سختی شبکه چیست؟ آشنایی با Mining Difficulty در استخراج بیت کوین

سختی شبکه (Network Difficulty) که به آن سختی استخراج (Mining Difficulty) هم می‌گویند، یک معیار در بلاک چین بیت کوین و ارزهای دیجیتال مبتنی بر مکانیزم اثبات کار است که میزان دشواری استخراج و ماینینگ را تعیین می‌کند. معیار سختی برای ثابت نگه‌داشتن فاصله زمانی بین استخراج بلاک‌ها، به‌صورت دوره‌ای کم و زیاد می‌شود تا این فاصله تقریباً ثابت باقی بماند. با افزایش هش ریت کل شبکه، سختی ماینینگ افزایش می‌یابد و با کاهش آن، سختی کاهش می‌یابد.

در این مطلب، نحوه محاسبه و تنظیم سختی استخراج در بلاک چین‌هایی مانند بیت کوین را بررسی کرده و به عوامل تأثیرگذار بر افزایش یاکاهش آن و همچینن تأثیر تغییر آن بر درآمد ماینرها می‌پردازیم.

سختی شبکه یا سختی استخراج چیست؟

سختی استخراج یا ماینینگ دیفیکالتی (Mining difficulty) که به آن سختی شبکه (Network Difficulty) نیز گفته می‌شود، یک واحد اندازه‌گیری در فرایند ماینینگ ارزهای دیجیتال است که میزان دشواری و زمان‌بربودن پیداکردن هش معتبر برای هر بلاک را مشخص می‌کند.

در شبکه‌های مبتنی بر مکانیزم اثبات کار (PoW)، افرادی به‌نام ماینر با دستگاه‌های تخصصی‌شان، در پیدا کردن هش معتبر برای بلاک‌ها و دریافت پاداش استخراج آن‌ها با یکدیگر رقابت می‌کنند. زمانی که مشارکت ماینرها و تعداد دستگاه‌های تخصصی‌شان در شبکه زیاد می‌شود، قدرت هش هر کدام از آن‌ها و در نتیجه، قدرت هش کل شبکه بالا می‌رود؛ در این حالت، ماینرها زودتر و راحت‌تر می‌توانند هش معتبر را برای بلاک‌ها پیدا کنند.

برای جلوگیری از این اتفاق، بلاک چین‌ها دارای معیاری به‌نام سختی شبکه هستند که میزان راحتی پیداکردن هش معتبر برای ماینرها را کاهش می‌دهد. هدف از این کار، ثابت نگه‌داشتن فاصله زمانی استخراج بین بلاک‌ها، حفظ یکپارچگی شبکه و کنترل میزان عرضه و پاداش ماینینگ بلاک‌هاست.

سختی ماینینگ بیت کوین چیست؟

سختی استخراج بیت کوین نیز به معیاری اشاره دارد که نشان می‌دهد یافتن یک بلاک جدید در بلاکچین این ارز دیجیتال چقدر چالش‌برانگیز است. سختی شبکه بیت کوین یک مقدار پویا و متغیر است که تقریباً هر دو هفته یک‌بار، یعنی پس از استخراج هر ۲٬۰۱۶ بلاک، تنظیم می‌شود تا سرعت ماین‌شدن بلاک‌ها ثابت باقی بماند.

اگر این سازوکار وجود نداشته باشد، ممکن است شبکه با نوسانات شدید در سرعت تولید بلاک مواجه شود. این اتفاق بر پردازش تراکنش‌ها و کاهش امنیت شبکه تأثیر زیادی دارد. بنابراین، با ورود ماینرهای بیشتر به شبکه یا خروج آن‌ها، سطح سختی تغییر می‌کند تا تعادل برقرار شود.

