در حال حاضر، کمتر کسی پیدا می‌شود که نام بیت‌کوین را به‌عنوان معروف‌ترین ارز دیجیتال نشنیده باشد، اما چند نفر هستند که بدانند شبکه بلاک‌چین بیت‌کوین چگونه اداره می‌شود؟ در شبکه بلاک‌چین بیت‌کوین برای تأیید تراکنش‌ها از الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work) استفاده می‌شود، اما الگوریتم اجماع اثبات کار چیست؟ به‌غیر از بیت‌کوین کدام‌یک از شبکه‌های بلاک‌چین از الگوریتم اجماع PoW بهره می‌برند؟ برای پاسخ به این سؤالات، تا پایان این مطلب با ما همراه باشید.

آنچه در این مقاله می‌خوانید...

نگاهی به تاریخچه الگوریتم اجماع اثبات کار

ساتوشی ناکاموتو

اولین‌بار در سال ۲۰۰۹ بود که در وایت پیپر بیت‌کوین نام الگوریتم اجماع اثبات کار مطرح شد. ساتوشی ناکاموتو در وایت‌پیپر بیت‌کوین از ایده‌ای اساسی به نام تمرکززدایی یاد کرد. در واقع، ناکاموتو شیوه انتقال پول با استفاده از واسطه‌هایی مانند بانک‌ها را ناکارآمد می‌دانست. در مقابل، ارز دیجیتال بیت‌کوین را به‌عنوان سیستم پرداخت الکترونیک همتابه‌همتای بدون نیاز به واسطه معرفی کرد.

سؤال اساسی که مطرح شد، این بود که چگونه شبکه بلاک‌چین بیت‌کوین بدون نظارت نهادی مانند بانک اداره خواهد شد؟‌ ناکاموتو در وایت‌پیپر بیت‌کوین، به‌طور مفصل به این سؤال پاسخ داده است. در مقاله جداگانه‌ای وایت‌پیپر بیت‌کوین را تشریح کردیم. برای مطالعه بیشتر می‌توانید به مقاله وایت پیپر بیت‌کوین مراجعه کنید.

دفتر کل توزیع شده

در اینجا، ایده ناکاموتو را به‌اختصار شرح می‌دهیم. دفتر کل توزیع‌شده (Distributed ledger) راه‌حل خلاقانه بلاک‌چین بیت‌کوین برای ایجاد بستری غیرمتمرکز و شفاف است. دفتر کل توزیع‌شده را می‌توان مشابه سرور در سیستم‌های متمرکز در نظر گرفت؛ با این تفاوت که نسخه‌ای از آن در اختیار تمام کسانی که مالک بیت‌کوین هستند، قرار می‌گیرد.

به این ترتیب، هر تراکنش در شبکه بیت‌کوین باید درون دفتر کل توزیع‌شده ثبت شود و تمام افراد بر سر تغییرات اعمال‌شده به توافق برسند. از طرفی، داده‌های مربوط به هیچ‌یک از تراکنش‌های بیت‌کوین از دفتر کل توزیع‌شده حذف نمی‌شود، بلکه داده‌ها تا همیشه به صورت زنجیره در کنار یکدیگر باقی می‌مانند.

حصول توافق بین تعداد فراوانی از افراد که در شبکه بیت‌کوین حضور دارند، چگونه امکان‌پذیر است؟ هیچ راهی به جز در نظر گرفتن الگوریتم‌های اجماع خودکار برای این منظور وجود ندارد. الگوریتم اجماع اثبات کار از همین‌ جا متولد شد.

الگوریتم اثبات کار چیست؟

هرچند که الگوریتم اثبات کار به شبکه بیت‌کوین محدود نیست؛ برای ارائه تعریف دقیق از آن، بحث را با بلاک‌چین بیت‌کوین پیش می‌بریم. در شبکه بیت‌کوین عده‌ای از افراد به‌صورت داوطلبانه به‌عنوان ماینر (Miner) فعالیت می‌کنند. ماینرها سخت‌افزارهایی را تهیه می‌کنند و در اختیار شبکه بیت‌کوین قرار می‌دهند. وظیفه ماینرها، تأیید تراکنش‌های زنجیره بیت‌کوین است. داده‌های تراکنش‌ها در زنجیره بیت‌کوین در قالب بلوک‌هایی ذخیره می‌شوند. هر بلوک در زنجیره بیت‌کوین شناسه اختصاصی دارد که با نام هش (Hash) شناخته می‌شود.

نحوه کار الگوریتم اجماع اثبات کار

زمانی بلوک به زنجیره بیت‌کوین افزوده می‌شود که هش اختصاصی مربوط به آن شناسایی شود. شناسایی این هش بر عهده ماینرهاست. با استفاده از مجموعه عملیات ریاضی این هش شناسایی می‌شود. اولین ماینری که بتواند هش را شناسایی کند، به‌عنوان استخراج‌کننده بلوک معرفی می‌شود و به‌ازای آن پاداش دریافت می‌کند. پس از آن ماینرهای دیگر فرایند طی‌شده را بررسی و تأیید می‌کنند تا بلوک به زنجیره افزوده شود. تأیید تراکنش‌ها در زنجیره بیت‌کوین به این صورت انجام می‌شود.

