استخراج بیت کوین چیست و در واقع چگونه کار می کند؟

معدن بیت کوین به مکانیسم امنیتی که در پروتکل بیت کوین اجرا شده است برای دستیابی به اجماع در مورد وضعیت blockchain ، به روشی غیر متمرکز ، اشاره دارد. درک این نکته مهم است که چگونه این مکانیسم مانع از تقلب در سیستم می شود و از این طریق شبکه را نه تنها ایمن تر بلکه ضد رقیق می کند.

پیچیدن سر خود در اطراف بیت کوین ، چه در یک مفهومی و چه در سطح فناوری ، دشوار است. از بسیاری جهات بی نظیر است و ممکن است موارد استفاده از آن در ابتدا مشخص به نظر نرسد. به همین دلیل ، جامعه بیت کوین و رسانه ها با بسیاری از قیاس ها روبرو شدند تا بتوانند تجسم آنچه بیت کوین است ، برای افراد کم نظیر با فناوری آسان تر کنند. یکی از چنین قیاسی که شاید از آن شنیده باشید روایت معروف طلای دیجیتال است. این قیاس نسبتاً در تاریخ بیت کوین ظاهر شد ، تا حدودی برای توجیه وجود آن و بخشی از آن برای ارتباط آن با چیزی که مردم می دانستند و درک می کردند. به همین ترتیب ، زودترین پذیرندگان شروع به استفاده از اصطلاح استخراج بیت کوین برای ترسیم موازی با معدن طلا کردند.

واقعیت جالب: اصطلاح "استخراج" هرگز در کاغذ سفید بیت کوین استفاده نمی شود ، و اصطلاح "blockchain" نیست.

با این وجود ، این اصطلاح کاملاً مبهم است و واقعاً توضیح نمی دهد که چگونه "معدن" اتفاق می افتد.

هدف از این مقاله این است که به شما کمک کند تا درک کنید که چگونه استخراج بیت کوین در واقع کار می کند. ما توضیح خواهیم داد که اصطلاحاتی مانند اثبات کار (یا POW) ، پازل رمزنگاری و عملکردهای هش به چه معنی است و چگونه همه آنها تحت عنوان محبوب "استخراج بیت کوین" جمع می شوند. تفاوت بین اعتبارسنجی معامله و تأیید معامله نیز توضیح داده خواهد شد. کلمات فنی به صورت جسورانه برجسته می شوند و در طول مقاله توضیح داده می شوند و در زیر یک اینفوگرافیک کل فرآیند نیز خواهید یافت.

استخراج بیت کوین چیست؟

استخراج بیت کوین در اصل شامل حل (یا تلاش برای حل) یک معمای رمزنگاری ساده است که هنگام حل ، از نظر ریاضی ثابت می کند که مجموعه ای از معاملات بیت کوین معتبر است. شما می توانید از این معمای رمزنگاری به عنوان تلاش برای یافتن کد قفل فکر کنید. در تلاش برای یافتن کدی که آن را باز می کند ، هیچ میانبندی امکان پذیر نیست. شما باید هر ترکیب ممکن را امتحان کنید ، تا در بعضی مواقع ، یک اتفاق صحیح را پیدا می کنید. من این قیاس را دوست دارم زیرا ویژگی های معمای رمزنگاری شده توسط بیت کوین را به خوبی توصیف می کند. درست مانند تلاش برای یافتن ترکیبی که قفل را باز می کند ، تلاش برای یافتن راه حل صحیح برای پازل بسیار وقت و انرژی است. درست همانطور که بسیار آسان و سریع است که بررسی کنید که ترکیب صحیح است (آن را باز می کند یا نمی کند) ، برای معدنچی بسیار آسان و سریع است ، و برای سایر معدنچیان پس از آن ، بررسی کنید که راه حل پیشنهاد شدهمعما در واقع مناسب است.