به‌طور خلاصه، در شبکه بیت کوین:

• میانگین زمان استخراج هر بلاک حدود ۱۰ دقیقه است.
• سختی استخراج تقریباً هر دو هفته (پس از ماین شدن ۲٬۰۱۶ بلاک) تنظیم می‌شود.
• این تنظیم باعث می‌شود بلاک‌های جدید با سرعتی ثابت ایجاد شوند.
• افزایش تعداد ماینرها ← افزایش سختی
• کاهش تعداد ماینرها ← کاهش سختی

بمب سختی (Difficulty Bomb) اتریوم چیست؟

بمب سختی (Difficulty Bomb) به افزایش عمدی و ناگهانی سختی استخراج در بلاک چین اتریوم اشاره داشت. اتریوم تا سپتامبر ۲۰۲۲ (شهریور ۱۴۰۱) مبتنی بر مکانیزم اثبات کار بود، اما توسعه‌دهندگان به دلایل مختلف از جمله افزایش تمرکززدایی در شبکه، تصمیم به مهاجرت به مکانیز اثبات سهام (PoS) گرفتند.

بمب سختی در بلاک شماره 15530314 و یک روز پیش از اجرای رویداد مرج (The Merge) در ۱۴ سپتامبر ۲۰۲۲ (۲۳ شهریور ۱۴۰۱) اجرایی شد. هدف از این بمب سختی، افزایش نمایی زمان لازم برای استخراج هر بلاک در اتریوم بود تا:

• ماینرها از استخراج پرمصرف و مبتنی بر انرژی دور شوند.
• امکان تمرکز در تولید و مالکیت ارز از بین برود.
• ایجاد فورک‌های بلاک چین کاهش یابد.
• نودها مجبور به به‌روزرسانی برای مهاجرت به اثبات سهام شوند.

از زمان مهاجرت اتریوم به مکانیزم اثبات سهام، میزان سختی شبکه ثابت و روی مقدار ۱ تنظیم شده است. در تصویر زیر، متوسط سختی ماینینگ اتریوم را مشاهده می‌کنید:

     

تا ۱۵٪ سود سالانه، بدون معامله

     

در استخر مشارکت سرمایکس، بدون نیاز به ترید یا تحلیل بازار، تا ۱۵٪ سود سالانه دریافت کن و دارایی دیجیتالت رو به جریان بنداز

شروع سرمایه‌گذاری

سختی شبکه بیت کوین چگونه محاسبه و تنظیم می‌شود؟

هر شبکه بلاکچینی، فرمول محاسبه سختی اختصاصی خود را دارد. محاسبه سختی شبکه بیت کوین براساس زمان صرف‌شده برای استخراج ۲٬۰۱۶ بلاک قبلی انجام می‌شود:

• اگر میانگین زمان استخراج هر بلاک کمتر از ۱۰ دقیقه باشد، سختی افزایش می‌یابد.
• اگر میانگین زمان استخراج هر بلاک بیشتر از ۱۰ دقیقه باشد، سختی کاهش می‌یابد.

این محاسبه بر پایه فرمولی است که زمان هدف برای تولید بلاک‌ها را با میانگین زمان واقعی استخراج آن‌ها مقایسه می‌کند. به‌این‌ترتیب شبکه بیت‌کوین پایدار می‌ماند و می‌تواند سطوح مختلفی از توان پردازشی یا همان هش ریت (Hashrate) کل شبکه را مدیریت کند.

پارامترهای هدر بلاک: نانس، بیتس و تارگت

برای درک نحوه تعیین سختی شبکه، ابتدا باید با چند پارامتر به‌نام نانس (Nonce)، بیتس (Bits)‌ و تارگت (Target) که در فرایند استخراج بیت کوین نقش دارند، آشنا شویم. در فرایند ماینینگ، کار اصلی ماینرها، پیدا کردن هش معتبر برای هدر بلاک‌هاست. در هدر یک بلاک نیز پارامترهای مختلفی قرار می‌گیرد که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید:

پارامتر Target و Bits

در بیت کوین، تارگت (Target) یک رشته ۲۵۶ بیتی است و محدوده قرارگیری هش بلاک را تعیین می‌کند. این رشته با ۰ شروع می‌شود و تعداد صفرهای اول آن، محدوده تعداد صفرهایی که باید در هش بلاک وجود داشته باشد را مشخص می‌کند. به عبارت دیگر، اگر تارگت با چند صفر شروع شود، هر هش معتبر هم باید با حداقل همان تعداد صفر شروع شود.

