إثبات العمل (PoW)

ما إثبات العمل (PoW)؟

إثبات العمل (PoW) هو آلية إجماع في البلوكشين يتنافس فيها المعدّنون لحل ألغاز تشفيرية صعبة، بهدف اقتراح كتل جديدة وتأمين الشبكة.

في عالم العملات المشفرة، يُعرف PoW على نطاق واسع بأنه آلية الإجماع التي تستخدمها Bitcoin، حيث يستهلك المعدّنون القدرة الحاسوبية للعثور على تجزئة كتلة صحيحة.

تصف الورقة البيضاء لـ Bitcoin إثبات العمل بأنه وسيلة لتسجيل سجل المعاملات، عبر جعل تغيير السلسلة بعد إضافة الكتل أمرًا مكلفًا.

الفكرة الأساسية بسيطة: يجب على المعدّنين إثبات أنهم نفذوا عملًا حسابيًا فعليًا قبل أن تقبل الشبكة كتلتهم.

لا يتضمن هذا العمل جهدًا يدويًا، بل محاولات متكررة لحساب التجزئة باستخدام أجهزة التعدين.

يأخذ المعدّن بيانات الكتلة ويغيّر قيمة تُسمى nonce، ثم يحسب تجزئة رأس الكتلة مرارًا إلى أن تصبح التجزئة الناتجة أقل من هدف الصعوبة الذي تحدده الشبكة.

إذا استوفت التجزئة الهدف، يستطيع المعدّن بث الكتلة إلى الشبكة.

يمكن للعقد الأخرى التحقق من الكتلة بسرعة، لأن فحص التجزئة أسهل بكثير من العثور على تجزئة صحيحة.

هذا التفاوت هو ما يجعل إثبات العمل مفيدًا للشبكات المفتوحة.

فإنشاء كتلة صحيحة صعب، لكن يسهل على الآخرين التحقق من صحتها.

أهمية إثبات العمل في عالم العملات المشفرة

تكمن أهمية إثبات العمل في أنه يتيح لشبكة لامركزية الاتفاق على سجل المعاملات من دون الوثوق بمسؤول مركزي.

قبل Bitcoin، واجهت أنظمة الأموال الرقمية صعوبة في حل مشكلة الإنفاق المزدوج.

يحدث الإنفاق المزدوج عندما تُستخدم القيمة الرقمية نفسها أكثر من مرة.

تحل الأنظمة التقليدية هذه المشكلة باستخدام البنوك أو معالجي المدفوعات أو جهات مركزية أخرى لحفظ السجلات.

أما PoW فيحلها عبر التحقق العلني والتكلفة الاقتصادية وإجماع الشبكة.

يتنافس المعدّنون على إضافة الكتل، بينما تتحقق العقد بصورة مستقلة من القواعد.

على المهاجم الذي يريد إعادة كتابة السجل أن يعيد تنفيذ العمل الخاص بالكتل المستهدفة، ثم يتجاوز الشبكة النزيهة.

يجعل ذلك الهجمات مكلفة عندما تمتلك الشبكة قدرًا كبيرًا من قدرة التعدين النزيهة.

وهكذا يحول PoW الطاقة والأجهزة والعمليات الحسابية إلى حاجز أمني.

ولا ينبع الأمان من السرية، لأن القواعد معلنة.

كيف يعمل إثبات العمل؟

يبدأ إثبات العمل عندما يبث المستخدمون معاملات موقعة إلى الشبكة.

يجمع المعدّنون المعاملات الصحيحة في كتلة مرشحة.

تتضمن الكتلة بيانات المعاملات وإشارة إلى الكتلة السابقة وطابعًا زمنيًا وجذر Merkle وحقولًا أخرى مطلوبة.

ثم يبحث المعدّن عن nonce أو بيانات أخرى قابلة للتعديل لإنتاج تجزئة صحيحة.

التجزئة مخرج ثابت الطول تنتجه دالة تجزئة تشفيرية.

لكي تكون كتلة PoW صحيحة، يجب أن تقل تجزئة الكتلة عن الهدف الذي تحدده صعوبة الشبكة.

توضح وثائق سلسلة الكتل في دليل مطوري Bitcoin أن خفض حد الهدف يعني الحاجة إلى عدد أكبر من محاولات حساب التجزئة في المتوسط.

