الگوریتم اثبات ظرفیت چیست؟ آشنایی با روش کار الگوی PoC در بلاک چین

الگوی اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) یا PoC یک الگوریتم اجماع در بلاک چین است که با استفاده از فضای هارد دیسک و تجهزات ذخیره‌سازی اطلاعات به تایید تراکنش‌ها می‌پردازد. در این مطلب، با مزایا و معایب و برخی از پروژه‌های مبتنی بر الگوریتم اثبات ظرفیت آشنا می‌شویم.

در سال‌های اخیر بحث‌های زیادی پیرامون استخراج ارزهای دیجیتال و تاثیرات منفی آن بر محیط زیست، مخصوصا در مورد مصرف بالای نیروی برق و رد پای کربنی ناشی از آن، شکل گرفته است. گرچه رسانه‌ها در بسیاری از مواقع تا حد زیادی در این مورد اغراق کرده‌اند، اما به هر حال این موضوعی نیست که بتوان آن را نادیده گرفت. به همین دلیل، جامعه توسعه‌دهندگان و کاربران ارزهای دیجیتال همواره به دنبال راه‌حل‌های جدیدی برای حل این معضل بوده‌اند و می‌توان گفت تا حد زیادی هم در این کار موفق شده‌اند. شاید پرکاربردترین این راه‌حل‌ها، الگوی اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) اتریوم باشد. اما موضوع این مقاله، یک روش اجماع نسبتا جدیدتر به نام الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) است.

الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) چیست؟

استخراج ارز دیجیتال به پروسه‌ای گفته می‌شود که در آن تراکنش‌های یک بلاک چین از طریق حل پازل‌های پیچیده ریاضی و با استفاده از نیروی پردازشی سخت‌افزارهای مختلف تایید می‌شوند که در نهایت به تولید کوین‌های جدید می‌انجامد. توان پردازشی این پروسه معمولا توسط سخت‌افزارهای کامپیوتری یا دستگاه‌های مختص استخراج ارزهای دیجیتال (ASIC) تامین می‌شود که به شبکه‌ای غیرمتمرکز از کامپیوترها در سرتاسر جهان متصل هستند. مجموعه کامپیوترهای این شبکه، دفترکل‌ توزیع شده (Distributed Ledger) نام دارد.

این شبکه یا بلاک چین برای تشویق ماینرها به مشارکت در این کار، مقداری از کوین‌های تولیدشده را به عنوان پاداش بلاک به آنها اختصاص می‌دهد. البته در نظر داشته باشید که کار استخراج ارزهای دیجیتال چندان ساده هم نیست و عوامل مختلفی نظیر هش ریت سخت‌افزار، سختی شبکه، پاداش بلاک، قیمت برق مصرفی و الگوریتم اجماع ارز دیجیتال مورد نظر در آن دخیل هستند. پروتکل استخراج یا روش اجماع (Consensus Method) شیوه‌ای است که تعیین می‌کند تراکنش‌های یک شبکه بلاک چین چگونه تایید خواهند شد. بعضی از این روش‌ها نیاز به سخت‌افزارهای خاصی دارند و در بعضی دیگر، تنها به نگهداری از مقداری معینی ارز دیجیتال در یک کیف پول یا صرافی نیاز است.

در الگوریتم اجماع PoC، از هاردیسک‌ها و تجهزات ذخیره‌سازی اطلاعات برای تایید تراکنش‌ها استفاده می‌شود و این کار را با ذخیره تمام ترکیبات عددی و راه‌حل‌های ممکن روی هارد دیسک‌ها، قبل از شروع عملیات ماینینگ، انجام می‌دهد. این راه‌حل‌ها بسیار پیچیده‌تر از آن هستند که به صورت بلادرنگ محاسبه شوند و به همین دلیل، کار محاسبه آنها قبل از شروع عملیات ماینینگ انجام می‌شود.

