سختی استخراج چیست؟ عوامل مؤثر بر سختی شبکه بیت کوین

سختی استخراج (Difficulty) یا سختی شبکه، معیاری است که به منظور حفظ ثبات میانگین زمان ایجاد بلاک در شبکه‌های بلاکچین تنظیم شده است. در ارزهای دیجیتال با مکانیزم اجماع اثبات کار (Proof of Work یا PoW)، به ویژه در شبکه‌هایی که قابلیت استخراج دارند، لازم است که سیستمی وجود داشته باشد تا به طور خودکار به تغییرات در تعداد ماینرها واکنش نشان دهد.

در این مقاله قصد داریم سختی شبکه را به زبان ساده شرح دهیم و بررسی کنیم چه عواملی بر سختی استخراج بیت کوین تأثیرگذارند. همچنین، نحوه‌ای که شبکه بیت کوین با تغییرات در تعداد ماینرها سازگار می‌شود و زمان ایجاد بلاک را به صورت ثابت نگه می‌دارد، به شما نشان خواهیم داد. تا پایان مطلب با ما همراه باشید تا به جزئیات این موضوع بپردازیم.

استخراج یا ماینینگ چیست؟

استخراج، که به‌عنوان ماینینگ نیز شناخته می‌شود، فرآیندی است که در بلاک‌چین‌هایی مانند بیت کوین به صورت آزادانه و بدون نیاز به مجوز از نهاد خاصی انجام می‌شود. به این معنا که هر فرد یا گروهی می‌تواند با راه‌اندازی دستگاه‌های استخراج و نصب نرم‌افزار مربوطه، به شبکه بیت کوین بپیوندد و به عنوان ماینر فعالیت کند.

در ارزهای دیجیتال با سازوکار استخراج، هدف اصلی حل یک مسئله پیچیده به نام «هش» در هر بلاک است. ماینرها تلاش می‌کنند تا پاسخ این هش را پیدا کنند، که به تأیید تراکنش‌های موجود در آن بلاک منجر می‌شود. این فرایند به روش حدس و خطا انجام می‌شود؛ به عبارت دیگر، ماینرها با امتحان کردن پاسخ‌های مختلف به دنبال یافتن هش صحیح هستند.

هش، که اساساً یک مسئله ریاضی پیچیده است، از طریق تابع هش (Hash Function) تولید می‌شود. این تابع یک‌طرفه در ارزهای دیجیتال، داده‌ها یا ورودی‌ها (مانند تراکنش‌ها) را دریافت کرده و خروجی آن رشته‌ای از عبارات با طول و حجم ثابت است. یکی از ویژگی‌های جالب توابع هش این است که بازسازی داده‌های اولیه از روی خروجی تقریباً غیرممکن است، که این امر به امنیت و یکپارچگی شبکه‌های بلاک‌چین کمک می‌کند.

سختی استخراج چیست؟

سختی استخراج، معیاری است که در ارزهای دیجیتال قابل استخراج مانند بیت کوین برای کنترل زمان میانگین استخراج هر بلاک استفاده می‌شود. به طور خاص، مکانیسم بیت کوین به گونه‌ای طراحی شده است که زمان تقریبی استخراج هر بلاک باید حدود ۱۰ دقیقه باشد. برای حفظ این زمان ثابت، بیت کوین از سازوکاری به نام “سختی استخراج” بهره می‌برد.

اگر سختی شبکه وجود نداشته باشد، افزایش تعداد ماینرها یا قدرت محاسباتی ماینرهای موجود باعث افزایش تعداد و سرعت حدس‌هایی می‌شود که برای یافتن هش هر بلاک انجام می‌شود. این امر می‌تواند منجر به پیدا شدن بلاک‌ها در زمانی کمتر از ۱۰ دقیقه شود.

سختی استخراج وظیفه دارد که این سرعت را کنترل کند. زمانی که تعداد ماینرها افزایش یافته و استخراج بلاک‌ها سریع‌تر از ۱۰ دقیقه انجام می‌شود، سختی استخراج افزایش می‌یابد تا ماینرها برای پیدا کردن هش بلاک به زمان بیشتری نیاز داشته باشند. برعکس، اگر به دلیل کاهش تعداد ماینرها یا کاهش قدرت محاسباتی، زمان استخراج بلاک افزایش یابد، سختی استخراج کاهش پیدا می‌کند تا روند استخراج دوباره به حالت مطلوب برگردد.

