البلوكتشين العملية التي تدعم الأمن: جوهر إثبات العمل

إثبات العمل الذي يحل القضايا الأساسية

تترافق مع التعاملات المالية في العالم الرقمي مشاكل لا توجد في الأوراق النقدية المادية. وهذه هي مشكلة الدفع المزدوج. نظرًا لأن البيانات الرقمية يمكن نسخها بسهولة، فهناك خطر من استخدام نفس الوحدة عدة مرات. ولإزالة هذا الخطر، تم تطوير آلية تُسمى إثبات العمل (PoW).

في ورقة Bitcoin البيضاء لعام 2008، التي تم التعرف عليها على نطاق واسع من قبل ساتوشي ناكاموتو، يعتبر إثبات العمل، ولكن في الحقيقة يعود مصدر هذه الفكرة إلى ما قبل ذلك. HashCash، الذي ابتكره آدم باك، هو مثال مبكر على خوارزمية PoW التي قدمت مفهوم تكلفة الحساب كوسيلة لمكافحة البريد المزعج. من خلال إجبار المرسل على القيام بحساب بسيط، كان يتم تحميل المرسلين بكميات كبيرة تكلفة مرتفعة، بينما كان العبء خفيفًا على المرسلين الشرعيين، مما يتيح استغلال عدم التماثل.

بناء هيكل الثقة في الشبكات الموزعة

إذا كانت المعاملات تتم بين عدد قليل من الأشخاص، فسيكون كافياً إدارة سجلات بسيطة لأن المشاركين يمكنهم الوثوق ببعضهم البعض. ومع ذلك، عندما يتوسع الشبكة، يصبح من المستحيل الوثوق بالجميع. هنا يأتي دور آلية التوافق المهمة.

في الأصول المشفرة مثل البيتكوين، يتم اعتماد إثبات العمل لحماية شبكة البلوكشين. من خلال هذه الآلية، يمكن لجميع المشاركين في الشبكة التوصل إلى توافق بشأن صحة بيانات المعاملات دون الحاجة إلى مدير مركزي. من خلال دمج نظرية الألعاب وتقنيات التشفير، تم تحقيق بيئة يمكن للجميع فيها تحديث النظام وفقًا للقواعد.

إثبات العملの動作原理

في blockchain، لا يتم تسجيل المعاملات واحدة تلو الأخرى، بل تتم إضافتها بوحدات الكتل التي تجمع عدة معاملات. تُدمج المعاملات التي تم الإبلاغ عنها إلى الشبكة في كتل مرشحة بواسطة المعدنين (المسؤولين عن إنشاء الكتل). في اللحظة التي تمر فيها هذه الكتل المرشحة بالتحقق وتُدمج في blockchain، تُعتبر المعاملات صالحة لأول مرة.

عملية التعدين وحل المشكلات الصعبة

دور المُعدِّن هو التحقق من المعاملات غير المؤكدة وتجميعها، وتنظيمها في شكل كتل، ومعالجة بيانات الكتل بواسطة دالة تجزئة تشفيرية. في هذه العملية الخاصة بالتجزئة، يتم إنشاء قيمة تجزئة تعادل “بصمة” فريدة للبيانات المدخلة.

ما هو مهم هنا هو عدم التماثل حيث يكون من الصعب العثور على قيمة هاش صالحة بينما يكون من السهل التحقق من صحتها. يجب على المنقبين تكرار المحاولات عدة مرات حتى يكتشفوا قيمة هاش تلبي شروطًا معينة. حتى التغيير الطفيف في بيانات الكتلة يمكن أن يؤدي إلى قيمة هاش مختلفة تمامًا، مما يجعل من شبه المستحيل التنبؤ بالجواب.

لحل هذه المشكلة، يستخدم المعدنون عددًا متغيرًا يسمى النونس (Number Used Once). إن تغيير النونس وتكرار عملية التجزئة عدة مرات للعثور على تجزئة تلبي الشروط هو جوهر التعدين.

عند اكتشاف تجزئة صالحة، يحصل المعدنون على حق الإعلان عن تلك الكتلة على الشبكة. بعد ذلك، يقوم المشاركون الآخرون على الشبكة بالتحقق بأنفسهم مما إذا كانت قيمة التجزئة المقدمة صالحة حقًا. من خلال استخدام نفس دالة التجزئة وتنفيذ نفس الحساب، يمكن إتمام التحقق بسرعة.

