بیت کوین (Bitcoin) به عنوان اولین ارز رمزنگاری شده و پرچم دار صنعت کریپتو / رمزارزها، همچنان مورد توجه افراد زیادی در دنیا قرار دارد و جدا از علاقه مردم به خرید و فروش بیت کوین و کسب سود، توسعه دهندگان و کد نویسان زیادی در سرتاسر دنیا روی شبکه این رمز ارز کار می کنند. پروژه های زیادی برای بهبود بلاکچین بیت کوین راه اندازی شده و حتی رقبای جدی و قوی در بازار شروع به رشد کرده اند. اما سوال اینجاست که اولین شخصی که این ایده به ذهنش رسید چه نقشه و برنامه ای برای هدف خود داشته است؟

وایت پیپر (White Paper) بیت کوین (Bitcoin)

یک نسخه کاملا همتا به همتا از پول نقد دیجیتال، به پرداخت های الکترونیکی و آنلاین امکان می دهد تا بدون آن‌ که از سازمان های مالی عبور کنند، تراکنش ها را مستقیما بین طرفین ارسال کنند. امضاهای دیجیتالی بخشی از این راهکار را فراهم می سازند؛ اما اگر همچنان به شخص ثالث مورد اعتماد نیاز باشد تا از حمله دوبار خرج کردن (Double Spending) جلوگیری شود، مزایای اصلی این راهکار نیز از بین می رود.

ما راهکاری برای مشکل دوبار خرج کردن ارائه می دهیم که از یک شبکه همتا به همتا (Peer to Peer) استفاده می کند. این شبکه، بر روی تراکنش ها برچسب زمانی (TimeStamp) می گذارد؛ این امر با هشینگ (Hashing) تراکنش ها در زنجیره فعال گواه اثبات کار (PoW) و مبتنی بر هش (Hash) صورت می پذیرد و سابقه ای ایجاد می کند که بدون انجام مجدد گواه اثبات کار، غیر قابل تغییر است.

طولانی ترین زنجیره نه تنها به عنوان گواه توالی رویداد ها عمل می کند، بلکه گواه و اثباتی از جانب بزرگترین مخزن CPU (بزرگترین قدرت محاسباتی در شبکه) است. تا زمانی که بخش عمده ای از توان CPU تحت کنترل نودهایی (به کامپیوتر هایی که به شبکه بلاکچینی متصل هستند نود (Node) گفته می شود) باشد که در حمله به شبکه مشارکت نمی کنند، این نودها می توانند طولانی ترین زنجیره را ایجاد کنند و از مهاجمان پیشی بگیرند.

خودِ شبکه همتا به همتا (P2P) به ساختار یکنواخت نیاز دارد. پیام ها بر اساس بیشترین تلاش منتشر می شوند و نودها می توانند به صلاح دید خود از شبکه خارج یا به آن ملحق شوند و طولانی ترین زنجیره گواه اثبات کار را به عنوان گواه و اثبات اتفاقاتی که در غیاب آن ها رخ داده، بپذیرند.

می توان گفت که امور تجاری و مالی بر بستر اینترنت، منحصرا متکی بر سازمان های مالی است که به عنوان نهاد های شخص ثالث مورد اطمینان برای پردازش پرداخت های الکترونیکی عمل می‌کنند. اگر چه این سیستم برای اکثر تراکنش ها عملکرد خوبی دارد، اما همچنان دارای نقص و ضعف های موجود در مدل مبتنی بر اعتماد است.

تراکنش هایی کاملا غیر قابل برگشت امکان پذیر نیستند؛ زیرا سازمان های مالی نمی توانند از دخالت واسطه ها جلوگیری کنند. نتیجه وجود این واسطه ها، افزایش هزینه تراکنش ها، محدود سازی و از بین رفتن امکان انجام تراکنش های کوچک و عدم توانایی انجام تراکنش های غیر قابل برگشت برای سرویس های برگشت ناپذیر است. با توجه به برگشت پذیر بودن تراکنش ها، نیاز به اعتماد افزایش می یابد.

