خوارزمية إثبات العمل في العملات الرقمية | proof of work

خوارزمية إثبات العمل proof of work هي آلية إجماع في بلوك تشين تمكن عمال المناجم من إضافة كتل جديدة إلى الشبكة بناء على إجراء حسابات رياضية للعثور على التجزئة المثالية. ويتحقق المشاركون في العملية من صحة المعاملات التي تضيفها الكتلة الجديدة.

يعد الحفاظ على مزامنة جميع المشاركين أمرا ضروريا بالنسبة لشبكة لامركزية مثل Blockchain. ومع استحالة اتفاق الجميع على شيء واحد، تستخدم آلية إجماع لإنشاء حوكمة بين جميع المشاركين في الشبكة. في هذه المقالة، سنستعرض بروتوكول إثبات العمل أحد بروتوكولات الإجماع الأساسية والأكثر انتشارا.

ما هي آلية إجماع البلوك تشين؟

خوارزميات الإجماع في تكنولوجيا المعلومات هي عبارة عن عملية تستخدم لضمان موثوقية البيانات في شبكة بها عقد متعددة غير موثوقة. وتهدف إلى التوصل لقرار يتفق عليه جميع المشاركين الآخرين في الشبكة وفقا لعدة قواعد راسخة وبطريقة آمنة. هناك خوارزمية إجماع وراء كل عملة مشفرة رئيسية، لكن لا توجد خوارزمية إجماع مثالية، فكل واحدة لديها نقاط قوة ونقاط ضعف.

في حالة البلوكتشين، إذا وافق 51٪ من المشاركين في الشبكة على عملية ما، يتم تحديث الشبكة بالتغيير الجديد. بالمقابل يرفض التغيير بالأغلبية عندما تكون النسبة أقل من 51٪.

ما هي خوارزمية إثبات العمل proof of work ؟

تم نشر فكرة إثبات العمل (PoW) لأول مرة في عام 1993 من قبل سينثيا دورك وموني ناور وتم تطبيقها لاحقا بواسطة ساتوشي ناكاموتو في ورقة بيتكوين في عام 2008. تم استخدام مصطلح "إثبات العمل" لأول مرة من قبل ماركوس جاكوبسون وآري جويلز في منشور في عام 1999.

تستخدم العملات المشفرة مثل Litecoin وBitcoin حاليا PoW. كانت منصة Ethereum تستخدم خوارزمية إثبات العمل، لكنها تحولت إلى آلية إثبات الحصة (PoS).

إثبات العمل أول خوارزمية إجماع والآلية المفضلة لغالبية شبكات العملات الرقمية المتداولة حاليا. يتم استخدام الخوارزمية لتأمين المعاملات والاحتفاظ بسجلات العديد من العملات المشفرة. يعد إثبات العمل من أهم الأمور التي عرفها عالم التشفير لأنها الآلية الأولى التي تم تقديمها في الفضاء اللامركزي، والتي تكون فيها المعاملات آمنة ويتم التحقق منها دون تدخل غير ضروري من أي أطراف ثالثة.

في إثبات العمل يتنافس عمال المناجم الافتراضيون في مجتمع التشفير من جميع أنحاء العالم، ليكونوا أول من يحل تحديا رياضيا لتأمين سلاسل الكتل لإثبات العمل والتحقق منها. تدفع الشبكة مبلغا ثابتا للفائز، بالإضافة إلى السماح له بتعديل blockchain مع بعض أحدث المعاملات التي تم التحقق منها.

تعمل الشبكة اللامركزية على مبدأ التعاون رغم عدم الثقة. والشبكة اللامركزية هي سلسلة من الكتل المتصلة خطيا تحتوي على معلومات مؤمنة بواسطة التشفير. وتحتوي كل كتلة على تجزئة الكتلة السابقة للبقاء على اتصال.

كيفية عمل خوارزمية إثبات العمل (PoW)؟

تتضمن خوارزمية إجماع إثبات العمل التحقق من المعاملة من خلال عملية التعدين:

1. تعدين العملة الرقمية

تتضمن خوارزمية إجماع إثبات العمل حل لغز صعب حسابيا من أجل إنشاء كتل جديدة في blockchain Bitcoin. تعرف العملية باسم "التعدين"، وتعرف العقد في الشبكة التي تشارك في التعدين باسم "عمال المناجم".

• يكمن الحافز لمعاملات التعدين في المكافآت الاقتصادية، حيث يكافأ عمال المناجم المتنافسون ب .625 بيتكوين ورسوم معاملات صغيرة.

