اثبات کار (PoW) چیست؟ آشنایی با مکانیزم Proof of Work در استخراج بیت کوین

الگوی اثبات کار (Proof of Work) یا PoW، اولین مکانیزم اجماع در دنیای ارزهای دیجیتال است که برای نخستین بار در بیت کوین استفاده شد. اثبات کار و استخراج‌ (Mining) مفاهیمی نزدیک به هم هستند. در بلاک چین‌هایی مانند بیت کوین که بر پایه مکانیزم اثبات کار فعالیت می‌کنند، ماینرها حضور دارند که با حل معماهای ریاضی، امنیت شبکه را تأمین و تراکنش‌ها را پردازش می‌کنند. شبکه نیز در ازای این فعالیت‌ها، به ماینرهای موفق پاداش می‌دهد.

در این مطلب، اجزای سازنده و اعضای فعال در بلاک چین‌های مبتنی بر الگوریتم اثبات کار، و مزایا و معایب، نحوه کار و تاریخچه توسعه آن را بررسی می‌کنیم.

معنی اثبات کار به زبان ساده چیست؟

اثبات کار (Proof of Work) که به آن PoW نیز می‌گویند، نوعی مکانیزم اجماع (Consensus Mechanism) است. مکانیزم اجماع که گاهی اوقات به آن «الگوریتم» و «الگو» نیز گفته می‌شود، یک توافق و قانون بین افراد فعال در یک شبکه بلاکچینی برای تأیید اعتبار بلاک‌ها و تراکنش‌هاست.

در بلاک چین‌هایی که از الگوریتم PoW استفاده می‌کنند، فرایند کلی استخراج و ماینینگ (Mining) وجود دارد و افرادی به‌نام ماینر (Miner) با دستگاه‌های تخصصی‌شان، امنیت شبکه را تأمین و تراکنش‌ها را براساس مکانیسم اثبات کار، پردازش می‌کنند. شبکه نیز برای جبران تلاش ماینرهایی که در استخراج بلاک‌ها موفق هستند، به آن‌ها با ارز دیجیتال بومی شبکه پاداش می‌دهد.

دلیل نام‌گذاری این فرایند تحت عنوان «Proof of Work» نیز این است که ماینرها باید با انجام محاسبات پیچیده و حل پازل‌های رمزنگاری‌شده، «انجام کار» خود را به شبکه «اثبات» کنند تا در ازای آن پاداش بگیرند.

تفاوت اثبات کار با استخراج

ماینینگ ارز دیجیتال و اثبات کار یکسان نیستند؛ Pow یک اجماع در فرایند استخراج و بخشی از آن است:

• استخراج‌‌‌‌‌، فرایند کلی اجرای اثبات کار در بلاک چین‌های مبتنی بر این مکانیزم است که استفاده از سخت‌افزار، صرف انرژی، رقابت برای ساخت بلاک جدید و دریافت پاداش را شاملمی‌شود.
• اثبات کار‌‌، بخش درونی و منطقی (قانون اجماع) ماینینگ است که تعیین می‌کند چه کسی برنده رقابت اضافه‌کردن بلاک جدید به شبکه است.

تفاوت مکانیزم اجماع اثبات کار با الگوریتم ماینینگ

بااینکه برای صحبت درباره «مکانیزم اجماع اثبات کار» از عبارت‌هایی مانند «الگوریتم» و «الگو» نیز استفاده می‌شود، اما باید دقت داشته باشید که «الگوریتم استخراج (Mining Algorithm)» با این سازوکار یکسان نیست؛ بلکه بخشی از آن است.

به عبارت دیگر، استخراج یک فرایند بزرگ است که تابع قوانین اجماع اثبات کار است و الگوریتم ماینینگ، بخشی از پیاده‌سازی این مکانیزم اجماع را تشکیل می‌دهد؛ ماینرها برای رسیدن به اجماع و اثبات کارشان به شبکه، باید یک پازل را حل کنند که خود تابع قوانین و فرمول‌های یک الگوریتم ماینینگ است. این الگوریتم‌ها نیز تجهیزات ماینینگ مختص به خود را می‌طلبند.

شبکه‌های بلاک چینی مختلف، الگوریتم‌های استخراج متفاوتی دارند. برای مثال، بیت کوین از الگوریتم ماینینگ SHA-256 و مونرو از الگوریتم رندوم‌ایکس (RandomX) استفاده می‌کند.

تاریخچه معرفی و توسعه مکانیزم Proof of Work

مکانیزم اجماع Proof of Work فقط مختص به بیت کوین و بلاک چین‌ها نیست. این مفهوم قدمتی طولانی‌تر در فضای محاسبات و رمزنگاری دارد که در ادامه، تاریخچه توسعه آن را بررسی می‌کنیم.

جلوگیری از هرزنامه‌های ایمیلی – ۱۹۹۳

مفهوم اثبات کار اولین بار در اوایل دهه ۱۹۹۰ به‌عنوان سیستمی برای جلوگیری از ارسال هرزنامه‌های ایمیلی معرفی شد. در سال ۱۹۹۳، دو پژوهشگر به‌نام‌های سینتیا دورک (Cynthia Dwork) و مونی نائور (Moni Naor) مقاله‌ای تحت عنوان «Pricing via Processing or Combatting Junk Mail» را منتشر کردند.

