گواه اثبات کار شکلی از روش اثبات با دانش صفر رمزنگاری شده (Cryptographic Zero-Knowledge Proof) است که یک طرف آن (اثبات کننده) به طرف دیگر (تایید کننده) اثبات می کند که محاسبات خاص و مورد نیاز را انجام داده است. تاییدکنندگان نیز متعاقبا این عمل را با حداقل تلاش تایید می کنند.

الگوریتم اثبات کار در شبکه های بلاکچینی، یک الگوریتم است که امنیت بسیاری از رمز ارزها از جمله بیت کوین و لایت کوین، دوج کوین و… را تامین می کند.

در سال ۲۰۰۹ یک پول دیجیتالی به نام بیت کوین به دنیا معرفی شد که قابل هک کردن نبود. بیت کوین یک تفاوت اساسی با دیگر ارزهای دیجیتالی پیش از خود داشت و آن، عدم نابودی یا هک شدن آن بود. بزرگترین رمز ارز دنیا روش جدیدی را برای استفاده از گواه اثبات کار پیدا کرد؛ در این شبکه گواه اثبات کار (PoW) به همراه هشینگ به کار رفت تا در سیستم ماینینگ به کار رود و روشی باشد که از نفوذ هکرها جلوگیری کند.

گواه اثبات کار در شبکه بیت کوین، در واقع یک نوع الگوریتم اجماع است که برای تایید و اعتباربخشی به تراکنش ها و افزودن بلاک های جدید به شبکه بلاک چین مورد استفاده قرار می گیرد. این یک مکانیزم است که باعث به اجماع رسیدن و یا توافق بر روی چیزهایی مانند موجودی آدرس ها و ترتیب تراکنش ها در شبکه غیرمتمرکزی مانند بیت کوین و اتریوم می شود.

در واقع به دلیل وجود این الگوریتم در بلاکچین است که ماینرها با یکدیگر رقابت دارند تا تراکنش ها را حل کنند و به بلاک بیافزایند.

برای سهولت فهم موضوع، اینطور در نظر بگیرید که در الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW)، ماینرها با یکدیگر بر سر حل معماهای پیچیده محاسباتی به رقابت می پردازند. این معماها به سختی حل می شوند، اما بلافاصله پس از حل شدن امکان تایید شدن آن توسط دیگران وجود دارد. بنابراین زمانی که یک ماینر پاسخ این یک معما که در واقع هش یک بلاک است را پیدا می کند، آن بلاک را به شبکه ارسال می نماید. سایر ماینرها این پاسخ را تایید می کند و بلاک مذکور طی مدت کوتاهی تایید می شود.

در الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW)، برای ایجاد یک بلاک در بلاکچین، باید یک بازی انجام دهید! بازی حدس زدن! فرض کنید تابعی وجود دارد (مثلا تابعی که بیت کوین استفاده می کند SHA-256 نام دارد)، که جواب یا ویژگی های خاص جواب مورد قبولی که با آن بدست آورده می شود، توسط پروتکل مشخص شده است.

شما باید برای رسیدن به آن جواب، متغیرهای تابع را تغییر داده و با آزمون و خطا، بهترین ترکیب را برای دستیابی به متغیر درست بدست آورید. در الگوریتم PoW؛ فرمول به دست آوردن هش (Hash) بلاک باید به صورتی باشد که تغییر حتی یک کاراکتر در داده های شما نتیجه ای کاملا متفاوت تولید کند و بنابراین هیچ راهی برای پیش بینی خروجی وجود نداشته باشد.

مثلا در الگوریتم اجماع بیت کوین با استفاده از تابع SHA-256، همیشه هش هایی با ۶۴ کاراکتر تولید می شود که تغییر حتی یک ورودی، کل هش را تغییر می دهد.

هر بلاک حاوی اطلاعات مربوط به تمام تراکنش هایی است که در آن قرار گرفته که ترکیب آن داده ها با هم یک هش ثابت (فرض کنید A) را تولید می کند. از آنجایی که A همیشه ثابت است، برای تولید هش و دستیابی به محدوده جواب مورد قبول (فرض کنید Y محدوده جواب و یا پاسخی با شرایط و ویژگی های خاصی است که سیستم آن را قبول دارد)، باید اطلاعات اضافی را با این داده ها به عنوان متغیر تصادفی ترکیب کنید.