فروشندگان باید درباره مشتریان خود محتاط باشند و از آن ها اطلاعات بیشتری را درخواست کنند که در شرایط دیگر، نیازی به این اطلاعات وجود ندارد. درصدی از کلاهبرداری ها نیز اجتناب ناپذیر است. با استفاده از ارزهای واقعی و فیزیکی می توان از این هزینه ها و شرایط نامطمئن پرداخت ها و تراکنش ها اجتناب کرد؛ اما هیچگونه مکانیزم مشخصی وجود ندارد که بدون نهاد مورد اطمینان و معتبر بتوان به انجام تراکنش در یک کانال ارتباطی پرداخت.

در اینجا به چیزی که نیاز است، یک سیستم پرداخت الکترونیکی مبتنی بر رمزنگاری (Cryptocurrency) به جای اعتماد است. این سیستم به دو طرف تراکنش امکان می دهد که بدون نیاز به نهاد شخص ثالث مورد اطمینان، مستقیما با یکدیگر تراکنش انجام دهند. تراکنش هایی که از لحاظ محاسباتی و پردازشی غیر قابل برگشت باشند، از فروشندگان در مقابل کلاهبرداری ها محافظت می کنند و به راحتی می توان مکانیزم های رایج اسکرو (Escrow یا ضمانت نامه ای) را برای محافظت از خریداران پیاده سازی کرد.

در این مقاله، راهکاری برای مشکل دوبار خرج کردن ارائه می شود که از سرور بر چسب زمانی توزیع شده و همتا به همتا استفاده می کند، تا گواه محاسباتی از ترتیب زمانی تراکنش ها را ایجاد کند. تا زمانی که نودهای درست کار و سالم نسبت به نودهای بدکار، بخش بیشتری از توان CPU را تحت کنترل خود داشته باشند، این سیستم نیز ایمن باقی می ماند.

بیت کوین (تراکنش ها)

ما یک کوین (سکه) الکترونیکی را به عنوان زنجیره ای از امضاهای دیجیتالی تعریف می کنیم. هر دارنده، کوین خود را با امضای دیجیتالی هش تراکنش قبلی و کلید عمومی دارنده بعدی و افزودن این موارد به انتهای کوین، کوین مد نظر را به فرد بعدی انتقال می دهد. دریافت کننده کوین می تواند امضاها را بررسی و تایید کند تا بدین ترتیب، زنجیره مالکیت ها نیز تایید شود.

مشکلی که وجود دارد، این است که دریافت کننده نمی تواند این موضوع را تایید کند که آیا یکی از دارندگان کوین به دوبار خرج کردن کوین مد نظر پرداخته است یا خیر. راهکار رایج برای این موضوع، معرفی مسئول مرکزی مورد اطمینان (Trusted Central Authority) یا مینت (Mint) است (در شبکه بیت کوین، مسئول مرکزی مورد اعتماد با نام مینت شناخته می شود)، که به بررسی تمام تراکنش ها و احتمال وجود دوبار خرج کردن می پردازد.

پس از هر تراکنش، کوین مذکور باید به مینت برگردد تا کوین جدیدی صادر شود و فقط می توان به کوین هایی که مستقیما از جانب مینت صادر شده اند اطمینان کرد که دوبار خرج نشده اند. مشکل این راهکار این است که کنترل کل سیستم پولی در دستان شرکتی است که مینت را اداره می کند؛ زیرا تمام تراکنش ها از طریق این شرکت انجام می شوند. در نتیجه، شرایطی کاملا مشابه با بانک ها به وجود می آید.