بما أن التجزئات غير قابلة للتنبؤ، لا يستطيع المعدّنون اختصار العملية في نظام آمن اعتيادي.

بل عليهم تجربة احتمالات كثيرة إلى أن يعثروا على نتيجة مناسبة.

عندما يعثر المعدّن على كتلة صحيحة، تتحقق العقد الأخرى من العمل والمعاملات وقواعد الإجماع قبل قبولها.

التعدين في إثبات العمل

التعدين هو عملية تنفيذ إثبات العمل لإنشاء كتل صحيحة.

لا يقتصر دور المعدّن على إنشاء عملات جديدة.

فهو يرتب المعاملات ويمد السلسلة ويساعد على حماية سجل المعاملات من إعادة الكتابة أيضًا.

في Bitcoin، يحصل المعدّنون على مكافآت من إعانة الكتلة ورسوم المعاملات.

إعانة الكتلة هي BTC يُصدر حديثًا، بينما يدفع المستخدمون رسوم المعاملات لإدراج معاملاتهم في الكتل.

يوضح مرجع العرض المحدود لـ Bitcoin أن إعانة كتلة Bitcoin تنخفض إلى النصف كل 210,000 كتلة.

بعد التنصيف في أبريل 2024، أصبحت إعانة كتلة Bitcoin تساوي 3.125 BTC لكل كتلة، وستبقى عند هذا المستوى حتى موعد التنصيف التالي المقرر.

يتنافس المعدّنون لأن المعدّن الذي يعثر على كتلة صحيحة وحده يحصل على مكافأة تلك الكتلة.

وهذه المنافسة مكلفة، لأن أجهزة التعدين والكهرباء والتبريد والصيانة والتشغيل كلها تفرض تكاليف.

وتشكل هذه التكاليف جزءًا من أسباب صعوبة مهاجمة شبكة PoW ناضجة.

تعديل الصعوبة

تعديل الصعوبة هو الآلية التي تحافظ على إنتاج الكتل قريبًا من الوتيرة المستهدفة للشبكة، حتى مع تغير قدرة التعدين.

إذا انضمت قدرة تعدين أكبر إلى الشبكة، فسيُعثر على الكتل الصحيحة بسرعة أكبر، ما لم ترتفع الصعوبة.

وإذا انسحبت قدرة التعدين من الشبكة، فسيستغرق العثور على الكتل الصحيحة وقتًا أطول، ما لم تنخفض الصعوبة.

تعدل Bitcoin الصعوبة كل 2,016 كتلة لاستهداف فاصل متوسط يبلغ نحو 10 دقائق بين الكتل.

يساعد ذلك على جعل الإصدار وإنتاج الكتل أكثر قابلية للتوقع بمرور الوقت.

يكتسب تعديل الصعوبة أهمية لأن أجهزة التعدين وظروف السوق تتغير باستمرار.

فمن دون التعديل، قد يؤدي ارتفاع مفاجئ في معدل التجزئة إلى ظهور الكتل بسرعة مفرطة.

وقد يؤدي انخفاض مفاجئ في معدل التجزئة إلى إبطاء الشبكة بشدة.

يساعد تعديل الصعوبة شبكات PoW على التكيف مع تغير مشاركة المعدّنين.

وهو أحد الأسباب الرئيسية لاستمرار Bitcoin في العمل عبر دورات السوق المختلفة.

معدل التجزئة

معدل التجزئة هو مقدار العمل الحسابي الذي ينفذه المعدّنون في الثانية.

في شبكة PoW، يعني ارتفاع معدل التجزئة عادةً أن المعدّنين ينفذون محاولات أكثر للعثور على كتل صحيحة.

غالبًا ما يُعد معدل التجزئة مقياسًا تقريبيًا لمنافسة التعدين وأمان الشبكة.

يجعل ارتفاع معدل التجزئة النزيه من الأصعب على المهاجم السيطرة على قدرة تعدين كافية لإعادة كتابة سجل السلسلة الحديث.

لكن معدل التجزئة ليس عامل الأمان الوحيد.

فتركيز مجمعات التعدين وسلاسل توريد الأجهزة وإمكانية الوصول إلى الطاقة وعملاء البرمجيات والتوزع الجغرافي والحوافز الاقتصادية كلها عوامل مهمة أيضًا.