این داده متغیر همان چیزی است که ما آن را نانس (nonce) می نامیم، عددی که هر بار آن را تغییر می دهید، یک پاسخ متفاوت از تابع یا هش متفاوتی دریافت می کنید. در واقع با ترکیب کردن نانس های متفاوت با A، هر بار هش متفاوتی تولید می کنید تا تصادفا به جواب مورد نظر در محدوده Y برسید و با اعلام آن به شبکه، در ماینینگ به روش اثبات کار، شانس خود را برای به اصطلاح بستن و استخراج یک بلاک در زنجیره امتحان کنید.

خلاصه کلام این است که در الگوریتم PoW شما با به دست آوردن نانس مورد نظر، در فرآیند استخراج یا ماینینگ رمز ارز شرکت کرده و به شبکه اثبات می کنید که وقت و انرژی لازم را صرف کرده و مستحق پاداش هستید.

در این روش، ماینینگ فرآیند جمع‌آوری داده های بلاکچین و هش کردن آن به همراه یک nonce است تا زمانی که هش خاصی را پیدا کنید و حق اضافه کردن بلاک جدیدی را به مجموعه بلاکچین داشته باشید. در نظر بگیرید که هرچه هش ریت (Hashrate) شبکه بیشتر باشد، یافتن هش معتبر و استخراج بلاک دشوارتر است. همه این کارها برای اطمینان از این است که بلاک ها خیلی سریع پیدا نشوند و همانطور که می توانید تصور کنید، تلاش برای حدس زدن مقادیر زیادی هش می تواند چقدر هزینه و انرژی بر باشد.

الگوریتم اثبات کار مثلا در مورد بیت کوین به صورت افزودن یک بلاک جدید در هر ۱۰ دقیقه است. برای انجام این کار، خود سیستم سختی استخراج بیت کوین را بسته به سرعتی که ماینرها بلاک ها را اضافه می کنند، تنظیم می کند. اگر استخراج خیلی سریع انجام شود، محاسبات هش سخت تر می شود و اگر خیلی کند پیش برود، رسیدن به هش مورد نظر راحت تر است.

مفهوم اولیه الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) در سال ۱۹۹۳ توسط توی سینتیا دورک (Cynthia Dwork) و مونی نائور (Moni Naor) به منظور جلوگیری از حملات به سرویس های اینترنتی ارائه شد اما هیچگاه کاربردی نشد. DoS یک نوع حمله سایبری است که در آن، مهاجم به دنبال ایجاد اختلال برای استفاده کاربران از یک شبکه یا دستگاه متصل به اینترنت است. روش گواه اثبات کار درخواست کننده یک خدمات را وادار می کرد که برای برای انجام این درخواست، کاری (معمولا محاسبات خاصی توسط کامپیوتر خود) را انجام دهد. PoW بعدها توسط بیت کوین مشهور و شناخته شد.

در سال ۲۰۰۹، بیت کوین شکل جدیدی از اثبات کار را برای استفاده به عنوان الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm) معرفی کرد. افراد فعال در شبکه با استفاده از الگوریتم اثبات کار (PoW) بلاک حاوی تراکنش های تایید شده بیت کوین (BTC) را می سازند و بدین ترتیب شبکه بلاکچین بیت کوین شکل می گیرد.

اثبات کار مکانیزمی است که به شبکه ای غیر متمرکز (Decentralized) اجازه می دهد تا به اجماع و توافق برسند. این کار باعث می شود تا کاربران نتوانند کوین های خود را دوبار خرج کنند (Double Spending) و تضمین می کند که شبکه برای هجوم یا دستکاری بسیار مقاوم است.

از رمز ارزهای مهمی که از روش اثبات کار استفاده می کنند، می توان به بیت کوین (BTC)، اولین رمز ارز جهان که در سال ۲۰۰۹ راه اندازی شد و مفهوم اثبات کار را معرفی کرد اشاره کرد. لایت کوین (LTC) نیز در سال ۲۰۱۱ بر اساس کد بیت کوین به وجود آمد و مدعی شد که سرعت انجام تراکنش ها را بهبود بخشیده است. در میان میم کوین های محبوبی که از PoW استفاده می کنند نیز دوج کوین (DOGE) را می توان نام برد.

اثبات کار اولین الگوریتم اجماعی بود که منتشر شد و تا به امروز، الگوی غالب مکانیزم های اجماع باقی مانده است. این الگوریتم توسط ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر بیت کوین در سال ۲۰۰۸ معرفی شد، اما خود این فناوری بسیار قبل تر از آن وجود داشته است. بیت کوین طی چند سال اخیر توسط جوامع جهانی شناخته شد و قیمت بیت کوین در این دوره افزایش های قابل توجهی را تجربه کرد. بسیاری از افراد بزرگ و مطرح دنیا بعد از مشاهده روند کنونی، بخشی از سرمایه خودشان را صرف خرید بیت کوین کرده اند.

