إثبات العمل

ستقدم لك هذه المقالة دليلاً للمبتدئين حول إثبات العمل. ستتعرف على ما هو ضروري لها، والفرق بين إثبات العمل وإثبات الحصة، والمزيد.

لتصفح أسهل، راجع جدول المحتويات:

• ما هو إثبات العمل؟
• لماذا نحتاج إلى أسلحة شرطة المياه؟
• ما هو الإنفاق المزدوج؟
• كيف يعمل PoW؟
• إثبات العمل مقابل إثبات الرهان
• الخاتمة
• الأسئلة المتداولة

ما هو إثبات العمل؟

إثبات العمل (PoW، اختصارًا) هو ما يسمى بآلية الإجماع (تُعرف أيضًا باسم خوارزمية الإجماع) المستخدمة في العملات المشفرة. ما يفعله هو منع الإنفاق المزدوج. يُشار عادةً إلى إثبات العمل على أنه طريقة أمان دفتر الأستاذ للعملات الرقمية.

كونها أول خوارزمية إجماع يتم إنشاؤها على الإطلاق، لا تزال خوارزمية إثبات العمل هي المهيمنة بين خوارزميات الإجماع الأخرى. ساتوشي ناكاموتو, فإن البيتكوين مبتكر برنامج PoW في عام 2008. ولكن في الواقع، كانت التكنولوجيا التي جعلت من PoW ممكنة معروفة قبل الفترة.

أشهر مثال على خوارزمية إثبات العمل قبل عصر العملات المشفرة هي خوارزمية HashCash من تصميم آدم باك. عملت كأداة لتقليل عدد الرسائل غير المرغوب فيها من خلال مطالبة المرسلين بإجراء قدر معين من الحوسبة قبل إرسال رسالة بريد إلكتروني. كان مقدار قوة الحوسبة منخفضًا نسبيًا بالنسبة لمرسل بريد إلكتروني فردي، لكنه زاد بشكل كبير بالنسبة لشخص قام بإرسال رسائل بريد إلكتروني ضخمة.

لماذا نحتاج إلى إثبات العمل؟

للإجابة على هذا السؤال، سنحتاج أولاً إلى النظر في كيفية تقنية البلوك تشين يعمل.

في شبكة البيتكوين، يحتاج المستخدمون في شبكة البيتكوين إلى النظام لتأكيد المعاملات لأنهم عندما يبثون معاملاتهم إلى الشبكة، لا تحصل الأخيرة على حالة التحقق من صحتها على الفور. تحتاج المعاملات إلى أن تصبح أجزاء من نظام البلوك تشين أولاً. نظرًا لأن سلسلة الكتل هي قاعدة بيانات مفتوحة، يمكن لكل مستخدم متابعة تاريخ جميع الأموال داخل الشبكة. أسهل طريقة للنظر إليها هي المفكرة.

إليك الفكرة:

• تشارك أنت وثلاثة من أصدقائك الآخرين نفس المفكرة;
• يستخدم أربعتكم هذه المفكرة لتتبع المعاملات ومعرفة مقدار الأموال التي ينفقها كل واحد منكم;
• لجعل كل معاملة جديدة سارية المفعول، عند إجرائها، فإنك تشير إلى المعاملة السابقة التي وفرت الأموال;
• لذا، إذا حاول أحد أصدقائك إجراء معاملة باستخدام الأموال نفسها - سيتم اعتبار هذه المعاملة غير صالحة وسيتم حظرها.

ولكن هنا تكمن المشكلة - لا يمكن لمثل هذا النظام أن يعمل إلا مع مجموعة صغيرة من الأشخاص الذين يعرفون بعضهم البعض وقد يتوصلون إلى اتفاق عند إجراء المعاملات وكتابة تفاصيلها الخاصة في مفكرة مشتركة لجعل عملياتهم شفافة تماماً ويمكن تتبعها. ولكن ماذا لو كنت تريد أن تفعل الشيء نفسه مع مجموعة كبيرة من المستخدمين عبر الإنترنت من 10,000 شخص أو أكثر مثلاً؟ في هذه الحالة، لن يجدي نهج المفكرة نفعًا لأن لا أحد سيكون حريصًا على السماح للغرباء بإدارة المعاملات.

