اگر با بازار کریپتوکارنسی (Cryptocurrency) آشنایی داشته باشید، بی‌گمان تاکنون اصطلاح استخراج یا ماینینگ (Mining) را شنیده‌اید. هر بلوک در زنجیره بلاک‌چین عبارت رمزنگاری‌شده منحصربه‌فردی دارد که از آن با عنوان هش (Hash) یاد می‌شود. برای تأیید تراکنش و تشکیل بلوک در زنجیره باید این کد هش شناسایی شود. کاربری که هش را زودتر از دیگران شناسایی کند، ماینر آن بلوک شناخته می‌شود. فرایندی که اتفاق می‌افتد نیز با عنوان استخراج یا ماینینگ ارز دیجیتال شناخته می‌شود.

بدیهی است که در گذر زمان و با افزایش تعداد ماینرها، رقابت بر سر استخراج ارز دیجیتال بیشتر می‌شود. با رقابتی شدن این فضا، فرایند استخراج بلوک‌ها دشوارتر می‌شود. دقیقاً همین جاست که از مفهومی به نام سختی شبکه یا استخراج سخن به میان می‌آید. در این مطلب سختی استخراج و این موضوع را که چرا در گذر زمان تغییر بمی‌کند، بررسی خواهیم کرد. ما را تا پایان همراهی کنید.

آنچه در این مقاله می‌خوانید...

سختی استخراج چیست؟

به زبان ساده، سختی استخراج یک شاخص به ما نشان می‌دهد استخراج یک بلوک در شبکه بلاک‌چین چه میزان دشواری دارد. وقتی گفته می‌شود سختی شبکه بلاک‌چین ارز دیجیتالی مانند بیت‌کوین زیاد است، منظور این است که برای تأیید تراکنش‌های واردشده در یک بلاک‌چین به قدرت محاسباتی بیشتری نیاز داریم.

هرچه رقابت بر سر استخراج بلوک‌ها در شبکه بلاک‌چین افزایش پیدا کند، بهتر است؛ زیرا سبب بیشتر شدن مقاومت شبکه در برابر حملات هکری می‌شود؛ به این ترتیب، احتمال آسیب دیدن بلاک‌چین کاهش می‌یابد.

تا اینجا دانستیم که سختی شبکه، ارتباط مفهومی تنگاتنگی با ماینینگ یا استخراج بلوک‌ها دارد؛ بنابراین، مفهوم سختی استخراج برای شبکه‌های بلاک‌چینی معنی پیدا می‌کند که از الگوریتم اثبات کار (Proof of Work)، اثبات سهام (Proof of Stake) و… به‌عنوان مکانیزم اجماع بهره می‌برند. معروف‌ترین شبکه بلاک‌چین که از مکانیزم اجماع اثبات کار استفاده می‌کند نیز بیت‌کوین است.

در مقاله جداگانه‌ای به‌طور مفصل مفهوم استخراج را توضیح دادیم. برای مطالعه بیشتر در این زمینه به مطلب استخراج ارز دیجیتال مراجعه کنید.

رقابت ماینرها در شبکه بلاک‌چین برای استخراج بلوک‌ها، به دلیل برخورداری از پاداش‌هایی است که برای این منظور در نظر گرفته می‌شود. هرچه رقابت بر سر استخراج بیشتر باشد، کسی برنده خواهد بود که سخت‌افزار با قدرت محاسبات بیشتری فراهم کرده باشد. از طرفی، بدیهی است که با بیشتر شدن سختی استخراج، مدت زمانی که برای تشکیل بلوک جدید صرف می‌شود، افزایش پیدا ‌کند.

تأملی در مفهوم قدرت و نرخ هش

هش مجموعه‌ای از حروف و کاراکترهای مختلف است. هر بلوک در زنجیره بلاک‌چین هش اختصاصی خود را دارد. تنها راهی که برای شناسایی هش وجود دارد، حدس زدن است. ماینرها، قدرت محاسباتی سخت‌افزار خود را صرف حدس زدن هش‌های مختلف می‌کنند. کسی که زودتر از دیگران هش مربوط به یک بلوک را شناسایی کند، پاداش استخراج آن را دریافت می‌کند.

از نظر تئوری، این احتمال وجود دارد که ماینری آن‌قدر خوش‌شانس باشد که در همان حدس ابتدایی، هش بلوک را شناسایی کند، اما بحث ما ناظر به شانس و احتمال نیست، بلکه متوسط زمانی را که ماینری با سخت‌افزار خود صرف شناسایی هش بلوک می‌کند، مدنظر قرار می‌دهیم.

در گذر زمان، با افزایش تعداد ماینرها، سختی شبکه بیشتر می‌شود. به این معنی که حدس زدن هش بلوک دشوارتر می‌شود و ماینرها باید برای شناسایی هش بلوک به‌طور متوسط تعداد حدس‌های بیشتری انجام دهند. در اینجا لازم است دو مفهوم مهم را درباره استخراج ارز دیجیتال مرور کنیم. قدرت هش یک شبکه ارز دیجیتال مجموع قدرت محاسباتی تمام ماینرهای فعال در شبکه را به صورت یکپارچه معرفی می‌کند؛ درحالی‌که نرخ هش به معنی تعداد هش‌هایی است که دستگاه ماینینگ می‌تواند در هر ثانیه حدس بزند؛ بنابراین این دو مفهوم را نباید با هم اشتباه گرفت.

