إثبات العمل (PoW) المعنى والأسس التشغيلية

معنى PoW موضح ببساطة

تُشير عملية إثبات العمل (PoW) أساسًا إلى إجراء أمني تم تطويره لمنع الإنفاق المزدوج لنفس العملة الرقمية. المفهوم هو أول وآخر آلية توافق معروفة تم تقديمها بواسطة شبكة البيتكوين، بحيث يمكن التحقق من البيانات والمعاملات دون الحاجة إلى وسيط بين المستخدمين.

تتمثل جوهرية عمل نظام إثبات العمل (PoW) في أنه يمكن لأي شخص التحقق من المعاملات وإضافة كتل جديدة إلى سلسلة الكتل، إذا تم ذلك وفقًا لشروط معينة. تستخدم هذه المقاربة مزيجًا من نظرية الألعاب والتشفير لإنشاء مجموعة من القواعد المشتركة التي يكون فيها السلوك الصادق اقتصاديًا مفيدًا، بينما يكون الاحتيال مكلفًا.

المشكلة الأولى: التعرف على الإنفاق المزدوج

قبل أن نفهم معنى أو آلية PoW، يجب أن نتعرف على المشكلة التي ينوي حلها. تواجه أنظمة المال الرقمية التحدي الأساسي المتمثل في إمكانية نسخ نفس البيانات ونقلها عدة مرات. نطلق على ذلك الإنفاق المزدوج.

عندما ندفع بالنقود الفيزيائية، تنتقل الورقة النقدية من شخص إلى آخر - لا يمكن إنفاق نفس العملة مرتين. ومع ذلك، في حالة الأصول الرقمية، التي هي في الواقع مجرد بيانات حاسوبية، توجد هذه المشكلة بوضوح. يمكن نسخ البيانات بسهولة، تمامًا مثل ملف كمبيوتر. نظام النقد الرقمي الذي لا يمنع هذه النسخ سيتعرض للانهيار بسرعة، حيث يمكن لأي شخص “طباعة” النقود لنفسه كما يشاء.

لماذا تعتبر الأمان ضروريًا؟ البحث عن حل لامركزي

دعونا نتخيل سيناريو بسيط. لدى عشرة أشخاص دفتر ملاحظات مشترك يتتبعون فيه تحويلاتهم المالية لبعضهم البعض. أليز ترسل 5 بيتكوين إلى روبي، وروبي يرسل 2 بيتكوين إلى كارولينا - وهكذا. في كل تحويل، يشيرون إلى المعاملات السابقة لتتبع مصدر الأموال المعنية.

في هذه المجتمع الصغير، سيكون من السهل الكشف عن الإنفاق المزدوج: الجميع يعرف الآخر، ويمكنهم اتخاذ قرارات جماعية بشأن المعاملات التي تعتبر صالحة. ولكن ماذا سيحدث إذا كان هناك عشرة آلاف شخص في هذه الشبكة؟ أو حتى ملايين؟ عندها سيكون هناك حاجة إلى آلية تضمن أن لا يستطيع أي شخص إنفاق نفس المال مرتين، دون أن يشرف على ذلك كيان مركزي.

تتعامل Proof of Work مع هذه المشكلة من خلال حل مبتكر: يعتمد على حل مسائل رياضية يمكن لأي شخص التحقق منها.

عملية عمل إثبات العمل (PoW)

الكتل والتعدين

في سلسلة الكتل، لا يتم تسجيل المعاملات بشكل فردي، بل يتم تجميعها في كتل. تُعرف هذه الكتل باسم “الكتل المعنونة”، والتي تحتوي على العديد من المعاملات. تتمثل مهمة المدققين - أو كما يُطلق عليهم أحيانًا “المعدّنون” - في تجميع هذه الكتل وإضافتها إلى السلسلة.

تعتبر هذه العملية التعدينية في الواقع مسابقة رياضية. يستمر المعدنون في المحاولة حتى يجدوا حلاً يتوافق مع الشروط المحددة من قبل البروتوكول. تتطلب هذه العملية قدرة حسابية كبيرة، لذا تستهلك الكثير من الطاقة الكهربائية.

دور الهاش والنانس

لكي نفهم كيف تعمل المنافسة، يجب أن نكون على دراية بالهاشات والنونس.

وظيفة التجزئة هي دالة تحول بيانات ذات طول غير محدد إلى سلسلة ذات طول ثابت - لا يمكن عكسها، وأي تغيير في حتى حرف واحد من البيانات الأصلية يولد تجزئة مختلفة تمامًا. بعد تجزئة بيانات الكتلة، تكون النتيجة نوعًا من “بصمة الإصبع” تعمل كمعرف فريد للكتلة المعنية.

مهمة المنجم هي جمع جميع المعاملات في كتلة واحدة، ثم استخدام رقم خاص يُعرف باسم “nonce” (number used once) لتكرار عملية التجزئة عدة مرات، حتى يحصل على تجزئة تلبي شروط البروتوكول - على سبيل المثال، تبدأ بعدد معين من الأصفار.

عملية التحقق

عندما يجد عامل التعدين أخيرًا حلاً صالحًا، يقوم بإرساله إلى الشبكة. يخضع باقي المشاركين في الشبكة بعد ذلك لعملية تحقق سريعة: حيث يعيدون ببساطة تشغيل نفس مجموعة البيانات والهاش، ويرون ما إذا كانت تتوافق بالفعل مع الشروط.