مشخص است که بعضی از این راه‌‌حل‌ها زودتر از بقیه به‌دست می‌آیند و پاداش بلاک و کوین‌ها هم به ماینری اهدا خواهد شد که زودتر به این راه‌حل رسیده باشد. به زبان ساده‌تر، ماینرهایی پاداش بیشتری دریافت می‌کنند که ظرفیت بیشتری را در اختیار شبکه گذاشته باشند و راه‌حل‌های بیشتری روی هارد دیسک‌هایشان ذخیره شده باشد.

این پروتکل از دو فاز اصلی پلاتینگ (Plotting) و استخراج (Mining) تشکیل شده است. در فاز پلاتینگ با استفاده از الگوریتم رمزنگاری شابال (Shabal) یک راه‌حل تصادفی برای حل مسئله (Plot) تولید و روی هارد دیسک‌ها ذخیره می‌شود و در فاز استخراج، ماینرها برای پیدا کردن راه‌حل مسئله با یکدیگر رقابت می‌کنند. اولین ماینری که موفق به پیدا کردن راه‌حل شود، مجوز استخراج بلوک بعدی را خواهد داشت. ماینرها برای شرکت در الگوریتم اثبات ظرفیت، فضای خالی هارد دیسک‌های خود را در اختیار بلاک چین می‌گذارند و به ازای آن پاداش دریافت می‌کنند.

بررسی میزان مصرف انرژی، سودآوری و تجهیزات مورد نیاز ماینینگ با الگوی PoC

از آنجایی مصرف انرژی هارد دیسک‌ها صدها بار پایین‌تر از میزان مصرف سخت‌افزارهایی مانند اسیک‌ها، کارت‌های گرافیک و پردازنده‌های مرکزی است، روش اثبات ظرفیت نیاز به مصرف انرژی چندانی ندارد و از نظر آسیب به محیط زیست، نسبت به الگوریتم اثبات کار (PoW) برتری قابل‌توجهی دارد.

برای استخراج به وسیله هارد دیسک شما نیاز به یک کامپیوتر، مانیتور، موس و صفحه کلید و البته یک یا چند هارددیسک دارید. مسئله تاثیرگذار در میزان پاداش‌های شما، ظرفیت و سرعت هارد دیسک‌های شما است. هارد دیسک‌ها معمولا به وسیله کانکتورهای ساتا (SATA) به مادربرد شما متصل می‌شوند و اگر قصد دارید از هاردهای متعددی استفاده کنید، بهتر است در انتخاب مادربرد و چیپست آن دقت کنید.

در هنگام خرید هارد دیسک باید به سه نکته توجه کنید: اول ظرفیت هارد دیسک است و مشخص است که هر چه ظرفیت خالی بیشتری در اختیار شبکه بگذارید، پاداش بیشتری نصیب شما خواهد شد. دو عامل بعدی که به سرعت هارد دیسک مرتبط هستند، سرعت خواندن و نوشتن و سایز بافر چیپ کنترلر است. سرعت هارد دیسک‌های موجود در بازار، که با دور در دقیقه (rpm) مشخص می‌شود، 5200 و 7200 RPM است. سایز بافر هم باید متناسب با ظرفیت هارد دیسک باشد تا به اصطلاح گلوگاه (Bottleneck) نشود.

افرادی که می‌خواهند به صورت حرفه‌ای به این کار بپردازند، معمولا از مجموعه‌ای از دیسک‌های با رابط اسکازی (SCSI) که به صورت سریال و با استفاده از پروتکل SAS به هم وصل شده‌اند، استفاده می‌کنند. پروتکل SAS یک پروتکل نقطه به نقطه است که برای انتقال سریع داده‌های دیسک‌های پرسرعت و باداوام اسکازی (SCSI) طراحی شده است. این هارد دیسک‌ها و تجهیزات آن ارزان‌قیمت نیستند و بهتر است برای این کار، آنها را به صورت دست دوم خریداری کنید.

