مفهوم سختی شبکه یا سختی استخراج چیست؟

سختی شبکه یا سختی استخراج در ارزهای دیجیتال به معیاری اشاره دارد که نشان می‌دهد چقدر استخراج یک بلوک در یک بلاکچین ارز دیجیتال خاص دشوار است. سختی بالای ارزهای دیجیتال به این معنی است که برای تأیید تراکنش‌های وارد شده در یک بلاکچین، نیاز به قدرت محاسباتی بیشتری داریم (که به آن ماینینگ می‌گویند). سختی شبکه در کریپتوکارنسی‌ها یک پارامتر است که بیتکوین و سایر ارزهای دیجیتال از آن استفاده می‌کنند تا میانگین زمان بین بلوک‌ها را با تغییر قدرت هش شبکه ثابت نگه دارند. دشواری ارزهای دیجیتال اهمیت بالایی دارد، زیرا سختی شبکه بالا می‌تواند به تأمین امنیت بلاکچین در برابر حملات مخرب کمک کند.

درک مفهوم سختی شبکه در ارزهای دیجیتال بسیار مهم است

بیتکوین و سایر ارزهای دیجیتالی که از بلاکچین‌های اثبات کار استفاده می‌کنند، از طریق فرآیند استخراج حفظ می‌شوند. در این فرآیند، ماینرها تراکنش‌هایی را که روی یک بلاکچین انجام می‌شود، تأیید می‌کنند و وظایف حسابرسی را برای جلوگیری از تقلب و اطمینان از مشروعیت تراکنش‌ها به عهده می‌گیرند. این سیستم ماینینگ توسط بنیانگذار بیتکوین، ساتوشی ناکاموتو، طراحی شد.

در این سیستم، ماینرها که نرم‌افزار ارز دیجیتال را روی رایانه‌های خود اجرا می‌کنند، برای یافتن یک بلوک جدید با یکدیگر رقابت می‌کنند و جدیدترین دسته از داده‌های تراکنش را به زنجیره اضافه می‌کنند. زمانی که تراکنش‌های کافی تأیید شدند، یک بلوک جدید به بلاکچین اضافه می‌شود. ماینرها ممکن است برای تلاش‌های خود هزینه‌ای دریافت کنند، اما قبل از اینکه یک ماینر بتواند پاداشی دریافت کند، شرایط دیگری وجود دارد. میزان قدرت محاسباتی مورد نیاز برای استخراج یک بلوک با سختی شبکه ارز دیجیتال نشان می‌دهد. زمانی که برای یافتن یک بلوک جدید طول می‌کشد، به سطح سختی ارز دیجیتال و شانس تصادفی بستگی دارد.

برای اندازه‌گیری سختی شبکه ارز دیجیتال در یک بلوک جدید، درک قدرت هش مهم است. قدرت هش نشان‌دهنده قدرت محاسباتی ترکیبی است که برای استخراج و پردازش تراکنش‌ها روی بلاکچین استفاده می‌شود.

هش‌های تصادفی

هش یک کد الفبایی است که برای نمایش کلمات یا داده‌ها استفاده می‌شود. ماینرها دسته‌ای از داده‌های تراکنش را می‌گیرند و آن را از طریق یک الگوریتم هش اجرا می‌کنند. الگوریتم هش یک تابع یکطرفه است که با توجه به مجموعه‌ای از داده‌ها، همیشه خروجی یکسانی تولید می‌کند، اما خروجی آن برای بازگرداندن داده‌های اصلی غیرممکن است. الگوریتم‌های هش برای ایجاد این کدهای هش تصادفی استفاده می‌شوند. قبل از اینکه داده‌های جدید به یک بلاکچین اضافه شوند، ماینرها باید برای تولید یک هش کمتر یا برابر با یک مقدار عددی به نام هش هدف رقابت کنند.

