مبدأ عمل آلية إثبات العمل ودورها في العملات المشفرة

إثبات العمل (PoW) هو خوارزمية إجماع أساسية تُبنى عليها أمان سلسلة الكتل. هذه الآلية تحل واحدة من المشكلات المركزية للأنظمة اللامركزية: منع الإنفاق المزدوج للأصول الرقمية.

جوهر مشكلة الإنفاق المزدوج

في العالم المادي، من المستحيل أن يتم إنفاق نفس الشيء مرتين - بمجرد أن تعطي ورقة نقدية، لم تعد تمتلكها. ومع ذلك، في البيئة الرقمية، يمكن نسخ المعلومات بسهولة. إذا أرسلت 5 بيتكوين إلى مشارك آخر، فلا شيء يمنعك من إرسال نفس الـ 5 BTC إلى طرف ثالث في نفس الوقت، لأن هذه مجرد بيانات.

أي نظام مالي غير قادر على حل هذه المشكلة محكوم عليه بالفشل. لهذا السبب تم تطوير آلية إثبات العمل - فهي تضمن أن كل أصل يمكن إنفاقه مرة واحدة فقط.

تاريخ الظهور والتطور

قدم ساتошي ناكاموتو مفهوم إثبات العمل في الوثائق الفنية لبيتكوين في عام 2008، ومع ذلك كانت الفكرة نفسها أقدم. قبل عقد من الزمن، طور آدام باك نظام HashCash، الذي استخدم مبدأ مشابه لمحاربة البريد المزعج.

كانت الفكرة بسيطة: قبل إرسال الرسالة، كان من الضروري إجراء حساب صغير. بالنسبة للمستخدم العادي، كان ذلك يستغرق أجزاء من الثانية، لكن بالنسبة للمحتال الذي يرسل ملايين الرسائل، أصبح من غير المجدي اقتصاديًا. نفس المبدأ هو الذي وضع أساس الشبكات الرقمية الحديثة.

كيف يعمل آلية إثبات العمل

تخيل أن البلوكشين هو سجل موزع يحتفظ به آلاف المشاركين في الشبكة. عندما يقوم شخص ما ببدء معاملة، لا تتم إضافتها إلى النظام على الفور، بل يتم دمجها أولاً مع عمليات غير مؤكدة أخرى في حزمة خاصة تسمى كتلة مرشحة.

لكي يتم قبول هذه الكتلة من قبل الشبكة، يجب التحقق منها. يقوم عمال المناجم - المشاركون الذين يتنافسون على حق إضافة كتلة جديدة إلى السلسلة - بأداء هذه الوظيفة. للقيام بذلك، يجب عليهم حل مسألة رياضية معقدة.

جوهر المهمة هو كما يلي: يقوم المُعدّن بأخذ بيانات كتلة المرشح ويمررها عبر دالة هاش (خوارزمية تشفيرية، مما ينتج معرف فريد). يُطلق على النتيجة اسم هاش - وهي سلسلة من الرموز التي تعمل كـ “بصمة” لبيانات الكتلة.

المشكلة هي أنه من المستحيل التنبؤ بالهاش الذي ستصدره الدالة. الطريقة الوحيدة هي أسلوب التجريب. يبدأ المنقب بتغيير جزء واحد من البيانات المدخلة بشكل متكرر، والذي يسمى nonce (رقم يستخدم مرة واحدة)، ويحسب في كل مرة هاش جديدة. يستمر في هذه العملية حتى يجد هاش يتوافق مع معايير معينة وضعها البروتوكول (على سبيل المثال، يجب أن يبدأ الهاش بعدد معين من الأصفار).

يتطلب البحث عن هاش صالح عددًا فلكيًا من المحاولات وكمية هائلة من القدرة الحاسوبية. ومع ذلك، فإن التحقق من صحته أمر تافه - ما عليك سوى تمرير نفس البيانات عبر الدالة والتأكد من أن النتيجة تتطابق.

الحوافز الاقتصادية والأمان

عندما يجد المُعدِّن تجزئة صالحة، يقوم بإرسالها إلى الشبكة مع كتلة البيانات. تتحقق العقد الشبكية بسرعة من صحة الحل. إذا كان كل شيء صحيحًا، تتم إضافة الكتلة إلى السلسلة، ويحصل المُعدِّن على مكافأة عن العمل المنجز - وهي عملات جديدة أنشأها البروتوكول، بالإضافة إلى الرسوم على المعاملات المعالجة.