• سيتم تخفيض هذه المكافأة بمقدار النصف قيمتها الحالية مع مرور الوقت، وتسمى هذه العملية بحدث تنصيف البيتكوين.

2. استهلاك الطاقة والوقت في التعدين

لا تتطلب عملية التحقق من المعاملات في الكتلة المراد إضافتها، وتنظيم هذه المعاملات بترتيب زمني في الكتلة، والإعلان عن الكتلة الملغومة حديثا للشبكة بأكملها الكثير من الطاقة والوقت.

• الجزء المستهلك للطاقة هو حل "المشكلة الرياضية الصعبة" لربط الكتلة الجديدة بالكتلة الأخيرة في بلوك تشين الصحيح.

• عندما يجد عامل منجم أخيرا الحل الصحيح، تبثه العقدة إلى الشبكة بأكملها في نفس الوقت، وتتلقى جائزة عملة مشفرة (المكافأة) يوفرها بروتوكول PoW.

3. مكافأة التعدين

• حاليا، يمنح تعدين كتلة في شبكة البيتكوين عامل المنجم الفائز .625 بيتكوين.

• كمية عملات البيتكوين التي تم ربحها تنخفض إلى النصف كل أربع سنوات. لذلك، من المقرر الخصم التالي في كمية البيتكوين في حوالي عام 2024 - مع المعدل والنمو الحاليين.

• مع المزيد من المعدنين تأتي حتمية الوقت الذي يستغرقه تعدين الكتلة الجديدة التي تصبح أقصر.

• هذا يعني أنه تم العثور على الكتل الجديدة بشكل أسرع. من أجل العثور باستمرار على كتلة واحدة كل 10 دقائق. - هذا هو مقدار الوقت الذي يعتقد مطورو البيتكوين أنه ضروري لتدفق ثابت ومتناقص للعملات الجديدة حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى لعدد 21 مليون. تقوم شبكة Bitcoin بانتظام بتغيير مستوى صعوبة تعدين كتلة جديدة.

لماذا يعتبر نموذج إثبات العمل مهما؟

اخترع ساتوشي ناكاموتو Bitcoin، أول عملة مشفرة، في عام 2008. بدأ هذا مجتمع التشفير كما نعرفه اليوم. في الورقة البيضاء للعملة الرقمية بتكوين، حدد ناكاموتو عملة رقمية تستند إلى بروتوكولات إثبات العمل التي من شأنها تمكين المعاملات الآمنة دون أي سلطة مركزية.

"مشكلة الإنفاق المزدوج" في مجتمع التشفير تجعل إثبات العمل مهما. كانت مشكلة الإنفاق المزدوج واحدة من المشاكل التي أعاقت في السابق إنشاء أموال رقمية مفيدة.

من الصعب التغلب عليها بدون قائد مسؤول ولكن يمكن حلها عن طريق إثبات العمل. إذا كان بإمكان المستخدمين مضاعفة إنفاق العملات الإفتراضية الحالية، فإن هذا يؤدي إلى تضخم المبلغ المتاح، والذي بدوره يقلل من قيمة عملات الجميع ويجعل العملة غير مستقرة وعديمة القيمة.

يمنع إثبات العمل الإنفاق المضاعف من خلال تشجيع عمال المناجم على فحص شرعية معاملات العملة المشفرة الجديدة قبل دمجها في دفتر الأستاذ الموزع بلوكتشين.

كيف يتم استخدام نظام إثبات العمل في البيتكوين؟

استخدام إثبات العمل في Bitcoin له دور مزدوج:

• قياسا على تعدين الذهب الذي يتطلب طاقة لاستخراج كميات جديدة من الخام، يتطلب تصنيع عملات بيتكوين جديدة تكلفة أيضا. لهذا السبب، غالبا ما يشار إلى نشاط حساب إثبات العمل باسم التعدين.

• التأكد من وصول الشبكة إلى توافق في الآراء، أي أن العقد الصادقة يمكن أن تتفق على أي المعاملات صالحة.

 تتبع كتل المعاملات بعضها البعض، ويتم إضافتها كل 10 دقائق في المتوسط. تحتوي كل كتلة على معرف الكتلة السابقة التي تسمح بربط الكتل ببعضها البعض. ومع ذلك، لا يمكن لأي شخص إجراء هذه العملية: من الضروري أن يقوم عامل المنجم بحساب دليل على العمل يظهر أنه أنفق كمية الطاقة التي يتطلبها البروتوكول.

