آنچه در این مقاله می خوانید :

• سختی شبکه یا سختی استخراج

• مفهوم سختی شبکه رمزارزها

• هش تصادفی

• سختی شبکه چیست ؟

• مزایای سختی شبکه بیتکوین و سایر رمزارزها

سختی شبکه یا سختی استخراج

سختی شبکه Difficulty ، معیاری از میزان دشواری استخراج یک بلاک در بلاکچین برای یک رمز ارز خاص است. سختی بالای رمزارزها به این معنی است که برای محاسبه تراکنش های وارد شده در بلاکچین به قدرت محاسباتی بیشتری نیاز است، که به این فرآیند، ماینینگ mining می گویند.

سختی رمزارزها پارامتری است که بیتکوین و سایر رمزارزها برای ثابت نگه داشتن زمان متوسط بین بلاک ها هنگام تغییر قدرت هش شبکه، استفاده می کنند. این پارامتر از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا سختی زیاد می تواند به امنیت شبکه بلاکچین در برابر حملات مخرب کمک کند.

مفهوم سختی شبکه رمزارزها

بیت کوین و سایر رمزارزها که از بلاکچین های با ساز و کار اثبات کار Proof of work استفاده می کنند، در طول فرآیند استخراج ، ماینرها تراکنش هایی را که بر روی بلاکچین انجام می شود تأیید کرده و نقش حسابرسان را برای جلوگیری از تقلب و اطمینان از مشروعیت معاملات بازی می کنند. فرآیند استخراج توسط موسس بیت کوین، ساتوشی ناکاموتو، طراحی شده است.

در این سیستم  ماینرها که نرم افزار رمزارزها را در رایانه های خود اجرا می کنند، برای یافتن یک بلاک جدید رقابت کرده و جدیدترین دسته داده های تراکنش را به این زنجیره اضافه می کنند. هنگامی که تراکنش ها به مقدار کافی رسیدند، بلاک جدیدی به بلاکچین اضافه می شود.

ماینرها ممکن است هزینه ای را برای تلاش خود به عنوان پاداش استخراج دریافت کنند، اما برای اینکه ماینر بتواند در صورت وجود پاداش، آن را دریافت کند، شرایط دیگری نیز وجود دارد. میزان قدرت محاسباتی مورد نیاز برای استخراج یک بلاک با سختی شبکه رمزارزها نشان داده می شود. زمان لازم برای یافتن یک بلاک جدید به میزان سختی شبکه ارز دیجیتال و شانس تصادفی بستگی دارد.

برای سنجش میزان سختی شبکه رمزارزها در یک بلاک جدید، درک قدرت هش، که نشان دهنده قدرت محاسباتی ترکیبی برای استخراج و پردازش تراکنش ها در بلاکچین است، بسیار مهم است.

هش تصادفی

هش hash یک کد عددی است که برای نشان دادن کلمات یا داده ها استفاده می شود. ماینرها دسته ای از داده های تراکنش را گرفته و آن را از طریق الگوریتم هش اجرا می کنند. یک تابع یک طرفه که  اگر به آن  مجموعه ای خاص از داده ها داده شود، همیشه خروجی یکسانی را تولید می کند، اما نمی توان این خروجی را برعکس کرد و داده های اصلی را از آن به نمایش گذاشت. از الگوریتم های هشینگ برای ایجاد این کدهای هش تصادفی استفاده می شود. قبل از افزودن داده های جدید به بلاکچین، ماینرها باید برای تولید یک هش که مقدار آن، کمتر یا مساوی مقدار عددی هش هدف است، رقابت کنند.

ماینرها فرآیند هشینگ را با تغییر یک مقدار واحد، به نام نانس nonce یا عددی که یکبار استفاده می شود، انجام می دهند و هر بار که نانس تغییر می کند، یک هش جدید با مجموعه اعداد خاص خود ایجاد می شود. هیچ راهی برای پیش بینی هش وجود ندارد و از آنجایی که هر مجموعه داده فقط یک خروجی برای یک تابع هش معین دارد، ماینرها باید فرایند افزودن یک نانس جدید به داده ها را ، تا زمانی که نیاز به هش برآورده شود، تکرار می کنند.

سختی شبکه چیست ؟

شرطی که یک هش باید برآورده کند با سختی شبکه رابطه دارد. یک هش معتبر باید زیر مقدار هدف معینی باشد که به طور خودکار (و به صورت دوره ای) توسط پروتکل رمزارز، تعیین می شود. هرچه مقدار هدف کمتر باشد، ماینر برای به دست آوردن نتیجه قابل قبول، تابع هش را بیشتر تکرار می کند.

به عبارت دیگر، سختی شبکه بیشتر است. از لحاظ تئوری، یک ماینر ممکن خوش شانس باشد و در اولین تلاش یک هش معتبر برای یک بلاک مشخص به دست آورد. با این حال، به مرور زمان، سختی شبکه بیشتر به این معناست که ماینرها به طور متوسط باید تعداد بیشتری نانس را در هر بلاک وصل کنند.

