الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof Of Capacity) چیست؟

الگوریتم‌های متفاوتی برای تولید بلاک در شبکه بلاکچین وجود دارد. معروفترین آنها الگوریتم اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) است اما نوع جدیدتری به نام الگوریتم اثبات ظرفیت یا POC نیز وجود دارد که برخی از نقاط ضعف اثبات کار و اثبات سهام را برطرف کرده است؛ آیا می‌دانید الگوریتم POC چیست؟ در این مقاله از بیتفا به معرفی الگوریتم اثبات فضا، مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.

الگوریتم اثبات ظرفیت چیست؟

الگوریتم اثبات ظرفیت یا POC، یک مکانیزم اجماع در بلاکچین است که به دستگاه‌های ماینر اجازه می‌دهد با استفاده از هارد درایو خود به تایید تراکنش‌ها و اضافه کردن بلاک جدید به زنجیره بپردازند. این موضوع در تضاد با فضای رقابتی استخراج در اثبات کار و اثبات سهام است. قبل از توضیح الگوریتم اثبات ظرفیت بهتر است به طور مختصر به معرفی الگوریتم‌های اثبات کار و اثبات سهام بپردازیم.

الگوریتم اثبات کار (Proof of Work)

در این روش ماینر‌ها با در اختیار قرار دادن توان پردازشی سخت افزار‌های خود به شبکه، به تایید تراکنش‌ها و اضافه کردن بلاک جدید به زنجیره کمک می‌کنند. در ابتدا فرآیند استخراج رمز ارز بیت کوین با استفاده از اثبات کار به راحتی استفاده از کامپیوتر‌های خانگی بود. شبکه بیت کوین به طوری طراحی شده است تا در هر 10 دقیقه بلاک جدید تولید شود بنابراین برای جلوگیری از تغییر میزان مدت تولید بلاک، سختی شبکه بیت کوین نیز تغییر می‌کند. با افزایش سخی شبکه دیگر فرآیند استخراج بیت کوین با استفاده از کامپیوتر یا لپ تاپ امکان پذیر نیست. امروزه فرآیند استخراج بیت کوین توسط سخت افزار‌هایی به نام ایسیک انجام می‌شود که صرفا برای این کار طراحی شده‌اند. یعنی بجر استخراج رمز ارز کاربرد دیگری ندارند. این دستگاه‌ها با قیمت بالایی عرضه می‌شوند و این امر باعث شده افراد خاصی قادر به خرید این دستگاه‌ها (ASIC) باشند که باعث متمرکز شدن شبکه شده است. به علاوه این دستگاه‌ها بسیار پر سر و صدا هستند و انرژی زیادی مصرف می‌کنند که سبب ایجاد آلودگی محیط زیستی می‌شود. اگرچه الگوریتم اثبات کار مزایای بسیاری دارد با این حال مطالب ذکر شده در بالا معایب استفاده از این روش است.

برای آشنایی بیشتر با مکانیزم اجماع اثبات کار می‌توانید مقاله مکانیزم اجماع اثبات کار چیست را مطالعه کنید.

الگوریتم اثبات سهام (Proof Of Stake)

مکانیزم اجماع اثبات سهام روشی دیگر برای تایید تراکنش‌ها، اضافه کردن بلاک و دریافت پاداش است. برای شرکت در این فرآیند لازم است ماینر‌ها (که در این مکانیزم به آن‌ها اعتبار سنج، تایید کننده و یا Validator گفته می‌شود) مقداری از دارایی‌های خود را در این شبکه قفل کنند که به این عمل استیک کردن دارایی‌ها یا استیکینگ (staking) می‌گویند. این روش جایگزینی برای دستگاه‌های پرهزینه استخراج است و در نتیجه آلودگی برای محیط زیست ایجاد نمی‌کند. با این حال این سیستم نیز همانند اثبات کار متمرکز است زیرا میزان پاداش دریافتی نسبت مستقیمی با میزان دارایی استیک شده دارد.

الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof Of Capacity)

اکنون که با مکانیزم‌های اجماع اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) آشنا شدیم به موضوع اصلی این مقاله، یعنی الگوریتم اثبات ظرفیت بپردازیم. الگوریتم‌ اثبات ظرفیت که به POC (Proof of Capacity) معروف است، به عنوان جایگزینی برای حل مشکلات مصرف انرژی بالا در سیستم اثبات کار و ذخیره یا انباشت رمز ارز‌ها در سیستم اثبات سهام است. اثبات ظرفیت به دستگاه‌های استخراج یا همان نود‌های شبکه این امکان را می‌دهد تا با استفاده از فضای خالی در هارد درایو خود به استخراج رمز ارز‌ها بپردازند. در این سیستم به جای تغییر مداوم در اعداد هدر بلاک‌ها و استفاده از هش برای پیدا کردن راه حل در اثبات کار، لیستی از راه حل‌های احتمالی در هارد درایو دستگاه ماینر ذخیره می‌شود، حتی پیش از اینکه عملیات استخراج آغاز شود. هرچه فضای موجود در هارد درایو بیشتر باشد، امکان ذخیره راه حل‌های بیشتر نیز وجود دارد. بدین ترتیب شانس دریافت پاداش بیشتر است.

