استخراج با هارد دیسک؛ آشنایی با الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity)
استخراج با هارد دیسک؛ آشنایی با الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity)، الگوریتم اثبات ظرفیت یا Proof of Capacity، یک رویکرد نوین در فناوری بلاک‌چین برخی از ارزهای دیجیتال می‌باشد. این الگوریتم به کاربران امکان استفاده از فضای خالی هارد دیسک خود را برای فرآیند استخراج ارزهای دیجیتال فراهم می‌کند، که تفاوت آن با روش‌های معمول ماینینگ و یا اثبات کار و اثبات سهام قابل توجه است.
اکثر ارزهای دیجیتال امروزه از روش‌های ماینینگ یا اثبات کار و اثبات سهام برای تولید بلاک استفاده می‌کنند. اما تعداد محدودی از ارزهای دیجیتال از الگوریتم اثبات ظرفیت بهره‌مند هستند. این ارزها از منابع خالی هارد دیسک کاربران برای ایجاد فضای ذخیره‌سازی استفاده می‌کنند و از این طریق، امکان انجام محاسبات لازم برای تولید بلاک را فراهم می‌آورند.
در این مقاله، به توضیحات دقیق‌تری از الگوریتم اثبات ظرفیت پرداخته و با چند ارز دیجیتال که از این الگوریتم به عنوان روش اصلی استخراج استفاده می‌کنند، آشنا خواهید شد. همراه ما باشید.
هارد دیسک چیست؟
هارد دیسک (Hard Disk) سخت‌افزاری است که در کامپیوترهای خانگی، لپ‌تاپ‌ها، سرورها و دستگاه‌های الکترونیکی دیگر به کار می‌رود تا اطلاعات را ذخیره و مدیریت کند. این دستگاه‌ها شامل یک دیسک سخت است که از چندین صفحه فلزی، شیشه‌ای یا سرامیکی تشکیل شده است. همچنین دارای موتور چرخان و هدی است که برای خواندن یا نوشتن اطلاعات بر روی دیسک به کار می‌روند.
وجود هارد دیسک در یک سیستم به امکان ذخیره‌سازی دائمی اطلاعات و حفظ آنها حتی پس از خاموش شدن دستگاه اهمیت می‌دهد. در مقایسه با حافظه RAM که برای ذخیره موقت اطلاعات برای انجام محاسبات به کار می‌رود و پس از خاموش کردن دستگاه اطلاعات را از دست می‌دهد، هارد دیسک این امکان را فراهم می‌کند که اطلاعات به صورت دائمی ذخیره شده و در دسترس باقی بماند.
روش کار هارد دیسک شامل چرخش سریع دیسک سخت و حرکت هد روی آن برای نوشتن یا خواندن اطلاعات می‌شود. این فرایند امکان دسترسی به اطلاعات با سرعت و کارایی بالا را فراهم می‌کند و نقش مهمی در عملکرد و کارایی سیستم‌های کامپیوتری ایفا می‌کند.
آشنایی با تابع هش
قبل از اینکه به توضیح مفهوم اثبات ظرفیت بپردازیم، ابتدا به بررسی اصطلاح “هش کردن” یا هشینگ بپردازیم.
هشینگ یک فرآیند ریاضی است که از یک تابع معین به نام “تابع هش” استفاده می‌کند. در این فرآیند، داده‌های ورودی مانند حروف، اعداد، تصاویر، و موارد مشابه، توسط تابع هش به یک خروجی رمزگذاری شده تبدیل می‌شوند. این تابع هش گاهی به عنوان “تابع درهم‌ساز” نیز شناخته می‌شود.
به عنوان مثال، فرض کنید تابع هش یک واژه مثل “سلام” را دریافت کند و خروجی زیر را تولید کند:
“bda۱fa۴۸۳۴۵۳۳۶۶۱۸۷۴۱fd۲c۴bc۰۲۸۰۹eb۰۹۹c۴۹a۹b۰۲fb۵۰۵۶۴۰۱ab۶d۴dc۳e۶”
این خروجی به نام “هش” (Hash) مشهور است، و عمل استفاده از تابع هش برای ایجاد این هش، هش کردن یا هشینگ نامیده می‌شود. این عمل امکان تبدیل داده‌ها به یک فرم رمزگذاری شده را فراهم می‌کند.