هيكل الحوافز وآلية منع الغش

الجانب القوي من إثبات العمل هو تصميم الحوافز الذي يكافئ السلوك الشرعي ويكلف الكثير على السلوك غير الشرعي. تتكون مكافأة الكتلة من الأصول المشفرة التي تصدر حديثًا ورسوم المعاملات. تتشكل لدى المعدنين الدوافع للبحث عن عائد الاستثمار، مما يقودهم إلى السلوك النزيه مع النظر إلى الربحية.

من ناحية أخرى، إذا تم اقتراح كتلة تحتوي على بيانات غير صحيحة، يتم التحقق من صحة التوقيع من خلال تقنية التشفير بالمفتاح العام. يتم توقيع كل معاملة بواسطة المفتاح السري، ويمكن لمشاركي الشبكة استخدام المفتاح العام للتحقق من هذا التوقيع. في الوقت نفسه، يتم اكتشاف المعاملات الاحتيالية التي تحاول نقل مبالغ لا يمتلكها المرسل فعلياً. يتم رفض الكتل التي تحتوي على معاملات غير صحيحة تلقائياً، وتُهدر تكاليف التعدين الضخمة على الأفعال الخبيثة دون الحصول على أي مكافآت.

أمان الشبكة وتعديل الصعوبة

كلما ارتفعت قوة الحوسبة (معدل التجزئة) للشبكة، زادت صعوبة اكتشاف قيم التجزئة الصالحة. هذه آلية للحفاظ على سرعة إنشاء الكتل ثابتة. نظرًا لأن ذلك يتطلب قدرًا هائلًا من القدرة الحاسوبية والموارد، فإنه يمثل عبئًا كبيرًا على المعدنين. ومع ذلك، فإن هذه الصعوبة العالية هي مصدر أمان الشبكة.

إثبات العمل وإثبات الحصة المقارنة

في عالم الأصول الرقمية، توجد عدة خوارزميات إجماع بخلاف إثبات العمل. ومن بين هذه، تبرز إثبات الحصة (PoS) كأكثرها جذبًا للاهتمام.

الميزات الأساسية لـ PoS

في إثبات الحصة، يتم استبدال دور المعدنين بالمدققين. في PoS، لا توجد عملية تعدين تنافسية حول قيم التجزئة. بدلاً من ذلك، يتم اختيار المستخدمين بشكل عشوائي، ويتولى المستخدمون المختارون اقتراح (بناء) الكتل.

لكي تكون مؤهلاً للاختيار، يجب عليك إجراء الستيكينغ عن طريق قفل كمية معينة من الرموز الأصلية على البلوكشين. وتعمل كمية الستيكينغ هذه كنوع من الضمان، حيث يتم مصادرتها إذا ارتكب المدققون أي احتيال. وهذا يضمن الحفاظ على الحوافز للسلوك الصحيح.

تحديات كفاءة البيئة والتحقق من الأمان

الميزة الرئيسية لنظام إثبات الحصة (PoS) هي كفاءته في استخدام الطاقة. نظرًا لأنه لا يتطلب منشآت تعدين كبيرة، فإن استهلاك الطاقة يكون أقل بكثير مقارنةً بنظام إثبات العمل (PoW). من هذه الناحية، يتمتع نظام إثبات الحصة (PoS) بميزة من حيث الاعتبار البيئي.

ومع ذلك، من حيث الأداء، فإن الوضع يختلف. إن إثبات العمل الخاص بـ Bitcoin هو خوارزمية الإجماع الوحيدة التي تحملت أكثر من 10 سنوات من الاختبار العملي، وخلال ذلك الوقت، قامت بمعالجة معاملات بأمان بقيمة تريليونات الدولارات. ومن الضروري إجراء اختبارات تجريبية طويلة الأمد لتحديد ما إذا كانت أمان PoS يمكن أن تعادل PoW.

الملخص: إرث وأهمية إثبات العمل

إثبات العمل هو أول حل تم تطويره لحل مشكلة الدفع المزدوج، وقد تم إثبات موثوقيته وأمانه. مع ظهور Bitcoin، تم إثبات أنه يمكن منع الاستخدام المتعدد لنفس الأموال دون الحاجة إلى آلية إدارة مركزية.

أصبح من الممكن لمشاركي الشبكة اللامركزية، من خلال الجمع بين تقنيات التشفير، ودوال التجزئة، ونظرية الألعاب، أن يتوصلوا إلى توافق حول حالة قاعدة البيانات المالية. إن آلية إثبات العمل ليست مجرد حل تقني، بل هي اختراع مبتكر فتح الطريق نحو تحقيق نظام مالي لا يحتاج إلى الثقة.