ما هو PoW؟ تعرف على آلية الأمان الأساسية لبيتكوين

ما يجب معرفته على الفور

Proof of Work (PoW) هو خوارزمية التوافق المصممة لمنع مشكلة الإنفاق المزدوج في شبكات العملات الرقمية. وهي الأساس الأمني لبيتكوين والعديد من العملات البديلة الأخرى. يلعب PoW دورًا رئيسيًا في عملية التعدين، حيث يتحقق المعدنون من المعاملات ويضيفون كتلًا جديدة إلى سلسلة الكتل، وفي الوقت نفسه يولدون وحدات عملة مشفرة جديدة. للحفاظ على الطابع اللامركزي والأمان للشبكة، يتطلب PoW من المشاركين استثمار موارد حاسوبية وكهربائية كبيرة.

ما هو PoW ولماذا هو مهم؟

Proof of Work هو آلية توافق تم تطويرها لحل مشكلة الإنفاق المزدوج في بيئة المدفوعات الرقمية. ببساطة، هو وسيلة للأطراف التي لا تثق ببعضها البعض لتحقيق اتفاق على حالة قاعدة بيانات مالية.

اختارت بيتكوين والعديد من العملات المشفرة الأخرى PoW كوسيلة لحماية سلامة شبكة سلسلة الكتل. عندما تنضم إلى شبكة PoW، أنت تنضم إلى نظام لا يتطلب الثقة في جهة مركزية.

قدم ساتوشي ناكاموتو PoW في ورقة بيضاء لبيتكوين عام 2008، لكن هذه التكنولوجيا لها أصول أقدم بكثير. HashCash الخاص بـ Adam Back هو أحد أقدم تطبيقات Proof of Work، ويستخدم لمكافحة البريد العشوائي. يتطلب من مرسلي البريد الإلكتروني إجراء عملية حسابية لإثبات أنهم ليسوا نظام إرسال بريد عشوائي جماعي. بالنسبة للمُرسلين الشرعيين، تكون تكلفة الحساب غير ملحوظة؛ لكن بالنسبة للمرسلين المزعجين الذين يرغبون في إرسال ملايين الرسائل، تصبح هذه التكلفة عالية جدًا.

مشكلة الإنفاق المزدوج: قلق العملات الرقمية

الإنفاق المزدوج هو ظاهرة يتم فيها استخدام وحدة واحدة من العملة عدة مرات. هذا المصطلح يكاد يقتصر على عالم العملات الرقمية، لأنه في النقد المادي، من المستحيل تقريبًا حدوث ذلك.

تخيل أنك تشتري شيئًا نقدًا. تعطي المال للبائع، وسيضعه في جهاز الحسابات. الآن، لا يمكنك سحب تلك الورقة النقدية واستخدامها في مكان آخر.

لكن في العالم الرقمي، كل الأموال عبارة عن بيانات. يمكنك بسهولة نسخ ملف وإرساله إلى عدة أشخاص. المشكلة هي، إذا لم يكن هناك آلية رقابة، يمكنك إرسال نفس وحدة العملة الرقمية إلى ثلاثة أشخاص مختلفين — وهو شيء لا تسمح به أنظمة النقد التقليدية أبدًا.

نظام الدفع الرقمي الذي لا يمنع الإنفاق المزدوج سينهار عاجلاً أم آجلاً. الحل لهذه المشكلة هو آليات التوافق مثل Proof of Work.

لماذا يحتاج blockchain إلى PoW؟

في شبكة سلسلة الكتل، يرسل الجميع باستمرار معاملات. ومع ذلك، لا تعتبر هذه المعاملات صحيحة تلقائيًا على الفور. فهي تصبح رسمية فقط عندما يتم التحقق منها وإضافتها إلى سلسلة الكتل.

تخيل مجموعة من الأصدقاء لديهم دفتر لتسجيل معاملات بيتكوين الخاصة بهم. في كل مرة يريد شخص ما تحويل أموال، يكتب في الدفتر:

“أليس ترسل إلى بوب 5 BTC؛ بوب يرسل إلى كارول 2 BTC”

لكن لضمان عدم إنفاق أي شخص أموالًا لا يملكها، تحتاج إلى توثيق مصدر كل مبلغ. لذلك، عندما يرسل بوب إلى كارول 2 BTC، يكون الإدخال الفعلي:

“بوب يرسل إلى كارول 2 BTC، هذه الأموال جاءت من معاملة سابقة مع أليس”

الآن، إذا حاول بوب استخدام نفس الـ2 BTC في معاملة أخرى، سيتعرف الجميع على الفور أن هذه الأموال قد تم تسجيلها بالفعل، وسيتم رفض المعاملة.