به این مثال توجه کنید، فرض کنید بسته به فضای موجود در هادر دیسک خود، بلیط‌های لاتاری را ذخیره کرده‌اید. پس از اعلام شماره بلیط هر فردی که بیشترین اعداد مشابه با شماره‌های اعلام شده را داشته باشد برنده این لاتاری می‌باشند. البته نکته جالب این پروسه این است که می‌توانید این اعداد را ذخیره و بار‌ها و بار‌ها استفاده کنید.

Burstcoin اولین رمز ارزی بود که از سیستم اثبات فضا استفاده کرد. البته پس از مدتی این رمز ارز نام خود را به Signum تغییر داد. storj و chia دیگر رمز ارز‌هایی هستند که از این الگوریتم استفاده می‌کنند.

البته این مورد را نیز در نظر داشته باشید که به الگوریتم اثبات ظرفیت، الگوریتم اثبات فضا یا Proof of Space نیز گفته می‌شود.

نحوه کار الگوریتم POC، پلاتینگ و ماینینگ

الگوریتم اثبات ظرفیت از دو مرحله با نام‌های پلاتینگ (Plotting) و ماینینگ (Mining) تشکیل شده است.

مرحله اول پلات کردن است: لیستی از نانس‌های احتمالی در پی هش مکرر اطلاعاتی از جمله شماره شناسایی کاربر تولید می‌شود. با هر نانس تعداد 8192 هش تولید می‌شود و هر هش با اعدادی بین 0 ال 8191 نام گذاری می‌شوند. تمامی هش‌ها به طور جفتی سازمان دهی می‌شوند و به هر جفت سکوپ (Scoops) می‌گویند. برای مثال هش 0 و هش 1 سکوپ 0 را تشکیل می‌دهند و هش 2 و 3، سکوپ 1 را تشکیل می‌دهند.

مرحله دوم شروع فرآیند ماینینگ یا استخراج است. در این مرحله ماینر به محاسبه اعداد اسکوپ می‌پردازد. برای مثال فرض کنید ماینری با شروع فرآیند استخراج، اسکوپ شماره 38 را تولید کند، در ادامه ماینر به سکوپ شماره 38 در نانس شماره یک رفته و با استفاده از اطلاعات درون سکوپ ددلاین deadline را محاسبه می‌کند.

پروسه محاسبه ددلاین (DeadLine) برای تمام نانس‌های موجود در هارد درایو ماینر محاسبه می‌شود و در ادامه نانسی که محاسبه ددلاین آن کمتر از بقیه است توسط ماینر انتخاب می‌شود. ددلاین عددی بر حسب ثانیه است که از آخرین بلاک باید گذشته باشد تا شما بتوانید بلاک جدید را استخراج کنید. اگر در این زمان کسی قادر به ثبت بلاک نبوده باشد و شما در این مدت زمان بلاک جدید را ثبت کرده باشید برنده این رقابت و دریافت پاداش می‌باشید.

برای مثال اگر ددلاین شما 41 ثانیه باشد و هیچ کس دیگری در این مدت زمان نتواند بلاک جدیدی تشکیل دهد شما شانس ثبت بلاک و دریافت پاداش را دارید.

مزایا و معایب الگوریتم اثبات ظرفیت

مکانیزم اجماع اثبات ظرفیت مزایای بسیاری در مقایسه با الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام دارد با این حال معایبی نیز داشته که در این بخش به آنها اشاره می‌کنیم.

مزایا POC

• امکان استفاده از انواع هارد درایو‌ها از جمله سیستم‌های اندروید وجود دارد.
• بنابر گذارشات این سیستم تا 30 برابر انرژی کمتری نسبت به دستگاه‌های ماینر ایسیک مصرف می‌شود.
• نیازی به اختصاص دادن سخت افزار یا به روز رسانی مداوم هادر درایو نیست.
• اطلاعات مربوط به استخراج به سادگی قابل حذف شدن هستند و امکان استفاده از دستگاه برای ذخیره هر اطلاعات دیگری وجود دارد. در حالی که دستگاه‌های ایسیک صرفا برای استخراج بیت کوین مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربرد دیگری ندارند.

معایب POC

• توسعه دهندگان کمی از این الگوریتم استفاده می‌کنند.
• این سیستم در مقایسه با الگوریتم اثبات کار از امنیت پایین‌تری برخوردار است و بدافزار‌ها قادر به حمله و اثر گذاری بر فرآیند ماینینگ می‌باشند.
• پذیرش گسترده این سیستم می‌تواند به رقابتی برای تولید هارد درایو‌های با ظرفیت بالا را داشته باشد.

جمع‌بندی

در این مقاله به معرفی مکانیزم اجماع اثبات ظرفیت، مزایا و معایب آن پرداختیم. توسعه دهندگان همواره به دنبال طراحی روشی بهتر و کارآمدتر برای جایگزین کردن مکانیزم‌های اجماع فعلی هستند. هر کدام از مکانیزم‌های اجماع فعلی که در حال حاظر مورد استفاده قرار می‌گیرند مزایا و معایبی دارند. اگرچه مکانیزم اثبات ظرفیت برخی از مشکلات زیست محیطی را برطرف کرده و مصرف انرژی پایین‌تری دارد با این حال هنوز به طور گسترده مورد پذیرش قرار نگرفته است.