مشکل شبکه یا دشواری استخراج ارز دیجیتال معیاری است که نشان می دهد استخراج یک بلوک در یک بلاک چین برای یک ارز دیجیتال خاص چقدر دشوار است. دشواری بالای ارزهای دیجیتال به این معنی است که آنها به قدرت محاسباتی بیشتری برای تأیید تراکنش های وارد شده به بلاک چین نیاز دارند (فرآیندی به نام ماینینگ). سختی شبکه یک ارز دیجیتال پارامتری است که بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال از آن برای ثابت نگه داشتن میانگین زمان بین بلاک ها با تغییر قدرت هش شبکه استفاده می کنند. دشواری ارزهای رمزپایه مهم است زیرا مشکل شبکه بالا می تواند به محافظت از شبکه بلاک چین در برابر حملات مخرب کمک کند.
درک مفهوم دشواری شبکه ارزهای دیجیتال
بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال که از بلاک چین های اثبات کار استفاده می کنند از طریق فرآیند استخراج پشتیبانی می شوند. ماینرها تراکنش های روی بلاک چین را تأیید می کنند و به عنوان حسابرس برای جلوگیری از تقلب و اطمینان از مشروعیت تراکنش ها عمل می کنند. ماینینگ توسط بنیانگذار بیت کوین ساتوشی ناکاموتو طراحی شده است.
در این سیستم، استخراج‌کنندگانی که نرم‌افزار ارزهای دیجیتال را روی رایانه‌های خود اجرا می‌کنند، برای یافتن یک بلوک جدید و افزودن آخرین دسته از داده‌های تراکنش به زنجیره رقابت می‌کنند. هنگامی که تراکنش های کافی تایید شد، یک بلوک جدید به بلاک چین اضافه می شود. ماینرها ممکن است در ازای زحمات خود دستمزد دریافت کنند، اما قبل از پرداخت غرامت به معدنچی شرایط دیگری نیز وجود دارد. مقدار توان محاسباتی مورد نیاز برای استخراج یک بلوک مشکل شبکه ارز دیجیتال نشان داده شده است. اینکه چقدر طول می کشد تا یک بلوک جدید پیدا شود به سطح دشواری ارز دیجیتال و شانس تصادفی بستگی دارد.
برای اندازه‌گیری دشواری شبکه ارز دیجیتال یک بلوک جدید، درک قدرت هش، که قدرت محاسباتی ترکیبی مورد استفاده برای استخراج و پردازش تراکنش‌های روی بلاک چین است، مهم است.
هش های تصادفی
هش یک کد الفبایی است که برای نمایش کلمات یا داده ها استفاده می شود. ماینرها بسته‌ای از داده‌های تراکنش را می‌گیرند و آن را از طریق یک الگوریتم هش اجرا می‌کنند، یک تابع یک طرفه که با توجه به مجموعه داده‌ای معین، همیشه خروجی یکسانی را تولید می‌کند، اما خروجی برای نمایش داده‌های اصلی قابل برگشت نیست. برای تولید این کدهای هش تصادفی از الگوریتم های هش استفاده می شود. قبل از اینکه داده‌های جدیدی به بلاک چین اضافه شود، استخراج‌کنندگان باید برای تولید هش مساوی یا کمتر از یک مقدار عددی به نام هش هدف رقابت کنند.
ماینرها فرآیند هش را با تغییر مقداری به نام nonce یا عددی که یک بار استفاده می شود انجام می دهند و هر بار که nonce تغییر می کند، یک هش جدید با مجموعه اعداد خاص خود ایجاد می شود. هیچ راهی برای پیش‌بینی هش وجود ندارد، و از آنجایی که هر مجموعه داده تنها یک خروجی برای یک تابع هش معین دارد، استخراج‌کنندگان باید فرآیند اضافه کردن یک nonce جدید به داده‌ها را تا زمانی که نیاز هش را برآورده کنند، تکرار کنند.
دشواری شبکه ارز دیجیتال
شرطی که هش باید برآورده شود با دشواری شبکه مطابقت دارد. یک هش معتبر باید کمتر از مقدار هدف مشخصی باشد که به طور خودکار توسط پروتکل ارز دیجیتال تنظیم می شود (و به صورت دوره ای تنظیم می شود). هرچه مقدار هدف کمتر باشد، ماینر باید برای دستیابی به یک نتیجه قابل قبول، تکرارهای بیشتری از تابع هش را طی کند (به عبارت دیگر، دشواری بالاتر است). در تئوری، یک ماینر می‌تواند خوش شانس باشد و در اولین تلاش یک هش معتبر برای یک بلوک معین دریافت کند. با این حال، با گذشت زمان، سختی بالاتر به این معنی است که ماینرها به طور متوسط باید نانسی بیشتری را به هر بلوک متصل کنند.