تتمثل أناقة إثبات العمل في أن السلوك النزيه أكثر ربحية من محاولة الاحتيال. لن يحصل المنقب الذي ينفق الموارد على إنشاء كتلة غير صالحة أو احتيالية على مكافأة وسيفقد ببساطة الطاقة الكهربائية. وبالتالي، يتبع معظم المشاركين القواعد ليس بدافع من الإيثار، ولكن من مصلحتهم الخاصة.

حماية من التلاعب من خلال التشفير

آلية PoW تعمل بالتعاون مع التشفير غير المتماثل. يمتلك كل مشارك مفتاحين: مفتاح خاص (سري) ومفتاح عام (مفتوح).

عند بدء المعاملة، تقوم بتوقيعها بمفتاحك الخاص. يمكن لأي عقد في الشبكة التحقق من هذا التوقيع باستخدام مفتاحك العام، وبالتالي التأكد من أن:

• هل تملك الأموال حقًا
• لقد قمت بتفويض هذه العملية المحددة
• المبلغ لا يتجاوز رصيدك

أي كتلة تحتوي على معاملة غير صالحة يتم رفضها تلقائيًا بواسطة الشبكة. ستكلف محاولة تضمين عملية مزيفة تريليونات من الحسابات وستبقى بدون مكافأة.

قابلية التوسع والموثوقية

تستخدم بيتكوين آلية إثبات العمل منذ أكثر من 15 عامًا، حيث قامت بأمان بمعالجة المعاملات المالية التي تبلغ تريليونات الدولارات. يتم ضبط صعوبة الخوارزمية تلقائيًا اعتمادًا على إجمالي القدرة الحاسوبية للشبكة - كلما كان هناك المزيد من المعدنين المتصلين، زادت صعوبة المهام، مما يمنع الظهور المتكرر جدًا للكتل الجديدة.

لقد أثبت هذا النظام مقاومته لمختلف أنواع الهجمات والتلاعب. لإعادة كتابة تاريخ البلوكشين، كان يجب على المهاجم السيطرة على أكثر من 50% من إجمالي قوة الحوسبة في الشبكة والتفوق في نفس الوقت على المعدنين الشرفاء، وهو ما يكاد يكون مستحيلاً في الشبكات الكبيرة.

مقارنة مع توافق بديل: Proof of Stake

مع تطور نظام التشفير ، ظهرت آليات توافق أخرى. إثبات الحصة (PoS) - واحدة من أشهر الطرق البديلة ، التي تم تنفيذها في Ethereum وبروتوكولات أخرى.

في أنظمة PoS، يقوم المدققون بدور المعدنين، حيث تختارهم النظام عشوائيًا من بين المشاركين الذين قاموا بتأمين كمية معينة من الرموز (الستاكينغ). بدلاً من حل المسائل الرياضية المعقدة، يقترح المدقق ببساطة كتلة جديدة، وإذا كانت صالحة، فإنه يحصل على رسوم المعاملات. إذا حاول المدقق خداع النظام، يتم مصادرة رهانه (عملية التخفيض).

فوائد إثبات الحصة واضحة: النظام يستهلك طاقة أقل بكثير لأنه لا يتطلب الحفاظ على مزارع حوسبة قوية.

ومع ذلك ، فإن Proof of Work له ميزة لا يمكن إنكارها - التحقق على المدى الطويل. يعمل هذا النظام بشكل موثوق لأكثر من نصف عقد من الزمان ، بينما لا يزال PoS يثبت جدواه على مدى فترة زمنية أقصر. على الرغم من أن PoW قد يبدو مكلفًا من حيث الطاقة ، إلا أن أمانه واستقراره في الوقت الحالي لا يزالان لا يمكن مقارنتهما.

الخاتمة

إثبات العمل - هو حل ثوري سمح بإنشاء أول نظام مالي لامركزي حقًا بدون الحاجة إلى منظمة مركزية. من خلال دمج التشفير ونظرية الألعاب والحوافز الاقتصادية، يضمن هذا الآلية أمان وسلامة البيانات في ظروف عدم الثقة بين المشاركين.

لقد أثبت إثبات العمل أن ملايين الأشخاص غير المعروفين لبعضهم البعض يمكنهم إدارة سجل مالي مشترك بدون وسطاء، ومع ذلك تظل النظام محميًا من التلاعب والاحتيال. هذا الإنجاز هو أساس الثورة المشفرة بأكملها.