ماینرها فرآیند هش را با تغییر یک مقدار نانس (Nonce) انجام می‌دهند. نانس یک عددی است که یک بار استفاده می‌شود و هر بار که نانس تغییر می‌کند، یک هش جدید با مجموعه‌ای از اعداد خاص خود ایجاد می‌شود. هیچ راهی برای پیش‌بینی شکل هش وجود ندارد و از آنجایی که هر مجموعه از داده‌ها تنها یک خروجی برای تابع هش مشخص دارد، ماینرها باید فرآیند اضافه کردن یک نانس جدید به داده‌ها را تا زمانی که هش مورد نیاز را به دست آورند، تکرار کنند.

سختی شبکه ارزهای دیجیتال

الزامات هش و سختی شبکه

یک هش برای مطابقت با سختی شبکه باید برخی الزامات را برآورده کند. یک هش معتبر باید کمتر از یک مقدار هدف مشخص باشد که توسط پروتکل ارز دیجیتال به صورت خودکار (و با دوره‌های مشخصی) تنظیم می‌شود. هرچه مقدار هدف کمتر باشد، ماینر باید تعداد تکرارهای بیشتری از تابع هش را طی کند تا به نتیجه قابل قبولی برسد (به عبارت دیگر، سختی بیشتر است). در تئوری، یک ماینر می‌تواند خوش‌شانس باشد و در اولین تلاش یک هش معتبر برای یک بلوک مشخص را به دست آورد. با این حال، با گذشت زمان و افزایش سختی، ماینرها باید به طور متوسط تعداد بیشتری از نانس‌ها را بررسی کنند.

با استفاده از ریگ‌های ماینینگ، افراد و سازمان‌ها قدرت محاسباتی خود را به اشتراک می‌گذارند تا داده‌ها را پردازش کرده و هش‌ها را تولید کنند. قدرت هش یک شبکه ارز دیجیتال، مجموع نرخ هش تمام دستگاه‌های ماینینگ را نشان می‌دهد. نرخ هش نشان‌دهنده تعداد هش‌هایی است که در هر ثانیه قابل محاسبه است.

از آنجایی که هر هش به صورت تصادفی ایجاد می‌شود، امکان قبل از برآورده شدن نیاز هش هدف و ضرب سکه‌های ارز دیجیتال جدید برای یک ماینر موفق، میلیون‌ها حدس یا هش وجود دارد. تنها پس از برآورده شدن این نیاز، تراکنش‌ها به یک بلوک جدید در بلاکچین اضافه می‌شوند. به طور مشابه، فرآیند هش شبیه به یک سیستم قرعه‌کشی است و سکه‌های جدید از طریق این فرآیند استخراج می‌شوند.

نکته:
با افزایش نرخ هش، کنترل بلاکچین برای یک کلاهبردار دشوارتر می‌شود زیرا برای انجام عملیات هش، قدرت هش بیشتری مورد نیاز است. به عبارت دیگر، با افزایش سختی شبکه، امنیت شبکه بهبود می‌یابد.

مزایای سختی شبکه در ارزهای دیجیتال

ممکن است شگفت زده شوید که چرا شرکت کنندگان در یک شبکه ارز دیجیتال، سختی شبکه را بالا می‌برند، اگر نتیجه آن این باشد که ماینرها یک کار را بارها تکرار می‌کنند. اما دو مزیت کلیدی برای افزایش سختی در ارزهای دیجیتال وجود دارد.

نرخ ثابت بلوک‌های جدید: با بالا بردن سختی شبکه، نرخ تولید بلوک‌های جدید در شبکه ثابت می‌ماند. این به معنی این است که مقدار زمانی که برای تولید هر بلوک جدید نیاز است، ثابت است و به طور مستقل از تعداد ماینرها و قدرت محاسباتی آن‌ها است. این ویژگی مهم است زیرا ثبات زمانی بین بلوک‌های جدید از اهمیت بالایی برخوردار است و قابلیت پیش‌بینی زمان تولید بلوک‌ها را بهبود می‌بخشد.