ولهذا السبب تحتاج شبكة العملة الرقمية إلى نظام إثبات العمل. تعمل هذه الآلية بمثابة كتلة للمستخدم لإنفاق الأصول التي لا يحق له إنفاقها. تجمع خوارزمية إثبات العمل بين نظرية اللعبة والتشفير، مما يتيح لمستخدمي بلوك تشين البيتكوين تحديث بيانات معاملات البيتكوين بما يتوافق تمامًا مع النظام.

كيف يعمل PoW؟

ما هو التعدين؟

لفهم كيفية عمل إثبات العمل فعلياً، علينا أولاً أن نتعلم ما هو التعدين.

عند إضافة المعاملات إلى سلسلة الكتل، لا يمكنك إضافتها بشكل منفصل - يجب عليك جمعها في كتل. وبمجرد ظهور المعاملات داخل الشبكة، يكون المفهوم كما يلي: يجب إضافتها إلى نوع معين من الكتل يُسمى الكتلة المرشحة. ثم تنتظر هذه الكتلة المرشحة للتحقق من صلاحيتها لكي تصبح صالحة - وبعبارة أخرى، لكي تُضاف إلى سلسلة الكتل.

إنشاء كتلة جديدة ليست أرخص عملية. فهي تتطلب موردًا معينًا وهو قوة الحوسبة. أو قوة التعدين، حيث أن الشخص الذي ينشئ كتلة يُطلق عليه اسم المُعدِّن. يقوم المُعدِّن (باستخدام كمبيوتر حديث مزود بقدرة حاسوبية كافية) بحل ما يسمى بالأحجية الحسابية - أي, التجزئة بيانات الكتلة.

ماذا يعني تجزئة بيانات الكتلة؟ يعني معالجة البيانات عبر دالة التجزئة التي تولد تجزئة الكتلة. عند معالجتها من خلال دوال التجزئة، تتلقى الكتلة الجديدة رمزها الفريد - وهو نوع من البصمة. تعطي هذه “البصمة” هوية فردية لبيانات إدخال الكتلة.

لا يمكنك استخراج بيانات الإدخال من تجزئة الكتلة. ومع ذلك، إذا كنت تعرف المدخلات، يمكنك معرفة ما إذا كانت الكتلة صحيحة. كل ما تحتاجه لذلك هو معالجة المدخلات من خلال دالة التجزئة والتأكد من أن المخرجات هي نفسها.

يتطلب إثبات العمل أن تتطابق تجزئة البيانات مع شروط معينة. للتأكد من تطابق تجزئة البيانات مع الشروط، ستحتاج إلى تشغيلها من خلال دالة التجزئة. إذا لم تتطابق البيانات، عند الفحص، ستحتاج إلى تصحيحها فقط عن طريق تغييرها قليلاً. من المهم أن تعرف أنه حتى تغيير حرف واحد سيُحدث فرقًا كبيرًا بحيث لا يمكن التنبؤ بنتيجة الإخراج تمامًا.

خلاصة القول أن إنشاء كتلة هي مهمة لا يمكنك التنبؤ بها. كل ما في الأمر هو مجرد تجزئة عدد من المعاملات مع بيانات حاسمة أخرى. ما ستحتاجه دائمًا هو استكمال مجموعة بيانات ثابتة بجزء من البيانات المتغيرة. وبدون ذلك، سيكون ناتج التجزئة الخاص بك دائمًا دون تغيير.

يُطلق على الجزء من البيانات المتغيرة التي ذكرناها اسم النونسي. إنه رقم يتغير في كل مرة مما يعطيك تجزئات مختلفة. العملية نفسها تسمى التعدين.

فما هو التعدين على أي حال؟

• التعدين هو عملية تجميع بيانات سلسلة الكتل وتجزئتها باستخدام nonce بهدف العثور على تجزئة معينة. عندما يعثر المُعدِّن على تجزئة تتطابق مع الشروط التي حددها البروتوكول، يحصل على الحق في بث كتل جديدة إلى الشبكة. وفي الوقت نفسه، يتم تحديث سلسلة الكتل من قبل مستخدمي الشبكة الآخرين الذين يقومون بتضمين كتل جديدة.