اثبات کار یا Proof Of Work
روش اثبات کار یا ماینینگ که در ارزهای دیجیتال مانند بیت کوین انجام می‌شود، با الگوریتم اثبات ظرفیت شباهت‌هایی دارد، با این تفاوت که برای اجرای آن نیاز به تجهیزات تخصصی و گران‌قیمت‌تری وجود دارد. این ویژگی باعث می‌شود که پس از اتمام فرایند استخراج کوین‌های اثبات کار، یافتن کاربردهای دیگر برای این تجهیزات به چالش بخورد.
همچنین، روش استخراج اثبات کار به عنوان یک روش پر سروصدا و پرمصرف شناخته می‌شود و فشار زیادی را به دستگاه‌ها وارد می‌کند. این مسئله نیاز به تعمیرات دوره‌ای و جایگزینی قطعات آسیب‌دیده یا قدیمی را ایجاب می‌کند.
مراحل استخراج در روش اثبات کار
مراحل استخراج در روش اثبات کار به شرح زیر است:
- ماینرها تراکنش‌ها را جمع‌آوری کرده و در یک بلاک قرار می‌دهند.
- اطلاعات کلی بلاک، شامل هش بلاک قبلی نیز، برای ایجاد هش جدید از یک تابع هش عبور می‌کند.
- سپس ماینرها برای یافتن مقدار هش صحیح با سرعت بالا، یک عدد در هدر بلاک را تغییر داده و تلاش می‌کنند تا هش صحیح را پیدا کنند.
- اولین ماینری که موفق به یافتن مقدار هش صحیح با قدرت پردازش خود می‌شود، آن را به بقیه شبکه ارسال کرده و به این ترتیب یک بلاک به بلاک چین افزوده می‌شود.
اثبات ظرفیت: یک توضیح ساده
در روش استخراج اثبات ظرفیت، از یک رویکرد جدید برای استخراج ارزهای دیجیتال با استفاده از هارد دیسک استفاده می‌شود. در اینجا، به این الگوریتم که Proof of Capacity یا اثبات ظرفیت نامیده می‌شود، با یک توضیح ساده می‌پردازیم.
در جایگزینی با تغییر مکرر اعداد در هدر بلاک و استفاده از هش برای پیدا کردن راه‌حل، این روش به نام استخراج با هارد دیسک معروف است. حال در اینجا، ابتدا هارد دیسک خود را ثبت یا همان پلاتینگ می‌کنید. این به معنای پردازش و ذخیره جواب‌های احتمالی معادله بلاک‌ها روی کامپیوتر شما است، حتی قبل از شروع استخراج. در واقع، شما احتمالی از پاسخ معادله بلاک‌ها را روی هارد دیسک‌هایتان ذخیره می‌کنید.
اگر هارد دیسک شما حاوی پاسخ معادله بلاک باشد، شما برنده (به عبارت دیگر، برنده پاداش) آن بلاک می‌شوید. در اینجا، میزان فضای هارد دیسک به عنوان یک عامل مهم محسوب می‌شود؛ چرا که هرچه فضای بیشتری داشته باشید، شانس دریافت پاداش بلاک بیشتری دارید.
به این ترتیب، الگوریتم اثبات ظرفیت با تکیه بر هارد دیسک، یک روش کارآمد و پراز سرعت برای استخراج ارزهای دیجیتال فراهم می‌کند، که باعث افزایش فرصت‌های برنده شدن در شبکه می‌شود.
مثالی ساده از اثبات ظرفیت
با توضیحات بالا، می‌توانیم مفهوم الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) را از طریق یک مثال ساده توضیح دهیم. تصور کنید هارد دیسک شما مانند یک صندوق بلیت لاتاری است. شما این هارد دیسک را با بلیت‌های لاتاری پر کرده‌اید، اما به دلیل محدودیت فضا، تنها تعداد معینی از این بلیت‌ها در هارد دیسک جا می‌گیرند.
حالا فرض کنید یک شماره برنده برای لاتاری اعلام می‌شود. شما از همه بلیت‌های خود با این شماره برنده مقایسه می‌کنید و بررسی می‌کنید که کدام بلیت بیشترین ارقام مشترک با شماره برنده را دارد.