این فرآیند تلاش برای چندین راه حل تا زمان مواجهه با صحیح ، اثبات کار (یا POW) نامیده می شود و پازل رمزنگاری (یا الگوریتم POW) در پروتکل بیت کوین از SHA256 استفاده می کند ، که مخفف "الگوریتم هشدار ایمن" است. از آنجا که معدنچیان برای حل این معما ، زمان و انرژی زیادی را گسترش می دهند و بنابراین معاملات را در blockchain بیت کوین تأیید می کنند ، این پروتکل برای تلاش خود با آنها پاداش می دهد:

هنگامی که یک معدنچی معاملات را تأیید می کند ، آنها در یک بلوک قرار می گیرند و به blockchain بیت کوین اضافه می شوند. و برای هر بلوک جدیدی که به blockchain اضافه می شود ، بیت کوین های جدید با توجه به میزان صدور تعیین شده توسط پروتکل در زمان ایجاد بلوک ایجاد می شوند. در زمان نوشتن ، صدور جدید 12. 5 BTC در هر بلوک است و پیش بینی می شود حدود ماه مه 2020 نصف شود.

2. کل تمام هزینه های معاملات برای معاملات آنها تأیید شده است

هنگامی که افراد با بیت کوین معامله می کنند ، هزینه ای به معدنچیان می پردازند تا وی را برای اعتبار بیشتر معامله خود تشویق کنند. بنابراین ، هنگامی که یک معدنچی مجموعه ای از معاملات را تأیید می کند ، وی همچنین تمام هزینه های پرداخت شده برای آن مجموعه معاملات را جمع می کند. در حال حاضر ، این درصد بسیار کمی از کل پاداش معدن را نشان می دهد ، اما با کاهش نرخ صدور ، هزینه ها به منبع قابل توجهی از درآمد برای معدنچیان تبدیل می شوند.

اما چگونه می توان حل یک معما را اثبات کرد که یک معامله معتبر است؟

برای پاسخ به این امر ، باید به الگوریتم POW که قبلاً به آنها اشاره کردیم مراجعه کنیم (SHA256) و باید توضیح دهیم که هش چیست.

به عبارت ساده تر ، یک هش یک رشته از شخصیت ها است. این رشته از کاراکترها خروجی یک تابع خاص به نام یک تابع هشویی است. توابع هش خاص هستند زیرا می توانند هر سری از داده های دیجیتالی (یک فایل متنی ، یک فیلم ، یک تصویر ، یک آهنگ) را به عنوان ورودی (هر یک از هر) دریافت کنند و آن را به یک رشته از شخصیت ها تبدیل کنند. آنچه این عملکرد را خاص تر می کند (و در مورد استفاده ما جالب تر است) ، این است که اگر حتی یک شخصیت را در ورودی (یا یک بایت واقعاً) تغییر دهید ، رشته خروجی یا هش ، کاملاً متفاوت خواهد بود و هیچ پیوندی وجود نداردبه خروجی قبلی

در این مرحله هنوز مشخص به نظر نمی رسد که چگونه Sha256 کار می کند و چگونه به معدنچیان کمک می کند تا در وضعیت blockchain به اجماع برسند. برای درک این موضوع ، یادآوری اینکه چه اطلاعاتی در بلوک های بیت کوین وجود دارد ، یا از همه مهمتر چگونگی ارائه معاملات در بلوک های بیت کوین مهم است. بیشتر اطلاعات موجود در بلوک بیت کوین در blockchain توسط یک هش نشان داده شده است و هر بلوک خود به یک هش منحصر به فرد گره خورده است. بیایید برخی از عناصر اساسی را که برای تولید هش بلوک بیت کوین ترکیب شده اند ، لیست کنیم:

هش لیست کلیه هشدهای معامله موجود در بلوک. هش معامله با ترکیب عناصر زیر در یک هش واحد ایجاد می شود: هش فرستنده ، هش گیرنده و مبلغ ارسال شده (یعنی: UTXO ، درباره آنها بیشتر بخوانید).

2. هش بلوک قبلی

محاسبه شده به روشی مشابه. فقط بلوک اول (به نام بلوک پیدایش) از هش بلوک قبلی استفاده نمی کند.

3. غیرقانونی

Nonce کلید معما است. این یک عدد صحیح مثبت است ، که وقتی با دو عنصر قبلی ترکیب می شود (معاملات هش + هش بلوک قبلی) ، هش بلوک نهایی را ایجاد می کند.