سختی استخراج بیت کوین چطور کار می‌کند؟

برای درک نحوه کار سختی استخراج بیت کوین، تصور کنید که یک نمودار دارید که اعداد ۱ تا ۱۰۰ بر روی آن قرار گرفته است و هدف شما این است که یک عدد تصادفی از این بازه انتخاب کنید، با این شرط که عدد انتخابی باید کمتر از ۵۰ باشد.

در این حالت، احتمال اینکه عدد انتخابی کمتر از ۵۰ باشد، ۵۰ درصد است. بنابراین، به طور میانگین باید حدود ۲ دقیقه برای پیدا کردن عددی که کمتر از ۵۰ باشد، صبر کنید. اگر شرط شما این باشد که عدد کمتر از ۲۰ باشد، احتمال درست بودن عدد به ۲۰ درصد کاهش می‌یابد و در نتیجه، زمان مورد نیاز برای پیدا کردن عدد مناسب به ۵ دقیقه افزایش می‌یابد.

توضیح فنی سختی شبکه با مثال

مکانیسم تنظیم سختی در بیت کوین به همین صورت عمل می‌کند. معمایی که ماینرها باید حل کنند، پیدا کردن یک هش برای بلاک است به شرطی که این هش کمتر از یک مقدار معین، که به آن “هدف” (Target) گفته می‌شود، باشد.

ماینرها تمام داده‌های بلاک را دارند، به جز یک مقدار متغیر به نام “عدد نانس” (Nonce). آن‌ها تلاش می‌کنند با تغییر این نانس و هش کردن بلاک با نانس‌های مختلف، به شرط موردنظر (که از طریق هدف تعیین شده است) برسند.

در صورتی که تعداد ماینرها یا قدرت محاسباتی افزایش یابد و هش‌ها سریع‌تر پیدا شوند، سختی استخراج به طور خودکار افزایش می‌یابد تا مدت زمان لازم برای یافتن یک هش معتبر را به میزان مطلوبی بازگرداند. برعکس، اگر تعداد ماینرها کاهش یابد و پیدا کردن هش‌ها به زمان بیشتری نیاز داشته باشد، سختی استخراج کاهش می‌یابد تا استخراج بلاک‌ها همچنان در زمان هدف تعیین شده باقی بماند.

ارتباط بین سختی استخراج بیت کوین با نرخ هش آن

نرخ هش بیت کوین به مجموع قدرت محاسباتی همه ماینرها اشاره دارد. به عبارت دیگر، نرخ هش نمایانگر سرعت و حجم محاسباتی است که توسط ماینرها به شبکه بیت کوین ارائه می‌شود. هرچه تعداد ماینرها بیشتر شود، نرخ هش نیز افزایش می‌یابد، که نشان‌دهنده افزایش قدرت محاسباتی در شبکه است. این افزایش قدرت می‌تواند به معنای استخراج سریع‌تر بلاک‌های جدید باشد.

تاثیر نرخ هش بر سختی استخراج

اگر نرخ هش افزایش یابد، یعنی تعداد ماینرها بیشتر شده یا قدرت محاسباتی آن‌ها افزایش یافته است. این تغییر می‌تواند باعث شود که بلاک‌های جدید با سرعت بیشتری استخراج شوند. برای حفظ زمان هدف ۱۰ دقیقه برای استخراج هر بلاک، شبکه بیت کوین باید سختی استخراج را افزایش دهد.

سختی استخراج، معیاری است که به پیچیدگی محاسبات مورد نیاز برای پیدا کردن هش معتبر برای بلاک مربوط می‌شود. هر چه سختی بیشتر باشد، محاسبات برای استخراج بلاک پیچیده‌تر و زمان‌برتر می‌شود. به این ترتیب، با افزایش سختی، مدت زمان لازم برای استخراج هر بلاک در حدود ۱۰ دقیقه حفظ می‌شود.