افزایش امنیت شبکه: با افزایش سختی شبکه، امنیت شبکه نیز بهبود می‌یابد. زیرا برای تغییر یک بلوک قبلی در بلاکچین، نیاز به انجام مجدد محاسبات برای تولید هش‌ها و تأیید صحت آن بلوک داریم. با بالا بردن سختی، انجام مجدد این محاسبات بسیار سخت‌تر و زمان‌برتر می‌شود، که در نتیجه به هجوم‌هایی نظیر حملات ۵۱٪ و تغییرات تاریخچه بلاکچین (reorg) کمتری توسط حملات‌کنندگان امکان‌پذیر است.

با این مزایا، افزایش سختی شبکه ارزهای دیجیتال بهبودی در ثبات شبکه، امنیت و اعتماد به شبکه را به همراه دارد.

وایت‌پیپر بیتکوین، نوشته‌ای از ساتوشی ناکاموتو، توضیح می‌دهد که چگونه سختی شبکه اثبات کار به تولید مداوم بلوک‌های جدید اضافه شده به بلاکچین کمک می‌کند.

برای تعادل بخشیدن به افزایش سرعت سخت‌افزار و تفاوت در علاقه به اجرای گره‌ها در طول زمان، سختی اثبات کار با استفاده از میانگین متحرک تعیین می‌شود که میانگین تعداد بلوک‌های اضافه شده به بلاکچین در یک ساعت را به عنوان هدف قرار می‌دهد. اگر بلوک‌ها به سرعت زیادی تولید شوند، سختی شبکه افزایش می‌یابد.

بیتکوین به گونه‌ای طراحی شده است که به طور متوسط هر ۱۰ دقیقه یک بلاک جدید به بلاکچین اضافه می‌شود. هدف دیگر ارزهای رمزنگاری شده، تعیین زمان ثابت برای تولید بلوک‌ها است. به عنوان مثال، لایتکوین هدفی برای تولید هر ۲.۵ دقیقه دارد. چالش اصلی در اینجا این است که قدرت محاسباتی که ماینرهای شبکه به صورت کلی کنترل می‌کنند، ممکن است به طرز چشم‌گیری متفاوت باشد.

وقتی ساتوشی ناکاموتو اولین بلوک را استخراج کرد، تنها یک دستگاه در شبکه وجود داشت (احتمالاً یک لپتاپ یا کامپیوتر ساده). امروزه، تعدادی مزرعه ASIC گسترده و به اندازه یک انبار وجود دارند. ASICها ماشین‌هایی هستند که به طور خاص برای انجام عملیات هش با بیشترین سرعت ممکن طراحی شده‌اند.

برای اطمینان از تولید مداوم بلوک‌های جدید با نرخ متوسط ثابت، نرم‌افزار تنظیم شده است تا به طور خودکار هش هدف را بالا یا پایین تنظیم کند که در نتیجه به تغییر سختی منجر می‌شود. وقتی ناکاموتو بلوک پیدا کرد، سختی شبکه بیتکوین یک بود.

نرخ هش کلی، به ما درباره امنیت شبکه ارزهای دیجیتال اطلاعاتی ارائه می‌دهد، زیرا برای انجام یک حمله مخرب، کلاهبرداران یا بازیگران بد باید بر قدرت هش کلی شبکه غلبه کنند. از کامپیوترهایی که به طور خاص برای انجام عملیات هش طراحی شده‌اند، استفاده می‌شود. این کامپیوترها می‌توانند در هر ثانیه تریلیون‌ها حدس بزنند تا به مسئله هش رسیدگی کنند.

با افزایش سختی ارز دیجیتال، تعداد حدس‌ها یا هش‌های مورد نیاز برای رسیدن به هش مورد نظر افزایش می‌یابد. این فرآیند باعث می‌شود به دست آوردن کنترل اکثریت (اکثریت ۵۱ درصدی) شبکه بلاکچین برای مهاجمان بسیار دشوار و پرهزینه باشد. این عمل به عنوان “کنترل اکثریت شبکه” شناخته می‌شود.