در SHA256 ، شرایطی که برای اطمینان از عدم وجود صحیح باید برآورده شود ، این است که هش بلوک باید با یک سری صفرها شروع شود. یعنی هنگامی که ما به عملکرد هشویی وارد می شویم: هش معاملات ، هش بلوک قبلی و غیرقانونی ، هش خروجی باید با یک سری صفر شروع شود. نحوه عملکرد عملکرد هشویی تضمین می کند که فقط یک راه حل ممکن وجود دارد (یعنی: فقط یک غیرقانونی که منجر به چنین هش می شود). به همان روش تنها یک ترکیب وجود دارد که قفل را در قیاس قبلی ما باز می کند.

بنابراین Nonce کلید معما رمزنگاری است ، اما آنچه واقعاً این الگوریتم زیبا و ایمن را به وجود می آورد ، این واقعیت است که برای یافتن راه حل به هش بلوک قبلی به عنوان ورودی نیاز دارد. این یکی از سه عنصر کلیدی است که بلوک نهایی را تشکیل می دهد. به یاد بیاورید که خاصیت یک تابع هشویی این است که هرگونه تغییر در ورودی ، خروجی را بدون هیچ پیوند تعیین کننده به خروجی قبلی تغییر می دهد. بنابراین ، حتی یک تغییر جزئی در هر یک از ورودی ها (مثلاً تغییر مبلغ ارسال شده در یکی از معاملات) هش نهایی را تغییر داده و غیرقانونی را باطل می کند.

چرا این الگوریتم معامله را ایمن کرده و از تغییرات جلوگیری می کند؟

برای درک اینکه چگونه الگوریتم امنیت را معرفی می کند و واقعاً معامله تنظیم شده در بلوک را تأیید می کند ، بگذارید یک مثال ساده را طی کنیم. وضعیتی را تصور کنید که آلیس Bob 1 BTC را ارسال کند. پس از امضای این معامله با کلید خصوصی خود ، کیف پول بیت کوین آلیس آن را به شبکه پخش می کند و وارد استخر معاملات تأیید نشده معدنچیان می شود. پس از مدتی ، یک معدنکار آن را در کنار مجموعه ای از معاملات دیگر انتخاب می کند و سعی در یافتن صحیح و ایجاد بلوک بعدی دارد. معامله به آنچه ما از آن به عنوان TransactionHash یاد خواهیم کرد ، هشدار داده شده است. سپس از آن هش در ترکیب با سایر هشدهای معامله در آنچه ما به عنوان معامله معامله می کنیم استفاده می شود. سرانجام ، معدنچی TransactionShash را با هش بلوک قبلی ترکیب می کند و به دنبال صحیح صحیح است که می تواند یک هش بلوک نهایی را با شروع یک سری 0 از 0 وارد کند ، که ما از آن به عنوان Blockhash یاد خواهیم کرد. پس از مدتی ، معدنچی راه حل را پیدا می کند ، آن را با بقیه شبکه به اشتراک می گذارد و بلوک را به blockchain اضافه می کند. تا اینجای کار خیلی خوبه.

حال تصور کنید که آلیس می خواهد باب را فریب دهد و به جای ارسال 1 BTC ، سعی می کند رکورد را به 0. 5 BTC تغییر دهد. با انجام این کار ، او به ناچار معامله معامله را تغییر می دهد ، که به نوبه خود تراکنش ها را تغییر می دهد ، که در نتیجه blockhash را تغییر می دهد. اکنون ، Blockhash دیگر با یک سری 0 شروع نمی شود و Nonce دیگر معتبر نیست. بنابراین اگر آلیس می خواست این تغییر را مجبور کند ، مجدداً باید این بلوک را معدن کند و راه حل خود را پخش کند. با این حال ، در این میان ، سایر معدنچیان در حال حاضر به دنبال بلوک بعدی هستند که از هش بلوک قبلی به عنوان قطعه ای از معما استفاده می کند. در اینجا ذکر این نکته حائز اهمیت است که ، طبق کنوانسیون ، معدنچیان همیشه از طولانی ترین زنجیره (blockchain با بلوک های معتبر) به عنوان زنجیره معتبر استفاده می کنند. بنابراین اگر آلیس بخواهد بلوک را تغییر دهد ، باید برای تولید طولانی ترین زنجیره ، بلوک خود را و مورد بعدی ، سریعتر از همه معدنچیان دیگر کند. با این حال ، از آنجا که او سعی در اصلاح یک بلوک موجود کرده است ، او در حال حاضر پشت است! او باید انرژی بیشتری را صرف کند تا ابتدا با سایر معدنچیان درآید و سپس بلوک های بعدی را سریعتر تولید کند.