هذه الطريقة تعمل بشكل جيد في مجموعة صغيرة حيث يعرف الجميع بعضهم البعض ويمكنهم بسهولة الاتفاق على من يحق له إضافة معاملات إلى الدفتر.

لكن، ماذا لو كانت المجموعة تتكون من 10,000 عضو؟ أو مليون؟ لا أحد يرغب في الثقة في شخص غريب واحد لإدارة سجل الجميع. هنا يأتي دور Proof of Work. PoW هو آلية تسمح لأي شخص ينضم إلى الشبكة بتحديث سلسلة الكتل دون الحاجة إلى الثقة في جهة مركزية. من خلال الجمع بين التشفير ونظرية الألعاب، يضمن أن المستخدمين يمكنهم فقط إنفاق الأموال التي يملكونها فعليًا.

كيف يعمل Proof of Work؟

بدلاً من إضافة كل معاملة على حدة إلى السجل، تجمع شبكات سلسلة الكتل المعاملات في كتل. عندما تتلقى الشبكة معاملات، يقوم المشاركون بإنشاء كتلة مرشحة لوضعها في الكتلة. تعتبر المعاملات صحيحة فقط عندما تصبح الكتلة المرشحة كتلة مؤكدة، أي تم إضافتها إلى سلسلة الكتل.

عملية التحقق من المعاملات وإضافة كتل جديدة تسمى التعدين. التعدين صعب ومكلف، لكنه يوفر فوائد كثيرة. المعدنون الذين ينشئون كتلة صالحة يُكافأون بعملة مشفرة جديدة يتم إصدارها بواسطة البروتوكول، بالإضافة إلى رسوم المعاملات من المستخدمين.

عملية التعدين بالتفصيل

يتطلب Proof of Work من المعدنين (إنشاء الكتل) استثمار موارد مثل الكهرباء وأجهزة الحاسوب القوية لـ تجزئة بيانات الكتلة المرشحة حتى يجدوا حلاً لمعادلة.

تجزئة بيانات الكتلة تعني تمريرها عبر دالة تجزئة لإنشاء سلسلة تجزئة. تعمل هذه السلسلة كـ"بصمة" فريدة للبيانات — فهي فريدة لكل كتلة، وأي تغيير بسيط في البيانات المدخلة سيؤدي إلى سلسلة تجزئة مختلفة تمامًا.

بمعنى آخر، يجب على المعدنين:

• التحقق من وجمع المعاملات المعلقة
• ترتيبها في كتلة مرشحة
• إدخال بيانات الكتلة في دالة التجزئة لإنشاء سلسلة تجزئة

إذا وجدوا سلسلة تجزئة صالحة للكتلة المرشحة، ينشرونها على الشبكة، ويضيفونها إلى سلسلة الكتل، ويحصلون على مكافأة التعدين.

التحقق من الكتلة

عندما ينشئ المعدن كتلة مرشحة ويقوم بنشر سلسلة التجزئة على الشبكة، يقوم المشاركون الآخرون بإعادة عملية التجزئة للتحقق من صحتها.

على الرغم من أن العثور على سلسلة تجزئة صالحة قد يتطلب العديد من المحاولات، إلا أن التحقق منها سهل جدًا. كل ما عليهم فعله هو تمرير بيانات الكتلة عبر دالة التجزئة والتحقق من أن الناتج يتطابق مع سلسلة التجزئة المقدمة.

هذه هي الخاصية الفريدة لـProof of Work: إنشاء دليل يصعب جدًا (يتطلب الكثير من الموارد)، لكن التحقق من هذا الدليل سهل جدًا.

Nonce: المفتاح لعملية التخمين

لا يمكن للمعدنين ببساطة تمرير نفس البيانات عبر دالة التجزئة مرارًا وتكرارًا، لأنهم سيحصلون دائمًا على نفس النتيجة. لذلك، يحتاجون إلى إضافة جزء من البيانات يمكن تغييره في كل محاولة.

وهذا هو nonce — رقم يغيره المعدن في كل محاولة. من خلال تغيير nonce، يخلقون مدخلات مختلفة، مما يؤدي إلى سلاسل تجزئة مختلفة.

باختصار، التعدين هو عملية محاولة وخطأ: يأخذ المعدن بيانات سلسلة الكتل، يضيف nonce، يجزئ كل شيء، ويختبر ما إذا كانت النتيجة تلبي شروط البروتوكول. إذا لم تكن كذلك، يغير nonce ويكرر المحاولة.