افراد و سازمان ها قدرت محاسباتی خود را از طریق سیستم های ماینینگ خود برای پردازش داده ها و تولید هش به اشتراک می گذارند. قدرت هش یک شبکه ارز دیجیتال کل هش ریت تمام سیستم های استخراج را نشان می دهد. نرخ هش تعداد هش هایی است که می توان در هر ثانیه محاسبه کرد.
از آنجایی که هر هش به صورت تصادفی تولید می‌شود، ممکن است میلیون‌ها حدس یا هش طول بکشد تا نیاز هش مورد نظر برآورده شود و سکه‌های ارز دیجیتال جدید برای ماینر موفق استخراج شود. تنها پس از آن تراکنش ها به یک بلوک جدید در بلاک چین اضافه می شوند. به یک معنا، فرآیند هش شبیه به سیستم قرعه کشی است. در نتیجه، سکه های جدید از طریق این فرآیند استخراج صادر می شود.
نکته:
هرچه نرخ هش بالاتر باشد، کنترل بلاک چین برای یک کلاهبردار سخت تر می شود، زیرا به قدرت هش بیشتری نیاز است. به عبارت دیگر، هر چه باشد مشکل شبکه هرچه بالاتر باشد، امنیت شبکه بیشتر می شود.
مزایای استحکام شبکه ارز دیجیتال
ممکن است تعجب کنید که اگر ماینرها بارها و بارها یک کار را تکرار کنند، چرا شرکت کنندگان یک شبکه ارز دیجیتال با دشواری بیشتری ایجاد می کنند. دو مزیت کلیدی پایداری ارزهای دیجیتال وجود دارد.
نرخ ثابت بلوک های جدید
کتاب سفید بیت کوین توسط ساتوشی ناکاموتو توضیح می دهد که چگونه دشواری شبکه اثبات کار به تولید مداوم بلوک های جدید اضافه شده به بلاک چین کمک می کند.
برای جبران افزایش سرعت سخت‌افزار و تغییر علاقه به اجرای گره‌ها در طول زمان، دشواری اثبات کار با میانگین متحرک تعیین می‌شود که میانگین تعداد بلوک‌ها در ساعت را هدف قرار می‌دهد. اگر خیلی سریع تولید شوند، مشکل شبکه در حال رشد است.
بیت کوین طوری طراحی شده است که به طور متوسط هر 10 دقیقه یک بلاک جدید به بلاک چین اضافه می کند. یکی دیگر از اهداف ارزهای دیجیتال، بلاک های مکرر است. به عنوان مثال، لایت کوین 2.5 دقیقه را هدف قرار داده است. مشکل این است که میزان قدرت محاسباتی که ماینرها در شبکه به طور جمعی کنترل می کنند می تواند بسیار متفاوت باشد.
وقتی ساتوشی ناکاموتو اولین بلوک را استخراج کرد، تنها یک دستگاه (احتمالاً یک لپ‌تاپ یا کامپیوتر ساده) در شبکه وجود داشت. امروزه تعدادی مزرعه ASIC به اندازه یک انبار پراکنده وجود دارد. ASIC ها ماشین هایی هستند که به طور خاص برای رمزگذاری توابع هش در سریع ترین زمان ممکن طراحی شده اند.
برای اطمینان از اینکه شبکه یک بلوک جدید را با نرخ متوسط ثابت تولید می کند، نرم افزار تنظیم شده است تا به طور خودکار هش هدف را بالا یا پایین تنظیم کند و به ترتیب سختی کمتر یا بیشتر را در پی داشته باشد. وقتی ناکاموتو بلوک پیدایش را استخراج کرد، سختی شبکه بیت کوین 1 بود.
امنیت شبکه
هش کل بینشی را در مورد امنیت شبکه ارزهای دیجیتال فراهم می کند، زیرا کلاهبرداران یا بازیگران بد باید برای مقابله با یک حمله مخرب بر کل قدرت هش شبکه غلبه کنند. کامپیوترهای طراحی شده ویژه برای انجام توابع هش استفاده می شوند که می توانند تریلیون ها حدس در ثانیه برای حل مشکل هش انجام دهند.
هرچه سختی ارز دیجیتال بیشتر باشد، برای رسیدن به هش نیاز به حدس و هش بیشتری نیاز است. در نتیجه، این فرآیند کنترل اکثریت (51 درصد اکثریت) شبکه به اصطلاح بلاک چین را برای مهاجمان بسیار دشوار و پرهزینه می کند.
نمونه ای از سختی ارزهای دیجیتال
تا 2 آوریل 2021، دشواری ارز دیجیتال برای بیت کوین 23.14 تریلیون بود. اگر تغییر سختی شبکه را با هم مقایسه کنیم، می بینیم که در 1 آوریل 2018، سختی بیت کوین 3.51 تریلیون بود.
نمودار زیر تغییرات سختی شبکه بیت کوین را در طول سال ها نشان می دهد:
