توضیح کامل در مورد الگوریتم اثبات پوشش (Proof of Coverage)

الگوریتم اثبات پوشش یا PoC یک مکانیسم توافقی است که بر پروتکل اجماع هلیوم تعبیه شده است. این الگوریتم نسبت به الگوریتم اثبات کار (PoW)، کمترین میزان انرژی را مصرف می‌کند. این امر به دلیل استفاده از چندین کلید فرکانس رادیوی (RF) در PoC است. این RFها، که با سرعت نور حرکت می‌کنند، به ماینرها و دستگاه‌های استخراج در شبکه اجازه می‌دهند از فضای موجود در هارد دیسک استفاده کنند تا در خصوص حقوق استخراج و اعتبارسنجی تراکنش‌ها تصمیم‌گیری کنند و آنها را به بلاکچین اضافه کنند.

به عنوان مثال، اثبات کار (PoW) نیز در بیتکوین استفاده می‌شود

در این الگوریتم، ماینرها باید با حل یک مسئله ریاضی پیچیده، به عنوان اثباتی برای انجام محاسبات، اثبات کار خود را ارائه دهند. این محاسبات با مصرف انرژی زیادی همراه است. اما در PoC، با استفاده از امضای دیجیتالی که توسط کلیدهای RF ایجاد می‌شود، تأیید استخراج و اعتبارسنجی تراکنش‌ها انجام می‌شود و انرژی مصرفی به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

ماینینگ به طور کلی به روشی اشاره دارد که بلاکچین‌ها شبکه خود را حفظ می‌کنند. به عنوان مثال، در ماینینگ بیتکوین، ماینرها از سخت‌افزارهای تخصصی ASIC برای پردازش تراکنش‌ها در شبکه استفاده می‌کنند. هنگامی که کاربران تراکنش‌ها را ارسال می‌کنند، این تراکنش‌ها وارد mempool می‌شوند، که یک صف است که در آن تراکنش‌ها منتظر پردازش قرار می‌گیرند.

ماینرها با استفاده از سخت‌افزارهای ASIC تخصصی، به رقابت یک سری محاسبات ریاضی سریع می‌پردازند تا یک مسئله ریاضی را حل کنند. اولین ASIC که مسئله را حل می‌کند، حق پردازش بلوک تراکنش‌های بعدی را به دست می‌آورد و سپس این بلوک به زنجیره (و در نتیجه به بلاکچین) اضافه می‌شود.

این فرآیند به عنوان اثبات کار (PoW) شناخته می‌شود، زیرا ماینر برای به دست آوردن حق پردازش یا استخراج بلوک بعدی، باید یک کار خاص را انجام دهد. در ماینینگ بیتکوین، ماینرها به عنوان پاداش برای استخراج یک بلوک جدید، دو نوع پاداش دریافت می‌کنند. نوع اول پاداش بلوک است که به صورت بیتکوین جدید اعطا می‌شود. از سال 2022، پاداش بلوک 6.25 بیتکوین است.

نوع دیگر پاداش، کارمزد تراکنش است که کاربران بیتکوین به ماینرها پرداخت می‌کنند تا تراکنش خود را در بلوک بعدی قرار دهند.

شاید درباره محدودیت تعداد بیتکوین‌ها به 21 میلیون سکه شنیده باشید. هر چهار سال، اندازه پاداش بلوک به نصف کاهش می‌یابد تا زمانی که تمام 21 میلیون سکه استخراج شود. (این اتفاق در حدود سال 2140 رخ می‌دهد)

اثبات سهام در ماینینگ اتریوم

اتریوم نیز برای حفظ اجماع از اثبات کار (PoW) استفاده می‌کند، اما سخت‌افزار مورد استفاده در آن متفاوت است. استخراج‌کنندگان اتریوم از واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) استفاده می‌کنند که در واقع کارت‌های گرافیکی معمولی برای رایانه‌ها هستند. این کارت‌های گرافیکی همچنین برای بازی‌ها، ویرایش ویدیو و سایر محاسبات پردازش گرافیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اما در سال 2022، اتریوم از اثبات کار به اثبات سهام (PoS) تغییر کرد. در این روش، تأیید اعتبار (نه ماینرها) 32 واحد اتر را در یک قرارداد هوشمند به عنوان مقابله برای امکان اجرای یک گره که تراکنش‌های جدید را پردازش می‌کند، قرار می‌دهند. اعتبار دهندگان اتریوم با ارائه اتر جدید و یک بخش از کارمزد تراکنش‌ها به عنوان پاداش، مزایا را دریافت می‌کنند. (بیشتر کارمزد تراکنش‌ها سوخت می‌شود.)

