدادهای شبکه را دارند. آن‌ها می‌توانند تولید بلوک‌های جدید را به انحصار خود دربیاورند و پاداش بگیرند چون می‌توانند مانع تکمیل بلوک‌ها توسط دیگران بشوند و می‌توانند تراکنش‌ها را هم رزرو کنند. فرض کنید آلیس با استفاده از بلاک‌چین مقداری پول برای باب فرستاده است. آلیس در حمله‌ی ۵۱ درصد درگیر شده است اما باب نه. این تراکنش در بلوک قرار می‌گیرد اما مهاجمان اجازه‌ی انتقال پول را نمی‌دهند و در نتیجه در زنجیره “فورک” اتفاق می‌افتد.

اگر چه اثبات کار ممکن است کارآمدترین راه حل نباشد، اما هنوز هم یکی از محبوب ترین روش های اجماع در بلاک چین است. در حال حاضر روش ها و رویکردهای جایگزین برای حل برخی از مشکلات ارائه شده است.

در ویدیوی زیر میتوانید بطور خلاصه با روش کار الگوریتم PoW آشنا شوید :