الگوریتم هش کش (HashCash) آدام بک (Adam Back) یکی از اولین نمونه های الگوی اثبات کار در روزهای پیش از تولد رمز ارزهاست. این الگو از طریق ملزم کردن فرستنده به انجام مقداری کار محاسباتی پیش از ارسال یک ایمیل، به گیرنده در کاهش دریافت اسپم ها کمک می کند. این محاسبات برای یک فرستنده مشروع تقریبا هیچ هزینه ای در بر ندارد، اما برای فردی که به طور دسته جمعی ایمیل ارسال می کند، گران خواهد بود.

الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm) فرایندی در علوم کامپیوتری است که برای دستیابی سیستم های توزیع شده به اجماع بر روی یک داده خاص استفاده می شود. الگوریتم های اجماع برای به دست آوردن قابلیت اطمینان در یک شبکه، که شامل چندین نود غیر قابل اطمینان است، طراحی شده اند.

کاربردهای الگوریتم اجماع شامل موارد زیر است:

• تصمیم گیری در مورد سپردن وظیفه تایید تراکنش ها به دیتابیس.
• تعیین نود به عنوان رهبر برای انجام برخی وظایف.
• هماهنگ کردن تکثیر اطلاعات در ماشین حالت و ایجاد توافق بین آن ها (State Machine روشی آسان و مناسب برای اعمال گردش کار است، که همواره در یک حالت قرار دارد و با تغییر ورودی یا خروجی، به حالت های مختلف انتقال می یابد).

بلاکچین یک دیتابیس غیرمتمرکز است که توسط کامپیوترهای توزیع شده بر روی یک شبکه همتا به همتا مدیریت می شود. هر نود یا ماینر یک نسخه از کل بلاکچین را در اختیار دارد و آپدیت های شبکه و تاییدیه ها به طور مداوم بر روی تمام نسخه های نودها اعمال می شوند. می دانیم که بلاک چین دارای امنیت، تغییرناپذیری و شفافیت است و هیچ نهاد مرکزی مسئولیت تایید تراکنش ها را بر عهده ندارد؛ اما با این حال، تراکنش های این شبکه ها امن و معتبر هستند. این موضوع به دلیل حضور الگوریتم اجماع، به عنوان یک بخش اصلی در شبکه های بلاکچینی است.

Consensus Algorithm روشی برای به توافق رساندن تمام مشارکت کنندگان شبکه، درباره وضعیت فعلی بلاکچین است. با این روش، الگوریتم های اجماع باعث دستیابی به اعتماد بین طرفینی می شوند، که یکدیگر را نمی شناسند. این الگوریتم ها اطمینان حاصل می کنند که تمامی بلاک های اضافه شده بر روی بلاکچین، همان نسخه هایی باشند که تمامی نودها بر روی آن اتفاق نظر دارند.

بسیاری از ارزهای دیجیتالی که قبل از بیت کوین وجود داشتند، یک نهاد مرکزی یا واسطه داشتند که تمام کاربران و مقدار دارایی شان را کنترل می کردند؛ اما در کریپتوکارنسی هایی مانند بیت کوین چنین واسطه ای وجود ندارد. برای ایجاد عدم تمرکز در یک رمز ارز، یکی از روش ها استفاده از الگوریتم PoW است.

در اصل، گواه اثبات کار مشکل دو بار خرج کردن یا Double Spending را برطرف می کند. اگر فردی بتواند کوین هایش را دو بار خرج کند، بر روی میزان عرضه کلی آن کوین تاثیر می گذارد و باعث عدم قابلیت پیش بینی و بی ارزش شدن آن می شود. Double Spending یک مسئله مرسوم در تراکنش های آنلاین است؛ زیرا تکثیر تراکنش ها کار بسیار ساده ای است و درست مانند کپی کردن یک فایل و انتقال آن به جایی دیگر و یا ارسال یک ایمیل به چند نفر است.

در بیشتر ارزهای دیجیتال سنتی (مانند پولی که در کارت بانکی ما وجود دارد) مشکل دو بار خرج کردن قابل حل است؛ بانک مقدار پولی که هر نفر در حسابش دارد را بررسی می کند و اگر فردی ۱۰۰۰ تومان از کارت خود به کارت شخصی دیگر انتقال دهد، ۱۰۰۰ تومان از موجودی او کسر می شود. اما در کریپتوکارنسی ها چنین نهاد واسطه ای وجود ندارد؛ بنابراین این کار را الگوریتم PoW انجام می دهد.