افراد و سازمان ها را از طریق دستگاه های استخراجشان که برای پردازش داده ها و تولید هش ها از آنها استفاده می کنند، به قدرت محاسباتی خود کمک می کنند. قدرت هش یک شبکه از رمزارزها، نشان دهنده نرخ (rate) کل هش تمام سکوهای استخراج است. hash rate (نرخ هش) در واقع تعداد هش هایی است که می توان در ثانیه محاسبه کرد.

از آنجا که هر هش به طور تصادفی ایجاد می شود، ممکن است قبل از برآوردن شرط هش هدف، میلیون ها حدس یا هش به کار برده شود و رمزارزهای جدید برای استخراج کننده خوش شانس، ضرب شود. تنها در این صورت تراکنش ها به بلاک جدیدی در بلاک چین اضافه می شوند.

به نوعی می توان گفت، فرآیند هش شبیه به یک سیستم قرعه کشی است. در نتیجه، سکه های جدیدی از طریق این فرآیند استخراج منتشر می شود. هرچه هش ریت بیشتر باشد، کنترل بلاک چین برای هکرها دشوارتر است زیرا به قدرت هش بیشتری نیاز است. به عبارت دیگر،

هرچه سختی شبکه بیشتر باشد، امنیت شبکه بیشتر است.

مزایای سختی شبکه بیتکوین و سایر رمزارزها

ممکن است از این تعجب کنید که اگر نتیجه کار به این معناست که ماینرها بارها و بارها یک عملکرد را تکرار می کنند، چرا مشارکت کنندگان در شبکه سختی بیشتری ایجاد میکنند. سختی شبکه رمزارزها دو مزیت اساسی دارد.

نرخ ثابت بلاک های جدید

وایت پیپر بیتکوین که توسط ساتوشی ناکاموتو نوشته شده است،  توضیح می دهد که چگونه سختی اثبات کار یا سختی شبکه به تولید مداوم بلاک های جدید اضافه شده به بلاک چین کمک می کند.

«برای جبران افزایش سرعت سخت افزار و علاقه متفاوت به اجرای گره های شبکه در طول زمان، دشواری شبکه با یک میانگین متحرک که تعداد متوسط بلاک در ساعت را هدف قرار می دهد، تعیین می شود. اگر این بلاک ها خیلی سریع تولید شوند، سختی نیز افزایش می یابد».

بیت کوین به گونه ای طراحی شده است که به طور متوسط هر 10 دقیقه یک بلاک جدید به بلاک چین اضافه می کند. سایر رمزارزها به دنبال بلاک های بیشتر هستند. به عنوان مثال، لایت کوین در 5/2 دقیقه به این هدف می رسد. مسئله این است که میزان قدرت محاسباتی که استخراج کنندگان شبکه به طور جمعی کنترل می کنند، می تواند بسیار متفاوت باشد.

هنگامی که ساتوشی ناکاموتو اولین بلاک را استخراج کرد، فقط یک دستگاه، که احتمالا یک لپ تاپ یا کامپیوتر رومیزی ساده بود، در شبکه وجود داشت. امروزه تعدادی فارم گسترده ASIC به ابعاد یک انبار گمرک وجود دارد. ASIC ها دستگاه هایی هستند که به طور خاص طراحی شده اند تا توابع هش را تا آنجایی که ممکن است، سریع حل کنند.

به منظور اطمینان از اینکه شبکه، یک بلاک جدید با یک rate (نرخ) متوسط ثابت تولید می کند، نرم افزار به گونه ای برنامه ریزی شده است که به طور خودکار هش هدف را به بالا یا پایین تنظیم می کند، که به ترتیب باعث کم یا زیاد شدن سختی شبکه می شود. وقتی ناکاموتو بلاک نخست را استخراج کرد، سختی شبکه بیت کوین برابر یک بود.

امنیت شبکه

هش ریت کلی، بینشی در مورد امنیت یک شبکه رمزارزها شده ارائه می دهد زیرا هکرها هنگام حملات مخربشان، برای در دست گرفتن کنترل باید بر کل قدرت هش شبکه غلبه کنند ( حمله 51 درصدی ). رایانه های مخصوص طراحی شده برای انجام توابع هشینگ استفاده می شوند که قادرند در هر ثانیه میلیاردها حدس برای حل مسئله هشینگ ارائه بدهند.

هرچه سختی شبکه بیشتر باشد، حدس یا هش بیشتری برای رسیدن به هش هدف، مورد نیاز است. در نتیجه، این فرایند به دست آوردن کنترل اکثریت - یعنی 51 درصد اکثریت - یک شبکه بلاکچین، برای مهاجمان بسیار دشوار و گران تمام می شود.

نمونه ای از سختی رمزارزها

تا 2 آوریل 2021 ، سختی رمز ارز برای بیت کوین 23.14 تریلیون بود. در مقایسه با 1 آوریل 2018، می بینیم که در آن زمان سختی بیت کوین 3.51 تریلیون بود.