ما به روشی برای دریافت کننده نیاز داریم، که متوجه شود دارندگان قبلی، هیچ تراکنش قبلی را امضا نکرده اند. در همین راستا، اولین تراکنش، تراکنشی است که به آن توجه می کنیم؛ بنابراین تلاش ها و اقدامات پس از آن برای دوبار خرج کردن دیگر اهمیتی ندارد. تنها روش برای تایید عدم حضور تراکنش، این است که از تمام تراکنش ها آگاه باشیم.

در مدل مبتنی بر مینت، خودِ Mint از تمام تراکنش ها است و تصمیم می گیرد که کدام تراکنش به عنوان تراکنش اول در نظر گرفته شود. به منظور دستیابی به این شرایط بدون حضور نهاد شخص ثالث قابل اعتماد، تراکنش ها باید به طور عمومی اعلام شوند. همچنین به سیستمی نیاز داریم که در آن، شرکت کنندگان در خصوص سابقه ای واحد از ترتیب انجام تراکنش ها توافق کرده باشند. دریافت کننده به گواه و اثباتی نیاز دارد که بداند در زمان هر تراکنش، اکثر نودها توافق کرده باشند که آن تراکنش صورت گرفته است.

بیت کوین و سرور برچسب زمانی (Time Stamp Server)

راهکاری که ارائه داده ایم با یک سرور برچسب زمانی (Timestamp Server) آغاز می شود. عملکرد سرور برچسب زمانی اینگونه است که هش بلاک متشکل از آیتم هایی که برچسب زمانی بر روی آن ها قرار داده می شود را انتخاب کرده و آن هش را به طور عمومی منتشر می کند. تایم استمپ اثبات می‌کند که داده ها باید در زمان انجام تراکنش وجود داشته باشند تا وارد هش شوند. هر برچسب زمانی شامل برچسب زمانی قبلی در هش خود است. بدین ترتیب، زنجیره ای شکل می گیرد که هر برچسب زمانی از Timestamp قبل از خود حمایت می کند.

بیت کوین و گواه اثبات کار (Proof of Work)

به منظور پیاده سازی یک سرور برچسب زمانی توزیع شده به صورت همتا به همتا (P2P)، ما باید از سیستم گواه اثبات کاری مشابه با هش کَش (HashCash) آدام بک (Adam Back) استفاده کنیم. گواه اثبات کار شامل اسکن کردن مقداری است که پس از هش شدن (برای مثال با SHA-256)، هش مورد نظر یا تعدادی از بیت های صفر آغاز شود. میانگین کار مورد نیاز به تعداد بیت های صفر مورد نیاز، تصاعدی است و می توان با اجرای یک هش آن را بررسی و تایید کرد.

در شبکه تایم استمپ ما، گواه اثبات کار را با افزودن نانس (Nonce) به بلاک اجرا می کنیم. این عمل تا آنجایی ادامه می یابد که مقداری که شامل بیت های صفر مورد نیاز برای هش بلاک باشد، به دست آید. به محض آنکه توان CPU تا حد مورد نیاز گواه اثبات کار افزایش یابد، بلاک مذکور غیر قابل تغییر می شود؛ مگر این که تمام این فرایند مجددا تکرار شود. از آنجایی که بلاک های بعدی به بلاک های قبلی متصل هستند، تغییر دادن بلاک شامل تغییر تمام بلاک ها است.

گواه اثبات کار (PoW) همچنین مشکل موجود در تصمیم گیری مبتنی بر اکثریت را بر طرف می کند. اگر اکثریت بر اساس مدل |”هر آدرس IP دارای یک حق رای” باشد، ممکن است یک فرد با در اختیار داشتن چندین IP، از این موضوع به نفع خود بهره ببرد. گواه اثبات کار در اصل بر اساس “هر CPU دارای یک حق رای” است. تصمیم اکثریت توسط طولانی ترین زنجیره ای تعیین می شود، که بیشترین اثبات کار را به خود اختصاص داده است.