الگوریتم اثبات کار دو بار خرج کردن یک پول دیجیتالی را بسیار دشوارتر می کند؛ واژه “اثبات” در این الگوریتم، بدین معناست که شخص باید برای ارسال تراکنش، کاری را حتما انجام دهد و در مورد این الگوریتم در بلاکچین، فرد باید محاسبات لازم را برای تراکنش ها انجام دهد.

بیت کوین، گواه اثبات کار را در نقش شکل دهی به سیستم اجماع در بلاکچین غیرمتمرکز معرفی کرد که در آن، ماینرها یا استخراج کنندگان باید بلاک ها را تکمیل کنند و کوین جدید تولید کنند. احتمال موفقیت هر ماینر، به نسبت میزان قدرت محاسباتی خود در شبکه بستگی دارد؛ اما اگر قدرت شبکه افزایش یابد، بلاک ها به سرعت و پشت سر هم استخراج می شوند. چه راهکاری برای این موضوع وجود دارد؟ این راهکار سختی شبکه (Difficulty) نام دارد؛ زمانی که قدرت پردازشی شبکه بیش از حد افزایش یافت، پروتکل شبکه، سختی آن را افزایش می دهد تا فرایند ماینینگ سخت تر و دیرتر انجام شود و بالعکس، زمانی که قدرت محاسباتی شبکه کاهش می یابد،‌ شبکه سختی را کاهش می دهد تا بلاک ها راحت تر و سریع تر استخراج شوند. پروتکل بیت کوین، سختی شبکه را در هر ۱۶۰۰۰ بلاک (تقریبا دو هفته) طوری تنظیم می کند، که زمان ایجاد هر بلاک، تقریبا ۱۰ دقیقه باشد.

فرایند ماینینگ بر عهده نودهایی به نام ماینر است (تمام مشارکت کنندگان در یک شبکه بلاک چینی، نود نام دارند). ماینرها در شبکه باید پازل هایی را حل کنند. این نودها همچنین در حل کردن این معادلات با یکدیگر رقابت دارند؛ زیرا هر ماینری که پازل ها را زودتر حل کند، می تواند تراکنش را به بلاک اضافه کند و جایزه بلاک را برای خود بردارد. هنگامی که ماینر پازلی را حل کرد، روش حل پازل خود را در شبکه توزیع می کند تا در اختیار دیگر ماینرها قرار بگیرد و هنگامی که ماینرهای دیگر آن راهکار را تایید نمودند و به اجماع رسیدند، تراکنش به بلاک اضافه می شود و در نهایت بلاک نیز به بلاکچین افزوده می شود.

به طور خلاصه، الگوریتم اثبات کار در فرآیند استخراج، یعنی جمع کردن داده های بلاکچین و هش کردن آن توسط یک نانس تا زمان پیدا کردن یک هش خاص. با پیدا کردن یک هش مطابق شرایط تعیین شده توسط پروتکل، حق پخش آن بلوک جدید به شبکه را پیدا خواهید کرد. در آن زمان، دیگر مشترکان شبکه نیز بلاکچین خود را برای اضافه کردن بلوک جدید آپدیت می کنند.

برای رمز ارزهای بزرگ امروز، شرایط استفاده از اثبات کار بسیار چالش برانگیز است. هرچه هش ریت شبکه بالاتر باشد، پیدا کردن هش معتبر نیز سخت تر خواهد بود. این افزایش سختی برای جلوگیری از افزایش سرعت پیدا شدن بلاک هاست. همانطور که احتمالا تصور می کنید، تلاش برای حدس زدن تعداد زیادی هش، برای کامپیوترتان هزینه بر خواهد بود. گویی در حال هدر دادن برق و چرخه های محاسباتی هستید. اما پروتکل هم در ازای پیدا کردن هش متعبر به شما پاداش می دهد.

پس تا اینجا یاد گرفتیم که:

• ماین کردن هزینه بر است.
• در صورت تولید بلاک معتبر پاداش می گیرید.
• یک کاربر با دانستن ورودی به راحتی قادر به بررسی هش آن است. کاربران غیر ماینر نیز می توانند بدون خرج کردن مقدار زیادی قدرت محاسباتی، اعتبار یک بلاک را تایید کنند.

