تعد خوارزميات الإجماع جزءًا متأصلًا في جميع التقنيات القائمة على blockchain حيث لا توجد وحدة سلطة من المفترض أن تتحقق من صحة معاملات الشبكة. خوارزميات الإجماع موجودة هنا لتوفير الأداء اللامركزي للحماية من المتاعب للشبكة. لا يمكننا التقليل من أهمية خوارزمية الإجماع المطبقة لكل مشروع قائم على blockchain. تستخدم Bitcoin إثبات العمل وهو أيضًا خوارزمية إجماع أصلية لـ Ethereum blockchain. يناقش الناس ما إذا كانت خوارزمية الإجماع هذه تستحق الاستخدام أم أنه من الأفضل استخدام خيارات أخرى.

التاريخ المبكر لإثبات العمل

تم تقديم المثال الأول للخوارزمية القريبة من إثبات العمل في عام 1993 من قبل سينثيا دوارد وموني ناؤور اللتين توصلتا إلى حل لمكافحة البريد الإلكتروني العشوائي في الورقة العلمية المسمى "على وظائف مرتبطة بالذاكرة لمكافحة البريد العشوائي". تفترض الطريقة الموضحة في هذه الورقة أن المرسل المجهول للرسالة مطلوب لقضاء بعض الوقت من طاقة وحدة المعالجة المركزية الخاصة به (على سبيل المثال 10 ثوانٍ) لإثبات أن المرسل ليس مرسل بريد عشوائي..

بحسب دورد و ناؤور, يمكن لمرسلي البريد العشوائي الذين يتعين عليهم قضاء 10 ثوانٍ من وقت وحدة المعالجة المركزية إرسال ما يصل إلى 8 آلاف رسالة بريد عشوائي فقط في اليوم بدلاً من عدد غير محدود من رسائل البريد العشوائي التي يمكنهم إرسالها اليوم. ليس من الصعب التحقق من وظيفة وراء إثبات العمل ، ولكن حسابها يمثل صداعًا حقيقيًا لمرسلي البريد العشوائي.

جرب الآن تداول برافعة مالية تصل إلى 125 ضعفًا على Binance جرب الآن

تمت صياغة مصطلح إثبات العمل في عام 1999. وظهر في المقالة المسماة "بروتوكولات العمل وبودنج الخبز" (المؤلفان ماركوس جاكوبسون وآري جويلز). يفترض مفهوم إثبات العمل أن "مَثَل" يجب أن توفر "المدقق" مع دليل على عمل الكمبيوتر المطلوب الذي تم إنجازه في الفاصل الزمني المحدد. يبدو أن المفهوم مثير للاهتمام للغاية ، ومع ذلك ، لم يتم تفعيله حتى إنشاء Bitcoin الذي يعتمد بشدة على إثبات العمل من أجل إنشاء شبكة يحكمها إجماع موزع دون أي ثقة..

البيتكوين وإثبات العمل

إثبات العمل هو خوارزمية إجماع تتطلب عملية مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً لإنتاج قطعة من البيانات يمكن التحقق من صحتها بسهولة. تم إنشاء دليل Hashcash لنظام العمل كخلاص من روبوتات البريد العشوائي ولكن انتهى به الأمر إلى كونه عنصرًا أساسيًا في شبكة Bitcoin.

بينما يرسل الأشخاص عملات معدنية لبعضهم البعض ، يعكس دفتر الأستاذ هذه المعلومات في شكل كتل من المعاملات. يتطلب التحقق من صحة هذه المعاملات مشاركة بعض العمال أو العاملين في مجال التعدين.

الأشخاص الذين يتوقون إلى التحقق من صحة المعاملات (المعروفة باسم "عمال المناجم") يجب عليهم تنفيذ إجراء إثبات العمل من أجل الوصول إلى هدفهم. عامل واحد هو عقدة واحدة. صعوبة هذا العمل (المهام) مرنة لذا يجب إنشاء الكتلة الجديدة كل 10 دقائق. نظرًا لأن عدد عمال المناجم ضخم بشكل لا يصدق وأن الفاصل الزمني البالغ 10 دقائق قصير نسبيًا ، فمن الصعب للغاية التنبؤ بأي عامل (عامل منجم) سيكون هو الشخص الذي ينشئ كتلة جديدة (التحقق من جميع المعاملات في الكتلة).

آلية إثبات العمل

من أجل إنشاء عامل منجم كتلة جديد ، يجب أن يوفر التجزئة الصحيحة لكتلة المعاملات. للقيام بذلك ، يجب على المُعدِّن اكتشاف دالة nonce و hash حيث يكون الرقم nonce رقمًا عشوائيًا يستخدم مرة واحدة فقط (تستخدم شبكة Bitcoin أرقامًا صحيحة بين صفر و 4،294،967،296 كـ nonce) ، والتجزئة عبارة عن سلسلة من 64 رمزًا (مزيج من الأرقام والحروف) التي تحتوي على البيانات المشفرة.