اگر اکثریت توان CPU تحت کنترل نودهای درستکار و سالم باشد، زنجیره سالم سریع تر رشد می کند و از زنجیره های رقیب خود پیشی می گیرد. برای اصلاح و تغییر بلاک قبلی، مهاجم باید گواه اثبات کار بلاک مد نظر و تمام بلاک های بعدی را تغییر دهد و سپس از کار نودهای درستکار پیشی بگیرد. در ادامه نشان خواهیم داد که با اضافه شدن هر بلاک بعدی، احتمال حمله مهاجم کندتر، به طور تصاعدی کاهش می یابد.

به منظور هماهنگی و جبران افزایش سرعت سخت افزار ها و علاقه مختلف نودها در طول زمان، سختی گواه اثبات کار توسط میانگین متحرکی کنترل می شود، که میانگین تعداد تولید بلاک‌ در هر ساعت را هدف خود قرار می دهد؛ اگر بلاک ها با سرعت بسیار زیادی ایجاد شوند، سختی گواه اثبات کار افزایش می یابد.

بیت کوین و شبکه آن

مراحل اجرای شبکه همتا به همتا عبارتند از:

1. تراکنش های جدید به تمام نودها مخابره می شود.
2. هر نود، تراکنش های جدید را در یک بلاک جمع آوری می کند.
3. هر نود روی یافتن اثبات کار دشوار برای بلاک خود کار می کند.
4. پس از آنکه نود، گواه اثبات کار مد نظر خود را پیدا کرد، آن بلاک را به تمام نودها مخابره و منتشر می کند.
5. نودها فقط در صورتی بلاک مذکور را می پذیرند، که تراکنش های موجود در آن معتبر باشند و قبل از آن، خرج نشده باشند.
6. نودها با تلاش برای ایجاد بلاک بعدی در زنجیره، موافقت خود در خصوص پذیرش بلاک را اعلام می کنند و از هش بلاک پذیرفته‌ شده به عنوان هش بلاک قبلی استفاده می کنند.

نودها همواره طولانی ترین زنجیره را به عنوان زنجیره صحیح و پذیرفته شده در نظر می گیرند و روی گسترش آن کار می کنند؛ اگر دو نود به طور همزمان نسخه های متفاوتی از بلاک بعدی را منتشر کنند، ممکن است بعضی از نودها یکی از این دو بلاک را انتخاب کنند و نودهای دیگر نیز بلاک دیگر را به عنوان بلاک صحیح در نظر بگیرند.

در این حالت، نودها روی اولین بلاکی که دریافت کرده اند کار می کنند؛ اما برای احتیاط، زنجیره دیگر را نیز ذخیره می کنند تا در صورتی که زنجیره دیگر طولانی تر شد، از آن استفاده کنند. این شرایط هنگامی بر طرف می شود که گواه اثبات کار بعدی پیدا شود و یکی از زنجیره ها طولانی تر شود. در این صورت، نودهایی که بر روی زنجیره دیگر کار می کردند، به زنجیره طولانی تر منتقل می شوند.

لزوما نیازی نیست که تراکنش های جدیدی که منتشر می شوند، به دست تمام نودها برسند؛ تا زمانی که تراکنش های جدید در اختیار اکثریت نودها قرار بگیرد، می توان آن ها را در بلاک قرار داد. همچنین بلاک های منتشر شده می توانند حاوی پیام نیز باشند.

اگر یک نود بلاکی را دریافت نکند، هنگامی که بلاک بعدی را دریافت کرد، بلاک قبلی را درخواست می کند و متوجه می شود که یک بلاک را از دست داده است.

پاداش و مشوق در بیت کوین (Bitcoin)

تراکنش اول در یک بلاک، تراکنش ویژه ای است که آغاز گر کوین جدیدی متعلق به سازنده بلاک است. این موضوع، مشوقی برای نودها محسوب می شود تا از شبکه حمایت کنند و روشی فراهم می سازد که توزیع کوین ها به موجودی در گردش را امکان پذیر سازد؛ زیرا هیچگونه نهاد و مسئول مرکزی برای صدور کوین ها وجود ندارد.