تنظیم سختی شبکه

سختی شبکه بیت کوین هر ۲۰۱۶ بلاک تغییر می‌کند. این تغییرات بر اساس نرخ هش و زمان واقعی صرف‌شده برای استخراج ۲۰۱۶ بلاک قبلی محاسبه می‌شود. اگر میانگین زمان استخراج بلاک در دوره قبلی کمتر از ۱۰ دقیقه باشد، سختی شبکه افزایش می‌یابد تا استخراج بلاک‌ها کندتر شود و به زمان هدف ۱۰ دقیقه برگردد. برعکس، اگر میانگین زمان استخراج بیش از ۱۰ دقیقه باشد، سختی کاهش می‌یابد تا سرعت استخراج بلاک‌ها به حالت مطلوب نزدیک شود.

این مکانیسم تنظیم سختی به حفظ ثبات و پایداری شبکه بیت کوین کمک می‌کند و از بروز تورم در شبکه جلوگیری می‌کند.

عوامل تأثیرگذار بر سختی شبکه بیت کوین

سختی شبکه بیت کوین به طور مستقیم تحت تأثیر مقدار کل توان محاسباتی یا نرخ هش اختصاص داده‌شده به استخراج قرار دارد، اما عوامل دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند بر سختی شبکه تأثیر بگذارند و باعث کاهش یا افزایش آن شوند:

۱. زمان استخراج بلاک جدید (Block Time)

زمان هدف برای استخراج هر بلاک در شبکه بیت کوین حدود ۱۰ دقیقه است. اگر بلاک‌ها با سرعت بیشتری از این زمان استخراج شوند، سختی شبکه افزایش می‌یابد تا سرعت استخراج کاهش یابد و برعکس، اگر بلاک‌ها به آرامی تولید شوند، سختی کاهش پیدا می‌کند تا سرعت استخراج افزایش یابد.

۲. کارایی سخت‌افزارهای استخراج

کارایی و قدرت سخت‌افزارهای ماینینگ می‌تواند تأثیر زیادی بر سختی استخراج داشته باشد. سخت‌افزارهای پیشرفته‌تر و کارآمدتر قادر به پردازش و تولید هش‌های بیشتری در هر ثانیه هستند. این افزایش در نرخ هش به نوبه خود منجر به افزایش سختی شبکه می‌شود تا حفظ زمان هدف ۱۰ دقیقه‌ای برای استخراج بلاک‌ها تضمین شود.

۳. هزینه انرژی و تجهیزات استخراج

استخراج بیت کوین به مصرف زیاد برق نیاز دارد و هزینه‌های انرژی نقش مهمی در سودآوری استخراج دارند. اگر هزینه‌های برق بالا باشد، ممکن است ماینرها نتوانند سود قابل‌قبولی از استخراج بدست آورند و فعالیت‌های خود را کاهش دهند یا متوقف کنند. این کاهش فعالیت منجر به کاهش نرخ هش و در نتیجه کاهش سختی استخراج خواهد شد.

۴. شرایط بازار

قیمت بیت کوین و وضعیت بازار نیز تأثیر زیادی بر سودآوری استخراج دارند. اگر قیمت بیت کوین به طور ناگهانی افزایش یابد، با فرض ثابت بودن هزینه‌های استخراج، سودآوری استخراج نیز افزایش می‌یابد. این امر می‌تواند باعث جذب ماینرهای جدید و افزایش نرخ هش شود، که در نتیجه سختی شبکه افزایش می‌یابد. در مقابل، اگر قیمت بیت کوین کاهش یابد، ممکن است برخی از ماینرها از فعالیت در شبکه خارج شوند، که به کاهش نرخ هش و کاهش سختی شبکه منجر می‌شود.

در مجموع، این عوامل به طور مداوم بر سختی استخراج بیت کوین تأثیر می‌گذارند و باعث تغییرات در سطح سختی شبکه می‌شوند تا به حفظ ثبات و پایداری شبکه کمک کنند.

چرا سختی شبکه بیت کوین تغییر می‌کند؟

سختی شبکه بیت کوین به طور خودکار تنظیم می‌شود تا اطمینان حاصل شود که عملکرد شبکه به طور ثابت و پایدار باقی بماند. این تنظیم خودکار نقش‌های کلیدی در پایداری و امنیت شبکه بیت کوین ایفا می‌کند که به شرح زیر است:

۱. تنظیم زمان ایجاد بلاک جدید

بیت کوین به گونه‌ای طراحی شده است که تقریباً هر ۱۰ دقیقه یک بلاک جدید به بلاک چین اضافه کند. با این حال، قدرت محاسباتی شبکه (نرخ هش) به دلیل پیوستن یا ترک ماینرها ممکن است به طور مداوم تغییر کند. به همین دلیل، زمان واقعی استخراج بلاک‌ها می‌تواند از زمان هدف (۱۰ دقیقه) متفاوت باشد. مکانیزم تنظیم خودکار سختی تضمین می‌کند که این زمان ثابت باقی بماند و به طور میانگین هر ۱۰ دقیقه یک بلاک استخراج شود، حتی با تغییرات در نرخ هش.