اما اگر تقلب کنید چه می شود؟ چه چیزی شما را از قرار دادن تراکنش های تقبلی در بلاک و تولید هش معتبر برحذر می دارد؟

اینجاست که رمزنگاری کلید عمومی (Public Key) وارد می شود. به طور خلاصه، با استفاده از چندین ترفند رمزنگاری، می توانیم حق انتقال وجوهی که فردی قصد خرج کردن آن را دارد، بررسی کنیم.

در زمان ساخت یک تراکنش، آن را امضا می کنید. هر کسی در شبکه نیز قادر به مقایسه و بررسی تطابق امضای شما با کلید عمومی است. افراد حتی حق خرج کردن وجوه و بزرگتر بودن ورودی از خروجی شما را هم بررسی می کنند (تا مثلا بیشتر از آنچه دارید خرج نکرده باشید).

هر بلاک دارای یک تراکنش نامعتبر به صورت خودکار توسط شبکه رد می شود. بنابراین، حتی تلاش برای تقلب هم بسیار هزینه بر است. در واقع بدون دریافت هیچ پاداشی منابعتان را به هدر داده اید. بنابراین، زیبایی الگوریتم اثبات کار در این نهفته است که «تقلب کردن را هزینه بر، اما فعالیت صادقانه را سودآور» می کند. هر ماینر عاقلی هم به دنبال بازگشت سرمایه (ROI) است، بنابراین رفتار تضمین کننده درآمد هم از آن ها انتظار می رود.

پروسه ماینینگ بلاک جدید بیت کوین زمانی شروع می شود که یک کاربر مقداری BTC را به فرد دیگری ارسال می کند. این تراکنش باید آنقدر در شبکه منتظر بماند، تا یک بلاک جدید استخراج شود. تراکنش هایی که هنوز تایید نشده اند، توسط نودها جمع آوری شده و در یک بلاک قرار می گیرند و تا زمانی که بلوک جدید تولید نشده، تراکنش ها هم تایید نمی شوند.

هر ماینر باید تراکنش هایی که می خواهد در بلاک جدید قرار دهد را انتخاب کند. این بلاک جدید با نام بلوک کاندید شناخته می شود و چون هنوز گواه اثبات کار معتبری بر روی آن انجام نشده، معتبر و تایید شده شناخته نمی شود. در بلوک های جدید، باید هدر بلاک (در هر بلوک بیت کوین، هدر یا سربرگ بلاک قرار دارد که شامل اطلاعات خلاصه در مورد آن بلاک است) قرار داشته باشد که شامل هش تراکنش قبلی، ریشه مرکل و دیتاهای مربوط به ماینینگ از جمله برچسب زمانی (Timestamp)، بیت های بلاک، نسخه نرم افزار بلاکچین و عدد نانس (nonce) است.

زمانی که ماینرها بلوک تراکنش های خود را تشکیل دادند، باید به دنبال یافتن امضای معتبر برای بلاک خود باشند یا به عبارتی، گواه اثبات کار را انجام دهند. هر نود باید فرایند محاسبات ریاضیاتی را (که برای هر بلاک منحصر به فرد است) طی کند. بنابراین با این که روش انجام کار یکسان است، اما نتیجه برای هر نود کاملا متفاوت خواهد بود. این محاسبات پیچیده نیازمند مصرف انرژی بسیار زیادی است.

راه حلی که ماینرها به دنبال آن هستند، با نام هش (Hash) شناخته می شود و یافتن آن بسیار دشوار است؛ اما زمانی که هش صحیح پیدا شد، تایید آن توسط بقیه نودها بسیار آسان است. یافتن هش صحیح توسط عدد نانس انجام می گیرد؛ ماینرها مدام نانس های مختلف را امتحان می کنند تا به هش صحیح برسند. در مورد شبکه بیت کوین، هش صحیح به معنای تعداد معینی عدد صفر در ابتدای هش است و نودها باید این اعداد صفر را با امتحان کردن نانس های مختلف به دست بیاورند.

زمانی که یک ماینر توانست هش خروجی صحیح برای بلاک جدید را پیدا کند، آن را به همراه امضای خود در شبکه منتشر می کند، تا مابقی نودها نیز آن را تایید کنند. زمانی که تعداد قابل قبولی از نودها با یکدیگر به اجماع رسیدند که این هش صحیح است، بلاک جدید به بلاکچین اضافه می شود و تمام تراکنش های داخل آن نیز تایید می شوند. ماینر نیز پاداش بلاک (که در حال حاضر ۶.۲۵ بیت کوین است) را به همراه کارمزد تمام تراکنش های داخل بلاک دریافت می کند.

