پدرخوانده اجماع، راهنمای اثبات کار

امروزه، شبکه های غیرمتمرکز از مکانیسم های اجماع زیادی استفاده می کنند، اما همه چیز با اثبات کار (PoW) شروع شد. ما شما را با داستان چگونگی به وجود آمدن، نحوه عملکرد و چرایی استفاده از آن به عنوان یکی از الگوریتم های اصلی در Web3 آشنا خواهیم کرد.

در ابتدا، اثبات کار به عنوان پایه ای برای شبکه های غیرمتمرکز تصور نمی شد. این به هیچ وجه ربطی به ارزهای دیجیتال نداشت و در واقع برای کمک به محافظت از کاربران «منابع مشترک» در برابر انواع مختلف سوء استفاده طراحی شده بود.

سازندگان این مفهوم، که در سال 1993 مطرح شد، راه حلی را ارائه کردند که دسترسی به یک منبع معین را با الزام شرکت کنندگان به انجام محاسبات پیچیده محدود می کرد. همچنین مشخص شد که نتایج این محاسبات به راحتی و به سرعت قابل تأیید خواهد بود.

اولین نسخه

اولین نسخه ای که برای اجرای عملی مناسب بود تنها پنج سال بعد پیشنهاد شد، زمانی که Adam Back پروژه Hashcash را ایجاد کرد که وظیفه اصلی آن مبارزه با هرزنامه بود. این ایده شامل استفاده از رمزنگاری برای سخت‌تر کردن ارسال ایمیل‌های انبوه بود. قبل از ارسال هر ایمیل، فرستندگان باید محاسبات پیچیده ای را انجام دهند – مقدار x را پیدا کنند که هش SHA(x) حاوی N بیت صفر اصلی باشد – و نتیجه (اثبات کار) را در سرصفحه پیام بگنجانند.

برای اینکه نامه به دست گیرنده برسد، باید تأیید شود که فرستنده مشکل رمزنگاری را حل کرده است. این را می توان خیلی سریع با یک بار محاسبه SHA-1 با استفاده از برچسبی که از قبل تهیه شده است انجام داد. این برچسب قبل از اینکه فرستنده شروع به حل مشکل کند توسط فرستنده ایجاد می شود و برای همه شرکت کنندگان در سیستم در دسترس عموم قرار می گیرد. در نتیجه، ارسال چند نامه هیچ مشکلی ایجاد نمی کند، اما برای اجرای یک کمپین ایمیل انبوه به قدرت محاسباتی جدی نیاز دارید.

آشنا به نظر می رسد، درست است؟ این مفهوم در سال 2008 توسط ساتوشی ناکاموتو برای ایجاد بیت کوین و بلاک چین اثبات کار آن استفاده شد.

نحوه عملکرد بلاک چین های اثبات کار PoW

هسته اصلی ایده ناکاموتو (معلوم است که آیا آنها یک شخص واقعی هستند یا گروهی از توسعه دهندگان) هدف ایجاد یک سیستم نقدی الکترونیکی غیرمتمرکز مستقل از اشخاص ثالث بود. این اجازه می دهد تا پول به طور مستقیم و بدون واسطه هایی مانند بانک ها ارسال شود.

اطلاعات مربوط به تراکنش ها در یک رجیستری ذخیره می شود که بین شرکت کنندگان سیستم توزیع می شود. فرآیند توالی شامل بسته بندی تراکنش ها در بلوک هایی است که اندازه محدودی دارند. هر بلوک باید حاوی اطلاعات مربوط به بلوک قبلی باشد. برای انجام این کار، تمام داده های مربوطه (تراکنش ها، هش بلوک قبلی، مهر زمانی و غیره) به یک کد منحصر به فرد به نام هش تبدیل می شوند.

این کار با استفاده از یک تابع هش انجام می شود که در مورد بیت کوین SHA-256 نامیده می شود. “گره های کامل” ویژه مسئول مدیریت زنجیره ها هستند، در حالی که گره های ماینر در ایجاد بلوک های جدید نقش دارند.

در اینجا مهم است که بدانیم تابع هش به گونه ای کار می کند که همیشه همان هش از یک مجموعه داده مشخص به دست می آید. حتی کوچکترین تغییر منجر به هش متفاوتی می شود.