من أين تأتي عملات البيتكوين الجديدة؟

في كل مرة تتم فيها إضافة كتلة إلى سلسلة الكتل، يحصل عامل المنجم الذي قام بالتحقق من صحتها عن طريق نموذج إثبات العمل زيادة على رسوم المعاملات الواردة في الكتلة، على عملات البيتكوين الجديدة كمكافأة. هذا يحفز المعدن على توفير قوة الحوسبة من أجل تأمين النظام.

ولمنع الزيادة في قوة الحوسبة للشبكة من تسريع إنتاج عملات البيتكوين الجديدة، يتم تنفيذ خوارزمية تعديل الصعوبة في البروتوكول. كل أسبوعين أو نحو ذلك، تغير هذه الخوارزمية صعوبة حساب إثبات العمل بحيث يكون متوسط الوقت بين كل كتلة 10 دقائق. ومنه فالتعدين الذي كان ممكنا باستخدام جهاز كمبيوتر شخصي بسيط في عام 2009، أصبح الآن متاحا فقط لعمال المناجم الذين لديهم معدات متخصصة ومحسنة (ASIC) الشهير.

كيف تصل شبكة البيتكوين إلى الإجماع؟

تستخدم Bitcoin اثبات العمل بحيث تصل العقد الصادقة للشبكة إلى توافق في الآراء بشأن محتوى دفتر الأستاذ للمعاملات، أي blockchain. للقيام بذلك، يتم استخدام مبدأ مبدأ أطول سلسلة الذي ينص على أن السلسلة التي تحتوي على أكثر دليل على العمل المتراكم هي السلسلة التي يجب اعتبارها صحيحة. كما يوحي اسم هذا المبدأ، فإن هذه السلسلة هي دائما تلك التي تتكون من أكبر عدد من الكتل.

بهذه الطريقة، عندما يحدث تعارض على الشبكة، يمكن حل الموقف. على سبيل المثال، عندما يجد كل من عمال المناجم كتلة في نفس الوقت، يحدث ما يسمى بالشوكة: تحتوي السلسلتان الناتجتان على نفس القدر من إثبات العمل وبالتالي كلاهما صالح، لذلك لا يمكن للشبكة الاتفاق. يتم حل التعارض عندما يعثر عامل منجم على كتلة جديدة (مرتبطة بالكتلة التي يعتبرها صالحة)، مما يتسبب في أن تكون إحدى السلاسل أطول من الأخرى.

تسمى خوارزمية الإجماع القائمة على مبدأ أطول سلسلة خوارزمية إجماع ناكاموتو عن طريق نظام إثبات العمل، تكريما لمخترعها مبتكر Bitcoin ساتوشي ناكاموتو.

لاحظ أن خوارزمية التحقق من إثبات العمل المستخدمة من قبل Bitcoin ليست فريدة من نوعها. وبالتالي هناك العديد من الاختلافات في المبدأ. على سبيل المثال، تستخدم Litecoin Scrypt، وهي خوارزمية اثبات العمل التي تتطلب أيضا سعة الذاكرة. وكان Ethereum يعتمد على Ethash، وهو بروتوكول إجماع يختار أثقل سلسلة كمعيار اختيار، والذي يجلب إلى التوازن الكتل المبطلة.

ما هي نقاط القوة والضعف في إثبات العمل؟

1. ايجابيات ومزايا آلية إثبات العمل

• إثبات العمل هو آلية آمنة للغاية مع أكثر من عقد من الثقة. تضع آلية الإجماع هذه عمال المناجم في مسابقة ليكونوا أول من يضيف كتلة إلى السلسلة ويكسب المكافآت، ويضمن أقصى قدر ممكن من الأمان.

• تفرض خطة العمل قيودا على الإجراءات في الشبكة. نتيجة لذلك، تتطلب الهجمات الكثير من الجهد لتنفيذها. يستغرق الهجوم الفعال قدرا كبيرا من قوة الحوسبة والوقت لإجراء العمليات الحسابية. لذلك، وعلى الرغم من أن الهجوم ممكن، إلا أن التكاليف مرتفعة للغاية بحيث لا تجعله جديرا بالاهتمام.

• يوفر طريقة منظمة ومنظمة لإضافة المعاملات والتحقق منها. تعتمد طريقة التحقق بالكامل على حل التحديات الرياضية المعقدة للتحقق من المعاملات وإضافة كتل إلى السلسلة.