در روش کریپتو گرافی یا رمزنگاری، وقتی تراکنشی ایجاد می شود، آن را امضا می کنید. هر کسی در شبکه می تواند امضای شما را با کلید عمومی شما مقایسه کند و بررسی کند که آیا آن ها با هم مطابقت دارند یا خیر. آن ها همچنین قادرند بررسی کنند که آیا واقعاً می توانید وجوه خود را خرج کنید و مجموع ورودی های شما از مجموع خروجی های شما بیشتر نباشد. هر بلوکی که شامل تراکنش نامعتبری باشد به طور خودکار توسط شبکه رد می شود. در نظر بگیرید حتی تلاش برای تقلب کردن هم گران و مستلزم مصرف انرژی زیاد است.

ماینرها برای کاری که در شبکه بلاکچینی انجام می دهند، پاداش را به صورت کوین بومی آن شبکه دریافت می کنند. برای همین، ماینرهای بیشتری جذب استخراج رمز ارزها می شوند؛ هر چه تعداد ماینرها یا نودهای یک شبکه بیشتر باشد، امنیت آن نیز افزایش می یابد.

از آنجایی که ماینرها به صورت غیرمتمرکز در شبکه فعالیت می کنند، این غیرممکن است که همزمان دو بلاک معتبر ساخته شوند. اگر دو نود به طور همزمان پاسخ یک پازل را پیدا کنند و آن را در شبکه منتشر کنند، به طور موقت یک فورک (Fork) ایجاد می شود (زنجیره دو شاخه می شود) و مابقی ماینرها از بین این دو سازنده بلاک، یکی را که دارای زنجیره بلندتر یا “سنگین تر” است را به عنوان زنجیره معتبر تایید می کنند.

تراکنش هایی که در زنجیره کوتاه تر یا نامعتبر وجود داشتند، ممکن است به زنجیره بلندتر منتقل شوند؛ اما احتمال رد شدن آن ها نیز وجود دارد؛ بنابراین “قطعیت” بدین معناست که شما باید مدت زمانی را بعد از تایید شدن تراکنش تان صبر کنید تا از قرار گرفتن تراکنش در زنجیره اصلی، مطمئن شوید. در شبکه های توزیع شده مانند بیت کوین و اتریوم، تراکنش ها دارای “قطعیت” هستند؛ یعنی زمانی که در بلاکچین قرار می گیرند، دیگر قابل تغییر و برگشت پذیری نیستند.

هدف اثبات کار گسترش زنجیره است؛ بنابراین بلندترین زنجیره اعتبار بیشتری دارد. زیرا کار محاسباتی بیشتری بر روی آن انجام شده است.

در شبکه بیت کوین، برای این که یک نود خرابکار بتواند در شبکه بلاک های مخرب (اما معتبر) بسازد، باید بیش از ۵۱ درصد قدرت ماینینگ شبکه را در اختیار بگیرد (حمله ۵۱ درصدی)، که این نیاز به قدرت محاسباتی عظیمی دارد و انرژی ای که صرف این حمله شده، بسیار بیشتر از درآمدی است که مهاجم به دست می آورد.

از زیبایی های الگوریتم PoW این است که تقلب در آن گران تمام می شود، در حالی که صادقانه عمل کردن آن را سودآور می کند. هر ماینر که بخواهد منطقی عمل کند و به دنبال بازگشت سرمایه باشد، به گونه ای رفتار کند که درآمدش را تضمین کند.

الگوریتم های گواه اثبات کار (Proof of Work) و گواه اثبات سهام (Proof of Stake) مشهورترین و پرکاربردترین مکانیزم های اجماع در رمز ارزها هستند. به بیانی ساده، الگوریتم PoS کل فرآیند اجماع را درست مانند اثبات کار، اما به صورت کاملا مجازی انجام می‌دهد. هدف این دو الگوریتم یکسان است، اما روش رسیدن به این هدف تفاوت دارد.

در PoW ماینرها پازل های دشوار ریاضیاتی و رمزنگاری شده را با استفاده از منابع محاسباتی خود حل می کنند. در PoS‌ به جای ماینر، نودهای ولیدیتور یا تایید کننده وجود دارند.

ولیدیتورها کوین های خود را در اکوسیستم بومی این کوین سپرده گذاری (Stake) می کنند. سپس با توجه به میزان کوین سپرده گذاری شده هر نود، میزان قدرت او در شبکه مشخص می شود و هر نودی که قدرت بیشتری داشته باشد، زودتر می تواند بلاک بعدی را به بلاک چین اضافه کند و پاداش بلاک را دریافت کند.

