سختی شبکه بیت کوین چیست و چه کاربردی دارد؟

«سختی شبکه بیت‌کوین» یا «سختی استخراج بیت‌کوین» (Bitcoin Mining Difficulty)، شاخصی است که درجه سختی کشف بلاک‌های جدید را طی فرایند استخراج بیت‌کوین تعیین می‌کند.

شبکه بیت‌کوین، ساختاری کاملا غیرمتمرکز دارد و بر هیچ فرد یا نهاد واحدی متکی نیست. در هسته سخت این شبکه، الگوریتمی پیا‌ده شد‌ه که به‌طور مداوم، تعداد و قدرت استخراج‌گران را پایش و بر اساس آن، درجه دشواری عملیات استخراج را تنظیم می‌کند. هدف از این کار، این است که آهنگ فرایند استخراج و کشف و تأیید بلاک‌های جدید، فارغ از توان رایانشی کم یا زیاد ماینرها، ثابت بماند.

در این مقاله از آکادمی مزدکس، می‌خواهیم مفهوم سختی شبکه بیت‌کوین را زیر ذره‌بین ببریم، از اهمیت و چگونگی محاسبه آن بگوییم و نقش آن را در زنجیره استخراج رمزارزهای مبتنی بر گواه اثبات کار واکاوی کنیم.

عملیات استخراج بیت‌ کوین

همان‌طور که احتمالا می‌دانید، استخراج بیت‌کوین، عملیاتی است که بار تأمین امنیت شبکه بیت‌کوین و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را به دوش می‌کشد. استخراج را می‌توان یکی از شالوده‌های سازوکار اجماع بیت‌کوین دانست. گفتنی است که سازوکار اجماع، توصیفگر یک توافق جمعی ا‌ست که در آن اعضای یک شبکه با هم بر سر صحت داده‌های ثبت شد‌ه در آن به توافق می‌رسند.

در شبکه بیت‌کوین، تمامی تراکنش‌ها بر پایه یک روش اعتبارسنجی غیرمتمرکز، تأیید یا رد می‌شوند. هر فرد یا نهادی، فارغ از محل سکونت یا هویت خود می‌تواند در این فرایند جمعی در قالب یک استخراج‌گر یا ماینر مشارکت کند و از پاداش‌های مالی آن بهره‌مند شود. بنابراین، خیل انبوهی از استخراج‌گران به سودای دریافت پاداش ماینینگ، به شبکه بیت‌کوین می‌پیوندند تا با افزودن بلاک‌های جدید و مشارکت در فرایند صحت‌سنجی تراکنش‌ها، درآمد به دست بیاورند.

اما چگونه می‌توان از میان جمع انبوه ماینرها در هر لحظه، یکی را برای کشف و ثبت یک بلاک جدید انتخاب کرد؟ پاسخ این سوال در میزان توان رایانشی هر ماینر نهفته ا‌ست. هر چه قدرت محاسباتی دستگاه‌های استخراج یک ماینر، بیشتر باشد، بخت او برای برنده شدن در رقابت ماینینگ افزون‌تر می‌شود.

در فرایند استخراج، هر ماینری که بتواند زودتر از دیگر همتایان خود، یک عدد ویژه را پیدا کند، برنده رقابت می‌شود. در ادامه، زوایای مختلف این عدد ویژه را بررسی می‌کنیم.

تابع هش چیست؟

برای تعریف تابع هش، نخست باید مفهوم هش را دریابیم. «هش» (Hash)، کدی الفبایی متشکل از اعداد و حروف است که برای نمایش کلمات یا داده‌ها به کار می‌رود. هش، خود خروجی تابعی به نام «تابع هش» (Hash Function) است. تابع هش، تابعی یک‌طرفه است که داده‌های ورودی را به رشته‌ای طولانی از حروف یا اعداد یا همان هش تبدیل می‌کند. در تابع هش، یک ورود یکسان، همیشه یک خروجی واحد را می‌سازد. افزون‌براین، به دلیل ماهیت یک‌طرفه بودن این تابع، هرگز نمی‌توان از روی مقادیر خروجی، مقادیر ورودی را پیش‌بینی کرد.