• يسمح بمكافأة عمال المناجم على جهودهم. يتم منح عمال المناجم مكافآت في شكل عملة مشفرة أصلية تم سكها حديثا، وأحيانا أيضا جزء من رسوم المعاملات التي تجمعها المنصة.

2. سلبيات وعيوب آلية إثبات العمل

• سرعة المعاملات على سلاسل إثبات العمل أبطأ مقارنة بآليات الإجماع الأحدث، في حين أن رسوم المعاملات أعلى.

• نظرا لأنه يتعين على عمال المناجم التنافس مع بعضهم البعض، فهناك الكثير من الوقت اللازم لإكمال التحقق من المعاملة. علاوة على ذلك، فإن قوة الحوسبة المطلوبة ضخمة أيضا، مما يجعل الآلية كثيفة الطاقة.

• نظرا لكونه عالي الكفاءة في استخدام الطاقة، فإن إثبات العمل يسبب الكثير من الضرر للبيئة. يجب أن تظل أجهزة التعدين التي يستخدمها عمال المناجم تعمل طوال الوقت، مما يزيد من المخاوف البيئية.

• الاستثمار الأولي للتعدين مرتفع للغاية. فالأجهزة المطلوبة باهظة الثمن بالطبع وتحتاج أيضا إلى ترقيتها بشكل متكرر، كما أن الطاقة المطلوبة للمشاركة في إثبات العمل مهمة أيضا.

إثبات العمل مقابل إثبات الحصة proof of stake

ما هي العملات الرقمية التي تستخدم إثبات العمل؟

1. بيتكوين

أول عملة افتراضية يتم تقديمها لمجتمع الكريبتو هي Bitcoin (BTC). وكان القصد منها أن تعمل كبديل للنقود وكوسيلة دفع مستقلة عن أي فرد أو مجموعة أو كيان معين، مع التخلص من شرط مشاركة أطراف ثالثة في المعاملات المالية. وفي سياق محاولتها تحقيق هذه الأهداف مجتمعة، قدمت Bitcoin مفهوم إثبات العمل.

2. لايتكوين

Litecoin (LTC) هي عملة افتراضية P2P (نظير إلى نظير) مع عدم وجود كيان واحد يتحكم فيها. تتيح شبكة Litecoin معاملات سريعة بين الأفراد أو المنظمات في أي مكان في العالم. تم تقديمه في أكتوبر 2011 باسم "الفضة إلى ذهب بيتكوين".

3. دوجكوين

Dogecoin (DOGE) هي رائدة عملات الميم، تم تقديمها إلى مجتمع التشفير في عام 2013. وعلى الرغم من بدايتها المرحة كمجرد مزحة سخيفة، فقد تمكنت في النهاية من الارتقاء إلى القمة وتطوير قاعدة جماهيرية مخلصة.

4. مونيرو

Monero (XMR) هي عملة تشفير شائعة أخرى. ما يميزها عن الحشد هو أنها تحقق إخفاء الهوية وقابلية الاستبدال من خلال استخدام قاعدة بيانات عامة لامركزية وتقنيات أمنية تخفي المعاملات. لا يمكن للمراقبين تفسير العناوين أو مبالغ الدفع أو أرصدة الحسابات أو تاريخ المعاملات.

5. بيتكوين كاش

Bitcoin Cash هي شوكة تم إنشاؤها من عملة البيتكوين المشفرة. إنه نوع مختلف من العملة البديلة تم تطويرها وتقديمها إلى مجتمع التشفير في عام 2017. تم تقسيم Bitcoin Cash في نوفمبر 2018 إلى عملتين مشفرتين: Bitcoin SV وكذلك Bitcoin Cash.

نظام إثبات العمل هو خوارزمية الإجماع الأكثر طلبا للتحقق من المعاملات. على الرغم من أنه لا يخلو من عيوب، إلا أن عمال المناجم الذين يستخدمونه يساعدون في ضمان تسجيل المعاملات المشروعة فقط على blockchain.

وهو بروتوكول مثالي لتعزيز Bitcoin وblockchain. كانت قدرته على خلق إجماع تلقائي مع عدم وجود إدارة مركزية بمثابة أمر خارق، وساعد في احتضان صناعة جديدة من الخدمات المالية وسك مليارات الدولارات من الثروة الجديدة.

من الواضح أنه على الرغم من وجود مجموعة من العيوب الرئيسية الخاصة به، إلا أن إثبات العمل لا يزال له الكثير من الفوائد وهو أحد أهم جوانب كيفية عمل العملات الرقمية على البلوكتشين blockchain.