آن‌ها در این مقاله پیشنهاد کرده بودند که برای ارسال هر ایمیل، فرستنده یک محاسبه رمزنگاری نسبتاً سنگین را انجام دهد. برای کاربران واقعی که تنها تعداد محدودی ایمیل ارسال می‌کردند، حل این معمای رمزنگاری کار ساده‌ای بود. اما برای فردی که قصد داشت تعداد زیادی ایمیل اسپم ارسال کند، مقدار توان پردازشی مورد نیاز، این کار را بسیار پرهزینه می‌کرد. این دقیقاً همان مفهومی است که بعدها «اثبات کار» نام گرفت.

سیستم هش‌کش – ۱۹۹۷

در سال ۱۹۹۷، آدم بک (Adam Back) که بعدها به یکی از شخصیت‌های کلیدی دنیای ارزهای دیجیتال و بیت کوین تبدیل شد، مفهوم معرفی‌شده در مقاله دورک و نائور را در سیستمی به نام هش‌کش (Hashcash) به‌صورت عملی پیاده‌سازی کرد. وایت پیپر این پروژه در سال ۲۰۰۲ تحت عنوان «Hashcash – A Denial of Service Counter-Measure» منتشر شد.

در سیستم هش‌کش، کاربر باید با حل یک مسئله رمزنگاری (ایجاد هش با تعداد مشخصی صفر در ابتدای آن)، اثبات می‌کرد که برای ارسال ایمیل، کار محاسباتی واقعی انجام داده است. اگر ایمیل دریافتی چنین «اثبات کاری» را نداشت، سرور می‌توانست آن را اسپم تلقی کند.

سیستم هش‌کش دقیقاً از همان الگوریتم‌های هشینگ (SHA-1 در آن زمان) استفاده می‌کرد که بعدها پایه مکانیزم PoW بیت کوین شد. این سیستم نشان می‌داد که چگونه می‌توان از این مفهوم برای جلوگیری از اسپم و حملات دیداس (DDoS) استفاده کرد.

تعریف دقیق‌تر مفهوم اثبات کار – ۱۹۹۹

سپس در سال ۱۹۹۹، دو محقق به‌نام اری جولز (Ari Juels) و مارکوس ژاکوبسون (Markus Jakobsson)، مقاله‌ای تحت عنوان «Proof of Works And Bread Pudding Protocols» را منتشر کردند.

یکی از اهداف این مقاله، تعریف دقیق‌تر و فرموله کردن مفهوم اثبات کار و بررسی برخی کاربردها و محدودیت‌ها بود. در این مقاله همچنین یک مفهوم وابسته به‌نام «Bread Pudding Protocols» معرفی شده بود و نویسندگان پیشنهاد کرده بودند که کار محاسباتی انجام‌شده برای تولید یک اثبات کار، در آینده بتواند برای یک هدف دیگر نیز به‌کار رود.

در آن مقطع از زمان، «اثبات کار» بیشتر به‌عنوان ابزار ضد سوء‌استفاده از منابع اینترنتی به‌کار می‌رفت، نه به‌عنوان مکانیزم مالی یا اجماع.

معرفی Reusable Proofs of Work توسط هال فینی – ۲۰۰۴

هال فینی (Hal Finney) فقید که یکی از مهمترین چهره‌ها در کمک به توسعه بیت کوین است، در سال ۲۰۰۴ و پیش از تولد این ارز دیجیتال، مفهوم معرفی‌شده توسط اری جولز و مارکوس ژاکوبسون را در پروژه «Reusable Proofs of Work» یا به‌طور خلاصه RPoW، به‌صورت عملی پیاده‌سازی کرد.

هدف آقای فینی از سیستم «اثبات کار قابل‌استفاده مجدد»، ساخت یک نمونه اولیه از پول دیجیتال بر اساس نظریه «کالکتیبل‌ها (Collectibles)» از نیک سابو (Nick Szabo) بود. در این سیستم، کاربر می‌توانست یک توکن دیجیتال دریافت‌شده از یک اثبات کار را دوباره در تراکنش‌های بعدی خرج کند؛ این یعنی آن اثبات کار، «قابل‌انتقال» و «قابل مصرف مجدد» می‌شد.

هرچند این پروژه صرفاً به‌عنوان یک نمونه آزمایشی طراحی شده بود، اما از نظر فنی، نرم‌افزاری بسیار پیشرفته محسوب می‌شد که در صورت فراگیر شدن، قادر بود شبکه‌ای عظیم را پشتیبانی کند. این مفهوم را پایه و اساس توسعه بیت کوین می‌دانند.

انتشار وایت پیپر بیت کوین – ۲۰۰۸

در سال ۲۰۰۸، نویسنده‌ای ناشناس با نام مستعار ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto)، وایت پیپر بیت کوین را تحت عنوان «Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System» منتشر کرد.

