الگوریتم PoW نقش بسزایی در تکامل فناوری بلاک چین ایفا می‌کند. این الگوریتم تا به امروز از آزمون مهم و سخت تامین امنیت بلاک چین بیت کوین سربلند بیرون آمده است. هر چند که مشکلات خاص خود مانند مقیاس‌پذیری و مصرف بالای انرژی برای تایید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را هم در پی دارد. اگر کنجکاو هستید که الگوریتم PoW چیست و در کدام شبکه‌های بلاک چین از این الگوریتم اثبات کار استفاده می‌شود، در ادامه مقاله آن را بررسی خواهیم کرد.
الگوریتم PoW چیست؟
در این مطلب برای توضیح آسان‌تر الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) به سراغ شبکه بلاک چین بیت کوین برویم. در شبکه بیت کوین گروهی به عنوان ماینر (Miner) فعالیت می‌کنند. ماینرها سخت افزارهایی با توان پردازشی بالا را تهیه و به بلاک چین بیت کوین متصل می‌کنند. وظیفه ماینرها، اعتبارسنجی تأیید تراکنش‌های زنجیره بیت کوین است. داده‌های تراکنش‌ها در زنجیره بیت کوین در قالب بلوک‌هایی ذخیره می‌شوند. هر بلوک در زنجیره بیت کوین دارای شناسه اختصاصی است که با نام هش (Hash) شناخته می‌شود.
یک بلوک جدید تنها در صورتی به زنجیره اضافه می‌شود که هش اختصاصی مربوط به آن توسط ماینرها به درستی تشخیص داده شود. شناسایی این هش بر عهده ماینرها است و از طریق حدس زدن هش این کار را انجام می‌دهند. اولین ماینری که بتواند هش را شناسایی کند، به‌عنوان استخراج کننده بلوک معرفی می‌شود.
پس از آن سایر ماینرها فرآیند طی شده را بررسی و تأیید می‌کنند تا بلوک به زنجیره افزوده شود. تأیید تراکنش‌ها در زنجیره بیت کوین به این صورت انجام می‌پذیرد. در صورت تایید نهایی، پاداش استخراج بلوک جدید به ماینر تعلق می‌گیرد. بنابراین الگوریتم PoW یک مکانیزم دستیابی به توافق جمعی بین ماینرهای بلاک چین بیت کوین بدون نیاز به نظارت یک نهاد متمرکز است.
الگوریتم اثبات کار چه زمانی معرفی شد؟
بسیاری گمان می‌کنند که اولین بار در سال 2009 بود که در وایت پیپر بیت کوین نام الگوریتم اثبات کار مطرح شد. این در حالی است که پیش از آن دو محقق دیگر یعنی مونی نوار (Moni Noar) و سینتیا دورک (Cynthia Dowrk) اصطلاح الگوریتم PoW را در سال 1993 در یک مقاله معرفی کردند.
در عین حال، اولین کاربرد عملی این الگوریتم در بلاک چین بیت کوین رخ داد. ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر بیت کوین از یک ایده اساسی تحت عنوان تمرکززدایی نام برد. سؤال اساسی که مطرح شد، این بود که چگونه شبکه بلاک چین بیت کوین بدون نظارت نهادی متمرکز اداره خواهد شد؟ ناکاموتو در وایت پیپر بیت کوین به طور مفصل به این سؤال پاسخ داده است.
در اینجا به طور خلاصه ایده ناکاموتو را تشریح می‌کنیم. دفتر کل توزیع شده (Distributed ledger) راه‌حل خلاقانه بلاک چین بیت کوین برای ایجاد بستری غیرمتمرکز شفاف است. دفتر کل توزیع شده را می‌توان مشابه سرور در سیستم‌های متمرکز در نظر گرفت. با این تفاوت که یک نسخه از آن در اختیار تمام گره‌های فعال در شبکه قرار می‌گیرد.
به این ترتیب هر تراکنش در شبکه بیت کوین باید درون دفتر کل توزیع شده ثبت شود و تمام افراد باید بر سر تغییرات اعمال شده به توافق برسند. از طرفی داده‌های مربوط به هیچ یک از تراکنش‌های بیت کوین از دفتر کل توزیع شده حذف نمی‌شود. بلکه داده‌ها به صورت زنجیره در کنار یکدیگر تا همیشه باقی می‌مانند. الگوریتم اثبات کار، مکانیزم دستیابی به توافق به‌صورت غیرمتمرکز برای اضافه کردن بلوک جدید به شبکه بیت کوین است.
مزایای الگوریتم PoW چیست؟
تا اینجا بررسی کردیم که الگوریتم PoW چیست. این الگوریتم اجماع مزایا و معایبی دارد که لازم است در اینجا بررسی کنیم. اصلی‌ترین مزایای الگوریتم PoW عبارت‌اند از:
- امنیت فوق‌العاده زیادی را در شبکه بلاک‌چین ایجاد می‌کند.