در مسابقه استخراج بیت‌کوین، ماینری برنده می‌شود که بتواند همان عدد ویژه‌ای را که پیش‌تر نام بردیم، سریع‌تر از دیگر ماینرها تولید کند. این عدد ویژه، در واقع یک هش است که باید کمتر یا مساوی یک مقدار خاص به نام «هش هدف» (Target Hash)‌ باشد.

اما ماینرها چگونه می‌توانند در میان میلیون‌ها عدد، موفق به کشف هش موردنظر بشوند؟ آن‌ها برای این کار، عدد پایه‌ای را موسوم به «نانس» (Nonce) به‌طور مداوم، تغییر می‌دهند و هش آن را محاسبه می‌کنند تا در نهایت بتوانند هشی را بسازند که کمتر یا مساوی هش هدف باشد.

سختی شبکه بیت‌ کوین چیست؟

سختی شبکه بیت‌کوین، به درجه دشواری استخراج یک بلاک داد‌ه جدید اشار‌ه دارد. بلاکچین‌های مبتنی بر اثبات کار، قواعد ویژه‌ای را به کار می‌گیرند تا دشواری استخراج یک بلاک تازه، بر حسب مجموع توان رایانشی شبکه، کم یا زیاد شود.

هدف از تعریف شاخص سختی شبکه، این است که بلاک‌های جدید داد‌ه که تراکنش‌ها را در دل خود جای داده‌اند، با سرعت ثابتی تولید شوند. برای مثال، پروتکل بیت‌کوین، زمان بلاک را معادل با ۱۰ دقیقه (به‌طور تقریبی) در نظر گر‌فته است. این یعنی، به‌طور میانگین، باید هر ۱۰ دقیقه یک‌بار، یک بلاک جدید سا‌خته و به زنجیره شبکه متصل شود. حال اگر با افزایش ماینرها و توان رایانشی شبکه، یا برعکس کاهش آن‌ها، بلاک‌ها با سرعتی بیشتر یا کمتری ساخته شوند، شاخص سختی به گونه‌ای تغییر می‌کند که سرعت تولید هر بلاک تازه، به‌طور متوسط، ۱۰ دقیقه باقی بماند.

پیش‌تر گفتیم که در فرایند استخراج بیت‌کوین، ماینری برنده می‌شود که هش کمتر یا مساوی هش هدف را تولید کند. با تغییر هش هدف، سختی شبکه بیت‌کوین تنظیم می‌شود. تغییر هش هدف هم با افزایش یا کاهش تعداد صفرهای آغازین آن انجام می‌شود. هرچه تعداد صفرها بیشتر باشد، سختی شبکه افزایش می‌یابد؛ زیرا ماینر‌ها باید برای یافتن عددی نزدیک به هش هدف، بیشتر تلاش کنند. از سویی دیگر، هرچه تعداد صفرها کمتر باشد، سختی شبکه کاهش می‌یابد و ماینرها با صرف توان رایانش کمتری می‌توانند به هش هدف نزدیک شوند.

هشت ریت چه اهمیتی دارد؟

«هش ریت» (Hashrate) یا نرخ هش، شاخصی مهم برای ارزیابی قدرت یک شبکه بلاکچینی مبتنی بر اثبات کار است. به بیانی دیگر، هرچه هش ریت یک شبکه بیشتر باشد، پایداری آن و در نتیجه توان ایستادگی‌اش در برابر حملات مهاجمان افزون‌تر می‌شود.

اما هش ریت یک شبکه، چگونه افزایش پیدا می‌کند؟ هرچه ماینرهای بیشتری در فرایند استخراج یک شبکه مشارکت کنند، هش ریت شبکه بالاتر می‌رود و مختل کردن عملیات آن برای بازیگران خرابکار، دشوارتر می‌شود.