پارامتر ‌بیتس (Bits) نیز نسخه فشرده‌شده هدف یا تارگت است. هشی که ماینرها برای بلاک‌شان پیدا می‌کنند، باید کوچک‌تر یا مساوی بیتس/تارگت باشد. بنابراین:

• Target: مقدار واقعی که هش بلاک باید زیر آن قرار بگیرد.
• Bits: مقدار فشرده‌شده تارگت که تعیین‌کننده سختی بلاک است.

در شبکه بیت کوین، «سختی» با «تارگت» نسبت عکس و با «تعداد صفرهای اول هش» نسبت مستقیم دارد:

• هرچه تارگت بزرگ‌تر باشد ← پیدا کردن هش راحت‌تر ← سختی کمتر ← تعداد صفرهای اول هش کمتر
• هرچه تارگت کوچک‌تر باشد ← پیدا کردن هش سخت‌تر ← سختی بیشتر ← تعداد صفرهای اول هش بیشتر

در جدول زیر، مثالی از ارتباط سختی با تارگت و تعداد صفرهای اول یک هش معتبر را مشاهده می‌کنید:

پارامتر Nonce

نانس یک عدد ۳۲ بیتی است که ماینرها آن را بارها تغییر می‌دهند تا هشی بسازد که از مقدار تارگت (و بیتس که از آن استخراج شده) کوچک‌تر باشد. بنابراین:

• Nonce: چیزی است که ماینرها تغییر می‌دهند.
• می‌تواند از 0 تا 4,294,967,295 مقدار بگیرد.

اگر هیچ مقداری از نانس برای پیدا کردن هش معتبر نتیجه مناسب نداد، ماینرها مقادیر دیگر هدر را تغییر می‌دهند.

فرمول محاسبه سختی

فرمول کلی محاسبه سختی استخراج بیت کوین از فرمول نسبت تارگت پایه به تارگت فعلی محاسبه می‌شود:

سختی فعلی ÷ سختی تارگت پایه = سختی

مقدار Difficulty 1 Target نیز بزرگترین تارگت (یا همان کمترین سختی) است که شبکه بیت کوین می‌تواند تعیین کند و برابر مقدار زیر است:

00000000FFFF0000000000000000000000000000000000000000000000000000

این مقدار یک عدد ۲۵۶ بیتی شامل ۶۴ کاراکتر هگزادسیمال است و تنها ۴ کاراکتر F دارد. هنگامی‌که این مقدار به فرمت دسیمال تبدیل شود، یک عدد ۶۸ رقمی (معادل ۲ به توان ۲۲۴) ایجاد می‌کند. علاوه‌براین، حداقل مقداری که می‌توان برای سختی به‌دست آورد، ۱ است.

افزایش یا کاهش سختی

پس از ماین‌شدن ۲٬۰۱۶ بلاک (با میانگین ۱۰ دقیقه برای هر بلاک؛ یعنی ۱۴۴ بلاک در روز، به مدت ۱۴ روز)، شبکه بیت کوین سختی استخراج را دوباره براساس فرمول زیر محاسبه می‌کند:

سختی قبلی × (زمان مورد انتظار ÷ زمان واقعی) = سختی جدید

در این فرمول، Expected Time یا زمان موردانتظار از استخراج ۲٬۰۱۶ بلاک با میانگین ۱۰ دقیقه برای هر بلاک، برابر ۲۰٬۱۶۰ دقیقه است. حالا اگر برای مثال، زمان واقعی ماینینگ ۲٬۰۱۶ بلاک قبلی برابر ۱۷٬۵۷۰ دقیقه و سختی قبلی ۸۱,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ بوده باشد، سختی جدید شبکه برابر مقدار زیر خواهد بود:

70.5915T = ۱۷٬۵۷۰/۲٬۰۱۶ × 81T

در این مثال، سختی جدید، کمتر از سختی قبلی است.

مثالی از سختی شبکه بیت کوین

برای درک بهتر، بخشی از هدر بلاک جنسیس بیت کوین که توسط ساتوشی ناکاموتو استخراج شده است را در نظر بگیرید. در این تصویر:

• سختی شبکه تحت عنوان «Difficulty» برابر ۱ است.
• مقدار Bits برابر 1d00ffff یا در حالت ده‌دهی، برابر 486,604,799 است.
• مقدار Nonce برابر 0x7c2bac1d یا در حالت ده‌دهی، برابر 2,083,236,893 است.