قد يكون معدل التجزئة مرتفعًا، لكن الشبكة تظل معرضة لضغط المركزية إذا سيطرت جهات قليلة جدًا على قدرة التعدين.

ينبغي للمستخدمين فهم معدل التجزئة بوصفه مؤشرًا مهمًا، لا مقياسًا شاملًا للأمان.

يعتمد أمان PoW على مقدار القدرة الحاسوبية وكيفية توزيعها معًا.

مكافآت الكتل ورسوم المعاملات

مكافآت الكتل هي الحافز الاقتصادي الذي يشجع المعدّنين على المشاركة بنزاهة.

تشمل مكافأة الكتلة في كثير من أنظمة PoW عملات مُصدرة حديثًا ورسوم المعاملات.

غالبًا ما تُسمى العملات المُصدرة حديثًا «إعانة الكتلة».

ويدفع المستخدمون رسوم المعاملات لإدراج معاملاتهم في البلوكشين.

تنخفض إعانة Bitcoin بمرور الوقت عبر عمليات التنصيف.

وهذا يعني أنه من المتوقع أن تزداد أهمية رسوم المعاملات لإيرادات المعدّنين على المدى الطويل.

هذا التحول مهم، لأن حوافز المعدّنين الاقتصادية يجب أن تستمر في تأمين الشبكة مع انخفاض الإعانات.

يمكن لسوق رسوم قوي المساعدة في تمويل الأمان مع انخفاض إعانات الكتل.

أما ضعف سوق الرسوم، فقد يثير تساؤلات حول ميزانية الأمان على المدى الطويل.

لذلك، يجب دراسة اقتصاديات PoW على مدى عقود، لا خلال دورة سوق واحدة فحسب.

إثبات العمل واختيار السلسلة

تحتاج شبكات PoW إلى قاعدة لتحديد السلسلة الصحيحة عند وجود إصدارات متنافسة.

في أنظمة PoW المشابهة لـ Bitcoin، تتبع العقد عمومًا السلسلة الصحيحة التي تراكم عليها أكبر قدر من إثبات العمل.

ولا يعني ذلك أنها تتبع السلسلة التي تحتوي على أكبر عدد من الكتل فحسب.

بل تتبع السلسلة الصحيحة التي تمثل أكبر مقدار من عمل التعدين المقبول.

تساعد هذه القاعدة الشبكة على التقارب بعد الانقسامات المؤقتة.

قد يحدث انقسام مؤقت عندما يعثر معدّنان على كتلتين صحيحتين في وقت متقارب جدًا.

وقد ترى بعض العقد إحدى الكتلتين أولًا، بينما ترى عقد أخرى الكتلة الثانية أولًا.

في نهاية المطاف، يُعدن معدّن آخر كتلة على أحد الفرعين، فيصبح هذا الفرع أثقل من حيث العمل المتراكم.

عندئذ تتقارب العقد على السلسلة الصحيحة الأثقل.

ولهذا السبب تكتسب التأكيدات أهمية في أنظمة PoW.

التأكيدات في إثبات العمل

يعني التأكيد إدراج معاملة في كتلة.

وتُضاف تأكيدات أخرى عند تعدين مزيد من الكتل فوق تلك الكتلة.

يجعل كل تأكيد إضافي عكس المعاملة أكثر تكلفة على المهاجم، لأنه يتعين عليه إعادة تنفيذ قدر أكبر من العمل المتراكم.

قد تُقبل المدفوعات الصغيرة بعدد أقل من التأكيدات.

أما المدفوعات الكبيرة فتتطلب عادةً تأكيدات أكثر، لأن مخاطر الإلغاء تكون أهم.

تعتمد متطلبات التأكيد على الشبكة وقيمة المعاملة ومستوى تقبل المخاطر وظروف الشبكة وسياسة الجهة المستلمة.

المعاملة التي لديها صفر من التأكيدات بُثت إلى الشبكة، لكنها لم تُدرج بعد في كتلة مؤكدة.

والمعاملة التي لديها تأكيد واحد مدرجة في أحدث كتلة مقبولة.

أما المعاملة التي لديها عدة تأكيدات، فقد أصبحت أعمق في السلسلة وأصعب في إعادة التنظيم.

الإنهاء في PoW احتمالي، إذ تقل احتمالية الإلغاء مع زيادة التأكيدات، لكنه لا يمثل إنهاءً مطلقًا وفوريًا.