در این سیستم، ساتوشی ناکاموتو از مکانیزم اثبات کار برای حل مشکل معروف ژنرال‌های بیزانسی (Byzantine Generals Problem) استفاده کرد. هدف ساتوشی، پاسخ به این سؤال بود که «چگونه در یک شبکه غیرمتمرکز بدون اعتماد، می‌توانیم تراکنش‌ها را تأیید و از دوبار خرج‌کردن آن‌ها جلوگیری کنیم؟».

او نسخه‌ای از سیستم هش‌کش را با تغییراتی ترکیب کرد تا به‌جای جلوگیری از اسپم، به‌عنوان روش اجماع شبکه عمل کند. در این نسخه، ماینرها برای تأیید بلاک‌ها با یکدیگر رقابت می‌کنند و ماینری که زودتر از دیگران مسئله را حل کند، بلاک جدید را به زنجیره اضافه می‌کند و پاداش می‌گیرد. این، اولین استفاده واقعی و گسترده از مفهوم Proof of Work به‌عنوان یک سازوکار اقتصادی و امنیتی بود.

مکانیزم PoW چگونه کار می‌کند؟ ساختار و اجزای سازنده

الگوریتم اثبات کار بر حل یک پازل ریاضی تکیه دارد. در این ساختار، باید مقدار مشخصی کمتر از یک آستانه، معروف به نانس (Nonce)‌، به‌دست آید که در نهایت منجر به تولید بلاک بعدی و انتشار آن در شبکه می‌شود. در این ساختار، دو عضو اصلی به‌نام ماینر (Miner) و نود (Node) حضور دارند. در ادامه، با جزئیات نحوه تعامل این افراد بیشتر آشنا می‌شویم.

فرایند ماینینگ

همانطور که گفتیم، اثبات کار بخشی از کل فرایند ماینینگ و قانون اجرای آن است. بنابراین، برای درک بهتر نحوه کار الگوی Proof of Work، بهتر است ابتدا کمی درباره جزئیات فرایند استخراج ارزهای دیجیتال بدانیم. مراحل کلی به‌ زبان ساده به‌صورت زیر است:

1. امضای دیجیتال: ابتدا تراکنش توسط کاربر در کیف پول امضا می‌شود.
2. ورود به ممپول: تراکنش وارد شبکه شده و در ممپول نودها قرار می‌گیرند.
3. اعتبارسنجی لایه اول: اعتبار تراکنش توسط فول‌نودها براساس یک سری معیار بررسی می‌شود:
   • امضای دیجیتال معتبر است؟ یعنی فرستنده، مالک واقعی است؟
   • مقدار خروجی تراکنش از ورودی‌ها بیشتر نیست؟
   • ورودی‌ها دوبار خرج نشده‌اند؟
   • قالب داده‌ها و قوانین پروتکل رعایت شده است؟
4. تأیید اولیه اعتبار تراکنش: تراکنش در ممپول‌ها می‌ماند تا ماینرها آن را برای استخراج بلاک انتخاب کنند.
5. تجمیع تراکنش‌ها: تراکنش مورد نظر به‌همراه دیگر تراکنش‌ها تجمیع می‌شود.
6. اجرای اثبات کار: فرایند اثبات کار (پیدا کردن هش بلاک معتبر) انجام و بلاک استخراج‌شده در شبکه پخش می‌شود.
7. تأیید اعتبار بلاک: اعتبار بلاک استخراج‌شده براساس یک سری معیار توسط فول‌نودها بررسی می‌شود:
   • همه تراکنش‌های داخل بلاک معتبر هستند؟
   • بلاک از قوانین سختی شبکه تبعیت کرده است؟
   • هش بلاک درست محاسبه شده است؟
   • بلاک قبلی معتبر و موجود است؟
8. اضافه‌شدن بلاک به زنجیره: بلاک به زنجیره اضافه می‌شود.
9. اضافه‌شدن بلاک‌های بعدی: بلاک‌های بعدی به زنجیره اضافه می‌شوند.
10. کانفرمیشن: با اضافه‌شدن هر بلاک جدید به زنجیره، بلاک قبلی و تراکنش‌های داخل آن، ۱ کانفرمیشن یا تأیید (Confirmation) می‌گیرند.

اجزای سازنده بلاک

برای ماین کردن یک بلاک بیت کوین براساس الگوریتم SHA-256، به اطلاعات زیر نیاز داریم:

• هش بلاک قبلی: همان شناسه منحصربه‌فرد بلاک قبلی.
  • با اتصال هر بلاک به هش بلاک قبل، زنجیره امن بلاک چین ساخته می‌شود.
  • اگر یکی از بلاک‌ها دستکاری شود، هش آن نیز تغییر می‌کند و کل زنجیره نامعتبر می‌شود.
• تراکنش‌ها: لیست تمام تراکنش‌هایی که قرار است در بلاک ثبت شوند.
  • شامل جزئیات ارسال‌کننده، گیرنده و مقدار رمزارز انتقال‌یافته است.
• مرکل روت (Merkle Root):‌ خلاصه‌ رمزنگاری‌شده‌ای از همه تراکنش‌ها.
  • ریشه درخت مرکل کمک می‌کند تا بدون نیاز به بررسی کل تراکنش‌ها، صحت آن‌ها، سریع و امن‌تر بررسی شود.
• مهر زمان (Timestamp): زمان دقیق ساخت بلاک که در نظم‌دهی به زنجیره نقش دارد.
• نانس (Nonce): عددی است که ماینرها حین ماین کردن یک بلاک آن را تغییر می‌دهند تا به هش معتبر برای آن برسند.
  • «نانس» جواب پازل اثبات کار است.
• هدف سختی (Target / Difficulty): مقداری عددی که میزان سختی پیدا کردن یک هش معتبر را برای استخراج بلاک مشخص می‌کند.
  • این مقدار تعیین می‌کند که هش تولیدشده باید از چه عددی کوچک‌تر باشد (که معمولاً به‌صورت «تعداد صفرهای ابتدایی هش» نمایش داده می‌شود).
  • هرچه سختی شبکه بالاتر باشد، پیدا کردن نانس درست براساس تعداد صفرهای لازم در ابتدای هش، زمان و انرژی بیشتری می‌برد.
• هش بلاک (Block Hash): هش کل هدر (Header) یا اصطلاحاً سربرگ بلاک.
  • خروجی نهایی همه داده‌های بالاست.
  • این هش، امضای دیجیتال بلاک است و معتبر بودن بلاک را مشخص می‌کند.

نودها

در شبکه‌های بلاک چینی، دو نوع نود یا گره (Node) اصلی وجود دارد: فول‌نود (Fullnode) و لایت‌نود (Lightnode) که هر کدام وظیفه و نقش مشخصی دارند:

• فول‌نود: فردی است که کل تاریخچه بلاکچین را ذخیره و نگهداری می‌کند. این نودها وظیفه بررسی و تأیید مستقل تمام تراکنش‌ها و بلاک‌ها را برعهده دارند.
• لایت‌نود: فردی است که به‌جای دانلود کل تاریخچه بلاک چین، تنها هدر (Header) هر بلاک را ذخیره می‌کند. این نودها برای تأیید تراکنش‌ها، درخواست «اثبات رمزنگاری‌شده (Merkle Proof)» را از فول‌نودها می‌گیرند تا از صحت تراکنش اطمینان پیدا کنند.

ماینرها (در شبکه‌های اثبات کار) یا اعتبارسنج‌ها (در شبکه‌های اثبات سهام) می‌توانند هم فول‌نود باشند و هم لایت‌نود، اما برای جلوگیری از بروز مشکلاتی مانند رد شدن بلاک به‌دلیل وجود تراکنش‌های نامعتبر، بهتر است خودشان فول‌نود باشند تا پیش از استخراج یا تأیید بلاک، همه تراکنش‌ها را به‌صورت مستقل بررسی کنند.

ماینرها

ماینرها، نودهایی در شبکه‌های PoW هستند که با استفاده از کامپیوترها و تجهیزات تخصصی خود (مانند دستگاه‌های ASIC)، برای تولید یک بلاک و ارسال آن به شبکه با یکدیگر رقابت می‌کنند.

برای این کار، ماینرها ابتدا از ممپول (Mempool) خود – فضایی که تراکنش‌های درانتظار تأیید در آن قرار دارند – مجموعه‌ای از تراکنش را براساس معیارهایی مانند کارمزد تراکنش، اندازه داده‌ها و گاهی اولویت زمانی، انتخاب می‌کنند. سپس، با استفاده از داده‌هایی مانند نانس و هش بلاک قبلی و براساس هدف سختی، سعی در پیدا کردن یک هش معتبر برای بلاک مورد نظر می‌کنند.

ماینری که زودتر از سایرین به هش معتبر دست پیدا کند، بلاک خود را در شبکه منتشر می‌کند. سایر نودها (به‌ویژه فول‌نودها)، صحت تراکنش‌ها و ساختار بلاک را بررسی می‌کنند. اگر اکثریت نودهای شبکه آن را معتبر تشخیص دهند، بلاک استخراج‌شده به بلاک‌چین اضافه می‌شود و ماینر برنده، پاداش بلاک و کارمزد تراکنش‌های درون آن را دریافت می‌کند.

هش بلاک و الگوریتم ماینینگ

«هش بلاک (Block Hash)» و الگوریتم ماینینگ (Mining Algorithm)»، از مهم‌ترین اجزای بلاک چین‌های مبتنی بر سازوکار اثبات کار هستند. هدف ماینرها در ماینینگ بیت کوین، پیدا کردن یک «هش» معتبر برای بلاک‌هاست.

برای پیدا کردن این هش، ماینر باید براساس هدف سختی شبکه (Difficulty Target)، مجموعه‌ای از ورودی‌ها شامل هش بلاک قبلی، داده‌های تراکنش‌ها و نانس را وارد یک الگوریتم رمزنگاری (الگوریتم SHA-256 در بیت کوین) کند تا یک هش برای بلاک مورد نظر تولید شود. الگوریتم تنظیم سختی شبکه (Difficulty Adjustment Algorithm) نیز سطح سختی را به‌گونه‌ای تنظیم می‌کند که میانگین زمان استخراج هر بلاک بیت کوین، حدود ۱۰ دقیقه باقی بماند.

