بررسی الگوریتم اجماع اثبات ظرفیت (PoC)

الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity به‌اختصار PoC) یکی از الگوریتم‌های اجماع ارزان‌قیمت در شبکه‌ بلاکچین است. اثبات ظرفیت این امکان را برای ماینرها فراهم می‌کند تا به‌جای استخراج رمزارز با سخت‌افزارهای گران‌قیمت (الگوریتم اثبات کار مثل بیتکوین) یا استیک‌کردن رمزارز در شبکه (الگوریتم اثبات سهام مثل اتریوم)، فقط با استفاده از فضای خالی هارد دیسک کامپیوتر خود رمزارز استخراج کنند. یکی از مزیت‌های اصلی این روش، مصرف انرژی بسیار کمتر درمقایسه‌با روش‌های دیگر است. همراه تترلند باشید تا در این مقاله، الگوریتم اثبات ظرفیت و چگونگی استخراج ازطریق این روش و اهمیت آن را بررسی کنیم.

الگوریتم اثبات ظرفیت در یک نگاه

• مکانیزم اثبات ظرفیت به‌گونه‌ای طراحی شده است که از فضای خالی هارد دیسک برای حل مسائل تابع هش و در‌نهایت، استخراج رمزارز استفاده می‌کند.
• مزیت اصلی اثبات ظرفیت در‌مقابل اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS)، مصرف انرژی کمتر و تمرکززدایی بیشتر است.
• شبکه‌های بلاکچین Storj ،Burst ،Chia و SpaceMint از الگوریتم اجماع اثبات ظرفیت استفاده می‌کنند.

الگوریتم اثبات ظرفیت یا (PoC) چیست؟

الگوریتم اثبات ظرفیت به‌عنوان راه‌حلی برای رفع مشکل مصرف انرژی بسیار زیاد الگوریتم اثبات کار (PoW) و مشکل احتکار رمزارز در الگوریتم اثبات سهام (PoS) معرفی شده است. در این روش، نودها (گره‌های شبکه بلاکچین) می‌توانند با استفاده از فضای خالی هارد دیسک خود رمزارز استخراج کنند.

در الگوریتم اثبات ظرفیت، به‌جای تغییر مکرر اعداد در هِدِر بلاک و تولید هش مکرر (مانند کاری که در اثبات کار انجام می‌شود)، پیش از شروع فرایند استخراج، فهرستی از جواب‌های احتمالی برای مسئله هش در فضای خالی هارد دیسک دستگاه محاسبه و ذخیره می‌شود.

طبیعتاً هرچه فضای خالی هارد دیسک بیشتر باشد، تعداد راه‌حل‌های احتمالی بیشتری را می‌توان محاسبه و ذخیره کرد. در این صورت، احتمال حل مسئله هش نیز افزایش می‌‌یابد. به‌عبارت‌دیگر، هرچه فضای خالی هارد دیسک ماینرها بیشتر باشد، بخت بیشتری برای دریافت پاداش استخراج خواهد داشت.

این درست مانند مسابقه بخت‌آزمایی است که هرچه شرکت‌کننده بلیت بیشتری داشته باشد، از بخت‌واقبال بیشتری برای برنده‌شدن برخوردار خواهد بود، با این تفاوت که در الگوریتم اثبات ظرفیت، می‌توانید با بلیت‌های خود بارها‌و‌بارها در این مسابقه شرکت کنید.

پروژه Burstcoin اولین رمزارزی بود که از الگوریتم اثبات ظرفیت استفاده کرد. رمزارزهای چیا (Chia) و استورج (Storj) و اسپیس‌مینت (SpaceMint) دیگر رمزارزهایی هستند که از این الگوریتم استفاده می‌کنند.

الگوریتم اثبات ظرفیت چگونه کار می‌کند؟

الگوریتم اثبات ظرفیت دو فرایند دارد:

۱. پلات‌کردن

در فرایند پلات‌کردن، هارد دیسک پلات می‌شود. در این مرحله، فهرستی از تمام نانس‌های احتمالی از‌طریق هش مکرر ایجاد می‌شود. نانس (Nonce) متغیری است که ماینر تا وقتی بتواند هش مناسب را تولید کند، به‌طور مداوم آن را تغییر می‌دهد. این نانس‌ها شامل شناسه یا آی‌دی ماینر نیز می‌شوند؛ بنابراین، می‌توان گفت نانس‌‌هایی که هر ماینر محاسبه می‌کند، مختص خود اوست.

هر نانس شامل ۸,۱۹۲ هش است که هر‌کدام از آن‌ها شماره ۰ تا ۸,۱۹۱ دارند. هر جفت از این هش‌ها به نام اسکوپ (Scoop) شناخته می‌شوند. پس در‌مجموع ۴,۰۹۶ اسکوپ وجود خواهد داشت که شماره هرکدام از آن‌ها از ۰ تا ۴,۰۹۵ است. هرچه فضای بیشتری داشته باشید،‌ نانس‌های بیشتری می‌توانید بسازید. تصویر زیر مثالی از اسکوپ‌های یک نانس است:

۲. ماین‌کردن

در فرایند ماین‌کردن، فرایند استخراج انجام می‌شود. در‌واقع حین فرایند استخراج، ماینر یک اسکوپ را محاسبه می‌کند. برای مثال، اگر ماینری فرایند استخراج را شروع و اسکوپ شماره ۳۸ را محاسبه کند، باید به‌سراغ اسکوپ ۳۸ از نانس ۱ برود و از اطلاعات این اسکوپ برای محاسبه مقداد ددلاین استفاده کند.