افزودن مستمر و تدریجی مقدار ثابتی از کوین های جدید، مشابه با استخراج کنندگان طلا است؛ زیرا معدنچیان (Miner) در صدد گسترش منابع و معادن جدید هستند تا موجودی طلای در گردش را افزایش دهند. در این مورد، برق و زمان کارکرد CPU، منابعی محسوب می شوند که گسترش می یابند.

مشوق ها می توانند به صورت کارمزد تراکنش ها نیز باشند. اگر مقدار خروجی تراکنش کمتر از مقدار ورودی باشد، اختلاف ورودی و خروجی در واقع کارمزد تراکنش است، که به مقدار پاداش بلاک شامل تراکنش افزوده می شود. پس از آنکه مقدار از پیش تعیین شده ای از کوین ها به طور کل استخراج شوند و به موجودی در گردش وارد شوند، پاداش بلاک ها کاملا به صورت کارمزد تراکنش ها و بدون تورم خواهد شد.

این پاداش می تواند نودها را تشویق کند که به عنوان نود درستکار و سالم به فعالیت خود ادامه دهند. اگر حمله کننده بتواند توان پردازشی بیشتری نسبت به تمام نودهای درستکار به دست آورد، می تواند از توان پردازشی خود، برای کلاهبرداری از مردم از طریق سرقت و بازگرداندن پرداخت خود استفاده کند و یا از این توان پردازشی برای تولید کوین های جدید بهره ببرد. این فرد سرانجام متوجه می شود که اگر طبق قوانین عمل کند، سود بیشتری کسب خواهد کرد؛ زیرا این قوانین به نفع او خواهند بود و بدین ترتیب، کوین های بیشتری نسبت به مجموع کوین های نودهای دیگر به دست می آورد.

اختصاص فضای ذخیره سازی

پس از آن که تعداد بلاک های کافی روی تراکنش آخر قرار گرفتند (تعداد تاییدیه ها به حد کافی رسید)، می توان تراکنش های قبلی را در هارد دیسک ذخیره سازی کرد. به منظور تسهیل این موضوع بدون آنکه هش بلاک شکسته شود، تراکنش ها در درخت مرکل (Merkle Tree) هش می شوند، به طوری که فقط ریشه درخت مرکل در هش بلاک وجود داشته باشد. با بریدن شاخه های درخت، می توان بلاک های قدیمی را فشرده سازی کرد، نیازی به ذخیره سازی هش های داخلی وجود ندارد.

حجم هدر بلاک بدون تراکنش تقریبا ۸۰ بایت است. اگر فرض کنیم که هر ۱۰ دقیقه یک بلاک تولید می شود، سالانه ۴.۲ مگابایت فضا برای ذخیره سازی نیاز است.

۸۰ بایت * ۶ * ۲۴ * ۳۶۵ = ۴.۲ مگابایت

با توجه به اینکه سیستم های کامپیوتری ای در سال ۲۰۰۸ معمولا دارای ۲ گیگابایت رم هستند و قانون مور (Moore’s Law) رشد کنونی ۱.۲ گیگابایت در سال را پیش بینی می کند، نباید مشکلی از بابت فضای ذخیره سازی وجود داشته باشد.

(قانون مور مفهومی برای “مشاهده” است که در سال ۱۹۶۵ توسط گوردن مور (Gordon Moore) بنیانگذار شرکت Intel ابداع شده است. این مفهوم به این معنی است که تعداد ترانزیستور های داخل IC ها، هر ۲ سال دو برابر می شوند؛ یعنی هر دو سال، تعداد قطعاتی که در تجهیزات الکترونیکی به کار می روند، بیشتر می شوند. در وایت پیپر بیت کوین، قانون مور به رشد و قدرتمندتر شدن قطعات کامپیوتری در مدت کوتاه اشاره می کند).