البته آموزش خرید تجهیزات و روش پیاده‌سازی یک ریگ ماینینگ هارد دیسک با استفاده از الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) احتیاج به توضیحات بیشتر و دقیق‌تری دارد که در مطالب آینده به آن خواهیم پرداخت.

دلیل عدم استفاده از هاردهای SSD

شاید بپرسید اگر سرعت و کارآیی هارد دیسک در روند استخراج تاثیرگذار است، چرا از درایوهای SSD جدید برای اینکار استفاده نمی‌شود؟

درست است که هاردهای SSD به دلیل عدم وجود قطعات مکانیکی در آنها بسیار سریع‌تر از هارد دیسک‌ها عمل می‌کنند، اما واقعیت این است که این سرعت بالا، بیشتر در مرحله پلاتینگ (Plotting) و پیاده‌سازی اولیه بلاک‌ها به چشم می‌آید و تاثیر چندانی بر خود پروسه ماینینگ ندارد.

از آن گذشته، هاردهای SSD نسبت به هارد دیسک‌های سنتی عمر کمتری دارند و گرمای بیشتری تولید می‌کنند. در ضمن، قیمت این هاردها هنوز گران‌تر از هارد دیسک‌های معمولی است و صرف چنین هزینه‌ای برای این کار هنوز توجیه‌پذیر نیست.

مقایسه الگوریتم‌های استخراج با اثبات PoC

روش‌های اجماع اصلی ارزهای دیجیتال و تفاوت‌شان با الگوری اثبات ظرفیت را می‌توان به‌صورت زیر بررسی کرد:

• اثبات کار (Proof of Work): در پروتکل اثبات کار (PoW) که این این روزها بیشتر در بلاک چین بیت کوین (BTC) و ارزهای وابسته به آن به کار می‌رود، برای تایید تراکش‌های و تولید بلاک‌های جدید نیاز به حل الگوریتم‌های بسیار پیچیده ریاضی است. برای تامین نیروی پردازشی عظیم مورد نیاز برای این کار، باید از سخت‌افزارهای بسیار قدرتمند مانند اسیک ماینرها و در بعضی موارد، پردازنده و کارت‌های گرافیک قدرتمند استفاده کرد.
• اثبات سهام (Proof of Stake): در روش اثبات سهام (PoS)، برای تایید تراکنش‌ها و حفظ امنیت شبکه، نیازی به سخت‌افزارهای پیچیده و گران‌قیمت نیست و این کار با استفاده از نودهایی صورت می‌گیرد که کاربران در آن مقدار معینی از ارز دیجیتال مورد نظر را در شبکه قفل کرده یا به اصطلاح سهام‌گذاری (Stake) می‌کنند و کامپیوتر یا نود (Node) خود را روشن می‌گذارند تا از آن برای تایید تراکنش‌های شبکه استفاده شود. البته روش دیگری هم وجود دارد که در آن، مالکان کوین‌ها به جای کامپیوترهای شخصی، از استخرهای استیکینگ (Staking Pools) استفاده می‌کنند.
• اثبات فضا (Proof of Space): الگوریتم اثبات فضا که با نام الگوریتم اثبات ذخیره‌سازی (Proof of Storage) هم شناخته می‌شود، شباهت زیادی به الگوریتم اثبات ظرفیت دارد. البته با این تفاوت که در روش اجماع اثبات فضا، به جای استفاده از تجهیزات ذخیره‌سازی برای تولید بلاک‌های جدید، از آنها برای تولید یک فضای ابری غیرمتمرکز استفاده می‌شود. در این روش، کاربران فضای ذخیره‌سازی خود را به دیگران اجاره می‌دهند و اجاره‌کنندگان از آن برای استخراج ارزهای دیجیتال استفاده می‌کنند. برخلاف الگوریتم اثبات ظرفیت، در این روش درآمد به صورت ماهانه یا سالانه و به ازای مقدار فضای اجاره داده‌شده پرداخت خواهد شد.