اگر هش تولیدشده با معیارهای تعیین‌شده توسط شبکه مطابقت نداشته باشد (مثلاً تعداد صفرهای ابتدایی کمتر از مقدار مورد نیاز باشد)، ماینر با تغییر مقدار نانس، دوباره فرایند هش‌کردن را تکرار می‌کند. این چرخه بارها و بارها تکرار می‌شود تا زمانی که ماینر به هشی سازگار با هدف سختی شبکه برسد. در این صورت، بلاک استخراج‌شده معتبر شناخته شده و به زنجیره اضافه می‌شود.

اعتبارسنجی تراکنش‌ها

همانطور که متوجه شدیم، فول‌نودها وظیفه اعتبارسنجی تراکنش‌ها را در اجماع مبتنی بر اثبات کار بر عهده دارند. ماینرها نیز برای کاهش ریسک انتخاب تراکنش نامعتبر (مثلاً دابل اسپند)، بهتر است خودشان به‌صورت فول‌نود باشند و تراکنش‌ها را پیش از تجمیع برای قرار دادن در بلاک، بررسی کنند.

پس در دو مرحله، اعتبارسنجی تراکنش‌ها و بلاک‌ها اتفاق می‌افتد:

1. اعتبارسنجی لایه اول: اعتبار تراکنش توسط فول‌نودها براساس یک سری معیار بررسی می‌شود:
   • امضای دیجیتال معتبر است؟ یعنی فرستنده، مالک واقعی است؟
   • مقدار خروجی تراکنش از ورودی‌ها بیشتر نیست؟
   • ورودی‌ها دوبار خرج نشده‌اند؟
   • قالب داده‌ها و قوانین پروتکل رعایت شده است؟
2. تأیید اعتبار بلاک: اعتبار بلاک استخراج‌شده توسط ماینر، براساس یک سری معیار توسط فول‌نودها بررسی می‌شود:
   • همه تراکنش‌های داخل بلاک معتبر هستند؟
   • بلاک از قوانین سختی شبکه تبعیت کرده است؟
   • هش بلاک درست محاسبه شده است؟
   • بلاک قبلیی معتبر و موجود است؟

پاداش بلاک و هاوینگ

پس از استخراج موفقیت‌آمیز بلاک، شبکه به ماینر آن پاداش می‌دهد. مثلاً در بلاک چین بیت کوین، این پاداش به‌صورت ارز BTC و کارمزد تراکنش‌های داخل بلاک است.

تقریباً تمام بلاکچین‌های مبتنی بر الگوی PoW دارای رویداد هاوینگ (Halving) هستند. مثلاً در شبکه بیت کوین، پس از استخراج هر ۲۱۰ هزار بلاک، پاداش ماینینگ (Mining Reward) نصف می‌شود. از آنجاکه میانگین زمان تولید هر بلاک در بیت کوین حدود ۱۰ دقیقه است، استخراج این تعداد بلاک معمولاً حدود چهار سال زمان می‌برد. در سال‌های ابتدایی آغاز به‌کار بیت کوین که سختی شبکه و هش ریت آن پایین بود، بلاک‌ها زودتر از ۱۰ دقیقه استخراج می‌شدند که باعث شد هاوینگ اول، بسیار زودتر از ۴ سال اجرا شود.

درحال‌حاضر، در سال ۲۰۲۵ که چهارمین هاوینگ بیت کوین (در سال ۲۰۲۴) انجام شده است، استخراج موفق هر بلاک، ۳.۱۲۵ واحد برای ماینر آن پاداش به‌همراه دارد. در جدول زیر، تاریخچه هاوینگ‌های قبلی و نصف شدن پاداش استخراج الگوی Proof of Work بیت کوین و همچنین پیش‌بینی هاوینگ بعدی در سال ۲۰۲۸ را مشاهده می‌کنید:

چرا اثبات کار برای بلاک چین‌ها مهم است؟

یکی از مهمترین کاربردهای PoW در شبکه‌های بلاک چینی، جلوگیری از تقلب و اعتبارسنجی تراکنش‌هاست. همانطور که در بخش‌های قبلی به‌تفصیل توضیح دادیم، ماینرها و فول‌نودها در دو مرحله، بلاک‌ها و تراکنش‌ها را اعتبارسنجی می‌کنند که باعث افزایش امنیت و اعتبار یک شبکه مبتنی بر مکانیسم اثبات کار می‌شود.

دو بار خرج کردن (Double-Spend) چیست؟

دو بار خرج کردن یا دابل اسپندینگ (Double-spending) زمانی رخ می‌دهد که یک فرد بتواند از یک پول یکسان، بیش از یک‌بار استفاده کند. بااین‌حال، این اصطلاح بیشتر در دنیای پول دیجیتال کاربرد دارد. مثلاً وقتی برای خرید قهوه پول نقد پرداخت می‌کنید، اسکناس را به صندوقدار تحویل می‌دهید و او آن را در صندوق می‌گذارد. در نتیجه، نمی‌توانید با همان اسکناس به یک کافه دیگر بروید و دوباره قهوه بخرید.

