سختی شبکه چیست و عملکرد آن به چه صورتی است؟

شاخص سختی شبکه Mining Difficultly یا سختی استخراج، نشانگر میزان دشواری حل معمای پیچیده ریاضی فرایند استخراج است. در این مقاله می‌خواهیم ابعاد مختلف این شاخص را واکاوی کنیم، از چگونگی عملکرد آن بگوییم و دست آخر، فرمول محاسبه آن را تشریح کنیم.

استخراج بیت کوین برای افرادی که سرمایه کمی دارند، نمی‌تواند راه مناسبی برای درآمدزایی باشد. اگر جزو این دسته از افراد هستید و تنها به دنبال خرید و فروش بیت کوین هستید، می‌توانید ارزپایا را برای خرید بیت کوین انتخاب کنید. کارمزد خرید و فروش بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال در ارزپایا برابر ۰.۲ درصد است. جهت ثبت نام می‌توانید روی این لینک کلیک کنید.

سختی شبکه ارزهای دیجیتال چیست؟

سختی استخراج یا سختی شبکه ارزهای دیجیتال، شاخصی است که میزان دشواری استخراج یک بلاک تازه در بلاک چین یک رمزارز را نشان می‌دهد. هرچه سختی استخراج، بیشتر باشد، یعنی تأیید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها در یک بلاک چین به توان رایانشی بیشتری نیاز دارد.

افزون بر این، سختی استخراج، معیاری است که بیت کوین و دیگر رمزارزها از آن برای ثابت نگه داشتن زمان متوسط استخراج بلاک‌ها استفاده می‌کنند. سختی استخراج را می‌توان از جمله معیار‌های مهم در ارزیابی یک بلاک چین قلمداد کرد؛ زیرا هر چه سختی، بالاتر باشد، شبکه بلاک چینی در برابر حملات مخرب، مقاوم‌تر خواهد بود.

پیش از آنکه به سراغ جزئیات بیشتری از نحوه عملکرد سختی استخراج برویم، بهتر است با مفهوم تابع و نرخ هش آشنا شویم.

تابع هش چیست و هش ریت چه معنایی دارد؟

هش (Hash) در ادبیات دانش رمزنگاری، یک کد الفبایی است که برای نمایش داده‌ها یا کلمات به کار می‌رود. در یک شبکه بلاک چینی، استخراج‌گران یا همان ماینرها تراکنش‌ها را دسته‌بندی و سپس در قالب ورودی به یک تابع هش می‌دهند. تابع یا الگوریتم هش، تابعی یک‌سویه است که به ازای ورودی‌های یکسان، خروجی‌های همسانی تولید می‌کند؛ با این تفاوت که هیچ‌گاه نمی‌توان از روی خروجی به مقدار ورودی رسید. الگوریتم‌های هش، برای تولید کدهای هش تصادفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در یک شبکه بلاک چینی، پیش از آنکه داده‌ای به دفترکل اضافه شود، ماینرها طی رقابتی شدید باید هشی را تولید کنند که کمتر یا مساوی با مقدار متغیری موسوم به «هش هدف» (Target Hash) باشد.

ماینرها فرایند هش کردن را با تغییر مداوم یک عدد منفرد، موسوم به نانس (Nounce) تکمیل می‌کنند. هر بار هم که مقدار نانس تغییر می‌کند، هش جدیدی با مجموعه اعداد خاص خود تولید می‌شود. در این میان، هیچ راهی برای حدس زدن خروجی یک هش وجود ندارد و از آنجا که هر مجموعه داده تنها یک خروجی یکتا در تابع هش دارد، ماینرها باید فرایند اضافه کردن یک نانس جدید به داده‌ها را تا زمان دستیابی به هش معتبر ادامه بدهند. عدد نانس کاملا تصادفی انتخاب شده و معادله‌ای برای دست‌یابی به نانس صحیح وجود ندارد.