تختلف الشروط التي يجب أن تتطابق أثناء عملية التعدين بين العملات الرقمية. على سبيل المثال، هناك عملات ذات شروط صعبة للغاية. كل هذا يعتمد على معدل التجزئة للشبكة - كلما ارتفع معدل التجزئة، زادت صعوبة العثور على تجزئة صالحة. هذا كله جزء من التصميم - إذا كانت معدلات التجزئة منخفضة، سيجد المُعدِّنون عملات معدنية بسرعة كبيرة، وستتزايد أعدادهم بسرعة.

ومع ذلك، فإن التعدين ليس مستحيلاً. الفكرة هي أنه يجب أن يكون صعبًا إلى حد ما. وإلا فلن تكون هناك فائدة من انضمام عمال المناجم الآخرين. التعدين هو منافسة. يتنافس عمال التعدين كل يوم مع بعضهم البعض. يكافئ العمل الذي يقوم به عمال التعدين في نهاية المطاف، مما يعزز حماسهم لمزيد من التعدين.

كما ذكرنا من قبل، يتطلب التنقيب (أي حل لغز رياضي) كميات هائلة من الطاقة الحسابية. لكن هذا ليس كل شيء. فكما تعلم، تحتاج أجهزة الكمبيوتر إلى الكهرباء لتشغيلها. لذا فإن هذا يجعل التعدين مهمة ثقيلة فيما يتعلق بتكاليف الكهرباء. ولكن هناك أخبار جيدة - تتم مكافأة التجزئة الصحيحة. وهذا يعني أنه في كل مرة يعثر فيها المُعدِّن على تجزئة صالحة، سيحصل على مكافأة كتلة في العملات المشفرة.

ما هو تشفير المفتاح العام؟

مع كل المعلومات المذكورة أعلاه، نحصل على الاستنتاجات التالية:

• التعدين يكلف أموالاً (أجهزة التعدين + كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية المستخدمة)
• يحصل المُعَدِّنون على مكافآت للكتل مقابل العثور على كتل صالحة
• باستخدام بيانات الإدخال، يمكن لمستخدم البلوك تشين التأكد من صلاحية الكتلة دون استخدام الكثير من طاقة وحدة المعالجة المركزية.

لكن الأمر هو أنه سيكون هناك دائمًا من سيرغبون في اتباع الطريق السهل. في هذه الحالة، أولئك الذين سيرغبون في محاولة الغش. هل هذا ممكن؟ هل يمكن لشخص ما إنشاء عدد من المعاملات الزائفة، وتجزئتها في كتلة واحدة، والإفلات من إنشاء كتلة جديدة صالحة؟ من الناحية الفنية، الإجابة هي نعم. ولكن هناك طريقة لمنع الجهات الفاعلة السيئة من إساءة استخدام سلسلة الكتل العامة لمصلحتها.

للتأكد مما إذا كان للمستخدم الحق في إنفاق الأموال، يتم استخدام آلية تشفير خاصة - تسمى تشفير المفتاح العام. والمفهوم هو كما يلي:

• عند إنشاء معاملة، يجب على المستخدم وقّع;
• التوقيع منشور، ويمكن لأي مستخدم الوصول إليه;
• يمكن للمستخدمين الآخرين مقارنة التوقيع مع المفتاح العام - إذا تطابقا، فإن المعاملة صالحة;
• يمكن للمستخدمين أيضًا التأكد مما إذا كان بإمكان منشئ المعاملة إنفاق أمواله بالفعل وما إذا كان المبلغ الناتج أقل من المبلغ المدخل.

لمزيد من التفاصيل, يرجى قراءة هذا المقال.

تقوم الشبكة بحذف أي كتلة معاملات غير صالحة، مما يؤدي إلى خسارة مالية هائلة. لذا فإن الغش داخل شبكة البلوك تشين مكلف للغاية. وهذه هي الفكرة الفعلية وراء إثبات العمل (وآليات الإجماع الأخرى):

• آلية إجماع PoW تجعل الغش باهظ الثمن، ولكنها من ناحية أخرى تشجعك على التصرف بأمانة، وتحقق أرباحاً كبيرة من خلال ذلك.