اما در سیستم‌های پول دیجیتال، چنین امکانی از نظر تئوری وجود دارد. دابل اسپندینگ مشابه کپی و پیست کردن یک فایل کامپیوتری است. اگر شبکه‌ای نتواند از این اتفاق جلوگیری کند، پول دیجیتال آن نیز بی‌ارزش می‌شود و همه افراد می‌توانند هر رمز ارز را بیش از یکبار خرج کنند.

به‌همین‌خاطر، شبکه‌های بلاک چینی با استفاده از مکانیزمی مانند Proof of Work و بررسی هش بلاک و تراکنش‌ها پیش از تأیید نهایی، از وقوع دابل اسپند جلوگیری می‌کنند. به‌همین‌خاطر است که تأکید کردیم یک ماینر باید به‌عنوان فول‌نود عمل کند و با نگهداری تاریخچه کل بلاک چین، به اعتبارسنجی شخصی تراکنش‌های انتخابی پیش از استخراج بلاک بپردازد.

امنیت الگوریتم اثبات کار چقدر است؟

از نظر بسیاری از کارشناسان، الگوریتم PoW امنیت بالاتری نسبت به سایر روش‌های اجماع دارد. این الگو، امنیت یک بلاک چین را از طریق الزام به صرف زمان و هزینه قابل‌توجه از سوی ماینرها و سایر شرکت‌کنندگان شبکه برای تأیید تراکنش‌ها افزایش می‌دهد. این فرایند باعث می‌شود احتمال تلاش برای دستکاری یا تضعیف بلاکچین یک رمزارز به‌شدت کاهش یابد.

حمله ۵۱ درصدی چیست؟

حمله ۵۱ درصدی زمانی اتفاق می‌افتد که یک ماینر یا گروهی از ماینرها (که عموماً در غالب یک استخر استخراج هستند)، بیش از ۵۱ درصد از قدرت محاسباتی در شبکه یا همان هش پاور (Hash power) را در اختیار بگیرد.

در بلاک چین‌ها، همیشه زنجیره طولانی‌تر، معتبر در نظر گرفته می‌شود. به‌همین‌خاطر، در حمله ۵۱ درصد، فرد یا گروه مهاجم می‌تواند به‌خاطر توانایی محاسباتی بیشتر، تعداد بلاک‌های بیشتری را تولید کند و به‌عبارتی، کنترل زنجیره طولانی‌تر را در دست بگیرد. در این حالت، این فرد یا افراد می‌توانند از تأیید تراکنش‌های بعدی جلوگیری و آن‌ها را دابل اسپند کنند یا حتی تراکنش‌های قبلی را برگشت بزنند که باعث تضعیف امنیت الگوریتم اثبات کار می‌شود.

البته بد نیست بدانید که براساس جدیدترین تحقیق منتشرشده در سایت ScienceDirect، شبیه‌سازی‌های عددی نشان می‌دهند که یک مهاجم حتی می‌تواند با در اختیار داشت قدرت هش بسیار کمتر از ۵۱٪ نیز حمله دوبار‌خرج کردن را با موفقیت اجرا کند.

بااین‌حال، اجرای موفق یک حمله ۵۱ درصد در شبکه‌های بزرگی مانند بیت کوین که دارای هش پاوری نزدیک به ۱ سکسیلیون هش بر ثانیه است، هزینه بسیار بالایی دارد و عملاً اجرای آن را غیرممکن می‌کند.

مزایای الگوریتم اثبات کار چیست؟

مکانیزم اجماع PoW مزایای زیادی از نظر امنیت، درآمدزایی و تمرکززدایی برای شبکه‌های بلاک چینی دارد.

امنیت

الگوریتم Proof of Work، روش اثبات‌شده و محکمی برای حفظ امنیت یک بلاک چین غیرمتمرکز است؛ با صرف مقدار زیادی زمان و توان محاسباتی، جعل یا افزودن تراکنش‌های تقلبی بسیار دشوار می‌شود. از طرفی، برای دستکاری شبکه، باید کنترل اکثریت هش‌ریت (≈۵۱٪) را به‌دست آورد که هزینه مالی و محاسباتی بسیار بالایی دارد که حمله به شبکه‌های بزرگ را عملاً غیرعملی است.

تمرکززدایی

اثبات کار به حفظ سطح بالایی از عدم تمرکز کمک می‌کند؛ یعنی هر کسی می‌تواند در شبکه شرکت کند، بلاک‌ها را اعتبارسنجی نماید و به دفترکل عمومی دسترسی داشته باشد. بنابراین، برخلاف سیستم‌های مالی سنتی که سوابق آن تنها در اختیار نهادهای متمرکز هستند، در شبکه‌های PoW، اطلاعات شفاف و برای عموم قابل‌مشاهده‌اند.