آنچه تا اینجا ذکر کردیم، مفهوم کامل الگوریتم اجماع اثبات کار بود. در شبکه‌های دیگر بلاک‌چین نیز که از این الگوریتم اجماع استفاده می‌شود، مکانیزم اجرا تقریباً مشابه همان رویه‌ای است که پیش‌تر ذکر کردیم.

مزایا و معایب الگویتم اجماع اثبات کار چیست؟

تا اینجا بررسی کردیم که الگوریتم اثبات کار چیست. این الگوریتم اجماع مزایا و معایبی دارد که باید 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 به‌صورت خودکار و متغیر فراهم می‌کند.
  • ماینرها با استفاده از این الگوریتم امکان درآمدزایی دارند.

الگوریتم اثبات کار خالی از ایراد نیست. منتقدان این الگوریتم چند نکته اساسی مطرح می‌کنند که لازم است مفصل درباره آن‌ها توضیح دهیم.

۱. سرعت کم پردازش تراکنش‌ها

پردازش تراکنش‌ها با استفاده از الگوریتم اجماع اثبات کار زمان‌بر است. برای مثال، تشکیل هر بلوک در شبکه بیت‌کوین حدود ده دقیقه طول می‌کشد. همین مسئله در شبکه‌های بلاک‌چین با ترافیک بالا سبب بروز مشکل مقیاس‌پذیری می‌شود. مشکل مقیاس‌پذیری باعث می‌شود کاربران برای پردازش تراکنش‌هایشان مجبور شوند کارمزدهای بیشتری پرداخت کنند. این مشکل سبب شده است الگوریتم‌های اجماع جایگزین در برخی از شبکه‌ها به کار گرفته شوند.

بیشتر بخوانید: مقیاس پذیری در بلاکچین چیست

۲. نیاز به تجهیزات سخت‌افزاری گران‌قیمت

چند سال قبل با استفاده از رایانه‌های خانگی می‌شد در فرایند استخراج بیت‌کوین مشارکت کرد. رفته‌رفته، تعداد ماینرها افزایش پیدا کرد و درنتیجه، رقابت برای استخراج بیت‌کوین نیز شدت یافت. این موضوع برای ارزهای دیجیتال دیگر 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 زیاد محاسباتی رفتند.

در حال حاضر، ماینرها دستگاه‌‌های ایسیک (ASIC) پیشرفته را در قالب مزارع ماینینگ به کار می‌گیرند. این دستگاه‌ها قیمت تمام‌شده بسیار زیادی دارند؛ بنابراین، طبیعی است که تعداد افراد زیادی از پس خرید آن‌ها و راه‌اندازی مزارع استخراج بیت‌کوین برنمی‌آیند.

۳. مصرف زیاد انرژی

مشکل دیگری که باید برای دستگاه‌های ماینینگ ذکر کنیم، مصرف برق زیاد آن‌هاست. همین مسئله سبب شده است تا دولت‌ها محدودیت‌های زیادی برای مزارع استخراج در نظر بگیرند؛ حتی برخی از ماینینگ‌ها مجبور شده‌اند برای تأمین برق دستگاه‌های خود نیروگاه‌های اختصاصی راه‌اندازی کنند. این در حالی است که الگوریتم‌های اجماع جایگزین در شبکه‌های بلاک‌چین دیگر مانند الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake)، مشکل مصرف برق را کاملاً برطرف کرده‌اند.

کدام شبکه‌های بلاک‌چین از الگوریتم اثبات کار بهره می‌برند؟

اشاره کردیم که بیت‌کوین تنها شبکه بلاک‌چین نیست که از الگوریتم اثبات اجماع کار بهره می‌برد. ازجمله معروف‌ترین شبکه‌های دیگری که از این الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:‌

  • لایت کوین (LTC)
  • بیت‌کوین کش (BCH)
  • دوج کوین (DOGE)
  • مونور (XMR)
  • زی‌کش (ZEC)
  • اتریوم کلاسیک (ETC)

کلام پایانی

در این مقاله الگوریتم اجماع اثبات کار را بررسی کردیم. اثبات کار، نسل اول مکانیزم‌های اجماع بود که برای تأیید تراکنش‌ها و تأمین امنیت شبکه‌های بلاک‌چین ابداع شد. این الگوریتم در تحقق ایده غیرمتمرکزسازی شبکه‌های بلاک‌چین و برقراری امنیت بسیار کارآمد بوده است، اما مشکلات زمان طولانی پردازش تراکنش‌ها و همچنین هزینه و مصرف انرژی زیاد، سبب شد تا متخصصان به فکر الگوریتم‌های جایگزین آن باشند. با وجود این، هنوز هم اثبات کار، به‌عنوان الگوریتم اجماع بسیاری از رمز ارزهای معروف استفاده می‌شود.