برای مثال، بهتر است که گریزی به «حمله ۵۱ درصدی» بزنیم. وقتی فرد یا گروهی از مهاجمان بتوانند بیش از نیمی از توان رایانشی یا هش ریت یک شبکه را در اختیار بگیرند، می‌توانند دست به حمله ۵۱ درصدی بزنند. طی این حمله، فرد یا گروه مهاجم، قادر است با برهم زدن فرایند استخراج، خود دست به ثبت بلاک‌های جدید بزند و به دلخواهش، تراکنش‌هایی را مسدود کند یا حتی برگشت بزند. وقوع حمله ۵۱ درصدی می‌تواند شالوده یک شبکه بلاکچینی را تضعیف کند و اتکاپذیری آن را به چالش بکشد.

حال، هر چه هش ریت یک شبکه بیشتر باشد، وقوع حمله ۵۱ درصدی برای مهاجمان، دشوارتر می‌شود؛ زیرا باید توان رایانشی بیشتری برای ترتیب دادن این حمله، گرد هم بیاور‌ند. بنابراین کاهش هش ریت شبکه، آن را آسیب‌پذیرتر می‌کند و برعکس، افزایش هش ریت، شبکه را در برابر حملات احتمالی، توانمندتر می‌سازد.

ارتباط سختی شبکه بیت‌ کوین و هش ریت

پیش‌تر گفتیم که تولید هر بلاک جدید در شبکه بیت‌کوین باید همواره ۱۰ دقیقه (به‌طور تقریبی) باشد. اگر ماینرها در عرض ۱۰ دقیقه، تعداد بلاک‌های بیشتری تولید کنند، شاخص سختی شبکه افزایش می‌یابد تا زمان بلاک روی ۱۰ دقیقه ثابت بماند. اگر هم ماینرها طی ۱۰ دقیقه، موفق به تولید یک بلاک جدید نشوند، شاخص سختی کاهش می‌یابد تا باز هم زمان بلاک روی ۱۰ دقیقه ثابت بماند.

حال هرچه ماینرهای بیشتری در فرایند استخراج مشارکت کنند، هش ریت شبکه بیشتر می‌شود و در نتیجه برای ثابت باقی ماندن زمان بلاک، سختی شبکه افزایش می‌یابد.

اگر هم هش ریت شبکه، کاهش یابد، باز هم برای ثابت باقی ماندن زمان بلاک، سختی شبکه کاهش می‌يابد. هدف نهایی این است که تولید بلاک‌ها و استخراج کوین‌های جدید، با نرخ ثابت و پیش‌بینی‌پذیری انجام شود.

سختی شبکه بیت‌ کوین چه اهمیتی دارد؟

همان‌طور که پیش‌تر گفتیم، اهمیت سختی شبکه بیت‌کوین در ثابت نگه داشتن نرخ تولید بلاک‌های جدید، نهفته ا‌ست. بدون تعریف چنین شاخصی، با افزایش تعداد ماینرها رفته‌رفته، بلاک‌ها سریع‌تر سا‌خته می‌شوند. ساخت سریع‌تر بلاک‌ها هم به معنای تولید بیت‌کوین‌های بیشتر است؛ زیرا پاداش ساخت بلاک در قالب بیت‌کوین به ماینر برنده اعطا می‌شود.

بدیهی است که تولید و عرضه بیت‌کوین‌های بیشتر، باعث کاهش بهای آن در درازمدت می‌شود. فراموش نکنیم که بیت‌کوین با داعیه مقابله با تورم، پا به عرصه گذاشت. ویژگی جذاب این رمزارز هم در نرخ تورم ثابت و پیش‌بینی‌پذیر آن پنهان ا‌ست. اگر قرار بود نرخ تورم بیت‌کوین، متغیر و غیرقابل پیش‌بینی باشد، چه تفاوتی با ارزهای رایج و پول‌های ملی داشت؟

بانک‌های مرکزی، به‌طور مستمر و طی سالیان دراز، دست به چاپ بی‌رویه پول زده‌اند و با تحمیل‌های افسارگسیخته به مردم، دارایی‌های نقدی آن‌ها را بی‌ارزش کرده‌اند. بیت‌کوین آمده تا برای همیشه، بساط چا‌پ بی‌پشتوانه پول را به هم بزند؛ بنابراین خود نمی‌تواند بی‌قاعده، تولید و عرضه شو‌د.