پاداش‌دهی

سازوکار پاداش‌دهی در مکانیزم اجماع Proof of Work، انگیزه مشارکت ماینرهاست. ماینرهای موفق در استخراج یک بلاک، پاداش بلاک و کارمزد تراکنش‌های داخل آن را دریافت می‌کنند. این امر باعث ترغیب افراد بیشتر به مشارکت به‌عنوان ماینر در بلاکچین می‌شود که شبکه‌ای غیرمتمرکزتر و امن‌تر را می‌سازد.

معایب و محدودیت‌های مکانیزم اجماع اثبات کار چیست؟

باوجود مزایای سازوکار اثبات کار، این نوع اجماع معایب و چالش‌هایی نیز دارد که باعث توسعه الگوریتم‌های اجماع دیگر مانند اثبات سهام (PoS) شده است.

مصرف برق بالا

الگوی PoW نیازمند مصرف مقدار زیادی برق است. به گفته منتقدان بیت کوین، این میزان مصرف انرژی، تأثیر زیست‌محیطی بسیار زیادی دارد و امنیت بیشتر آن نسبت به مکانیزم‌هایی مانند اثبات سهام توجیه‌پذیر نیست.

تجهیزات گران قیمت و خطر تمرکزگرایی

بااینکه گفتیم اثبات کار به‌خودی خود باعث تمرکززدایی می‌شود، اما در شبکه‌های محبوبی مانند بیت کوین که هش پاور بسیار بالایی دارند، موفقیت در استخراج بلاک‌ها به تهیه دستگاه‌های ماینینگ تخصصی وابسته است. این دستگاه‌ها نیز که معمولاً از نوع ایسیک ماینر (ASIC Miner) هستند، قیمت بسیار بالایی دارند و عملاً خرید آن‌ها را برای افراد عادی دشوار می‌کنند.

علاوه‌براین، خرید تنها یک دستگاه نتیجه‌بخش نخواهد بود و معمولاً برای موفقیت در ماین کردن یک بلاک بیت کوین، افراد معمولی باید به استخرهای استخراج بپیوندند. تمام این عوامل می‌توانند باعث متمرکزشدن قدرت محاسباتی در دست عده‌ای خاص شوند.

البته شبکه‌های اثبات کاری مانند مونرو هستند که استخراج ارزهای دیجیتال در آن‌ها از طریق CPU و GPU نیز امکان‌پذیر است. بااین‌حال، این شبکه‌ها همچنان خطر حمله ۵۱ درصدی و دابل اسپندینگ را دارند.

ریسک‌های امنیتی

بااینکه احتمال وقوع حمله ۵۱٪ در شبکه‌های بزرگی مانند بیت کوین پایین است و عمدتاً شبکه‌های کوچکتر با ریسک این نوع حمله مواجه هستند، اما در سال ۲۰۲۵، شبکه مونرو (Monero) توسط استخر کیوبیک (Qubic) با این حمله مواجه و ۱۱۷ تراکنش آن برگشت داده شد.

اثبات کار بهتر است یا اثبات سهام؟ مقایسه تفاوت‌ها

اثبات سهام (Proof of Stake) یک الگوریتم اجماع دیگر است که با هدف رفع مشکلات اثبات کار معرفی شد. در جدول زیر، تفاوت اثبات سهام با اثبات کار را مشاهده می‌کنید:

لیست ارزهای دیجیتال مبتنی بر مکانیزم اثبات کار چیست؟

فقط بیت کوین نیست که از مکانیزم Proof of Work برای رسیدن به اجماع درباره اعتبار بلاک‌ها و تراکنش‌ها استفاده می‌کند. لیست برخی از محبوب‌ترین ارزهای PoW شامل موارد زیر هستند:

• بیت کوین
• لایت کوین
• دوج کوین
• مونرو
• اتریوم کلاسیک
• دش
• سیا کوین

بیت کوین (BTC)

بیت کوین (Bitcoin) بزرگترین و اولین ارز دیجیتالی است که از مکانیزم اثبات کار برای رسیدن به اجماع در شبکه خودش استفاده کرد. امروزه باتوجه به رقابت شدید بین ماینرها، استخراج بیت کوین توسط تنها یک دستگاه امکان‌پذیر نیست و افراد با ساخت ریگ ماینینگ شخصی یا اتصال به استخرهای استخراج، در این شبکه فعالیت می‌کنند.

• الگوریتم استخراج: SHA-256
• نوع دستگاه تخصصی: ایسیک ماینرهای سازگار با SHA-256

لایت کوین (LTC)

لایت کوین (Litecoin) که فورکی از بیت کوین است، با هدف کاهش بلاک تایم این ارز دیجیتال ساخته شد.

• الگوریتم استخراج: اسکریپت (Scrypt)
• نوع دستگاه تخصصی: ایسیک ماینرهای سازگار با اسکریپت

دوج کوین (DOGE)

دوج کوین (Dogecoin) اولین میم کوین بازار است که برای شوخی با بیت کوین در سال ۲۰۱۳ متولد شد.