مشارکت کنندگان در سیستم های اثبات سهام، نیازی به استفاده از قدرت پردازشی خود ندارند؛ زیرا تنها فاکتوری که بر روی شانس برنده شدن در ساخت بلاک ها و تایید تراکنش ها دخیل است، مقدار کوین هایی است که در شبکه استیک کرده است.

الگوریتم اثبات سهام نسبت به اثبات کار یک سری مزیت دارد. قابل توجه ترین آن، کوچکتر بودن ردپای کربنی است؛ از آنجایی که نیازی به استفاده از مزارع ماینینگ بزرگ در PoS وجود ندارد، برق مصرفی نیز بسیار ناچیزتر از PoW خواهد بود.

با این وجود، اثبات سهام هنوز به گرد پای اثبات کار نرسیده است. با اینکه فرآیند استخراج پرمصرف تلقی می شود، اما تنها الگوی اجماع مقیاس پذیر است. این الگوریتم طی تنها یک دهه تریلیون ها دلار تراکنش را انجام داده است. برای ادعای اینکه PoS قادر به رقابت با امنیت PoW است، استیکینگ رمز ارز باید در مقیاس گسترده آزمایش شود.

شکی در آن نیست که اثبات سهام همان هدفی را دارد که اثبات کار به دنبال آن بوده است؛ کمک به رشد شبکه ای غیر متمرکز برای رسیدن به اجماع به روشی ایمن. اما این دو روش در فرآیندهاشان با هم تفاوت هایی دارند و در ادامه ویژگی های مهم PoS را به صورت مختصر و دسته بندی شده مورد بررسی قرار می دهیم.

• در الگوریتم اثبات سهام، اهمیت داشتن توان محاسباتی با مقدار دارایی به صورت رمز ارز بومی شبکه جایگزین می شود.
• اثبات سهام ماینرها را با اعتبارسنجان جایگزین می کند. اعتبارسنج ها کسانی هستند که رمز ارزهای خود را به صورت توکن بومی آن بلاکچین برای به دست آوردن توانایی ایجاد بلاک های جدید به اشتراک می گذارند.
• اعتبار سنج ها برای ایجاد بلاک ها با انجام کار و صرف انرژی (مانند آنچه در PoW اتفاق می افتد) رقابت نمی کنند، در عوض آن ها به طور تصادفی توسط یک الگوریتم انتخاب می شوند. در صورت تقلب و عدم صداقت، دارایی اعتبار سنجان ضبط می شود.
• در PoS، فینالتی یا تصمیم نهایی برای بستن بلاک واضح تر گرفته می شود؛ اگر دو سوم اعتبارسنجان در مورد وضعیت بلاک توافق کنند، آن بلاک نهایی در نظر گرفته می شود و به زنجیره اضافه می شود.

پس به طور خلاصه، اثبات سهام نسبت به اثبات کار مزایایی دارد که قابل توجه ترین آن ها طبیعت دوستی و نیاز نبودن مصرف انرژی بسیار زیاد مشابه الگوریتم PoW است؛ نیازی به مزارع ماینینگ پرقدرت در PoS وجود ندارد و برق مصرفی در آن تنها کسر کوچکی از برق مصرفی در PoW است.

در مقابل از نقاط ضعف الگوریتم اجماع اثبات کار می توان موارد زیر را نام برد:

• اگر می خواهید در شبکه های مبتنی بر الگوریتم اجماع PoW به عنوان ماینر فعالیت کنید، به تجهیزات تخصصی نیاز دارید که سرمایه بزرگی می طلبد.
• استخراج به روش PoW انرژی زیادی مصرف می کند که برای محیط زیست مضر است. برای مثال در اتریوم قبل از بروز رسانی مرج (Merge) برای انتقال از PoW به PoS، سالانه ۷۳/۲ تراوات ساعت، معادل انرژی کشوری به ​​اندازه اتریش، برق مصرف میشد.
• با توجه به اینکه ماینرها با توان محاسباتی بالاتر می توانند شانس بیشتری برای استخراج داشته باشند، گردانندگان ماینینگ پول یا استخر استخراج به طور بالقوه می توانند بر این بازی تسلط داشته باشند که خود باعث تجمع قدرت می شوند.