به نظر می رسد ، چنین حمله ای بسیار پرهزینه خواهد بود و هیچ تغییری در معامله انجام نمی شود. این امر حتی بیشتر می شود زیرا بلوک در تاریخ بلوک ها عمیق تر حرکت می کند. در واقع ، اگر آلیس می خواست معامله ای را که در گذشته 10 بلوک اتفاق افتاده است تغییر دهد ، او باید تمام 10 بلوک را معدن کند ، زیرا همه آنها به آخرین مورد ، بر روی هش بلوک قبلی وابسته هستند. با توجه به این واقعیت که یک حمله موفق احتمالاً به سرعت شناسایی می شود و ارزش همان دارایی که سعی در کسب درآمد بیشتر داشتند ، بسیار پر هزینه تر می شود. و اینگونه است که ترکیبی از رمزنگاری و مشوق های با هم تراز یک الگوریتم واقعاً ایمن را تولید می کند.

اگر کسی بخواهد فقط برای از بین بردن آن به شبکه حمله کند ، چه می شود؟

ما نشان داده ایم که انگیزه اقتصادی یک حمله منطقی نیست، اما اگر کسی بخواهد به بیت کوین حمله کند فقط برای از بین بردن آن چه می شود؟آیا این امکان پذیر است؟حمله ای که در بالا توضیح داده شد به عنوان حمله 51 درصدی نیز شناخته می شود که در آن مهاجم 51 درصد از کل قدرت پردازش همه ماینرها را جمع آوری می کند. با داشتن بیش از نیمی از قدرت پردازش، مهاجم از نظر آماری بلوک ها را سریع تر پیدا می کند و بنابراین می تواند یک بلوک را تغییر داده و زنجیره طولانی تری تولید کند. در زمان نگارش، کل قدرت پردازش تمام عملیات استخراج یا هش ریت، 108616441 TH/s است. این بدان معناست که همه ماینرها در مجموع، بیش از صد میلیون تریلیون نونس را در هر ثانیه امتحان می کنند. به دست آوردن 51 درصد از آن هش ریت حتی برای یک ملت غیرقابل تصور است. انجام موفقیت آمیز چنین حمله ای به منابع و بسیج عظیم نیاز دارد. و با هر افزایش در نرخ هش، این احتمال کمتر و کمتر می شود.

با چنین هش ریت بالایی، آیا نباید نون صحیح را خیلی سریع پیدا کرد؟

این سوالی است که اغلب برمی گردد. می دانیم که زمان بلوک بیت کوین حدود 10 دقیقه است. پس چگونه در ۱۰ دقیقه باقی می ماند و چه چیزی ماینرهایی را که میلیون ها و میلیون ها نونس تلاش می کنند تا آن را در عرض چند ثانیه پیدا نکنند، متوقف می کند؟پروتکل بیت کوین دارای مکانیزمی به نام تنظیم سختی است که از این اتفاق جلوگیری می کند. تعدیل سختی تعداد غیر احتمالی های احتمالی را افزایش می دهد تا احتمال یافتن مورد صحیح را کاهش دهد. شما می توانید آن را به عنوان افزایش تعداد ارقام در ترکیبی که قفل را باز می کند، در نظر بگیرید. اگر 1000 نفر به دنبال یک ترکیب پنج رقمی باشند، احتمالاً خیلی سریع آن را پیدا خواهند کرد. اما اگر آنها به دنبال یک ترکیب 100 رقمی هستند، به طور قابل توجهی زمان بیشتری برای آنها خواهد داشت. بنابراین بر اساس هش ریت فعلی، تنظیمات سختی سختی لازم را محاسبه می کند تا زمان بلاک ها را حدود 10 دقیقه نگه دارد و نرخ صدور بیت کوین را همانطور که در پروتکل مشخص شده حفظ کند.

تفاوت بین اعتبار سنجی تراکنش و تایید تراکنش چیست؟

شاید در صرافی ها دیده باشید که یک معامله قبل از اعتبار سپرده شما به حداقل تعداد تأیید نیاز دارد. تأیید معامله هر بار که بلوکی که برای اولین بار در آن تأیید شد ، عمیق تر در blockchain حرکت می کند. بنابراین ، اعتبارسنجی معامله زمانی است که معامله برای اولین بار به یک بلوک اضافه می شود و تأیید معاملات هر زمان که یک بلوک جدید (بر اساس آن) استخراج شود ، اتفاق می افتد. همانطور که در بالا اشاره کردیم ، بلوکی که در زنجیره عمیق تر است ، بازگشت مجدد سخت تر است. بنابراین ، تعداد بیشتری از تأییدیه ها باعث امنیت آن می شود.

آیا "استخراج بیت کوین" واقعاً قیاس خوبی است؟

قیاسها برای ساده کردن مفاهیم انتزاعی یا ایده های پیچیده بسیار عالی هستند اما اغلب از توضیح فرآیندهای اساسی کم می شوند. بنابراین ، به همان اندازه که اصطلاح استخراج بیت کوین برای درک هدف آن است (یعنی: ایجاد بیت کوین های جدید و افزایش عرضه در گردش درست همانطور که معدن طلا انجام می دهد) ، این به شما چیزی در مورد این روند نمی گوید. در حقیقت ، می تواند در مورد آنچه که استخراج بیت کوین است ، سردرگمی زیادی ایجاد کند و اهمیت استخراج را به عنوان یک عامل اصلی امنیت ، عدم تمرکز و مقیاس پذیری بیت کوین تضعیف کند. در واقع ، با توجه به تأمین کل بیت کوین ها در 21 میلیون ، Bitcoin Mining برای همیشه سکه های جدیدی ایجاد نمی کند ، اما به اصطلاح "معدن" هنوز هم باید به اعتبار معاملات جدید ادامه دهد. مردم فقط می توانند حدس بزنند که پس از صدور همه سکه ها چه اتفاقی می افتد. محتمل ترین نتیجه این است که یک بازار هزینه برای ایجاد انگیزه در معدنچیان توسعه یافته و خود تنظیم می شود. با این حال ، ما هنوز چند دهه از دیدن این اتفاق فاصله داریم و احتمال وجود دارد ، اگر بیت کوین هنوز در آن زمان باشد ، به یک دارایی بسیار و بسیار بزرگتر از امروز تبدیل می شود. بگذارید این مقاله را با یک پیش بینی سوداگرانه کوچک از آنچه ممکن است چنین آینده ای باشد نتیجه بگیریم:

بیت کوین به استاندارد بین المللی پول تبدیل خواهد شد و اعتبارسنجی شبکه موضوع امنیت ملی و حاکمیت خواهد بود. هزینه های موجود در لایه اول بسیار بالاتر خواهد بود (نه لزوماً اسمی ، بلکه در خرید قدرت) و معاملات شامل شهرک های گسترده بین المللی بین ارائه دهندگان نقدینگی لایه 2 (امروز شهرک های بانکی را تصور کنید) در حالی که معاملات کوچک در راه حل های لایه 2 و 3 انجام می شودبا هزینه های بسیار کمتری

درباره نویسنده:

من یک دانشمند داده با اشتیاق به بیت کوین هستم. هدف من این است که با نوشتن مقاله های دقیق و جامع ، به افراد کمک کنم تا در این زمینه حرکت کنند. برای به روزرسانی در آخرین بخش ها و کمک های من برای Cryptotester ، مرا در توییتر در stelios_rms دنبال کنید

Nicole Nitsche ist Studierte Theaterwissenschaftlin und Hat Mehrere Jahre Als RegieAssistin Beim Thalia Theater Hamburg Gearbeitet. Danach War Nicole Leiterin der Presse-und Marketingabteilung Eines Hamburger Musiklabels. als klassische quereinsteigerin hat sie die komplette kommunikation sowie den aufbau der redaktion bei ... mehr