نمودار تغییرات سختی شبکه بیت کوین از ابتدا تا امروز

نمودار زیر، میزان تغییرات سختی و قیمت بیت کوین از سال ۲۰۰۹ تا امروز در نوامبر ۲۰۲۵ را نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌کنید، میزان سختی شبکه بیت کوین در جولای ۲۰۲۱ یک کاهش چشم‌گیر داشته است؛ این اتفاق با ممنوعیت ماینینگ رمزارزها در چین و مهاجرت ماینرها به کشورهای دیگر همزمان بوده است. کاهش هش ریت کل شبکه در این زمان باعث کاهش سختی شد.

عوامل تأثیرگذار بر افزایش یا کاهش سختی شبکه کدامند؟

عوامل مختلفی بر افزایش یا کاهش سختی ماینینگ یک ارز دیجیتال تأثیر می‌گذارند.

نرخ هش شبکه

قدرت محاسباتی کل شبکه یا همان هش پاور، تأثیر مستقیمی بر افزایش یا کاهش سختی استخراج ارزهای دیجیتال دارد؛ هرچه ماینرهای بیشتری به شبکه بپیوندند و قدرت پردازشی بیشتری اضافه کنند، نرخ هش افزایش می‌یابد و شبکه برای حفظ تعادل، سختی استخراج را بالا می‌برد. بالعکس، اگر نرخ هش کاهش پیدا کند، سختی نیز کمتر می‌شود.

پایداری زمان تولید بلاک

بسیاری از ارزهای دیجیتال یک زمان هدف برای تولید هر بلاک دارند که به آن بلاک تایم (Block Time) می‌گویند. برای مثال، بلاک تایم بیت کوین ۱۰ دقیقه است. حال اگر ماینرها بلاک‌ها را سریع‌تر از این زمان هدف پیدا کنند، شبکه سختی را افزایش می‌دهد تا سرعت تولید بلاک‌ها به حالت عادی برگردد.

کارایی سخت‌افزارهای ماینینگ

پیشرفت‌های تکنولوژیک در سخت‌افزارهای استخراج نیز می‌تواند روی سختی اثر بگذارد. سخت‌افزارهای کارآمدتر می‌توانند معماهای استخراج را سریع‌تر حل کنند و این موضوع ممکن است نرخ هش شبکه را افزایش دهد، در نتیجه، سختی باید افزایش یابد تا بلاک تایم متعادل بماند.

امنیت شبکه

امنیت و یکپارچگی بلاک چین نیز یکی دیگر از عوامل تأثیرگذار است؛ وقتی سختی بالاتر باشد، یعنی هش ریت بالاتر است که کنترل اکثریت شبکه برای اجرای حمله ۵۱ درصدی را برای مهاجمان دشوارتر و پرهزینه‌تر می‌کند.

هاوینگ و سودآوری استخراج

سودآوری ماینینگ و ماهیت رقابتی استخراج ارزهای دیجیتال برای کسب پاداش نیز باعث افزایش یا کاهش سختی شبکه می‌شود. علاوه‌براین، رویدادهای هاوینگ مانند هاوینگ بیت کوین تأثیر مستقیمی بر درآمد ماینرها دارند. در این رویدادها، پاداش استخراج بلاک‌های جدید نصف می‌شود و ممکن است ادامه مشارکت در شبکه برای برخی از ماینرها صرفه اقتصادی نداشته باشد.

بنابراین، وقتی استخراج یک ارز دیجیتال سودآور باشد، ماینرهای بیشتری وارد شبکه می‌شوند و این امر باعث افزایش نرخ هش و افزایش سختی می‌شود. در دوره‌های کم‌سودتر، نیز برخی ماینرها از شبکه خارج می‌شوند و سختی کاهش می‌یابد.

تأثیر افزایش یا کاهش سختی استخراج بر ماینرها و کاربران چیست؟

تغییر سختی ماینینگ بیشترین تأثیر را بر ماینرها می‌گذارد و میزان سودآوری و سطح رقابت آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. کاربران نیز ممکن است با کندی یا بهبود سرعت تراکنش‌هایشان مواجه شوند.