نقاط ضعف و قوت الگوی اجماع اثبات ظرفیت

اگر چه الگوریتم PoC با حذف نیاز به سخت‌افزارهای پردازشی قدرتمند و مصرف بالای انرژی، پروسه استخراج ارزهای دیجیتال بسیار ساده‌تر کرده است، اما این روش با چالش‌هایی روبه‌رو است که آینده آن، حداقل به شکل فعلی، را با تهدید مواجه کرده است. بیشتر این چالش‌ها مربوط به عدم پذیرش گسترده این روش اجماع از سوی جامعه کاربران ارزهای دیجیتال است که باعث کاهش محبوبیت و در نتیجه، کاهش سوددهی استخراج با هارد دیسک شده است.

مزایای الگوریتم اثبات ظرفیت

• عدم نیاز به خرید مادربردهای گران‌قیمت مجهز به اسلات‌های توسعه متعدد: شما می‌توانید خیلی ساده با خرید یک کارت توسعه PCIe به ساتا، چندین هارد دیسک را به یک اسلات PCE 1x متصل کنید.
• عدم نیاز به خرید اسیک‌ها و کارت‌های گرافیک گران قیمت: همانطور که گفتیم، الگوریتم اثبات ظرفیت نیازی به توان پردازشی بالا ندارد و تنها هزینه عمده آن، هارد دیسک‌هایی هستند که بسته به توان مالی خود باید خریداری کنید.
• عدم نیاز به تنظیمات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری پیچیده: روند نصب و راه‌اندازی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری یک ریگ ماینینگ هارد دیسک بسیار ساده از روش اثبات کار است و نیاز به دانش و تخصص بالایی ندارد.
• مصرف بسیار ناچیز انرژی: هر هارد دیسک 3.5 اینچی معمولی تنها حدود 12 تا 17 وات انرژی مصرف می‌کند.
• عدم نیاز به خرید تجهیزات خنک‌کننده: به دلیل مصرف بسیار پایین انرژی در هارد دیسک‌ها، ریگ ماینینگ شما دمای بسیار پایینی خواهد داشت و تنها با یک یا چند فن ساده به راحتی خنک می‌شود.

معایب الگوریتم اثبات ظرفیت

• چالش خرید هارد دیسک‌های دست دوم: تشخیص خرابی هارد دیسک‌های دست دوم کار راحتی نیست و معمولا فروشگاه‌ها این کالا را به صورت دست دوم ارائه نمی‌کنند.
• عمر محدود و مشخص هارد دیسک‌ها: هارد دیسک‌ها قطعات مکانیکی زیادی دارند و به همین دلیل، عمر مفید آنها معمولا چیزی در حدود 10 هزار ساعت است.
• زمان طولانی‌ لازم برای پلات کردن هاردها: پروسه پلاتینگ و ماینینگ در الگوریتم اثبات ظرفیت می‌تواند بسیار زمان‌بر و طولانی باشد.
• تعداد کوین‌های محدود: تعداد کوین‌هایی که از این روش برای استخراج استفاده می‌کنند بسیار پایین‌تر از ارزهای مبتنی بر روش اثبات کار است.
• امکان آلوده شدن به بدافزارها: اطلاعات ذخیره‌شده روی هارد دیسک می‌تواند به ویروس یا بدافزارهای مختلف آلوده شود و روند ماینینگ را مختل کند.