هش ریت (Hash Rate) یا نرخ هش، توصیف‌گر میزان توان رایانشی است که از طریق فرایند استخراج در اختیار شبکه قرار می‌گیرد. استخراج بیت کوین یا هر رمزارز دیگری، فرایندی حیاتی است که شبکه آن رمزارز را سر پا نگه می‌دارد. بار استخراج نیز بر دوش شبکه‌ای عظیم از دستگاه‌های استخراج قرار دارد که در چهارگوشه دنیا مستقر هستند. این دستگاه‌ها با انجام محاسبات پیچیده ریاضی، تراکنش‌ها را تأیید می‌کنند و بلاک‌های تازه را به شبکه می‌افزایند.

نحوه عملکرد سختی شبکه یا سختی استخراج

در بلاک چین یک رمزارز مبتنی بر اثبات کار مانند بیت کوین کش هش ریت همواره باید با سختی استخراج، همخوانی داشته باشد. یک هش، زمانی معتبر است که کمتر یا برابر مقدار هش هدف تعیین شده، باشد. هش هدف به‌طور دوره‌ای و خودکار توسط پروتکل هر رمزارز محاسبه می‌شود. هرچه مقدار فاصله مجاز بین هش به دست آمده توسط ماینرها و هش هدف، کمتر باشد، ماینر باید تابع هش را به دفعات بیشتری اجرا کند تا به یک مقدار قابل قبول دست یابد؛ بنابراین هش هدف دقیق‌تر، معادل با سختی استخراج بیشتر است. روی کاغذ، یک ماینر خوش‌اقبال می‌تواند در نخستین تلاش خود، موفق به یافتن هش معتبر برای یک بلاک شود. با این حال، با گذشت زمان و افزایش سختی استخراج، ماینرها ناگزیرند که به‌طور متوسط برای هر بلاک، توان رایانشی بیشتری را مصرف کنند تا موفق به یافتن هش معتبر شوند.

به طور معمول، افراد و سازمان‌ها برای افزایش شانس خود در مسابقه یافتن هش معتبر، توان رایانشی خود را با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند؛ بنابراین توان هش یک شبکه رمزارزی، نمایانگر کل هش ریت تمامی دستگاه‌های استخراج است. هش ریت هم توصیف‌گر تعداد هش‌هایی است که یک ماینر می‌تواند در هر ثانیه تولید کند.

از آنجایی که هر هش به طور تصادفی تولید می‌شود، پیش از یافتن هش معتبر، ممکن است میلیون‌ها هش تولید شود. پس از آنکه هش معتبر، یافت شد، کوین‌های جدید ایجاد شده و در قالب پاداش به ماینر برنده اعطا می‌شوند. به بیان ساده‌تر، فرایند هش درست مثل یک قرعه‌کشی است که تنها برنده آن مجاز به افزون بلاک تازه به بلاک چین و دریافت پاداش استخراج است.

اهمیت سختی شبکه بیت کوین

برای درک اهمیت سختی استخراج در زیست‌بوم بیت کوین، نخست باید بدانیم که سازوکار اجماع این رمزارز چگونه کار می‌کند. در یک شبکه گسترده که بر هیچ نهاد مرکزی متکی نیست، پروتکل‌های اجماع، تنها شیوه اعمال هرگونه تغییری هستند. در این میان، سازوکارهای اجماع قدیمی نمی‌توانند انتظارات یک شبکه رمزارزی گسترده غیرمتمرکز را برآورده کنند.

از همین رو، ساتوشی ناکاموتو، خالق بیت کوین، دست به ابداع سازوکار اجماع اثبات کار زد. ایده اصلی نهفته در ورای این سازوکار این است که هر کسی که خواستار مشارکت در شبکه بیت کوین است، باید بهایی را بپردازد. در شبکه بیت کوین، کاربران این بها را با کار خود پرداخت می‌کنند. منظور از کار در اینجا، میزان توان رایانشی است که هر کاربر یا ماینر باید برای استخراج واحدهای تازه بیت کوین مصرف کند. در همین نقطه، شاخص سختی استخراج تعریف می‌شود تا همزمان با رشد شبکه و افزایش شمار ماینرها، استخراج بیت کوین‌های تازه به آسانی گذشته نباشد. از سویی دیگر، سختی استخراج، معیاری است که دشواری استخراج بیت کوین را افزایش می‌دهد تا ماینرهای خرابکار نتوانند با اتکا به توان رایانشی فزاینده خود دست به خراب کاری در شبکه بزنند.