تتمثل جوهر اللامتناظرية في إثبات العمل في أن العثور على التجزئة الصحيحة يتطلب وقتًا وجهدًا كبيرين، لكن التحقق منها سريع ورخيص للغاية.

الأمن مضغوط: لماذا لا يمكن الغش؟

هل يمكن لأحد أن يفكر في أن شخصًا ما يحاول الغش - يحاول تهريب معاملات غير قانونية متعددة في كتلة واحدة، أو ينفق نفس المال عدة مرات. ما الذي يمنعه من ذلك؟

من ناحية أخرى، التوقيعات الرقمية. عندما يقوم شخص ما ببدء معاملة، فإنه يوقعها بمفتاح خاص. يسمح الشبكة لأي شخص بالتحقق من صحة التوقيع بناءً على المفتاح العام، وتحديد ما إذا كان الشخص المعني مخولاً فعلاً بالمبلغ المالي الذي يرغب في إنفاقه.

من جهة أخرى، إذا حاول شخص ما جمع معاملات غير صالحة في كتلة، سيتعين عليه حتى في تلك الحالة تخصيص موارد حسابية هائلة للعثور على التجزئة الصالحة - وهذا سيكون غير مجدٍ له، لأنه لن يحصل على المكافآت المستحقة لذلك.

تتكون التوازن الاقتصادي الأنيق على النحو التالي: السلوك الصادق أكثر ربحية من تجربة الغش.

مكافأة المعدنين والاقتصاد

لماذا يغامر الناس بهذه المهمة المكلفة والمتطلبة للحسابات؟ الجواب: مكافأة التعدين.

من ينجح في إضافة كتلة إلى سلسلة الكتل يحصل على مكافأتين.

1. وحدات العملات المشفرة الجديدة التي ينشئها البروتوكول
2. جميع رسوم المعاملات المدرجة في الكتلة المعنية

في حالة البيتكوين، على سبيل المثال، يحصل أول عامل تعدين يحل كتلة على بيتكوينات تم إنشاؤها حديثًا وجميع رسوم المعاملات. هذا التحفيز يدفع المشاركين المعنيين إلى التصرف بشكل عادل – حيث أن الفرصة لتحقيق الإيرادات أكبر إذا لعبوا وفقًا لقواعد الشبكة.

العملات الرقمية و PoW: لماذا بقيت هذه العملية قائمة

في الورقة البيضاء لبيتكوين لعام 2008، التي كتبها ساتوشي ناكاموتو، كانت إثبات العمل هو أول حل يضمن منع الإنفاق المزدوج في نظام غير مركزي. منذ ذلك الحين، تعمل شبكة بيتكوين بأمان وموثوقية لأكثر من عقد من الزمان.

خلال هذه الفترة، تم إجراء معاملات بقيمة عدة تريليونات من الدولارات على شبكة بلوكتشين بيتكوين، دون الحاجة إلى إشراف من سلطة مركزية. النتيجة: لا يزال إثبات العمل حتى يومنا هذا أحد أكثر آليات التوافق موثوقية.

البديل: إثبات الحصة (PoS) المقارنة

في العقد الماضي، ظهرت آليات إجماع أخرى. واحدة من أبرزها هي إثبات الحصة (PoS)، التي تستخدمها الإيثريوم والعديد من البروتوكولات الأخرى.

في نظام إثبات الحصة (PoS) يعمل “المُصادقون” بدلاً من التعدين، حيث لا يقومون بحل بعض الألغاز الرياضية، بل يقومون بتجميد كمية محددة من العملات المشفرة - المعروفة باسم “الحصة” - كضمان. عندما يقوم مُصادق بإنشاء كتلة، فإنه يحصل على الفرصة ليس بناءً على منافسة حسابية، ولكن بناءً على اختيار عشوائي. إذا تصرف بشكل غير صحيح، فقد يفقد الضمان.

مزايا وقيود PoS

الميزة الرئيسية لنظام إثبات الحصة هي كفاءة الطاقة: حيث لا حاجة لمزارع تعدين عالية الأداء، فإن استهلاك الطاقة الكهربائية هو جزء بسيط من مستوى إثبات العمل. هذه ميزة كبيرة من منظور الاستدامة البيئية.

في الوقت نفسه، لا يزال PoS نهجًا جديدًا نسبيًا: حيث أن إثبات العمل هو طريقة تم اختبارها في ظروف حقيقية لأكثر من عقد من الزمان، في حين لا يزال يتم دراسة موثوقية PoS على المدى الطويل. لم يتضح بعد أيهما سيكون الفائز النهائي بشكل قاطع.

ملخص: معنى إثبات العمل في أيامنا هذه

إذن فإن معنى إثبات العمل (PoW) هو آلية أمان تعتمد على مزيج من الصعوبة الرياضية والحوافز الاقتصادية. يحل مشكلة الإنفاق المزدوج، ويوفر الأمان للبلوكشين، ويضمن أن المشاركين في النظام اللامركزي يمكنهم الاتفاق معًا على حالة قاعدة البيانات المالية المشتركة – دون الحاجة إلى أن تراقبها هيئة مركزية.

على الرغم من أن استهلاك الطاقة الكهربائية موضوع جدل، وهناك حلول بديلة، إلا أن موثوقية إثبات العمل المثبتة والأمان الذي توفره البيتكوين لا يزال يمثل مزايا كبيرة للتطبيقات التي تكون فيها اللامركزية والأمان هي الأهم.