مزایای افزایش سختی استخراج چیست؟

شاید در وهله اول این طور به نظر برسد که افزایش سختی استخراج، برای شبکه بلاک‌چین ویژگی‌ای منفی است. اما در واقع این طور نیست. افزایش سختی شبکه دو مزیت مهم دارد:

۱. ثابت نگهداشتن نرخ ایجاد بلوک‌های جدید

ساتوشی ناکاموتو در وایت‌پیپر بیت‌کوین به‌خوبی توضیح می‌دهد که سختی شبکه چگونه سبب تولید پایدار و مداوم بلوک‌های جدید با نرخ ثابت می‌شود. الگوریتم اثبات کار به‌نوعی تعریف شده است که در صورت افزایش بیش از حد سرعت تشکیل بلوک‌ها، سختی شبکه به‌طور خودکار بیشتر ‌شود. همین مسئله سبب شده است تا زمان تشکیل هر بلوک در بلاک‌چین بیت‌کوین حدود ده دقیقه به طول بینجامد.

بیشتر بخوانید: وایت پیپر بیت کوین

برای ثابت نگهداشتن این زمان، الگوریتم اثبات کار به‌طور خودکار هش بلوک‌ها را تنظیم می‌کند که در پی آن سختی، افزایش یا کاهش می‌یابد. وقتی تعداد ماینرها افزایش پیدا می‌کند، نرخ هش در شبکه بیشتر می‌شود؛ درنتیجه، طبیعی است که زمان یافتن بلوک در مقایسه با عدد پیش‌فرض کمتر ‌شود. برای جلوگیری از این اتفاق، شبکه به‌صورت خودکار سختی استخراج را افزایش می‌دهد. این موضوع تا وقتی ادامه خواهد یافت که زمان پیدا کردن بلوک به همان عدد پیش‌فرض (مثلاً ده دقیقه برای بیت‌کوین) برسد.

زمانی که تعداد ماینرها کاهش پیدا کند، هش ریت شبکه نیز افت می‌کند؛ درنتیجه، زمانی که ماینرها برای پیدا کردن هش بلوک می‌کنند، از حد مقدار پیش‌فرض بالاتر می‌رود؛ به همین دلیل شبکه به‌طور خودکار سختی استخراج را کم می‌کند تا ماینرها بتوانند راحت‌تر هش بلوک‌ها را حدس بزنند.

وقتی ناکاموتو اولین بلوک را در زنجیره بیت‌کوین استخراج کرد، تنها یک دستگاه (احتمالاً وسیله‌ای در حد لپ‌تاپی ساده) در شبکه وجود داشت، اما در حال حاضر، ده‌ها هزار دستگاه پیشرفته با نام ASIC در مزارع استخراج سراسر دنیا فعال‌اند؛ به همین دلیل، با تغییر سختی شبکه عملاً نرخ ایجاد بلوک‌های جدیدی در زنجیره ثابت می‌ماند.

۲. حفظ امنیت شبکه

افزایش سختی شبکه به معنی افزایش قدرت هش کلی در بلاک‌چین است. این اتفاق عملاً امنیت شبکه را نیز ارتقا می‌دهد. به زبان ساده، هکرها برای موفقیت در دستیابی به بلوک‌های یک زنجیره، باید بر قدرت هش آن شبکه غلبه کنند. با افزایش سختی استخراج، دسترسی هکرها نیز دشوارتر خواهد شد. برای مثال، هزینه حمله هکری به شبکه بیت‌کوین در حال حاضر به حدی زیاد است که انجام آن تقریباً برای هیچ‌کس امکان‌پذیر نیست.

بررسی سختی استخراج شبکه بیت‌کوین

در اینجا سختی شبکه بیت‌کوین را به‌صورت موردی با هم بررسی می‌کنیم. به تصویر زیر دقت کنید.

نمودار سختی شبکه بیتکوین

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، تا قبل از سال ۲۰۱۷، سختی شبکه بیت‌کوین چندان قابل توجه نبود، اما از ابتدای این سال به بعد، سختی استخراج بیت‌کوین در مسیر صعودی قرار گرفت. این روند صعودی تا آوریل سال ۲۰۲۱ ادامه داشت. در این برهه از زمان، سختی شبکه تا مرز ۲۴ تریلیون نیز پیش رفت. در بازه زمانی کوتاهی در این سال، شاهد افت سختی استخراج این شبکه بودیم که دلیل آن ممنوعیت استخراج بیت‌کوین در چین بود.

بخش چشمگیری از ماینرها در منطقه شرق آسیا و چین فعالیت می‌کردند. با ممنوعیت استخراج در این کشور، مدتی طول کشید تا ماینرها بتوانند کوچ کنند و در مکان جدیدی مستقر شوند. پس از آن، بار دیگر سختی شبکه در مسیر افزایش قرار گرفت. در حال حاضر نیز سختی استخراج بیت‌کوین به مرز سی تریلیون رسیده است.

کلام پایانی

در این مقاله، سختی استخراج و نقش آن را در اداره شبکه بلاک‌چین بررسی کردیم. در سال‌های گذشته، سختی استخراج بسیاری از شبکه‌های بلاک‌چین تقریباً روند افزایشی داشته است. این روند در صورتی تداوم خواهد داشت که نرخ هش شبکه‌های بلاک‌چین همچنان افزایش پیدا کند؛ در غیر این صورت، این روند معکوس خواهد شد.