سودآوری ماینرها

سودآوری کلی عملیات ماینینگ، اولین نتیجه تغییر سختی شبکه برای ماینرهاست. با افزایش سختی استخراج، حل معماهای رمزنگاری پیچیده‌تر و تأیید تراکنش‌ها دشوارتر می‌شود. در نتیجه، ماینرها ممکن است سخت‌تر بتوانند بلاک‌های جدید را استخراج کنند که این امر می‌تواند پاداش دریافتی آن‌ها را کاهش دهد.

سطح رقابت میان ماینرها

افزایش سختی استخراج معمولاً افزایش رقابت میان ماینرها را به‌دنبال دارد. برای حفظ رقابت‌پذیری، ماینرها باید روی سخت‌افزارهای کارآمدتر و پیشرفته‌تر سرمایه‌گذاری کنند.

برای مدیریت سختی بالاتر، ماینرها ممکن است مجبور شوند منابع بیشتری مانند برق و سیستم‌های خنک‌کننده تهیه کنند. این امر، هزینه‌های عملیاتی را بالا می‌برد و حاشیه سود آن دسته از ماینرهایی که هزینه بالایی برای تأمین برق دستگاه‌هایشان می‌پردازند یا ماینرهای کوچک‌تر که از تجهیزات کم‌کارآمدتر استفاده می‌کنند را کاهش می‌دهد.

سرعت تأیید تراکنش‌ها

افزایش سختی استخراج می‌تواند منجر به طولانی‌تر شدن زمان تأیید بلاک‌ها برای ماینرها و کاربران شود. این امر ممکن است سرعت پردازش تراکنش‌ها در بلاک‌چین را تحت تأثیر قرار دهد. کاربران ممکن است در دوره‌های سختی بالا با تأخیر در تأیید تراکنش‌ها مواجه شوند.

تأثیر افزایش یا کاهش سختی شبکه بر قیمت ارز دیجیتال چیست؟

سختی ماینینگ و قیمت ارز دیجیتال نیز رابطه نهفته‌ای باهم دارند و تغییر هر کدام می‌تواند بر دیگری تأثیر بگذارد.

معادله عرضه و تقاضا

همانطور که پیشتر اشاره کردیم، رویدادهای هاوینگ باعث نصف شدن پاداش استخراج می‌شوند. حال اگر قیمت ارز دیجیتال افزایش پیدا نکند تا کاهش پاداش را جبران کند، برخی ماینرها ممکن است ادامه استخراج را غیراقتصادی بدانند. نتیجه این اتفاق، خروج برخی از ماینرها، کاهش هش پاور شبکه و در نتیجه، کاهش سختی شبکه است.

در حالت دیگر، با کاهش پاداش بلاک‌ها در پی رویدادهای هاوینگ، عرضه کوین‌های جدید نیز کاهش می‌یابد. این یعنی عرضه کمتر می‌شود و درصورت افزایش یا حتی ثابت باقی‌ماندن تقاضا، قیمت ارز دیجیتال افزایش می‌یابد. افزایش قیمت می‌تواند باعث جذب ماینرهای جدید به شبکه، افزایش قدرت هش کلی شبکه و نهایتاً، افزایش سختی شود.

اگرچه همبستگی کلی میان قیمت بیت کوین و سختی استخراج وجود دارد، اما این رابطه تحت تأثیر عوامل مختلف قرار می‌گیرد و یک واکنش خطی و مستقیم نیست. اکوسیستم پویا و پیچیده بیت کوین می‌تواند تعاملاتی پیچیده میان قیمت و سختی ایجاد کند. در نمودار زیر، همبستگی میان قیمت و سختی شبکه بیت کوین را مشاهده می‌کنید:

هزینه انرژی

هزینه انرژی موردنیاز برای استخراج نیز می‌تواند روی قیمت ارزهای دیجیتال اثر بگذارد. هزینه‌های انرژی بالا می‌توانند فشار زیادی بر ماینرها وارد کنند و بر تصمیم آن‌ها برای ادامه یا توقف استخراج تأثیر بگذارند. این موضوع می‌تواند قدرت پردازشی کلی شبکه، امنیت شبکه و سرعت پردازش تراکنش‌ها را تحت تأثیر قرار دهد.