ددلاین مدت‌زمانی است که باید از ثبت آخرین بلاک گذشته باشد تا ماینر بتواند بلاک جدید ثبت کند. اگر پس از گذشت این مدت‌زمان هیچ ماینری نتوانسته باشد بلاک جدیدی ثبت کند، ماینر می‌تواند بلاک جدید ثبت و پاداش آن را دریافت کند.

این فرایند برای تمام نانس‌های هارد دیسک ماینر تکرار می‌شود تا ددلاین تمام نانس‌ها محاسبه شود. حال از میان ددلاین، کوتاه‌ترین ددلاین را ماینر انتخاب می‌کند. اگر از ثبت آخرین بلاک به‌میزان ددلاین انتخاب‌شده ماینر گذشته و هنوز بلاک جدید ثبت نشده باشد، آن ماینر برنده رقابت است و بلاک جدید را ایجاد و پاداشش را دریافت می‌کند. با داشتن فضای هارد بزرگ‌تر و تعداد نانس بیشتر، بخت بیشتری برای دستیابی به کوتاه‌ترین ددلاین وجود دارد.

به‌عنوان نمونه، اگر کوچک‌ترین ددلاینی که ماینر X به‌دست آورده است، ۳۶ ثانیه باشد و هیچ ماینر دیگری نتواند در ۳۶ ثانیه آینده بلاک جدیدی ثبت کند، ماینر X بخت ثبت بلاک جدید را دارد و پاداش آن را دریافت می‌کند.

قوت‌ها و ضعف‌های الگوریتم اثبات ظرفیت

الگوریتم اجماع اثبات ظرفیت نیز مانند تمام الگوریتم‌های اجماع، قوت‌ها و ضعف‌های خاص خود را دارد. درادامه مقاله، به برخی از این قوت‌ها و ضعف‌ها اشاره خواهیم کرد.

قوت‌های الگوریتم اثبات ظرفیت

• در اثبات ظرفیت، می‌توان از هر نوع هارد دیسکی ازجمله هارد موبایل اندرویدی نیز استفاده کرد. 
• براساس نتایج به‌دست‌آمده، این روش از استخراج رمزارز بیتکوین با استفاده از دستگاه ASIC سی برابر کارآمدتر است.
• به سخت‌افزار اختصاصی یا ارتقای دستگاه‌های قبلی نیازی نیست.
• پس از استخراج، داده‌های مربوط به استخراج را می‌توان پاک کرد و از هارد دیسک برای هدف دیگری بهره برد.
• این روش درمقایسه‌با روش اثبات کار و استفاده از تجهیزاتی مانند ASIC یا GPU‌ها، انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کند.

ضعف‌های الگوریتم اثبات ظرفیت

• شبکه‌های بسیار کمی از این الگوریتم استفاده می‌کنند.
• دربرابر بدافزارها آسیب‌پذیر است.
• پذیرش گسترده اثبات ظرفیت می‌تواند به رقابتی تمام‌عیار برای تولید هارد دیسک‌های با ظرفیت بسیار زیاد منجر شود.
• داده‌های استخراج کاربردی جز استخراج ندارند و فضای زیادی از هارد دیسک را اشغال می‌کنند.

کدام پروژه‌ها از الگوریتم اجماع اثبات ظرفیت استفاده می‌کنند؟

Burstcoin اولین پروژه‌ای بود که از الگوریتم اثبات ظرفیت استفاده کرد. این پروژه که در‌حال‌حاضر به Signum تغییر نام داده، بلاکچین شخصی‌سازی‌شدنی است که کاربران می‌توانند روی آن برنامه‌های غیرمتمرکز و توکن مخصوص خود را ایجاد کنند.

دیگر پروژه مطرحی که از گواه اثبات ظرفیت در‌کنار الگوریتم  Proof of Time استفاده می‌کند، شبکه چیا (Chia) است. چیا خود را بلاکچین سبز و دوستدار محیط‌زیست معرفی می‌کند که با ایده ایجاد بلاکچینی پایدارتر برای توسعه سیستم مالی و پرداختی جهانی به‌وجود آمده است.

جمع‌بندی

بی‌شک الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) یکی از الگوریتم‌های اجماع جذاب‌ شبکه بلاکچین است. PoC نه‌تنها الگوریتم‌های قدیمی را دوباره از نو تعریف می‌کند؛ بلکه راه‌حلی ارائه می‌دهد تا با مصرف کمتر انرژی، نگرانی بسیاری از دوستداران محیط‌زیست نیز برطرف شود.

بااین‌همه، الگوریتم اثبات ظرفیت هنوز مفهومی نوپاست و در‌مقایسه‌با الگوریتم‌های قدیمی، تازه اول مسیر قرار دارد. باید منتظر ماند و دید که آیا الگوریتم PoC می‌تواند بر مشکلاتی که همچنان الگوریتم‌هایی مانند اثبات کار و اثبات سهام با آن‌ها دست‌وپنجه نرم می‌کنند، غلبه کند یا خیر.

روی‌هم‌رفته، الگوریتم اثبات ظرفیت نیز مانند تمام نوآوری‌ها باید با موانع موجود مواجه شود تا بتواند بهبود پیدا کند. مطمئناً دیدن نتیجه اینکه اثبات ظرفیت چقدر می‌تواند این موانع را حل کند و بر اکوسیستم رمزارز تأثیر بگذارد، جذاب خواهد بود.