۲. حفظ امنیت شبکه

تنظیم سختی شبکه همچنین به حفظ امنیت بیت کوین کمک می‌کند. یکی از تهدیدات امنیتی ممکن، حمله ۵۱ درصدی است که در آن هکرها کنترل بیش از نیمی از قدرت استخراج شبکه را به دست می‌آورند. تنظیم سختی باعث می‌شود که چنین حملاتی بسیار گران و دشوار شوند، زیرا با افزایش قدرت محاسباتی، سختی استخراج نیز افزایش می‌یابد و انجام حملات هزینه‌برتر می‌شود.

۳. کنترل عرضه بیت کوین

سقف عرضه بیت کوین ۲۱ میلیون واحد است و تنظیم سختی در کنار رویدادهای هاوینگ (که در آن پاداش استخراج بلاک تقریباً هر چهار سال نصف می‌شود) به کنترل سرعت انتشار بیت کوین‌های جدید کمک می‌کند. این مکانیزم دو مزیت عمده دارد:

• تضمین انتشار تدریجی بیت کوین‌ها: انتشار بیت کوین‌های جدید به طور تدریجی تا پایان سقف ۲۱ میلیون واحد ادامه می‌یابد.
• حفظ کمیابی: این مکانیزم باعث کاهش مقدار عرضه نسبت به تقاضا شده و کمیابی بیت کوین را برای مدت طولانی حفظ می‌کند. کمیابی یکی از ویژگی‌های اساسی برای هر دارایی ارزشمند است و به افزایش ارزش بیت کوین کمک می‌کند.

۴. انطباق با پیشرفت فناوری

با پیشرفت در سخت‌افزارهای استخراج و افزایش قدرت محاسباتی، نرخ هش شبکه می‌تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد. بدون تنظیم خودکار سختی، این افزایش در نرخ هش می‌تواند منجر به استخراج سریع‌تر بلاک‌ها، افزایش سرعت انتشار بیت کوین‌های جدید و بی‌ثباتی در شبکه شود. بنابراین، تنظیم سختی به شبکه کمک می‌کند تا با پیشرفت فناوری همگام باشد و از تهدیدات امنیتی ناشی از پیشرفت‌های فناوری جلوگیری کند.

در نتیجه، تنظیم خودکار سختی شبکه بیت کوین به حفظ ثبات، امنیت و ارزش این ارز دیجیتال کمک می‌کند و آن را با تغییرات فناوری و شرایط بازار تطبیق می‌دهد.

جمع بندی

در این مقاله با مفهوم سختی استخراج بیت کوین آشنا شدیم. سختی شبکه بیت کوین از طریق یک مکانیزم خودکار و پس از استخراج هر ۲۰۱۶ بلاک، یعنی تقریباً هر دو هفته، تنظیم می‌شود. عوامل مختلفی از جمله نرخ هش بیت کوین در تعیین سطح سختی شبکه تأثیرگذار هستند. این تنظیم خودکار، با توجه به اهداف متعدد و مهم شبکه بیت کوین، نقش کلیدی در حفظ پایداری و امنیت این بلاک چین ایفا می‌کند.

تنظیم سختی شبکه بیت کوین بخشی جدایی‌ناپذیر از فرآیند استخراج است که باعث می‌شود شبکه بیت کوین به‌طور مؤثر و پایدار به کار خود ادامه دهد. این مکانیزم هوشمندانه که توسط ساتوشی ناکاموتو، خالق بیت کوین، طراحی شده است، اطمینان حاصل می‌کند که سیاست‌های مالی بیت کوین بدون نیاز به دخالت یک مقام مرکزی به‌طور موفقیت‌آمیز اجرا شود و در عین حال، خطرات امنیتی به‌طور مؤثر مدیریت گردد.