الصعوبة يمكن تعديلها

كلما زاد معدل التجزئة على الشبكة، زادت صعوبة العثور على سلسلة تجزئة صالحة. تم تصميم ذلك عمدًا لضمان أن الكتل لا تُكتشف بسرعة كبيرة.

محاولة تخمين ملايين أو مليارات سلاسل التجزئة يمكن أن تستهلك الكثير من موارد الحاسوب والكهرباء. لكن، إذا وجدت سلسلة تجزئة صالحة، فإن البروتوكول يكافئك بعملة مشفرة.

جانب الأمان: التشفير المفتوح

ماذا لو حاول شخص ما الاحتيال؟ كيف يمنع المعدن من إدخال مجموعة من المعاملات الاحتيالية في كتلته؟

الجواب يكمن في التشفير المفتوح. كل معاملة موقعة باستخدام المفتاح الخاص للمرسل. يمكن لأي شخص على الشبكة مقارنة التوقيع بالمفتاح العام والتحقق من صحة المعاملة.

علاوة على ذلك، يتحقق الشبكة من أن المرسل يمتلك فعليًا الأموال التي يحاول إنفاقها. إذا حاولت إنفاق أكثر مما تملك، سيتم رفض المعاملة.

أي كتلة تحتوي على معاملة غير صحيحة ستُرفض تلقائيًا من قبل الشبكة.

اقتصاد النزاهة

أكبر فائدة لـProof of Work هي: الاحتيال مكلف جدًا، لكن الصدق يحقق أرباحًا.

إذا حاولت الاحتيال، ستضيع مواردك الخاصة دون أي مكافأة. لذلك، أي معدّن عاقل سيتصرف بنزاهة لتعظيم أرباحه. هذا الآلية تجعل التصرف بنزاهة هو الاستراتيجية الأفضل، دون الحاجة إلى الثقة في أحد.

مقارنة بين Proof of Work و Proof of Stake: نهجان مختلفان

هناك العديد من خوارزميات التوافق غير PoW، لكن أحد أكثر النهج شيوعًا هو Proof of Stake (PoS). ظهرت هذه المفهوم لأول مرة في 2011 وتم تطبيقها في إيثريوم وبعض المشاريع الأخرى.

كيف يعمل Proof of Stake

في نظام Proof of Stake، لا توجد عملية تعدين تقليدية. بدلاً من ذلك، يُختار المشاركون، المعروفون باسم المدققون (validators)، عشوائيًا لاقتراح كتل جديدة. إذا كانت الكتلة صحيحة، يحصلون على مكافأة من رسوم المعاملات.

لكن، ليس بإمكان أي شخص أن يصبح مدققًا. يجب على المشاركين قفل (رهن) مبلغ معين من العملة الأصلية للبلوكشين. هذا الرهن يعمل كضمان — مثلما يدفع المتهمون أموالًا لضمان عدم الفرار، يقفل المدققون حصتهم لضمان عدم الاحتيال.

إذا تصرفوا بشكل غير نزيه، يتم سحب جزء من رهانهم أو كله. هذا يخلق حافزًا اقتصاديًا للسلوك النزيه، مماثل لـPoW، ولكن من خلال آلية مختلفة.

( المزايا والعيوب

مزايا PoS:

• استهلاك طاقة أقل بكثير من PoW، لأنه لا يتطلب أجهزة قوية تعمل على مدار الساعة
• هدف أكثر استدامة بيئيًا

عيوب PoS:

• سجل تشغيل أقل من PoW
• رغم أنه قد يُعتبر إهدارًا للموارد، إلا أن PoW هو خوارزمية التوافق الوحيدة التي أثبتت فعاليتها لأكثر من عقد
• منذ إطلاقه، قام Bitcoin باستخدام PoW بحماية معاملات بقيمة تريليونات الدولارات

للتأكد من أن PoS يمكن أن ينافس أمان PoW، يجب اختبار هذه التكنولوجيا بشكل صحيح على مدى فترة زمنية أطول.

الخلاصة

Proof of Work هو الحل الأول والأثبت لمشكلة الإنفاق المزدوج في العملات الرقمية. أثبتت بيتكوين أن لا حاجة لجهات مركزية لمنع الاحتيال.

باستخدام التشفير، دوال التجزئة، ونظرية الألعاب، يمكن للمشاركين في شبكة لامركزية تمامًا أن يتوصلوا إلى توافق حول حالة قاعدة البيانات المالية دون الحاجة إلى الثقة المتبادلة.

حتى الآن، لا يزال PoW هو الآلية الأكثر أمانًا وموثوقية التي نمتلكها.