برخی پروژه‌های مبتنی بر اثبات ظرفیت

پروژه‌ها و ارزهای دیجیتال زیادی از این روش برای تایید تراکنش‌ها و تولید بلاک‌های جدید استفاده می‌کنند که در ادامه، به مهم‌ترین آنها اشاره می‌کنیم. اما به این نکته توجه کنید که استخراج ارزهای دیجیتال، به طور کلی، هیچ‌گاه درآمد ثابتی ندارد و عوامل زیادی در آن دخیل هستند. پس بهتر است قبل از تصمیم به شروع این کار، همه جوانب را در نظر بگیرید. مهم‌ترین پروژه‌های رمز ارزی مبتنی بر الگوریتم اثبات ظرفیت عبارتند از:

سیگنوم (SIGNA)

شرکت برست کوین (Burstcoin)، پرچمدار ارزهای دیجیتال مبتنی بر الگوریتم اثبات ظرفیت، در سال 2021 به طور رسمی نام برند خود را به سیگنوم (SIGNA) تغییر داد. سیگنوم یکی از سبزترین کوین‌های قابل‌ استخراج بازار است که مصرف انرژی آن با مصرف یک کامپیوتر روشن و بلااستفاده تفاوت زیادی ندارد. در حال حاضر، شما حتی با استفاده از فضای خالی موبایل‌های قدیمی هم می‌توانید در عملیات استخراج این رمز ارز شرکت داشته باشید.

شرکت سیگنوم در سال 2021 همراه با تغییر برند خود، یک الگوریتم اجماع غیرمتمرکز جدید به نام الگوریتم اثبات تعهد (Proof of Commitment) را معرفی کرد که به اختصار “+PoC” نامیده می‌شود. در این روش، کاربران در کنار به اشتراک‌گذاری فضای خالی هارد دیسک‌های خود، مقداری معینی از ارز سیگنوم (SIGNA) را در شبکه سهام‌گذاری (استیک) می‌کنند. این کار علاوه بر بالا بردن شانس ماینرها در به دست آوردن پاداش، در امن‌تر شدن بلاک چین هم موثر است.

سیگنوم در همین سال، فناوری قراردادهای هوشمند را هم به بلاک چین خود اضافه کرد. در بلاک چین سیگنوم، توکن‌ها و قراردادهای هوشمند به طور مجزا عمل می‌کنند. این توکن‌ها واحدهای یگانه‌ای هستند که به طور مستقیم بین حساب‌های کاربری رد و بدل می‌شوند و نیازی به کیف پول ندازند.

این بلاک چین که با استفاده از شبکه‌ای از داوطلبین اداره می‌شود، یک سازمان غیرانتفاعی است که در سال 2021 به وسیله اتحادیه شبکه سیگنوم (SNA) تاسیس شد و سعی دارد به رویای خود، یعنی ساختن یک بلاک چین نوآرانه و دوستدار محیط زیست، جامه عمل بپوشاند.

چیا (XCH)

چیا (XCH) یکی دیگر از ارزهای دیجیتال سبز و دوستدار محیط زیست است که توسط برم کوهن (Bram Cohen)، خالق بیت تورنت، پایه‌گذاری شده است. محبوبیت این شبکه در زمان راه‌اندازی اولیه به اندازه‌ای بود که باعث کمبود هارد دیسک در بازار چین شد.

روند ماینینگ در پلتفرم چیا بسییار ساده‌تر و سرراست‌تر از ارزهای مشابه است. برای این کار کافی است نرم‌افزار یا اپلیکیشن چیا را از سایت رسمی آن دانلود و نصب کنید و بعد از مشخص کردن میزان فضایی که قصد دارید به این کار اختصاص دهید، روند پلاتینگ و استخراج آغاز می‌شود. لازم به ذکر است که اجرای این نرم‌افزار به هیچ وجه باعث کندی و اختلال کامپیوتر شما نخواهد شد.

شبکه چیا یک بلاک چین و یک پلتفرم انجام تراکنش‌ به‌صورت هوشمند است که به کاربرانش اجازه می‌دهد با استفاده از فضای خالی هارد دیسک‌های خود در اداره این شبکه غیرمتمرکز مشارکت داشته باشند و پاداش دریافت کنند. شبکه چیا از روشی به نام الگوریتم اثبات فضا-زمان (Proof of Space-Time) استفاده می‌کند که به ازای اختصاص مقدار فضای خالی معین در یک بازه زمانی از قبل تعیین‌شده، به ماینرها پاداش می‌دهد.