ما هو الإنفاق المزدوج؟

عند الحديث عن إثبات العمل، هناك مصطلح أساسي يجب أن تعرفه. المصطلح هو الإنفاق المزدوج.

A الإنفاق المزدوج هو في الأساس صندوق يحاول المستخدم إنفاقه أكثر من مرة. وهو مصطلح شائع لعمليات الأموال الرقمية. والسبب في ذلك هو أن الأموال الرقمية ليست مثل العملة الورقية - أي الأموال الموجودة بالفعل في العالم المادي. في نهاية المطاف، في مرحلة ما، سيتعين على كل شخص يتعامل بالعملات الرقمية أن يعترف بأنه ليس لها أي قيمة في العالم الحقيقي. ولكن، مرة أخرى، ولمجموعة من الأسباب، أصبحت العملات الرقمية كبيرة خلال السنوات العديدة الماضية مما أدى إلى ازدهار العملات الرقمية وعدد كبير من تقنيات الاحتيال. إحدى تلك التقنيات هي الإنفاق المزدوج.

دعونا نوضح الأمر:

• لا يمكنك الدفع مرتين بالنقد المادي، ولكن يمكنك (على الأقل حاول) استخدام نفس صندوق العملة الرقمية لإجراء معاملات البيتكوين (وهو بالطبع احتيال).

تخيل الموقف التالي: لقد اشتريت كوبًا من القهوة ودفعت ثمنه نقدًا. والآن، إذا أردت فنجاناً آخر من القهوة، فلن تتمكن من دفع ثمنه باستخدام نفس ورقة الدولار حيث تم قبولها من قبل أمين الصندوق وإيداعها في ماكينة تسجيل النقود. كما أنك لن تتمكن من استخدام تلك الورقة النقدية في متجر آخر للسبب المذكور سابقاً.

ولكن مع العملات الرقمية، يمكنك القيام بهذه الحيلة. نظرًا لأن النقود الرقمية هي مجرد مجموعة من الأصفار والآحاد (أي بيانات مضغوطة في ملف)، يمكنك نسخ هذه البيانات وإرسالها بالبريد الإلكتروني إلى أي عدد تريده من الأشخاص. هذا هو السبب في أهمية وجود آليات تمنع الأشخاص من استخدام نفس الأموال في أماكن مختلفة. فبدون هذه الآليات، سيؤدي الإنفاق المزدوج إلى تدمير العملة.

لمزيد من المعلومات عن الإنفاق المزدوج, اقرأ هذا الدليل.

إثبات العمل مقابل إثبات الرهان

كما ذكرنا أعلاه، فإن خوارزمية إثبات العمل (PoW) ليست خوارزمية الإجماع الوحيدة الموجودة. في هذا القسم من دليلنا، سوف نلقي نظرة على منافس محتمل لخوارزمية إثبات العمل - إثبات الحصة.

ما هو إثبات الحصة؟

إثبات الحصة هو آلية إجماع شائعة أخرى تسمح بالتحقق من صحة المعاملات والتوصل إلى توافق في الآراء. لكن PoS تستخدم نهجاً مختلفاً تماماً عن PoW. على عكس إثبات العمل، يعمل إثبات الحصة افتراضيًا.

هذا يعني أنه في حين أن PoW يتطلب قدراً هائلاً من القوة الحسابية لأداء وظيفة تكلفة وحدة المعالجة المركزية (أو لحل لغز حسابي)، فإن الميزة الرئيسية لـ PoS هي استخدام المدققين. يقوم المدققون بإغلاق الحصة لمنع الغش. بعد ذلك، يحتاج المدققون إلى تحديد الكتلة التالية التي ستتم إضافتها إلى السلسلة. ثم يراهنون على الكتل المختارة. إذا ظهرت كتلة في السلسلة، يحصل المدققون على مكافأة تتناسب مع الحصة بأكملها.

هل PoS أفضل من PoW؟

لم يتم بعد دمج إثبات الحصة بشكل كامل في سلاسل الكتل الرقمية المشفرة. وإحدى هذه الشبكات التي ستفعل ذلك أولاً هي شبكة الإيثيريوم. يتطلع مجتمع الإيثيريوم إلى التحول من إثبات العمل إلى إثبات الحصة في المستقبل القريب. والسبب في ذلك هو أن إثبات العمل ثقيل جدًا على استهلاك الكهرباء - تتطلب وظيفة تسعير وحدة المعالجة المركزية طاقة تعدين أكثر من التحقق من صحة المعاملات عبر إثبات الحصة. وكلما زاد عدد المُعدِّنين المنضمين إلى مجمعات التعدين، زادت الحاجة إلى المزيد من الطاقة.