ارتباط سختی شبکه بیت کوین و هش ریت

هرچه هش ریت یا نرخ هش شبکه بیت کوین افزایش پیدا می‌کند، سختی استخراج نیز بیشتر می‌شود. افزون بر این، رشد هش ریت، نشانگر این است که ماینرها دست به سرمایه‌گذاری‌های بیشتری در بخش استخراج زده‌اند که خود نمایانگر اعتماد فزاینده آن‌ها به یک شبکه است.

به‌طور کلی، هش ریت بیت کوین، شاخصی است که می‌تواند نشانگر سلامت شبکه بیت کوین نیز باشد. زیرا هر چه نرخ هش بیشتر باشد، یعنی توان رایانشی بیشتری در اختیار شبکه قرار گرفته و این، تاروپود امنیتی بیت کوین را تقویت می‌کند.

بدیهی است که امنیت بلاک چین بیت کوین، بیش از هر چیز به مشارکت ماینرها در پردازش و اعتبارسنجی تراکنش‌ها وابسته است.

اگر نرخ هش و به تبع آن سختی استخراج، کاهش یابد، یک مهاجم می‌تواند با توان رایانشی کمتری، شبکه را آماج حملات خود قرار دهد.

کدام ارزهای دیجیتال سختی استخراج دارند؟

افزون بر بیت کوین، هر رمزارز دیگری که از روش اثبات کار برای تأیید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده می‌کند، دارای سختی استخراج است.

در روش اثبات کار، ماینرها با هم بر سر یافتن بلاک جدید و افزودن آن به زنجیره با هم رقابت می‌کنند. از میان رمزارزهای پرشماری که مبتنی بر بلاک چین ‌های اثبات کار هستند، می‌توان به اتریوم، لایت کوین، بیت کوین کش، اتریوم کلاسیک، مونرو، زی کش و دوج کوین اشاره کرد.

نمودار سختی شبکه بیت کوین

عدد سختی شبکه بیت کوین در حال حاضر برابر با ۲۷.۹۷ تریلیون واحد است. اگر اندکی به گذشته بازگردیم، درمی‌یابیم که در روز اول آوریل سال ۲۰۱۸ این شاخص برابر با ۳.۵۱ تریلیون واحد بوده است. این مقایسه نشان می‌دهد که سختی شبکه بیت کوین طی چهار سال گذشته، رشد چشم‌گیری را تجربه کرده است.

محاسبه سختی شبکه بیت کوین

پیش از آشنایی با چند و چون محاسبه سختی استخراج بیت کوین، بد نیست بدانید که این شاخص کاملا مستقل از تعداد یا حجم تراکنش‌های این رمزارز است؛ با این حال، ارتباط تنگاتنگی با توان هش شبکه و زمان استخراج دارد.

گفتنی است که میزان سختی شبکه بیت کوین به ازای افزوده شدن هر ۲۰۱۶ بلاک به زنجیره این رمزارز تغییر می‌کند.

فرمول سختی شبکه، بسیار ساده و سرراست است:

difficulty = difficulty_1_target / current_target

در فرمول بالا، متغیر target یک عدد ۲۵۶ بیتی است. مطابق با پروتکل بیت کوین، تارگت‌ها اعدادی با ممیز شناور قابل تنظیم با دقت محدود هستند. کلاینت‌های بیت کوین هم بر اساس این نکته، شاخص سختی را تخمین می‌زنند. این متغیر با نام bdiff نیز شناخته می‌شود.