• الگوریتم استخراج: اسکریپت (Scrypt) با قابلیت استخراج همزمان با لایت کوین
• نوع دستگاه تخصصی: ایسیک ماینرهای سازگار با اسکریپت

مونرو (XMR)

مونرو (Monero) یک پرایوسی کوین (Privacy Coin) یا اصطلاحاً ارز دیجیتال حریم خصوصی محور و پیگیرگریز است. تراکنش‌های این ارز دیجیتال به‌گونه‌ای است که برخلاف بیت کوین، آدرس گیرنده، فرستنده و مقدار دارایی‌های ارسالی به‌راحتی قابل‌تشخیص نیستند.

• الگوریتم استخراج: رندوم‌ایکس (RandomX)
• نوع دستگاه تخصصی: CPU و GPU (مقاوم در برابر ایسیک ماینرها)

اتریوم کلاسیک (ETC)

اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic) فورکی از اتریوم است که همچنان امکان ماین کردن آن وجود دارد.

• الگوریتم استخراج: ای‌تی‌‌سی‌هش (ETCHash)
• نوع دستگاه تخصصی: GPU و ایسیک ماینرهای سازگار با ای‌تی‌‌سی‌هش

 دش (DASH)

دش (Dash) نیز یک ارز دیجیتال حریم خصوصی محور است که بر تراکنش‌های سریع تمرکز دارد. این رمز ارز دارای ساختار مسترنود برای خدمات شبکه و توزیع پاداش خاص خودش است.

• الگوریتم استخراج: X11
• نوع دستگاه تخصصی: ایسیک ماینرهای سازگار با X11

 سیاکوین (SC)

سیاکوین (Siacoin) یک پروتکل ذخیره‌سازی غیرمتمرکز فایل است و از ارز دیجیتال SC، برای پرداخت هزینه قراردادهای ذخیره‌سازی استفاده می‌شود.

• الگوریتم استخراج: Blake2b
• نوع دستگاه تخصصی: ایسیک ماینرهای سازگار با Blake2b

سؤالات متداول

Proof of Work چیست؟

اثبات کار (PoW)، یک مکانیسم اجماعِ مبتنی بر حل معماهای رمزنگاری است که ماینرها برای تأیید تراکنش‌ها و اضافه‌کردن بلاک به شبکه، باید طبق قوانین آن عمل کنند.

تفاوت اثبات کار و استخراج چیست؟

اثبات کار، قانون و قاعده اجماع است. اما استخراج، فرایند اجراییِ پیاده‌سازی اثبات کار شامل سخت‌افزار، حل پازل، تأیید تراکنش و دریافت پاداش است.

حمله ۵۱٪ چیست و چرا برای PoW خطرناک است؟

وقتی فرد یا گروهی، بیش از ۵۱٪ هش‌پاور شبکه را در اختیار بگیرد، می‌تواند زنجیره طولانی‌تری بسازد و تراکنش‌ها را معکوس یا از تأیید تراکنش‌های جدید جلوگیری کند.

دابل‌اسپند یعنی چه؟

خرج‌کردن همان واحد پول دیجیتال بیش از یک‌بار را دابل اسپندینگ می‌گویند. مکانیزم PoW با ثبت تراکنش در بلاک‌‌ها و تأییدهای بعدی، از دوبار خرج کردن ارزهای دیجیتال جلوگیری می‌کند.

آیا اثبات کار مصرف انرژی بالایی دارد؟

بله؛ اثبات کار به توان محاسباتی و برق زیادی نیاز دارد که از مهم‌ترین نقدها به این مکانیسم است.

اثبات کار بهتر است یا اثبات سهام؟

هرکدام نقاط قوت و ضعف دارند: PoW امنیت قوی و سابقه طولانی دارد، اما PoS مصرف انرژی کمتر و مکانیزم‌های مجازات/پاداش متفاوت دارد.

نقش نودها و ماینرها در Proof of Work چیست؟

فول‌نودها کل تاریخچه بلاک چین را نگه می‌دارند و تراکنش‌ها را اعتبارسنجی می‌کنند. اما ماینرها بلاک می‌سازند و با حل پازل آن را به شبکه می‌فرستند.

چه ارزهای دیجیتالی از PoW استفاده می‌کنند؟

بیت کوین، لایت کوین، دوج کوین، مونرو، اتریوم کلاسیک، دش و سیاکوین، هرکدام الگوریتم استخراج و سخت‌افزار خاص خود را دارند.

جمع‌بندی

اثبات کار (Proof of Work) یا به‌طور خلاصه PoW، مکانیزم اجماع پایه‌ای است که در شبکه‌هایی مانند بیت کوین، برای استخراج و تأمین امنیت بلاکچین استفاده می‌شود. ماینرها با حل معماهای رمزنگاری، تراکنش‌ها را اعتبارسنجی و از دابل‌اسپندینگ جلوگیری می‌کنند. با وجود امنیت بالا، مکانیزم اثبات کار مصرف انرژی بسیار زیاد و ریسک تمرکز سخت‌افزاری را به‌همراه دارد. به‌همین‌خاطر، مقایسه آن با اثبات سهام (PoS) و بحث درباره کاربرد هر کدام برای شبکه‌های مختلف، مهم است.