تاییدیه ساده سازی شده تراکنش ها در بیت کوین

تایید پرداخت ها و تراکنش ها بدون اجرای یک نود کامل امکان پذیر است؛ یک کاربر فقط باید نسخه ای از هدرهای بلاک طولانی ترین زنجیره گواه اثبات کار را نزد خود نگه داشته باشد. کاربر مذکور می تواند با تحقیق از نودهای شبکه، مطمئن شود که طولانی ترین زنجیره را در اختیار دارد و شاخه مرکلی را نزد خود نگه دارد که تراکنش را به بلاک دارای برچسب زمانی متصل می کند. خود این کاربر نمی تواند به بررسی تراکنش ها بپردازد؛ بلکه با ارتباط دادن تراکنش با جایگاهی در زنجیره و سپس موافقت یا عدم موافقت نود شبکه با آن، می تواند تراکنش را بررسی و تایید کند.

بدین ترتیب، تا زمانی که نودهای درستکار و سالم شبکه را تحت کنترل داشته باشند، تایید تراکنش را می توان معتبر در نظر گرفت؛ اما اگر شبکه تحت کنترل مهاجم باشد، تایید تراکنش به شدت آسیب پذیر می شود. اگر چه نودهای شبکه می توانند به تایید تراکنش ها بپردازند، اما تراکنش ساختگی حمله کننده می تواند این روش ساده ساده سازی شده را فریب دهد.

یکی از استراتژی ها برای محافظت از شبکه در مقابل این موضوع، پذیرش هشدار ها از جانب نودهای شبکه هنگام شناسایی بلاک نا معتبری است، که از نرم افزار کاربر می خواهد تا بلاک کامل را دانلود کند و تراکنش های هشدار داده شده را تایید کند.

ترکیب و جداسازی مقادیر در بیت کوین

اگر چه مدیریت کوین ها به‌ صورت جداگانه امکان‌ پذیر است، اما ایجاد یک تراکنش جداگانه برای انتقال هر سِنت منطقی و مناسب نیست. به منظور امکان پذیر ساختن ترکیب و جداسازی مقادیر، تراکنش ها شامل چندین ورودی و خروجی هستند؛ معمولا یک ورودی از تراکنش بزرگ تر قبلی یا چندین ورودی ترکیب شده از چند مقدار کوچک تر و حداکثر دو خروجی وجود دارد، که یک خروجی برای پرداخت و دیگری برای بازگرداندن مقدار باقی مانده تراکنش (اگر باقی مانده وجود داشته باشد) به ارسال‌ کننده به کار می روند.

این نکته قابل ذکر است که در شرایطی که یک تراکنش به چندین تراکنش دیگر و آن چند تراکنش دیگر نیز به تعداد بسیار زیادی از تراکنش های دیگر وابسته اند، مشکلی وجود ندارد؛ هرگز به داشتن نسخه جداگانه ای از سابقه تراکنش ها نیازی نیست.

حریم خصوصی تعریف شده در بیت کوین

مدل بانکداری سنتی، با محدود سازی دسترسی به اطلاعات برای طرفین تراکنش و اشخاص ثالث مورد اطمینان، سطحی از حریم خصوصی را امکان پذیر می سازد. ضرورت اعلام عمومی تمام تراکنش ها، مانع از انجام این روش می شود؛ اما همچنان با شکستن جریان اطلاعات به روش دیگر می توان حریم خصوصی را حفظ کرد.

این روش، ناشناس نگه داشتن کلیدهای عمومی است. عموم افراد می توانند ارسال تراکنش افراد به یکدیگر را مشاهده کنند، اما اطلاعاتی وجود ندارد که تراکنش مورد نظر را به افراد مرتبط کند. این موضوع مشابه با سطح اطلاعات منتشر شده توسط بازار بورس است که در آن، زمان و حجم معاملات هر معامله به صورت عمومی اعلام می شود، اما طرفین معامله مشخص نمی شوند.

