اثبات کار چیست؟ 1راه حل انقلابی در امنیت شبکه

اثبات کار (PoW) چیست؟

اثبات کار (PoW) سیستمی را توصیف می‌کند که برای جلوگیری از استفاده‌های بیهوده یا مخرب قدرت محاسباتی، مانند ارسال ایمیل‌های هرزنامه یا راه‌اندازی حملات انکار سرویس، به تلاشی نه چندان ناچیز اما امکان‌پذیر نیاز دارد.

این مفهوم متعاقباً توسط هال فینی در سال 2004 از طریق ایده “اثبات کار قابل استفاده مجدد” با استفاده از الگوریتم هش SHA-256 برای تضمین پول دیجیتال اقتباس شد.

پس از معرفی آن در سال 2009، بیت کوین به اولین کاربرد گسترده ای از ایده PoW فینی تبدیل شد (فینی همچنین دریافت کننده اولین تراکنش بیت کوین بود).

اثبات کار اساس بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر را نیز تشکیل می دهد که امکان اجماع ایمن و غیرمتمرکز را فراهم می کند.

مفاهیم کلیدی

اثبات کار (PoW) یک مکانیسم اجماع غیرمتمرکز است که اعضای یک شبکه را ملزم می‌کند تا تلاش خود را برای حل یک معمای ریاضی دلخواه انجام دهند تا از بازی کردن هر کسی با سیستم جلوگیری کنند.

اثبات کار به طور گسترده در استخراج ارزهای دیجیتال، برای اعتبارسنجی تراکنش ها و استخراج توکن های جدید استفاده می شود.

به دلیل اثبات کار، بیت کوین و سایر تراکنش های ارزهای دیجیتال می توانند به صورت همتا به همتا و بدون نیاز به شخص ثالث قابل اعتماد پردازش شوند.

اثبات کار در مقیاس به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد، که تنها با پیوستن ماینرهای بیشتری به شبکه افزایش می یابد.

اثبات سهام (POS) یکی از چندین مکانیسم جدید اجماع بود که به عنوان جایگزینی برای اثبات کار ایجاد شد.

ریشه های پیدایش

درک اثبات کار

این توضیح بر اثبات کار در شبکه بیت کوین تمرکز خواهد کرد.

بیت کوین یک ارز دیجیتال است که زیربنای آن نوعی دفتر کل توزیع شده به نام «بلاک چین» است.

این دفتر کل حاوی رکوردی از تمام تراکنش‌های بیت‌کوین است که در «بلوک‌های» متوالی مرتب شده‌اند، به طوری که هیچ کاربری مجاز نیست هر یک از دارایی‌های خود را دو بار خرج کند. به منظور جلوگیری از دستکاری، دفتر عمومی یا «توزیع شده» است.

نسخه تغییر یافته به سرعت توسط سایر کاربران رد می شود. روشی که کاربران در عمل دستکاری را تشخیص می‌دهند از طریق هش‌ها، رشته‌های طولانی اعداد است که به عنوان اثبات کار عمل می‌کنند. مجموعه ای از داده ها را از طریق یک تابع هش قرار دهید (بیت کوین از SHA-256 استفاده می کند) و تنها یک هش ایجاد می کند.

با این حال، به دلیل “اثر بهمنی”، حتی یک تغییر کوچک در هر بخشی از داده های اصلی منجر به یک هش کاملاً غیرقابل تشخیص می شود.

اندازه مجموعه داده اصلی هر چه باشد، هش تولید شده توسط یک تابع معین به همان طول خواهد بود.

هش یک تابع یک طرفه است: نمی توان از آن برای به دست آوردن داده های اصلی استفاده کرد، فقط برای بررسی اینکه داده هایی که هش را ایجاد کرده اند با داده های اصلی مطابقت دارند یا خیر.

ایجاد هر هش برای مجموعه‌ای از تراکنش‌های بیت‌کوین برای یک رایانه مدرن بی‌اهمیت است، بنابراین برای تبدیل این فرآیند به «کار»، شبکه بیت‌کوین سطح معینی از «سختی» را تعیین می‌کند. این تنظیم به گونه‌ای تنظیم می‌شود که تقریباً هر 10 دقیقه یک بلوک جدید – با ایجاد یک هش معتبر – به بلاک چین اضافه می‌شود. تنظیم سختی  با ایجاد یک “هدف” برای هش انجام می شود:

هرچه هش  هدف کوتاه تر باشد، به عبارت دیگر هش بلوک نیاز به صفر های ابتدایی بیشتری داشته باشد،  مجموعه هش های معتبر کوچکتر است و تولید آن دشوارتر است. در عمل، این به معنای هش است که با یک رشته بسیار طولانی از صفر شروع می شود.

ملاحظات خاص

از آنجایی که یک مجموعه داده معین می تواند تنها یک هش ایجاد کند، استخراج کنندگان چگونه مطمئن می شوند که هش زیر هدف تولید می کنند؟

آنها ورودی را با افزودن یک عدد صحیح به نام نانس تغییر می دهند (“عددی که یک بار استفاده می شود”).