متغیر difficulty_1_target بسته به روش انتخابی شما برای محاسبه سختی می‌تواند متفاوت باشد. این متغیر، هشی را نشان می‌دهد که در آن ۳۲ بیت اول صفر و مابقی یک هستند. این متغیر در پروتکل بیت کوین با عنوان pdiff نیز شناخته می‌شود.

به بیان دیگر، در فرمول بالا، متغیر difficulty_1_target نشانگر بالاترین تارگت ممکن است که در یک هش بلاک با سختی برابر با یک می‌توان به آن رسید. متغیر current_target هم مقداری است که از یک عدد ۲۵۶ بیتی درج شده در سرآیند بلاک (‌Block Header) گرفته می‌شود.

حال وقتی مقدار این دو متغیر بر هم تقسیم می‌شود، سختی شبکه بیت کوین در قالب یک عدد به دست می‌آید. به بیان دیگر، سختی شبکه بیت کوین را می‌توان تعداد تقریبی هش‌هایی دانست که ماینرها برای یافتن یک بلاک جدید باید تولید کنند.

فول نود چیست؟

در میان نودهای شبکه یک ارز دیجیتال، نودهایی وجود دارند که قدرت نرم‌افزاری و سخت‌افزاری آن‌ها با دیگر نودها متفاوت است. این نودها به‌دلیل استفاده از قدرت سخت‌افزاری و نرم‌افزاری بیشتر نسبت به سایر نودها، به پهنای باند بیشتر و سرعت بالاتر دسترسی دارند. به‌همین علت به آن‌ها فول نود (Full Node) گفته می‌شود. فول نودها اطلاعات تمامی تراکنش‌ها را در سیستم خود ذخیره می‌کنند و همیشه آپدیت هستند. این آپدیت بودن به آن ها کمک می‌کند که از نقض شدن قوانین شبکه توسط سایر افراد جلوگیری کنند.

در شبکه ارزهای دیجیتال نودها نیز در کنار فول نودها نقش بسیار مهمی ایفا می کنند. آنها را می‌توان به‌عنوان نگهبانانی تصور کنید که دائماً بلاک چین را زیر نظر دارند تا تراکنش‌های درست و قانونی را از تراکنش‌های غیرمشروع تشخیص دهند. آن‌ها همچنین از دوبار خرج کردن یک ارز جلوگیری می‌کنند. اصطلاح نود و فول نود اغلب به‌جای یکدیگر استفاده می‌شود.

جمع بندی

شاخص سختی شبکه یا سختی استخراج، توصیف‌گر میزان دشواری یافتن هش یک بلاک در یک شبکه رمزارزی است.

بدون چنین شاخصی، ماینرها می‌توانند تمامی بلاک‌ها را در کوتاه‌ترین زمان ممکن، استخراج کنند و منحنی عرضه محدود رمزارزها را طی زمان به هم بریزند و منجر به تورم افسار گسیخته آن‌ها شوند.

برای جلوگیری از وقوع چنین اتفاقی، شاخص سختی تعریف شده که هر از چندگاهی، بازتنظیم می‌شود و پیچیدگی معمای ریاضی استخراج را افزایش یا کاهش می‌دهد تا همیشه زمان استخراج هر بلاک، ثابت باقی بماند.

سوالات متداول

سختی شبکه ارزهای دیجیتال چیست؟

سختی استخراج یا سختی شبکه ارزهای دیجیتال، شاخصی است که میزان دشواری استخراج یک بلاک تازه در بلاک چین یک رمزارز را نشان می‌دهد. هرچه سختی استخراج، بیشتر باشد، یعنی تأیید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها در یک بلاک چین به توان رایانشی بیشتری نیاز دارد.

کدام ارزهای دیجیتال سختی استخراج دارند؟

افزون بر بیت کوین، هر رمزارز دیگری که از روش اثبات کار برای تأیید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده می‌کند، دارای سختی استخراج است. از میان رمزارزهای پرشماری که مبتنی بر بلاک چین ‌های اثبات کار هستند، می‌توان به زی کش، دوج کوین، لایت کوین ، بیت کوین کش، اتریوم کلاسیک، مونرو و اتریوم اشاره کرد.