به عنوان یک لایه و دیوار امنیتی اضافی، باید از جفت کلید جدیدی برای هر تراکنش استفاده کرد، تا ارتباط تراکنش با ارسال کننده فاش نشود.

فاش شدن بعضی از ارتباطات با تراکنش هایی که چند ورودی دارند اجتناب ناپذیر است؛ در این تراکنش ها باید مشخص شود که ورودی ها متعلق به یک دارنده یکسان هستند. خطر موجود در اینجا این است که اگر هویت دارنده کلید مشخص شود، ارتباط موجود می تواند سایر تراکنش های متعلق به این دارنده کلید را افشا کند.

محاسبات در شبکه بیت کوین (Bitcoin)

ما شرایطی را در نظر می گیریم که در آن، مهاجم سعی می کند زنجیره جایگزین دیگری ایجاد کند که سریع تر از زنجیره سالم اصلی است. حتی در صورت محقق شدن این شرایط، باز هم ایجاد تغییرات دلخواه در سیستم امکان پذیر نیست؛ این تغییرات می توانند شامل ایجاد ارزش از هیچ، یا برداشت پولی باشد که متعلق به حمله‌ کننده نیست.

نودها تراکنش های نامعتبر را به عنوان پرداخت نمی پذیرند و نودهای درست کار هرگز بلاک های شامل این تراکنش ها را نمی پذیرند. مهاجم صرفا می تواند سعی کند یکی از تراکنش های خود را تغییر دهد تا پولی که اخیرا خرج کرده است را برگرداند.

رقابت زنجیره سالم و زنجیره متعلق به حمله کننده را می توان به عنوان گام تصادفی دو جمله ای (Binomial Random Walk) در نظر گرفت (در ریاضیات یک گام تصادفی، فرآیند رندومی است که مسیری را توصیف می کند، که متشکل از مراحل متوالی تصادفی در فضای ریاضی است). موفقیت هنگامی رخ می دهد که زنجیره سالم توسط یک بلاک گسترش یابد؛ فاصله زنجیره سالم از زنجیره مهاجم، باید یک بلاک بیشتر باشد. شکست هنگامی رخ می دهد که زنجیره حمله کننده، یک بلاک نسبت به زنجیره سالم بیشتر باشد.

احتمال این که حمله کننده از زنجیره سالم پیشی بگیرد، همانند مشکل «پاکباختگی قمار باز» (Gambler’s Ruin) است. قمار بازی با اعتبار نامحدود را در نظر بگیرید که از چند دست عقب تر بازی‌ را شروع می کند و تعداد نامحدودی دست بازی می کند تا به شرایط برابر دست یابد. ما می توانیم احتمال رسیدن به شرایط برابر را محاسبه کنیم، که همان احتمال رسیدن حمله‌ کننده به زنجیره سالم است. فرمول محاسبه این موضوع به شرح زیر است:

• احتمال یافتن بلاک بعدی توسط نود درستکار برابر است با p
• احتمال یافتن بلاک بعدی توسط حمله کننده برابر است با q
• احتمال رسیدن مهاجم به نود درستکار از z بلاک قبل، برابر است با qz

با توجه به فرض ما که p>q است، با این که تعداد بلاک های حمله کننده افزایش می یابد (تا به بلاک های زنجیره سالم برسد)، احتمال حمله به صورت تصاعدی کاهش می یابد. با توجه به اینکه شرایط به ضرر مهاجم است، اگر او زودتر اقدام نکند، شانس او برای رسیدن به نود درستکار بسیار کم می شود و فاصله زیادی بین آن ها ایجاد خواهد شد.