سختی شبکه بیت‌ کوین چگونه محاسبه می‌شود؟

فرمول محاسبه سختی شبکه بیت‌کوین، بسیار ساده و سرراست و از این قرار است:

سطح سختی=سختی هدف / هدف فعلی (Difficulty Level = Difficulty Target/Current Target)

در این فرمول، «سختی هدف» (Difficulty Target)، معادل هگزادسیمال هش هدفی است که «سطح سختی» آن برابر با عدد ۱ است.

«هدف فعلی» (Current Target) اما هش هدف آخرین بلاک تولید شد‌‌ه است. وقتی سختی هدف را بر هدف فعلی تقسیم کنیم، عددی کامل و بدون واحد به دست می‌آید که معرف سطح سختی استخراج بیت‌کوین است.

برای مثال، فرض کنیم که سطح سختی، برابر با عدد ۲۴ تریلیون باشد. در این صورت، انتظار می‌رود که یک ماینر، پیش از یافتن هش هدف، ۲۴ تریلیون هش تولید کند. ناگفته نماند که احتمال دارد یک ماینر، خوش‌اقبال باشد و با تعداد حدس‌ها و هش‌های کمتری بتواند هش هدف را بیابد.

کدام ارزهای دیجیتال سختی شبکه دارند؟

علاوه‌بر بیت‌کوین، هر رمزارزی که بر سازوکار اجماع اثبات کار متکی است، از شاخص سختی شبکه برای تنظیم نرخ ساخت بلاک‌های جدید بهره می‌گیرد. از جمله این‌ رمزارزها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- اتریوم: اتریوم در آغاز، بر پایه روش اجماع اثبات کار، طراحی و پیاده‌سازی شد. با این حال، توسعه‌دهندگان این رمزارز در تلاش‌اند تا روش اثبات کار را کنار بگذارند و از روش اثبات سهام، برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده کنند.

۲- لایت کوین: این رمزارز هم از آنجا با تقلید از بیت‌کوین، ساخته شد‌‌ه است، بر پایه روش اثبات کار، تراکنش‌ها را اعتبارسنجی و بلاک‌ها‌ی جدید را تولید می‌کند.

۳- بیت‌کوین کش: این رمزارز نیز دارای شاخص سختی شبکه است؛ زیرا بر پایه روش اثبات کار بنا شده و همچون لایت کوین، شباهت‌های بسیاری به بیت‌کوین دار‌د.

۴- مونرو: مونرو از جمله برترین رمزارزهای رهگیری‌گریز است که بر پایه روش اثبات کار، بنا شد‌ه است. بنابراین این ارز دیجیتال هم دارای شاخص سختی شبکه است.

۵- زی کش: زی کش از دیگر رمزارزهای رهگیری‌گریز است که همچون مونرو از روش اثبات کار برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها بهره می‌گیرد.

۶- اتریوم کلاسیک: این رمزارز با تقلید از اتریوم طراحی شد‌ه و بنابراین از روش اثبات کار بهره می‌گیرد و از شاخص سختی شبکه برای تنظیم نرخ تولید بلاک‌های جدید استفا‌د‌ه می‌کند.

جمع‌بندی

شاخص سختی شبکه، سنجه‌ای است که درجه دشواری استخراج یک بلاک را در یک شبکه بلاکچینی، نشان می‌دهد. هر چه این شاخص، بالاتر باشد، تأیید و اعتبارسنجی تراکنش‌های موجود در یک بلاک، مستلزم صرف توان رایانشی بیشتری است.

آنچه باعث می‌شود سختی شبکه، اهمیت دوچندانی پیدا کند، این است که افزایش این شاخص به معنای تقویت حصار امنیتی یک شبکه بلاکچینی است؛ زیرا با سختی شبکه بالاتر، کار مهاجمان برای حمله به شبکه و ایجاد اختلال در عملکرد آن دشوارتر می‌شود.