از آنجایی که اثبات سهام به اندازه اثبات کار به قدرت محاسباتی نیاز ندارد، مقیاس پذیرتر است و می تواند تراکنش ها را با هزینه های کمتر و با مصرف انرژی کمتر، سریع تر پردازش کند و در ادامه، رمز ارزها را با محیط زیست سازگارتر کند. با این حال، یکی از مشکلات احتمالی در مورد اثبات سهام این است که شرکت کننده ها با دارایی های بزرگ می توانند قدرت زیادی داشته باشند و این مسئله ای است که در اثبات کار وجود ندارد و اثبات کار بیشتر از منظر امنیتی اثبات شده است.

به هر حال اما سابقه PoW در بیش از یک دهه، امکان انجام تراکنش با مجموع ارزش تریلیون دلاری را تضمین کرده است. برای اینکه با اطمینان بگوییم که آیا PoS می تواند با امنیت آن رقابت کند، باید در عمل آن را آزمایش کرد. چیزی که عیان است این است که Proof of Work راه حل اصلی برای مشکل دوبار خرج کردن بود و ثابت شده که قابل اعتماد و ایمن است.

بیت کوین با الگوریتم اجماع اثبات کار خود ثابت کرد که ما به نهادهای متمرکز برای جلوگیری از دوبار خرج کردن نیاز نداریم.

با استفاده هوشمندانه از رمزنگاری، توابع هش و تئوری بازی (game theory)، شرکت کنندگان در یک محیط غیر متمرکز می توانند در مورد وضعیت یک پایگاه داده مالی به توافق برسند. در کل می توان ویژگی های مهم اثبات کار را به صورت زیر خلاصه کرد:

• در اثبات کار، برای شروع نیازی به ذخیره اولیه ندارید.
• اثبات کار یک مکانیسم اجماع آزمایش شده است که محبوبت ترین رمز ارز جهان یعنی بیت کوین را برای چندین سال امن و غیر متمرکز نگه داشته است.
• با اینکه PoW امنیت بالایی دارد و در رسیدن به تمرکز زدایی موفق عمل کرده است، در سرعت پایین پردازش تراکنش ها و کارمزدهای بالا ناکارآمد بوده است.

چندین مشکل در الگوی PoW وجود دارد که عبارتند از:

• مصرف بالای انرژی

بیت کوین به خاطر الگوریتم اثبات کار خود، به اندازه کشور سوئیس انرژی مصرف می کند. البته با اینکه بخشی از این میزان توسط انرژی تجدیدپذیر تامین می شود، اما مقدار مصرف با پیوستن ماینرهای بیشتر به شبکه برای کسب رمز ارز BTC رو به افزایش است.

• حمله ۵۱ درصدی

اگر یک واحد ماینینگ بتواند ۵۱ درصد از هش ریت استخراج بیت کوین را به دست آورد، قادر به عدم پیروی موقت از قوانین، انجام دابل اسپندینگ و مسدودسازی تراکنش هاست.

• متمرکز شدن ماینینگ

اثبات کار یعنی ساخت یک ارز بدون دخالت یک مسئول متمرکز. با این وجود، این سیستم در عمل نسبتا متمرکز است و تنها سه استخر استخراج تقریبا ۵۰ درصد قدرت محاسباتی بیت کوین (تصویر بالا) را کنترل می کنند. با این وجود، توسعه دهندگان به دنبال بهبود این مشکل هستند.

مزیت اصلی استفاده از PoW، محافظت در برابر حملات DoS و اثرگذاری کم روی امکانات ماینینگ است.

• دفاع در برابر حملات DoS

اثبات کار محدودیت هایی را روی فعالیت های درون شبکه اعمال می کند. برای انجام این کارها هم تلاش زیادی لارم است. یک حمله کارآمد نیازمند قدرت محاسبات بالا و میزان زیادی زمان برای انجام آن محاسبات است. بنابراین، این حمله ممکن است، اما به خاطر هزینه بر بودن آن تقریبا بی فایده است.

• امکانات ماینینگ

مهم نیست چقدر پول در کیف پولتان داشته باشید. نکته مهم، داشتن قدرت محاسباتی بالا برای حل پازل ها و پیدا کردن بلاک های جدید است. بنابراین، دارندگان پول زیاد مسئول تصمیم گیری بر کل شبکه نیستند.

با وجود استفاده از الگوی PoW، برخی دیگر در حال آزمایش راه های متفاوت تامین امنیت شبکه هستند. از جمله شناخته شده ترین رمز ارزهای مبتنی بر اثبات کار عبارتند از:

• بیت کوین (Bitcoin)
• بیت کوین کش (BitcoinCash)
• لایت کوین (Litecoin)
• دوج کوین (Dogecoin)
• مونرو (MONERO)
• زی کش (Zcash)