اکنون این شرایط را در نظر می گیریم که دریافت کننده تراکنش جدید، چه مقدار باید صبر کند تا مطمئن شود ارسال کننده نمی‌ تواند تراکنش را تغییر دهد. فرض می کنیم که ارسال کننده در واقع حمله کننده ای است که می خواهد دریافت کننده باور کند مدتی است که به او پرداخت انجام شده و سپس، شرایط را به صورتی تغییر می دهد تا پرداخت های انجام شده به خود ارسال کننده باز پرداخت شود. هنگامی که این موضوع رخ می دهد، به دریافت کننده هشدار داده می شود؛ اما ارسال کننده امیدوار است که برای هشدار دادن دیر شده باشد.

دریافت کننده یک جفت کلید جدید ایجاد می کند و اندکی قبل از امضا کردن، کلید عمومی را به ارسال‌ کننده می دهد. این موضوع، از آماده سازی زودتر زنجیره بلاک ها توسط ارسال‌ کننده و جلو افتادن او جلوگیری می کند. پس از ارسال تراکنش، ارسال کننده ناسالم به طور مخفیانه روی زنجیره موازی، که شامل نسخه جایگزین تراکنش خود اوست، کار می کند.

دریافت‌ کننده صبر می‌کند تا تراکنش به بلاک افزوده شود و به تعداد z بلاک پس از آن پیوند بخورد. دریافت‌ کننده نمی داند که مهاجم تا چه حد پیشروی کرده است؛ اما با فرض بر اینکه همان میانگین زمان مورد انتظار نیاز است تا بلاک های سالم و درستکار ایجاد شوند، پیشروی حمله کننده برابر با توزیع پواسون (Poisson distribution) با مقدار مورد انتظار است (در فرضیه آمار و احتمالات، توزیع پواسون یک توزیع احتمال گسسته است که احتمال وقوع تعداد معینی از رویداد ها را در بازه زمانی یا مکانی ثابت (در صورتی که این رویداد ها با یک نرخ میانگین ثابت شناخته شده و مستقل از زمان آخرین رویداد رخ دهد) بیان می کند).

با اجرای چند مورد از نتایج، می توانیم مشاهده کنیم که احتمال مذکور با z به طور تصاعدی کاهش می یابد.

برای مقادیر P کمتر از ۰.۱٪ محاسبه می کنیم.

در انتها

ما سیستمی برای تراکنش های الکترونیکی بدون نیاز به اعتماد معرفی کردیم. در ابتدا، چارچوب معمول برای ایجاد کوین از امضاهای دیجیتالی را بیان کردیم، که کنترل مالکیت بسیار خوبی را فراهم می سازد؛ اما بدون داشتن روشی برای جلوگیری از دوبار خرج کردن، ناقص به نظر می رسد. به منظور برطرف کردن این موضوع، شبکه ای همتا به همتا (P2P) را معرفی کردیم که از گواه اثبات کار برای ثبت سابقه عمومی تراکنش ها استفاده می کند؛ شبکه ای که اگر نودهای درستکار بخش عمده ای از توان پردازشی را در اختیار داشته باشند، تغییر سوابق تراکنش ها برای حمله‌ کننده غیر ممکن می شود.

این شبکه با وجود سادگی بدون ساختار خود، قدرتمند است. نودها همگی به صورت همزمان و با هماهنگی بسیار کم کار می کنند. از آنجایی که پیام ها به مکان مشخصی هدایت نمی شوند و فقط بر اساس “انجام بیشترین تلاش” کار می کنند، نیازی به شناسایی شدن نودها وجود ندارد. نودها می توانند با خواست خود از شبکه خارج شده و دوباره به آن ملحق شوند و زنجیره گواه اثبات کار (PoW) را به عنوان اثباتی از اتفاقاتی که در غیاب آن ها رخ داده است، بپذیرند. نودها با توان پردازشی خود رای می دهند و با تلاش برای گسترش بلاک ها، پذیرش بلاک های معتبر را اعلام می کنند و با عدم کار روی بلاک های نامعتبر، این نوع بلاک ها را رد می کنند؛ با این مکانیزم اجماع، می توان هرگونه مشوق یا قانون ضروری را اعمال کرد.