اگر شما بلیتی داشته باشید که بیشترین ارقام مشترک با شماره برنده دارد، شما برنده محسوب می‌شوید و پاداش به شما تعلق می‌گیرد. مهمترین نکته این است که بلیت‌های شما پس از اعلام نتیجه باطل نمی‌شوند، و شما می‌توانید همیشه از آنها برای شرکت در بلاک‌های جدید استفاده کنید.
این مثال نشان‌دهنده عملکرد الگوریتم اثبات ظرفیت در محیطی با منابع محدود است و به شما این امکان را می‌دهد که به صورت مداوم در استخراج ارزهای دیجیتال شرکت کنید.
اثبات ظرفیت: یک توضیح فنی
عملیات اثبات ظرفیت شامل دو بخش اصلی است: ثبت یا پلات کردن هارد دیسک و استخراج بلاک‌ها، که به طور فنی توضیح داده می‌شود.
ثبت یا پلات کردن هارد دیسک
در این مرحله، یک فرآیند طولانی و پیچیده به نام “پلاتینگ” انجام می‌شود. این عملیات نیازمند زمان می‌باشد و ممکن است چندین روز یا حتی چندین هفته به طول بیانجامد. در این مرحله، فایل‌های خاصی که به هارد دیسک شما مرتبط هستند، ثبت یا پلات می‌شوند.
برای انجام پلاتینگ، از یک تابع هش به نام “شبال” (Shabal) استفاده می‌شود. متفاوت از تابع هش معمولی SHA-256 که در بیت‌کوین استفاده می‌شود، تابع Shabal کندتر عمل می‌کند. به علت پیچیدگی محاسبات تابع Shabal، نودهای شبکه این محاسبات را از قبل انجام داده و نتایج را در یک هارد دیسک ذخیره می‌کنند.
پلاتینگ
در مرحله پلاتینگ، شما با ساخت فایل‌های پلات، نانس‌ها را ایجاد می‌کنید. نانس‌ها با استفاده از هش مکرر اطلاعاتی مانند شماره شناسایی شما ایجاد می‌شوند. هر فایل پلات قادر است تا حداکثر ۸۱۹۲ نانس را ذخیره کند. این نانس‌ها به جفت‌هایی سازمان‌دهی می‌شوند و هر جفت به عنوان یک اسکوپ شناخته می‌شود، که شماره‌هایی از ۰ تا ۴۰۹۵ را شامل می‌شود.
نحوه عملکرد پلاتینگ Plotting
در زمان استخراج، شما با محاسبه اسکوپی از ۰ تا ۴۰۹۵، که به عنوان اسکوپ فعلی شما انتخاب می‌شود، شروع به محاسبه می‌کنید. فرض کنید که اسکوپ شما شماره ۴۲ باشد. از نانس ۱ شروع به محاسبه می‌کنید و با استفاده از داده‌های این اسکوپ، یک مقدار زمانی به نام “ددلاین” را محاسبه می‌نمایید. این عملیات را برای تمام نانس‌های موجود در هارد دیسک تکرار می‌کنید.
بعد از محاسبه تمام ددلاین‌ها، کمترین مقدار آنها را انتخاب می‌کنید. ددلاین، زمانی را نشان می‌دهد که از زمان تشکیل آخرین بلاک گذشته باید تا زمان تشکیل بلاک بعدی بگذرد. اگر در این مدت هیچ فرد دیگری نتواند بلاک جدیدی تشکیل دهد، پاداش این بلاک به شما تعلق می‌گیرد.
برای مثال، اگر ددلاین شما موقع استخراج ۲۵ ثانیه باشد و هیچ فرد دیگری در این ۲۵ ثانیه نتواند بلاک جدیدی تشکیل دهد، شما می‌توانید بلاک را تشکیل داده و پاداش آن را به خود اختصاص دهید.
استخراج بلاک‌ها
پس از انجام عملیات پلاتینگ، شما حاضر به استخراج بلاک‌ها هستید. در این مرحله، هارد دیسک شما حاوی پاسخ‌های احتمالی برای معادله‌های بلاک‌ها می‌شود. هر چه فضای هارد دیسک بیشتر باشد، تعداد پاسخ‌های بیشتری ذخیره می‌شود و افزایش شانس دریافت پاداش برای حل هر بلاک به دست می‌آید.