يشعر الكثير من الناس في جميع أنحاء العالم بالقلق بشأن هذه الكميات من استهلاك الطاقة. ولهذا السبب تريد سلسلة بلوكشين الإيثيريوم الاستفادة من آلية إثبات الحصة في محاولتها لإيجاد حل أكثر مراعاة للبيئة.

هناك نقطة أخرى في منافسة إثبات العمل مقابل إثبات الحصة مقابل إثبات الحصة وهي السرعة (عدد المعاملات في الثانية). باستخدام إثبات الحصة، يمكن للمستخدمين إرسال الأموال واستلامها في بضع ثوانٍ فقط مقارنةً بعملية إثبات العمل التي تستغرق وقتاً أطول بكثير. بالمناسبة، يؤثر العامل الأخير أيضًا على نمو رسوم المعاملات داخل شبكات العملات الرقمية.

وأخيراً، هناك مسألة الأمان. هل إثبات الحصة أكثر أماناً من إثبات العمل؟ الإجابة هي نعم. بفضل بروتوكول CASPER، من المحتمل أن تكون PoS أكثر أمانًا من PoW. بل وأكثر من ذلك، ستصبح هجمات القراصنة ضد الأنظمة القائمة على إثبات الحصة أكثر تكلفة، وبالتالي أكثر ندرة.

الخاتمة

في الماضي، كانت آلية إثبات العمل (PoW) هي الآلية الأصلية للكشف عن الإنفاق المزدوج ضمن البيتكوين البلوك تشين. الجمع بين التشفير, دوال التجزئة, ، ونظرية اللعبة، فإن PoW يجعل عملية PoW أكثر أمانًا داخل شبكة لا مركزية تخلق نظامًا مستقرًا موزعًا قائمًا على الإجماع.

الأسئلة الشائعة

ما هو بروتوكول إثبات العمل؟

بروتوكول إثبات العمل هو آلية للتحقق من صحة المعاملات داخل نظام العملة الرقمية اللامركزية. مع إثبات العمل، يصبح من المستحيل الانخراط في الإنفاق المزدوج - وهو أسلوب احتيالي لاستخدام نفس الصندوق في عدة معاملات.

ما الفرق بين إثبات الحصة وإثبات العمل؟

هناك اختلافان رئيسيان بين بروتوكولي الإجماع الأكثر شيوعًا. الاختلاف الأول هو أن بروتوكول إثبات الحصة يطبق نهجاً أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، في حين أن بروتوكول إثبات العمل يحتاج إلى كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية لتشغيله. الاختلاف الثاني هو أن بروتوكول إثبات الحصة أكثر أماناً بفضل بروتوكول كاسبر وزيادة تكاليف هجمات القراصنة.

ماذا تقصد بـ “لغز رياضي”؟”

حل “اللغز الرياضي” هو عملية تعدين العملات الرقمية المشفرة. يستخدم المُعدِّنون في جميع أنحاء العالم معدات حوسبة باهظة الثمن ويستهلكون الكثير من الكهرباء “لتعدين” عملات البيتكوين (وغيرها من العملات الرقمية) من خلال معالجة كميات هائلة من البيانات لإنشاء وحدات جديدة وإضافتها إلى سلسلة الكتل.

ما هو رمز PoW المميز؟

رمز PoW هو “عملة” تُستخدم كشكل من أشكال الدفع الزائف في عدد من التطبيقات مثل البريد الإلكتروني. إذا كان البريد الإلكتروني يحتوي على رمز إثبات عمل PoW مرفق به، فهذا يعني أن البريد الإلكتروني خالٍ من الرسائل غير المرغوب فيها. تُستخدم توكنات PoW أيضاً لإثبات العمل القابل لإعادة الاستخدام. لذا من الناحية الفنية، فإن رموز PoW هي عناصر من نظام مكافحة البريد المزعج.