لیست ارزهایی که سختی شبکه دارند

همانطور که مشخص است، تمام ارزهای دیجیتال مبتنی بر مکانیزم اثبات کار و دارای فرایند ماینینگ، دارای معیارهای سختی هستند تا ثبات و امنیت شبکه حفظ شود. در ادامه، لیست برخی از این ارزها و سختی آن‌ها در مقایسه با بیت کوین را مشاهده می‌کنید:

روندهای آتی در سختی استخراج ارزهای دیجیتال

چندین روند می‌تواند چشم‌انداز استخراج ارزهای دیجیتال و در نتیجه سختی استخراج را تحت تأثیر قرار دهد. سختی استخراج بر اساس عواملی مانند نگرش سرمایه‌گذاران به بازار، تغییرات صنعت، پیشرفت‌های تکنولوژیک و موارد دیگر تغییر می‌کند. در ادامه، مهم‌ترین روندهایی که آینده سختی استخراج را شکل می‌دهند بررسی می‌کنیم.

تحولات کلی صنعت کریپتو

با بلوغ صنعت کریپتو، احتمالاً شاهد ورود ماینرهای نهادی با منابع بسیار بزرگ خواهیم بود که می‌تواند سختی استخراج را افزایش دهد. در مقابل، گسترش استفاده از الگوریتم‌های اجماع دیگر مانند اثبات سهام در برخی شبکه‌ها، می‌تواند بر سختی استخراج شبکه‌های مبتنی بر اثبات کار مانند بیت کوین اثر بگذارد.

پیشرفت در سخت‌افزارهای استخراج

تولید دستگاه‌های استخراج قوی‌تر و کارآمدتر می‌تواند سختی استخراج را تحت تأثیر قرار دهد. ماینرهایی که به جدیدترین تجهیزات دسترسی دارند، مزیت رقابتی دارند و این موضوع می‌تواند سختی شبکه را افزایش دهد.

پایداری و بهره‌وری انرژی

نگرانی‌های زیست‌محیطی صنعت را به سمت استخراج پایدارتر سوق می‌دهد. ماینرها به‌طور فزاینده‌ای از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند تا ردپای کربنی و هزینه‌های عملیاتی خود را کاهش دهند.

پیش‌بینی و مدل‌سازی

تحلیل داده و مدل‌های پیش‌بینی، اهمیت بیشتری در تخمین سختی ماینینگ در آینده پیدا می‌کنند. این ابزارها به ماینرها کمک می‌کنند تصمیم‌گیری بهتری درباره عملیات استخراج خود داشته باشند.

ارزهای دیجیتال نوظهور

با ظهور ارزهای دیجیتال جدید قابل‌استخراج، ماینرها ممکن است به سمت شبکه‌هایی با شرایط استخراج مطلوب‌تر حرکت کنند.
این موضوع می‌تواند بر سطح سختی شبکه‌های قدیمی‌تر مثل بیت‌کوین تأثیر بگذارد.

تغییرات قانونی

قوانین و سیاست‌های دولت‌ها درباره استخراج ارز دیجیتال می‌تواند صنعت را به‌شدت تحت تأثیر قرار دهد. ماینرها باید خود را با چارچوب‌های قانونی در حال تغییر وفق دهند.

جمع‌بندی

سختی شبکه (Network Difficulty) یکی از مهم‌ترین مکانیزم‌های بلاکچین‌های مبتنی بر مکانیزم اثبات کار است که تعادل استخراج، امنیت شبکه و سرعت پردازش تراکنش‌ها را حفظ می‌کند. با تغییر تعداد ماینرها و قدرت پردازشی شبکه، سختی نیز به‌طور پویا تنظیم می‌شود تا تولید بلاک‌ها با سرعت ثابت ادامه یابد. افزایش سختی باعث رقابت شدیدتر میان ماینرها و امنیت بالاتر شبکه می‌شود، درحالی‌که کاهش سختی می‌تواند نشانه خروج ماینرها یا کاهش سودآوری باشد. در نهایت، سختی شبکه بازتابی از سلامت، امنیت و پویایی اکوسیستم ماینینگ است.

سؤالات متداول