ماینرها

همانطور که قبلاً گفتیم، ماینرها باید هش یک بلوک را محاسبه کنند تا آن را به زنجیره اضافه کنند. این به خودی خود وقت گیر نیست، بنابراین برای جلوگیری از حل سریع مشکل محاسباتی، شبکه هر 2016 بلوک سختی محاسباتی را تنظیم می کند. این یک دوره تقریباً دو هفته ای را نشان می دهد. این کار برای اطمینان از اینکه زمان استخراج بلاک حدود ده دقیقه است انجام می شود که عملکرد پایدار بلاک چین را فراهم می کند.

پس این در عمل چگونه کار می کند؟ ماینرها بلوک ها را به عنوان ورودی دریافت می کنند و هش را محاسبه می کنند. با این حال، شبکه مستلزم آن است که هش کمتر از یک رقم مشخص باشد.

صبر کنید – آیا قبلاً نگفتیم که هش قابل تغییر نیست؟ خب این چطور کار میکند؟ اینجاست که nonce – عددی که فقط یک بار استفاده می‌شود – وارد می‌شود. این عدد به بلوک‌ها اضافه می‌شود و توسط ماینرها در طول محاسبات تغییر می‌کند و در نتیجه هش متفاوتی ایجاد می‌شود. سپس ماینرها هش به دست آمده را با هدف دشواری محاسباتی مقایسه می‌کنند.

و اگر مقدار هش بیشتر باشد، آن را دوباره تغییر می‌دهند و هش را دوباره محاسبه می‌کنند. این فرآیند تا زمانی که یک مسابقه به دست آید تکرار می شود (نتیجه باید برابر یا کمتر از مقدار هش هدف باشد) و می تواند میلیون ها بار اتفاق بیفتد.

برای اینکه تصویر واضح تری از مقیاس کار به شما ارائه دهیم، به عدد زیر نگاه کنید:

115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936

این تعداد ترکیبات ممکن در هش SHA-256 است. این معادل تعداد ستارگان در جهان است، 115 میلیارد برابر.

زنجیره تراکنش

حالا بیایید به یک تراکنش استاندارد نگاه کنیم تا ببینیم همه اینها چگونه کار می کنند. فرض کنید در حال ارسال وجوه به شخصی به شکل BTC هستیم. پس از اینکه تراکنش را با کلید خصوصی خود تولید و امضا کردیم، به شبکه ارسال می شود. گره کامل صحت آن را تأیید می کند و در صورت عدم وجود مشکل، به آن اجازه می دهد تا از طریق شبکه ها ادامه یابد. گره های دیگر نیز بررسی های تایید را انجام می دهند و آن را در صف تراکنش های تایید نشده (mempool) قرار می دهند.

ماینرها تراکنش‌ها را از mempool جمع‌آوری می‌کنند (انتخاب آنهایی که اول از همه برای آنها کمیسیون زیادی به ارمغان می‌آورد)، آنها را در یک بلوک بسته‌بندی می‌کنند و شروع به انجام محاسبات می‌کنند. هنگامی که یکی از ماینرها مشکل را حل می کند، گره های کامل راه حل را بررسی می کنند و اگر درست باشد، ماینر پاداشی دریافت می کند. در این مرحله، بلوک به عنوان «ماشین‌شده» در نظر گرفته می‌شود و به بلاک چین اضافه می‌شود. در حالی که اطلاعات مربوط به آن برای همه شرکت‌کنندگان شبکه ارسال می‌شود. پس از آن، ماینرها شروع به کار بر روی بلوک بعدی می کنند. در عین حال، هر چه تعداد بلاک‌هایی که بعد از بلوک حاوی تراکنش ما در بلاک چین گنجانده شود، سطح تایید آن بالاتر می‌رود.

به بیان ساده، برای اینکه یک تراکنش قانونی در نظر گرفته شود، اکثر گره های شبکه باید توافق کنند که بلوک حاوی آن به درستی محاسبه شده است.

آیا همه اینها اجتناب ناپذیر است؟

ناکاموتو اولین فرد (یا افرادی) نبود که برای ایجاد یک سیستم غیرمتمرکز اقدام کرد. اما او اولین کسی است که استفاده از مکانیسم اجماع اثبات کار را مناسب تشخیص داده است. بدون آن، حل مشکل هزینه مضاعف غیرممکن خواهد بود، که زمانی بوجود می آید که یک فرستنده همان وجوه را دو بار قبل از تایید سیستم تراکنش خرج می کند. ماینرها هر بار که آنها را از mempool دریافت می کنند، تراکنش ها را برای دو برابر هزینه بررسی می کنند.