بنابراین، این دو مرحله یعنی پلاتینگ هارد دیسک و استخراج بلاک‌ها، عملیات اصلی اثبات ظرفیت را تشکیل می‌دهند که با استفاده از الگوریتم شبال و هارد دیسک به صورت موثر و کارآمد انجام می‌شود.
مزایا و معایب اثبات ظرفیت
مزایا
- استفاده از هارد دیسک‌های معمولی:
می‌توانید برای این روش از هارد دیسک‌های معمولی استفاده کنید و نیازی به خرید تجهیزات ای‌سیک خاص ندارید. حتی هارد دیسک‌های قدیمی نیز می‌توانند در این روش مورد استفاده قرار گیرند. - کاهش مصرف برق:
مصرف برق در استخراج اثبات ظرفیت حدود ۳۰ برابر کمتر از استخراج با دستگاه‌های ای‌سیک است. این امر به کاهش هزینه‌های انرژی منجر می‌شود. - غیرمتمرکز بودن:
روش اثبات ظرفیت به‌طور غیرمتمرکزتری عمل می‌کند و هر شخصی که یک کامپیوتر دارد، می‌تواند در این فرآیند شرکت کند. از جمله این افراد می‌توانند کاربران تلفن‌های همراه اندروید باشند. - عدم نیاز به به‌روزرسانی مداوم سخت‌افزار:
نیازی به به‌روزرسانی مداوم سخت‌افزار برای انجام استخراج وجود ندارد. هارددیسک‌های قدیمی نیز می‌توانند به‌خوبی در این فرآیند مورد استفاده قرار بگیرند. - استفاده مجدد از هارد دیسک‌ها:
پس از پایان استخراج، می‌توانید هارد دیسک‌های خود را فرمت کرده و برای کاربرد اصلی‌شان مجدداً به کار ببرید.
معایب
- افزایش محبوبیت و قیمت هارد دیسک‌ها:
افزایش محبوبیت این روش ممکن است منجر به رقابت بیشتر در خرید و تولید هارد دیسک‌ها و افزایش قیمت آنها شود. - تکنولوژی جدید و چالش‌های ناشناخته:
اثبات ظرفیت یک فناوری نسبتاً جدید است و هنوز به دقت مورد بررسی و چالش قرار نگرفته است. - استفاده محدود از داده‌های پلات:
در حال حاضر، داده‌های پلات شده در هارد دیسک‌ها هیچ کاربردی غیر از استخراج ندارند. طرح‌هایی برای استفاده از آنها به‌عنوان فضای ذخیره‌سازی مازاد برای اطلاعات متن‌باز در حال بررسی است. - خطر بدافزارها:
با محبوبیت بیشتر این روش، احتمال ایجاد بدافزارهایی برای استفاده از فضای هارد دیسک‌ها افزایش می‌یابد. این امر ممکن است باعث اشغال فضای هارد دیسک توسط افراد ناخواسته شود.
توجه: هر روشی دارای مزایا و معایب خود است، و انتخاب بهترین روش بستگی به نیازها و شرایط خاص شما دارد.
آشنایی با ۳ ارز دیجیتال برتر اثبات ظرفیت
حال در ادامه ۳ مورد از بزرگ‌ترین ارزهای دیجیتالی را که از روش اثبات ظرفیت برای تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌کنند، معرفی می‌کنیم.
توجه: معرفی این ارزهای دیجیتال به هیچ عنوان توصیه به سرمایه‌گذاری نیست. بیشتر این ارزهای دیجیتال هنوز در فازهای اولیه خود قرار دارند.
استورج (Storj)
Storj استورج یک شبکه مبتنی بر بلاک چین است که با هدف ایجاد یک فضای ذخیره‌سازی غیرمتمرکز برای کاربران ایجاد شده است. این شبکه در مراحل ابتدایی توسعه خود قرار دارد، اما به طور کلی به کاربران این امکان را می‌دهد که بدون نگرانی از نقض حریم خصوصی و بیماری از بین رفتن اطلاعات، فایل‌های خود را روی بلاک چین استورج ذخیره کنند.