سیا کوین (SC)

سیا کوین (SC) یک پلتفرم ارائه‌دهنده فضای ابری غیرمتمرکز مبتنی بر فناوری بلاک چین است. سرویس‌های این پلتفرم شباهت بسیاری به راهکارهای ابری شرکت‌های مایروسافت، گوگل، آمازون و دراپ باکس دارند، با این تفاوت که در این شبکه هیچ نقطه فشار متمرکزی وجود ندارد و ماینرها با استفاده از الگوریتم اثبات فضا، که شاخه‌ای از روش اثبات ظرفیت به شمار می‌رود، صحت تراکنش‌ها را تایید می‌کنند.

همانطور که قبلا گفتیم، در این روش، از فضای به‌اشتراک‌گذاشته‌شده برای تولید یک فضای ابری غیرمتمرکز استفاده می‌شود. هر ماینر در واقع میزبان بخشی از این فضای ابری است و آن را به خریداران اجاره می‌دهد. شما با میزبانی (هاستینگ) در شبکه سیا کوین به خریداران فضای ابری کمک می‌کنید تا اطلاعات خود را در یک فضای ابری امن و غیرمتمرکز نگهداری کنند که حق دسترسی به آن تنها مختص خوشان است.

ماینرها به ازای عملکرد خود، سیا کوین (SC) دریافت می‌کنند که می‌توانند آن را در صرافی‌های مختلف (از جمله بیت 24) به فروش برسانند یا از آن برای خرید فضای ابری مورد نیاز خود از شبکه سیا، استفاده کنند. البته میزان پاداش به دو عامل اصلی، یعنی مقدار فضای اختصاص داده‌شده و بازه آماده به کار بودن (Uptime) کامپیوتر بستگی دارد. مزیت شبکه سیا (Sia Network) به سرویس‌های متمرکز ابری ارزان‌تر بودن، امن‌تر بودن و دسترسی آسان‌تر به آن است.

سخن پایانی

در پایان باید به این اشاره کرد که پذیرش روش‌های اجماع جدید نظیر الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) و امثال آن، بیشتر به میزان کارایی و عملکرد آنها در برآوردن نیازها و توقعات شرکت‌های فعال در صنعت بلاک چین بستگی دارد. به طور کلی، هر چه فناوری بلاک چین سریع‌تر به سمت فناوری‌های دوستدار محیط زیست و به اصطلاح سبز حرکت کند و از الگوریتم قدیمی و کند اثبات کار (PoW) فاصله بگیرد، از پایداری و پذیرش بیشتری برخوردار خواهد شد.

الگوریتم اثبات ظرفیت و زیرشاخه‌های آن مانند اثبات فضا (PoS)، اثبات تعهد (POC+) و اثبات فضا-زمان، همه سعی دارند با ارائه یک راه‌حل جایگرین مناسب و دوستدار محیط زیست برای روش اجماع اثبات کار (PoW) بیت کوین، نقطه‌ضعف‌های آن را پوشش دهند و کمی از میزان نقدهای منفی طرفداران محیط زیست به مصرف بالای انرژی فناوری بلاک چین بکاهند.

ما در این مقاله سعی کردیم شما را با مفاهیم پایه استخراج ارزهای دیجیتال، روش‌های مختلف اجماع و مخصوصا الگوریتم اثبات ظرفیت آشنا کنیم. هر چند استخراج ارزهای دیجیتال مبتنی بر الگوریتم PoC هزینه بسیار کمتری دارد، اما دقت کنید که ورود و سرمایه‌گذاری در کار ماینینگ ارزهای دیجیتال نیاز به انجام تحقیقات و محاسبات جامع و کاملی دارد که پوشش دادن همه آنها در یک مقاله امکان‌پذیر نخواهد بود.

تهیه شده در بیت ۲۴