در مورد هلیوم، میزان ماینینگ آن و روش‌های اثبات اجماع آن متغیر است و اطلاعات کاملی در این مورد در دسترس نیست.

قبل از بررسی الگوریتم اثبات پوشش (POC)، دوست دارم درباره اصول اولیه هلیوم صحبت کنم.

هلیوم یک بلاکچین است که از رمز ارز اصلی خود، HNT، به عنوان واحد پول استفاده می‌کند. برخلاف بیتکوین و اتریوم که هدفشان ارائه پول دیجیتال غیرمتمرکز و قراردادهای هوشمند است، شبکه هلیوم یک شبکه ارتباطی بی‌سیم غیرمتمرکز است.

ماینرها یک دستگاه فیزیکی به نام هات اسپات (Hotspot) را راه‌اندازی می‌کنند. این هات اسپات در اصل یک رایانه کوچک است که به اینترنت متصل می‌شود و دارای یک آنتن است که ارتباط با هات اسپات‌های مجاور را برقرار می‌کند و داده‌های بی‌سیم را دریافت می‌کند.

استفاده اولیه از هات اسپات هلیوم، انتقال داده برای دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) بود. یک دستگاه اینترنت اشیا ممکن است مانند یک زنگ درب هوشمند، یخچال یا مایکروویو شما (در صورتی که به اینترنت متصل باشد)، حسگر رطوبت یا حتی یک خودرو باشد.

این دستگاه‌ها از یک فناوری به نام LoRaWAN (Low Power, Wide Area Networking) استفاده می‌کنند که برای دستگاه‌های بی‌سیم اینترنت اشیا (IoT) طراحی شده است.

یکی از مزایای LoRaWAN، برد بیشتری نسبت به سایر پروتکل‌های بی‌سیم مانند Wi-Fi یا شبکه‌های سلولی است، اما نقطه ضعف آن این است که توان انتقال داده کمتری دارد.

علاوه بر این، دستگاه‌های LoRaWAN به طور معمول نیازی به انتقال حجم زیادی از داده ندارند. آنها ممکن است چند بار در ساعت کمی داده ارسال کنند، در مقابل شما که در خانه هستید و در حین تماشای ویدیویی در YouTube، حجم عظیمی از داده را پخش می‌کنید.

الگوریتم اثبات پوشش (PoC) به طور دقیق چیست؟

به طور خلاصه، الگوریتم اثبات پوشش در بلاکچین هلیوم برای تأیید مکان هات اسپات‌ها استفاده می‌شود. این الگوریتم براساس اسناد وب سایت هلیوم توضیح داده شده است.

بلاکچین هلیوم از الگوریتم کاری جدیدی به نام الگوریتم “اثبات پوشش” (Proof of Coverage) استفاده می‌کند تا تأیید کند که هات اسپات‌ها در مکانی که ادعا می‌کنند، واقع شده‌اند. به عبارت دیگر، الگوریتم اثبات پوشش سعی می‌کند به طور مداوم اثبات کند که هات اسپات‌ها به درستی موقعیت خود و پوشش شبکه بی‌سیم را که در آن مکان ایجاد می‌کنند، نشان می‌دهند.

تفاوت بین اثبات کار و الگوریتم اثبات پوشش چیست؟

یک تفاوت بزرگ بین اثبات کار (Proof of Work) و الگوریتم اثبات پوشش (Proof of Coverage) این است که الگوریتم اثبات پوشش سازگاری بیشتری با محیط زیست دارد. در اثبات کار، برای استخراج سکه‌ها از مقادیر زیادی برق استفاده می‌شود که باعث وابستگی آن به مصرف انرژی بالا می‌شود، به ویژه که بیشتر انرژی از منابع مبتنی بر سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود که عوامل اصلی تغییرات آب و هوایی هستند. در عوض، الگوریتم اثبات پوشش از میزان مصرف انرژی کمتری استفاده می‌کند، گرما را تولید نمی‌کند و ماینرها بسیار کم صدا هستند. بنابراین، مصرف برق یکی از تفاوت‌های بزرگ و بخصوصاً مهم بین این دو الگوریتم است.

تفاوت مهم دیگر در هزینه ماینرها است. قیمت خرید و نصب یک ماینر PoC تنها چند صد دلار است، در حالی که ماینرهای PoW ممکن است تا ده هزار دلار هزینه داشته باشند که این هزینه اولیه بسیار بیشتر را با خود به همراه دارد.

تفاوت سوم که به نظر می‌رسد بین اثبات کار و الگوریتم اثبات پوشش وجود داشته باشد، سادگی سخت‌افزار الگوریتم اثبات پوشش نسبت به اثبات کار است که به این معنی است که فضای کمتری را اشغال می‌کند.

اگر فکر می‌کنید الگوریتم اثبات پوشش (PoC) تنها مزایایی دارد، باید بدانید که نکاتی وجود دارد که شاید بخواهید درباره آنها بیشتر بدانید. ماینرهایی که از الگوریتم اثبات پوشش استفاده می‌کنند، قادر به استخراج هلیوم هستند و نمی‌توانند برای کارهای دیگری مورد استفاده قرار بگیرند. در صورتی که شبکه هلیوم وجود نداشته باشد، ارزش این ماینرها کاهش می‌یابد.

در مقابل، اثبات کار از پردازنده‌های گرافیکی (کارت‌های گرافیکی) استفاده می‌کند که به راحتی می‌توانند فروخته شوند یا در کاربردهای دیگری استفاده شوند. این به این معنی است که اگر سکه‌ای که با استخراج آن مشغول هستید، به نحوی بی‌ارزش شود، می‌توانید از پردازنده‌های گرافیکی خود برای کارهای دیگر استفاده کنید.

تفاوت دیگر اکوسیستم اثبات کار و الگوریتم اثبات پوشش در این است که ده‌ها یا صدها ارز دیجیتال از اثبات کار استفاده می‌کنند و این برای ماینینگ گزینه‌های متنوعی را فراهم می‌کند. اما الگوریتم اثبات پوشش فقط توسط شبکه هلیوم استفاده می‌شود و به همین دلیل محدودیت‌هایی در انتخاب‌های ماینینگ را ایجاد می‌کند.

برخی از ارزهای دیجیتالی که از اثبات کار (PoW) به عنوان مکانیزم اجماع استفاده می‌کنند عبارتند از:

بیت کوین
لایت کوین
اتریوم
دوج کوین
مونرو
Zcash
کادنا
و بسیاری از سکه‌های کریپتو کوچک دیگر.
اما ارزهای دیجیتالی که از الگوریتم اثبات پوشش (PoC) به عنوان مکانیزم اجماع استفاده می‌کنند، عبارتند از:

هلیوم
شبکه هلیوم، که این مکانیزم اجماع را برای سکه HNT خود ایجاد کرده است. بنابراین، تنها کسانی هستند که از این الگوریتم استفاده می‌کنند.

چرا از الگوریتم اثبات پوشش استفاده می‌شود؟

شبکه هلیوم یک شبکه بی‌سیم فیزیکی است که توانایی ایجاد پوشش قابل اعتمادی را برای کاربرانی که دستگاه‌های خود را روی آن قرار می‌دهند، دارد. به منظور ایجاد این پوشش، نیاز به یک الگوریتم کاری خاص بود که برای این منظور طراحی شده بود. الگوریتم اثبات پوشش (Proof-of-Coverage) از ویژگی‌های منحصر به فرد و غیرقابل انکار فرکانس رادیویی (RF) برای تولید شواهدی که برای شبکه هلیوم و شرکت‌کنندگان آن معنادار هستند، استفاده می‌کند. به طور خاص، الگوریتم اثبات پوشش بر ویژگی‌های زیر تکیه دارد:

فاصله: انتشار RF فیزیکی محدودیت دارد و بنابراین به فاصله وابسته است.
قدرت سیگنال: قدرت سیگنال RF دریافتی با مجذور فاصله از فرستنده نسبت معکوس دارد.
حرکت سریع: RF با سرعت نور بدون تأخیر حرکت می‌کند.
با استفاده از این ویژگی‌ها، بلاکچین هلیوم به طور مداوم با استفاده از مکانیزمی به نام “چالش PoC”، پوشش را ارزیابی می‌کند. قوت نهایی الگوریتم اثبات پوشش در واقعیت مخفی است که داده‌های تولید شده توسط اثبات‌های مداوم و ذخیره شده در بلاکچین هلیوم، تأیید قطعی پوشش بی سیم ارائه شده توسط هات اسپات‌ها در شبکه را ارائه می‌دهند.

مکانیزم الگوریتم اثبات پوشش شامل سه نقش متمایز است:

• Challenger (چالنجر): هات اسپات چالش POC را ایجاد و صادر می‌کند. هات اسپات‌ها تقریباً هر ۳۶۰ بلاک یکبار چالش را ایجاد می‌کنند.
• Beaconer (فرستنده): گاهی اوقات با نام “Challengee” نیز شناخته می‌شود. این هات اسپات هدف چالش POC هستند و مسئول انتقال (یا “بیکنینگ”) بسته‌های چالشی هستند که به طور بالقوه توسط هات اسپات‌های نزدیک به موقعیت جغرافیایی آن‌ها قابل مشاهده هستند.
• شاهد یا Witness: نقاط مهمی هستند که مجاورت جغرافیایی با فرستنده را دارند و پس از ارسال بسته‌های چالش، گزارش می‌دهند.

هات اسپات‌های هلیوم وقتی با موفقیت چالشی را به بلاک‌چین هلیوم ارسال می‌کنند، پاداش‌های HNT دریافت می‌کنند.

به عبارت دیگر، الگوریتم اثبات پوشش راهی برای اطمینان از وجود پوشش در شبکه هلیوم در یک منطقه خاص است. جوایز به گونه‌ای طراحی شده‌اند که افراد برای قرار دادن کانون در مناطقی که فاقد پوشش هستند، تشویق می‌شوند. البته تفاوت‌های زیادی در این مورد وجود دارد، اما این مدل اصلی اقتصادی است. همچنین، هات اسپات‌ها برای انتقال داده‌های دستگاه در شبکه، جوایزی دریافت می‌کنند.

تا فوریه ۲۰۲۲، در سراسر جهان ۵۸۱۸۴۰ کانون فعال هلیوم وجود داشت.

شما می‌توانید از Helium Explorer برای مشاهده تعداد نقاط هات اسپات در مکان فعلی خود استفاده کنید. نقشه شبکه هلیوم به شکل شش ضلعی تقسیم شده است و شما می‌توانید به طور دقیق‌تر به شش ضلعی‌هایی که بیشترین تعداد نقاط هات اسپات را دارند، نگاه کنید.

نوآوری‌های فنی و اقتصادی در بلاک چین‌ها وجود دارند. بسیاری از افراد بلاک چین‌ها را به عنوان نوآوری‌های فناورانه درک می‌کنند و این درست است. اما نوع دیگری از نوآوری که شاید حتی مهم‌تر باشد، نوآوری اقتصادی است. بلاک چین‌های توکن‌شده مانند هلیوم یک مدل اقتصادی برای ایجاد شبکه‌های بزرگی که متعلق به اپراتورهای شبکه هستند، ارائه می‌دهند. فکر کنید که در گذشته برای ایجاد یک شبکه بی‌سیم چه کارهایی باید انجام می‌دادید.

با استفاده از هلیوم، افراد با خرید دستگاه‌های کوچک و قرار دادن آن‌ها در خانه‌ها و محل کار خود، می‌توانند شبکه را راه‌اندازی کنند و با دریافت پاداش‌های ماینینگ بی‌سیم، محرکی برای کسب درآمد داشته باشند.

مشوق‌های اقتصادی که به خوبی طراحی شده‌اند، افراد را تشویق می‌کنند تا به صورت طبیعی و ارگانیک یک شبکه قوی از پوشش را بدون نیاز به دستوراتی از یک نهاد مرکزی سازماندهی کنند.