هر فردی که دسترسی به یک کامپیوتر شخصی دارد، قادر است با استفاده از سرویس ذخیره‌سازی غیرمتمرکز، خدمات ذخیره‌سازی را به دیگران ارائه دهد. بلاک چین با ذخیره کردن داده‌ها بر روی نودهای متعدد، تا جای ممکن از اطمینان حاصل می‌کند که در صورت خرابی یک نود، فایل‌ها از طریق نود دیگری بازیابی می‌شوند.
البته استورج در مقاله معرفی خود از اثبات ظرفیت نام نبرده و به جای آن از الگوریتم “اثبات ذخیره‌سازی” (Proof of Storage) استفاده می‌کند. این الگوریتم با اثبات ظرفیت کمی تفاوت دارد اما در کل، سخت‌افزار مورد نیاز برای ساخت بلاک در این شبکه، هارد دیسک می‌باشد.
برست (Burst)
برست (Burst) یکی از ارزهای دیجیتال است که از الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) برای استخراج استفاده می‌کند و در سال ۲۰۱۴ به عنوان یک فورک از Nxt به وجود آمد. این کوین با اضافه کردن سیستم قراردادهای هوشمند و ویژگی‌های دیگر، امکانات گسترده‌تری را در اختیار کاربران قرار داد. همچنین، قراردادهای هوشمند به این کوین امکان ایجاد نرم‌افزارها و کاربردهای جدید در شبکه را می‌دهند.
برست از فناوری تنگل (Tangle) نیز استفاده می‌کند که یک روش نوین برای انتقال سریع اطلاعات در شبکه است و در شبکه آیوتا نیز به‌کار می‌رود. این کوین همچنین از قابلیت معاملات اتمیک بین بلاک‌چین‌ها (Atomic Cross Chain trading) بهره می‌برد. این ویژگی به کوین‌هایی با بلاک چین‌های مختلف این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به طرف قرارداد سوم مورد اعتماد، با یکدیگر معامله کنند.
برست از شبکه لایتنینگ نیز حمایت می‌کند، که در آن کاربران می‌توانند کانال‌های پرداخت خود را باز کنند و تراکنش‌هایی که از این کانال‌ها استفاده می‌کنند، بدون کارمزد انجام شوند. این ویژگی‌ها باعث متنوع شدن و افزایش کارایی برست می‌شوند.
فایل کوین (Filecoin)
فایل کوین (Filecoin) که در سال ۲۰۲۰ به بهره‌برداری رسید، یک شبکه ذخیره‌سازی غیرمتمرکز است که ماینرها با فعالیت در شبکه و ارائه فضای هارد دیسک برای ذخیره یا بازیابی داده‌ها، توکنی به نام فایل کوین دریافت می‌کنند. در این سیستم، ماینرها این توکن‌ها را با ذخیره داده‌های مشتریان و انجام محاسبات ریاضی برای اثبات ظرفیت فضای ذخیره‌سازی خود، در طول زمان به دست می‌آورند. شانس دریافت کوین و میزان کارمزد تراکنش‌ها به مقدار فضای ارائه‌شده به شبکه از سوی ماینرها بستگی دارد.
هرچند که فایل کوین به‌طور مستقیم از اثبات ظرفیت به عنوان الگوریتم اجماع خود استفاده نکرده است، اما روند آن کاملاً با اثبات ظرفیت مشابه است. نودهای راه‌اندازی‌شده توسط ماینرها با نگهداری از داده‌های مورد نیاز بلاک چین و داده‌های ذخیره‌سازی، شبکه را فعال نگه می‌دارند. همچنین، برای افزایش امنیت شبکه، ماینرها باید مقداری کوین را به صورت امانت در نودهای خود قفل کنند، و در صورت عدم توانایی در اثبات دادن فایل‌های ذخیره‌سازی، این کوین‌ها توسط شبکه ثبت می‌شوند. در این بلاک چین، هر فایل اثر انگشت دیجیتال مخصوص خود را دارد تا عدم رونویسی دو فایل با اسم‌های مشابه تضمین شود.