هنگامی که یک هش معتبر پیدا شد، در شبکه پخش می شود و بلوک به بلاک چین اضافه می شود.

استخراج یک فرآیند رقابتی است، اما بیشتر یک قرعه کشی است تا یک مسابقه. به طور متوسط، یک نفر هر ده دقیقه یک مدرک قابل قبول از کار تولید می کند، اما اینکه چه کسی خواهد بود، حدس هر کسی است.

ماینرها گرد هم می آیند تا شانس خود را برای استخراج بلاک ها افزایش دهند، که کارمزد تراکنش و برای مدت محدودی پاداش بیت کوین های تازه ایجاد شده را ایجاد می کند.

اثبات کار، تغییر هر یک از جنبه های بلاک چین را بسیار دشوار می کند، زیرا چنین تغییری مستلزم استخراج مجدد همه بلوک های بعدی است. همچنین انحصار قدرت محاسباتی شبکه را برای کاربر یا مجموعه ای از کاربران دشوار می کند، زیرا ماشین آلات و توان مورد نیاز برای تکمیل توابع هش گران هستند.

اگر بخشی از یک شبکه استخراج شروع به پذیرش یک اثبات کار جایگزین کند، به عنوان هارد فورک شناخته می شود.

نمونه اثبات کار

اثبات کار مستلزم آن است که رایانه به طور تصادفی در توابع هش درگیر شود تا زمانی که به خروجی با حداقل مقدار صحیح صفرهای ابتدایی برسد.

به عنوان مثال، هش برای بلوک #660000، استخراج شده در 4 دسامبر 2020، 000000000000000000008eddcaf078f12c69a439dde30dbb5aac3d9d94e9c18f6.2 است.

این بلوک همیشه شامل 745 تراکنش است که کمی بیش از 1666 بیت کوین و همچنین هدر بلوک قبلی را شامل می شود.

اگر کسی سعی کند مبلغ تراکنش را حتی به اندازه  0.000001 بیت کوین تغییر دهد، هش حاصل غیرقابل تشخیص خواهد بود و شبکه تلاش برای کلاهبرداری را رد می کند.

اثبات کار به چه معناست؟

PoW به گره‌ها در یک شبکه نیاز دارد تا شواهدی را ارائه دهند که نشان دهد توان محاسباتی خود را صرف کرده‌اند (یعنی کار) به منظور دستیابی به اجماع به روشی غیرمتمرکز و جلوگیری از سبقت گرفتن بازیگران بد از شبکه.

اثبات کار چگونه یک تراکنش رمزنگاری را تأیید می کند؟

خود کار دلخواه است. برای بیت کوین، شامل تکرار الگوریتم های هش SHA-256 است. با این حال، «برنده» دور هش، تراکنش‌ها را از mempool در بلوک بعدی جمع‌آوری و ثبت می‌کند. از آنجا که “برنده” به طور تصادفی متناسب با کار انجام شده انتخاب می شود، همه افراد در شبکه را تشویق می کند تا صادقانه عمل کنند و فقط تراکنش های واقعی را ثبت کنند.

چرا ارزهای دیجیتال به اثبات کار نیاز دارند؟

از آنجایی که بلاکچین‌ها از نظر طراحی غیرمتمرکز و همتا به همتا هستند، بلاک چین‌ها مانند شبکه‌های ارزهای دیجیتال به روشی برای دستیابی به اجماع و امنیت نیاز دارند. اثبات کار یکی از روش‌هایی است که تلاش برای پیشی گرفتن از شبکه را بیش از حد نیازمند منابع می‌کند. مکانیسم‌های اثبات دیگری نیز وجود دارند که کمتر به منابع نیاز دارند، اما دارای اشکالات یا معایب دیگری مانند اثبات سهام (PoS) و اثبات سوختگی هستند. بدون مکانیزم اثبات، شبکه و داده های ذخیره شده در آن در برابر حمله یا سرقت آسیب پذیر خواهند بود.

آیا بیت کوین از اثبات کار استفاده می کند؟

پاسخ مثبت است الگوریتم اثبات کار ( PoW ) بر اساس تابع هش SHA-256 به منظور اعتبارسنجی و تایید تراکنش ها و همچنین صدور بیت کوین های جدید در گردش استفاده می کند.

اثبات سهام (PoS) چه تفاوتی با PoW دارد؟

PoS یک مکانیسم اجماع است که به طور تصادفی گره‌ای را که بر اساس تعداد سکه‌های موجود در آن گره استخراج می‌کند یا معاملات بلوک را تأیید می‌کند، اختصاص می‌دهد. هر چه توکن های بیشتری در یک کیف پول نگهداری شود، به طور موثر قدرت استخراج بیشتری به آن تعلق می گیرد. در حالی که PoS به مراتب کمتر به منابع نیاز دارد، چندین نقص دیگر از جمله احتمال حمله 51 درصدی در s دارد.