تحتوي الكتل في blockchain على تجزئات فردية (تسمى هذه التجزئة "بطاقة تعريف"). يتم إنشاء كل تجزئة كنتيجة للتحقق الناجح من الكتلة. للتحقق من الكتلة التالية ، يضيف عامل التعدين أحدث تجزئة إلى الكتلة الحالية لإنشاء كتلة ضخمة من النص. ثم يتم إضافة رقم nonce (رقم عشوائي) إلى نهاية كتلة النص. يتكون هذا النص من تجزئة الكتلة السابقة ، والمعاملات الجديدة التي تنتظر التحقق ، و nonce. من هنا يبدأ الحساب. أثناء العمليات الحسابية ، يقوم العامل بتغيير الرقم العشوائي حتى اللحظة التي يتم فيها تحديد العدد الصحيح للأصفار أمام سلسلة.

لا ينبغي التقليل من صعوبة هذه المهمة. كما ذكرنا سابقًا ، يتم ضبط الصعوبة على المستوى الذي يتم فيه حل كل مشكلة مرة واحدة فقط كل 10 دقائق بغض النظر عن عدد عمال المناجم وقوة معداتهم. للقيام بهذا العمل ، يجب على الكمبيوتر إنشاء ملايين التجزئات الممكنة كل ثانية.

للتحقق مما إذا كانت بعض العقد قد نفذت العمل المطلوب بشكل صحيح ، ستحتاج العقدة إلى سلسلة ظهرت كنتيجة للتحقق ورقم nonce. سيؤدي تطبيق الوظيفة على هاتين القيمتين إلى إعطاء عدد الأصفار أمام السلسلة. في حالة ما إذا كان هذا الرقم صحيحًا ، فقد تم العمل بشكل جيد. إذا كان لدى شخص ما نوايا سيئة وحاول إضافة بعض البيانات غير الصالحة إلى السلسلة ، فسيتم إيقاف هذا من قبل المشاركين الآخرين في التعدين. على مدار 10 سنوات ، نجح هذا المخطط في حماية Bitcoin blockchain. ما يجعل خوارزمية SHA-256 مميزة هو أنه لا يمكن لأحد تغيير ولو جزء واحد من المعلومات في الكتلة سرا. لهذا السبب يسمى هذا دفتر الأستاذ غير قابل للتغيير.

سلبيات إثبات العمل

لا يمكننا أن نتفق على أن الاستهلاك المذهل للكهرباء الذي تتطلبه PoW هو مجرد إهدار للموارد (العديد من معارضي PoW يفعلون مثل هذه الادعاءات) كما أوضحنا بالفعل أن خوارزمية الإجماع هذه فعالة للغاية عندما يتعلق الأمر بحماية blockchain. ومع ذلك ، لا يمكننا تجاهل حقيقة أن إثبات العمل ينفق كميات هائلة من الطاقة من أجل تخمين عدد الأصفار أثناء التحقق من صحة المعاملات. حاليا, تستهلك شبكة البيتكوين طاقة أقل بثلاث مرات من نظام المال التقليدي, ولكن إذا تخيلنا أن Bitcoin تحصل على اعتماد جماعي ، فسوف يزداد استهلاك الطاقة بشكل كبير. على أي حال ، لا تحل Bitcoin محل البنوك التقليدية ، وبالتالي يزيد الاستهلاك بفضل Bitcoin.

المشكلة الأخرى هي أن الأفراد الذين يستخدمون أجهزة CPU أو GPU أو ASIC للتعدين لديهم فرصة ضئيلة جدًا للعثور على كتلة جديدة والحصول على مكافأة حيث يتعين عليهم التنافس مع مجمعات التعدين التي تستخدم عشرات الآلاف من الأجهزة للتعدين. يحدث ما يقرب من نصف التعدين في مجموعة صغيرة نسبيًا من مجمعات التعدين. هناك خطر أنه إذا قرر مالكو هذه التجمعات الاتحاد والسيطرة على blockchain Bitcoin باستخدام قوة التجزئة الخاصة بهم ، فيمكنهم فعل ذلك. يمكن لسلطة لديها أكثر من 50٪ من قوة التجزئة أن تتحكم في blockchain. تُعرف مثل هذه التدخلات بـ 51٪ هجوم.

هناك حقيقة أخرى ملحوظة وهي أن 70٪ من طاقة التجزئة تأتي من الصين لأن هذا البلد لديه كهرباء رخيصة. يمنح هذا البلد ميزة في تعدين البيتكوين ويقلل من مستوى اللامركزية.

استنتاج

يعمل إثبات العمل في الواقع على حماية الشبكة من العناصر السيئة على الرغم من أن تكلفة خوارزمية الإجماع هذه تجعلنا نفكر في الطرق الأخرى الممكنة للتحقق من المعاملات والحفاظ على عمل الشبكة بشكل صحيح وسلس. لا عجب أن هناك بالفعل العديد من خوارزميات الإجماع الأخرى المطبقة على مشاريع blockchain المختلفة. أبرز منافس لـ PoW هو Proof of Stake.