- امکان تأیید تراکنش‌ها در شبکه را به صورت خودکار و متغیر فراهم می‌کند.
- ماینرها با استفاده از این الگوریتم امکان درآمدزایی دارند.
یک شبکه بلاک چین با الگوریتم اثبات کار در برابر مشکلات امنیتی نودها آسیب پذیر نیست. به زبان ساده اگر یک یا چند نود در شبکه با مشکل روبه‌رو شوند، موجودیت کل بلاک چین به خطر نمی‌افتد. هکرها تنها در صورتی می‌توانند داده‌های شبکه را دستکاری کنند که کنترل حداقل 51 درصد هش ریت بلاک چین را در اختیار بگیرند. با توجه به ماهیت غیرمتمرکز و پراکندگی ماینرها در سراسر دنیا، امکان آسیب زدن به بلاک چین بیت کوین در حال حاضر به صورت عملیاتی وجود ندارد.
معایب الگوریتم PoW چیست؟
الگوریتم اثبات کار خالی از ایراد نیست. چند نقطه ضعف جدی را می‌توان برای این الگوریتم اجماع برشمرد که عبارت‌اند از:
1. مقیاس‌پذیری محدود
مهم‌ترین مشکل فنی بلاک چین‌ها با الگوریتم PoW، مقیاس‌پذیری است. پردازش تراکنش‌ها با استفاده از الگوریتم اجماع اثبات کار زمان‌بر است. همین مسئله باعث بروز مشکل مقیاس‌پذیری در شبکه‌های بلاک چین با ترافیک بالا می‌شود. مشکل مقیاس‌پذیری باعث می‌شود که کاربران برای پردازش تراکنش‌هایشان مجبور به پرداخت کارمزدهای بیشتری شوند. این مشکل باعث شده است که الگوریتم‌های اجماع جایگزین در برخی از شبکه‌ها به کار گرفته شوند.
2. هزینه بالای دستگاههای ماینینگ
در سال‌های ابتدایی فعالیت شبکه بیت کوین، ماینینگ به‌کمک رایانه‌های خانگی هم امکان‌پذیر بود؛ اما امروز استخراج خانگی بیت کوین با استفاده از پردازنده‌های معمولی نشدنی است. در سال‌های گذشته، تعداد ماینرها افزایش پیدا کرد و در نتیجه رقابت برای استخراج بیت کوین نیز بالا گرفت. این موضوع برای سایر ارزهای دیجیتال با مکانیزم اجماع اثبات کار نیز با شدت کمتری صادق است. ماینرها برای موفقیت در رقابت با دیگران به سراغ خرید دستگاههای سخت‌افزاری با توان محاسباتی بالا رفتند.
در حال حاضر دستگاههای ایسیک (ASIC) پیشرفته در قالب مزرعه ماینینگ از سوی ماینرها به کار گرفته می‌شوند. این دستگاه‌ها قیمت تمام شده بسیار زیادی دارند. به همین دلیل، صنعت ماینینگ در سال‌های گذشته به سمت تمرکزگرایی پیش رفته و گروه معدودی در این حوزه سرمایه‌گذاری کرده‌اند.
3. نیاز به مصرف انرژی بالا
الگوریتم PoW مشکلات زیست محیطی نیز در پی دارد. دلیل اصلی این موضوع هم مصرف برق بالای دستگاههای ماینر در شبکه بلاک چین است. این در حالی است که الگوریتم‌های اجماع جایگزین در شبکه‌های بلاک‌چین دیگر مانند الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake)، مشکل مصرف برق را به طور کامل برطرف کرده‌اند.
کدام شبکه های بلاک چین از الگوریتم اثبات کار استفاده می کنند؟
بیت کوین تنها شبکه بلاک چین نیست که از الگوریتم اثبات اجماع کار بهره می‌برد. از جمله معروف‌ترین شبکه‌های دیگری که از این الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- لایت کوین (LTC)
- بیت کوین کش (BCH)
- دوج کوین (DOGE)
- مونرو (XMR)
- زی‌کش (ZEC)
- اتریوم کلاسیک (ETC)
کلام پایانی
در این مقاله بررسی کردیم که الگوریتم PoW چیست و چگونه کار می‌کند. این الگوریتم اجماع، هر چند از نظر امنیت، شرایط مطلوبی را برای بلاک چین‌ها ایجاد می‌کند؛ اما در بحث مقیاس‌پذیری چندان توان رقابت با سایر الگوریتم‌های اجماع را ندارد. به‌همین دلیل است که طی سال‌های گذشته، برخی از شبکه‌ها مانند اتریوم به سراغ الگوریتم اثبات سهام رفته‌اند. باید منتظر ماند و دید که سرنوشت سایر بلاک چین‌ها با الگوریتم اثبات کار چه خواهد شد؟