درست است که در یک بلاک چین اثبات کار PoW، دو ماینر می توانند همان بلوک را استخراج کنند. این لزوماً یک عمل مخرب نیست و اگر هر دو ماینر تقریباً به طور همزمان یک محاسبه را انجام دهند. و یکی از آنها اطلاعاتی را دریافت نکند که بلاک قبلاً به موقع استخراج شده است، ممکن است اتفاق بیفتد. در این مورد، یک زنجیره موازی ظاهر می شود که از بلوک اشتباه سرچشمه می گیرد. برای خلاص شدن از شر “شاخه” اشتباه، مکانیسم اجماع دو بلاک چین را با هم مقایسه می کند و در عین حال به نسخه طولانی تر اولویت می دهد.

مشکلات و محدودیت ها

بزرگترین مشکل اثبات کار (PoW) – حداقل در خالص ترین شکل آن – مقیاس پذیری است. به عنوان مثال، توان عملیاتی بلاک چین بیت کوین حدود 7 تراکنش در ثانیه است که بسیار کم است. به همین دلیل، ممپول در زمان‌های اوج بار پر می‌شود و تراکنش‌هایی با کارمزد پردازش پایین می‌توانند برای چندین ساعت یا حتی چند روز گیر کنند. در نگاه اول، ممکن است فکر کنید که ساده‌ترین راه برای افزایش سرعت، بزرگ‌تر کردن بلوک‌ها به‌گونه‌ای که تراکنش‌های بیشتری در آن‌ها قرار می‌گیرد، یا صرفاً سریع‌تر استخراج آن‌ها است.

اما شما نمی توانید اندازه بلوک را بدون نتیجه افزایش دهید: برای ایجاد آنها به قدرت محاسباتی زیادی نیاز است و در نتیجه تنها ماینرهای بزرگ یا استخرهای استخراج در شبکه باقی می مانند و تمرکززدایی را کاهش می دهند.

زمان پردازش کوتاه

اگر زمان پردازش را کوتاه کنید، این خطر وجود دارد که گره های شبکه نتوانند قبل از ظاهر شدن بلوک بعدی به اجماع برسند. به همین دلیل، تعداد «شاخه‌های» بلاک چین افزایش می‌یابد و هزینه‌های مضاعف را ممکن می‌سازد.

همه اینها در مفهوم سه‌گانه بلاک چین گنجانده شده است. که معتقد است شبکه‌های غیرمتمرکز تنها می‌توانند دو مورد از سه مزیت اصلی خود را به طور همزمان ارائه دهند – تمرکززدایی، امنیت و مقیاس‌پذیری. برای حل این مشکل در زمینه PoW، از لایه های بلاک چین استفاده می شود. آنها “در بالای” سیستم اصلی کار می کنند و سرعت پردازش تراکنش را افزایش می دهند.

علاوه بر این، پروتکل‌های اجماع جدیدی در حال توسعه هستند که در کنار PoW کار می‌کنند. به عنوان مثال، Kaspa از PoW به عنوان مکانیزم امنیتی شبکه استفاده می‌کند، در حالی که بلوک‌ها به‌جای یک زنجیره بلوکی در یک نمودار غیر چرخه‌ای جهت‌دار بسته‌بندی می‌شوند و به ماینرها اجازه می‌دهند تا روی بلوک‌های مختلف به صورت موازی کار کنند.

یک مسئله ساده‌تر نیز وجود دارد: هرچه یک بلاک چین قدرت محاسباتی بیشتری را جمع‌آوری کند، پیچیدگی محاسبات بیشتر و انرژی مورد نیاز در هنگام استخراج بیشتر می‌شود.

آکادمی قزلباش

همانطور که میدانیم موفقیت در معاملات بازار ارزهای دیجیتال همانند تمامی حرفه های تخصصی دیگر، نیازمند مهارت و تجربه بسیاری است. و اولین کار در این بازار آشنا شدن با مفهوم ( ارز دیجیتال چیست ) است. با توجه به اینکه بسیاری از افراد زمان کافی برای فراگیری دانش مربوط به فعالیت در بازار را ندارند اما همچنان تمایل به کسب سود از این بازار را به عنوان شغل دوم خود دارند. آکادمی کمال قزلباش با ارائه خدمتی کارآمد برای کمک به این دسته از عزیزان در رابطه با آموزش ارز دیجیتال تلاش کرده است. کاربران میتوانند از خدمات ما به عنوان چراغ راه مسیر موفقیت خود در این بازار استفاده کنند. و در صورت تمایل به سرمایه گذاری در ارزهای دیجیتال و یاآموزش ارز دیجیتال در ارومیه با مشاورین ما به صورت کاملا رایگان در ارتباط باشید.