استخراج ارز دیجیتال با هارد دیسک (HDD)
استخراج ارز دیجیتال با هارد دیسک (HDD Mining) یکی از روش‌های استخراج ارزهای دیجیتال بر اساس سخت‌افزارهای هارد دیسک می‌باشد. این روش از جمله روش‌های متنوع استخراج مانند GPU Mining می‌باشد. در HDD Mining، به جای استفاده از واحدهای پردازنده گرافیکی (GPU)، هارد دیسک‌ها برای تولید بلاک‌ها در دفتر کل توزیع شده (Ledger) به‌کار می‌روند. این فرایند از الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) برای ثبت و پردازش پاسخ‌های احتمالی برای معادلات بلاک‌ها استفاده می‌کند.
در این روش، هارد دیسک‌ها پاسخ‌های احتمالی به معادله بلاک‌ها را ثبت و ذخیره می‌کنند. اگر پاسخی که در هارد دیسک ذخیره شده با پاسخ صحیح برابر باشد، ماینر به عنوان برنده شناخته می‌شود و جایزه بلاک را دریافت می‌کند. مقدار ظرفیت هارد دیسک مستقیماً تأثیرگذار بر احتمال برنده شدن ماینر در استخراج بلاک دارد.
همان‌گونه که پیش‌تر اشاره کردیم، عملیات اثبات ظرفیت در این روش به دو مرحله اصلی تقسیم می‌شود؛ مرحله اول ثبت یا پلاتینگ (Plotting) هارد دیسک و مرحله دوم استخراج بلاک‌ها. در مرحله پلاتینگ، هارد دیسک‌ها پاسخ‌های احتمالی به معادلات بلاک‌ها را ثبت و ذخیره می‌کنند. در حین استخراج بلاک، این پاسخ‌های ذخیره شده برای یافتن پاسخ صحیح مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مهمترین نکته در استخراج با هارد دیسک این است که میزان سودآوری و عملکرد ماینر به تعداد پلات‌های ثبت شده و ظرفیت هارد دیسک بستگی دارد. هرچقدر هارد دیسک دارای ظرفیت بیشتری باشد، افزایش شانس برنده شدن در استخراج بلاک خواهد بود. الگوریتم اثبات ظرفیت از حافظه فیزیکی هارد دیسک‌ها برای محاسبه درآمد استفاده می‌کند.
در این روش، نکته مهم دیگری نیز وجود دارد که اینکه هارد دیسک‌ها پلاتینگ را انجام داده و پاسخ‌های احتمالی را در فضای خالی ذخیره می‌کنند. این فرایند از مراحل مهم استخراج با هارد دیسک است و بر اساس حجم داده مورد پردازش و ظرفیت هارد دیسک تعیین می‌شود.
در کل، استخراج ارز دیجیتال با هارد دیسک یک روش مناسب برای کسانی است که به دنبال راهکارهای غیرمتمرکز و کم مصرف انرژی برای استخراج ارز هستند.
جمع بندی
در این مقاله، با روش استخراج با هارد دیسک و الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) آشنا شدیم. این روش به جای استفاده از محاسبات مکرر برای ایجاد بلاک‌ها، هارد دیسک را به صورت ثبت (Plot) می‌کند و پاسخ‌های احتمالی برای معادلات بلاک‌ها را در آن ذخیره می‌کند. شخصی که بلاک معتبری را با پاسخ درست در هارد دیسک خود داشته باشد، به عنوان برنده پاداش بلاک شناخته می‌شود.
این روش از مزایای غیرمتمرکز بودن و کار با هارد دیسک‌های معمولی برخوردار است و در مقایسه با روش‌های دیگر، مصرف انرژی کمتری دارد. از طرفی، این روش نیازمند زمان طولانی برای ثبت هارد دیسک و ایجاد پلات‌ها است. در ضمن، مزایا و معایب متعددی نیز برای استفاده از هارد دیسک در استخراج به وجود آمده است که از نقاط قوتی مانند استفاده از هارد دیسک‌های معمولی و مصرف کمتر انرژی گرفته تا چالش‌هایی از قبیل رقابت بیشتر و احتمال وجود بدافزارها در آینده را نیز شامل می‌شود.