إثبات العمل مقابل إثبات الحصة

إثبات العمل وإثبات الحصة طريقتان مختلفتان لتأمين إجماع البلوكشين.

يستخدم PoW العمل الحسابي وأجهزة التعدين لجعل إنتاج الكتل مكلفًا.

أما إثبات الحصة فيستخدم الحصة الاقتصادية المقفلة وقواعد المدققين لتأمين إنتاج الكتل.

في PoW، يخاطر المعدّنون بتكاليف الكهرباء والاستثمار في الأجهزة والتكلفة البديلة.

وفي PoS، يخاطر المدققون بأصول مخزنة يمكن فرض عقوبات عليها إذا خالفوا القواعد.

استخدمت Ethereum إثبات العمل في البداية، لكنها انتقلت إلى إثبات الحصة خلال The Merge في 15 سبتمبر 2022.

تذكر وثائق The Merge الرسمية في Ethereum أن الترقية استبدلت إثبات العمل بإثبات الحصة وخفضت استهلاك Ethereum للطاقة بنحو 99.95%.

يوضح ذلك أن PoW ليس نموذج الإجماع الممكن الوحيد.

تختار الشبكات المختلفة نماذجها وفق افتراضاتها الأمنية وأهداف اللامركزية واعتبارات الطاقة والاقتصاديات وخططها التقنية.

إثبات العمل واستهلاك الطاقة

يُعد استهلاك الطاقة الجانب الأكثر إثارة للجدل في إثبات العمل.

يستهلك PoW الطاقة لأن المعدّنين ينفذون محاولات متكررة لحساب التجزئة لتأمين الشبكة والتنافس على المكافآت.

يرى المؤيدون أن تكلفة الطاقة هذه تمنح PoW أمانًا واقعيًا، لأن الهجمات تتطلب موارد مادية مكلفة.

ويرى المنتقدون أن PoW يستهلك كهرباء أكثر من اللازم مقارنة بأنظمة الإجماع البديلة.

النقاش معقد، لأن أثر الطاقة يعتمد على مصدرها وظروف الشبكة الكهربائية وموقع التعدين وكفاءة الأجهزة والاستجابة للطلب، وما إذا كان المعدّنون يستخدمون طاقة كان من الممكن تقليصها أو مصادر طاقة معزولة.

ينبغي للمستخدمين تجنب الادعاءات المبسطة التي تصف كل تعدين PoW بأنه جيد تمامًا أو مهدور بالكامل.

والرأي المتوازن هو أن أمان PoW له تكلفة طاقة واضحة، وينبغي تقييم هذه التكلفة بعناية.

قد تختار الشبكات التي لا ترغب في هذا النمط من استهلاك الطاقة إثبات الحصة أو نماذج إجماع أخرى.

غالبًا ما يُستشهد بانتقال Ethereum بعيدًا عن PoW بوصفه مثالًا بارزًا على خفض استهلاك الطاقة عبر تغيير آلية الإجماع.

تواصل Bitcoin استخدام PoW لأن مجتمعها يقدّر الخصائص الأمنية والنقدية لهذا التصميم.

إثبات العمل واللامركزية

يمكن لـ PoW دعم اللامركزية، لأن أي جهة تمتلك الأجهزة والطاقة والبرمجيات والاتصال بالشبكة المناسب يمكنها محاولة التعدين.

لكن التعدين في الواقع لا يتاح للجميع بالقدر نفسه.

قد تكون الأجهزة المتخصصة مكلفة.

وتختلف أسعار الكهرباء بين المناطق.

وقد تحظى عمليات التعدين الصناعية بمزايا بفضل حجمها الكبير واحترافيتها وعقود الطاقة.

كما قد تركز مجمعات التعدين سلطة إنشاء قوالب الكتل إذا اعتمد عدد كبير من المعدّنين على عدد قليل منها.

لذلك، فإن الصورة مختلطة.

لا يتطلب PoW إذنًا من عقد تخزين أو سجل للمدققين، لكن اقتصاديات التعدين قد تظل مصدرًا لضغط المركزية.

يعتمد تحقيق لامركزية سليمة في PoW على مشاركة واسعة من المعدّنين وكثرة العقد المستقلة وتنوع مجمعات التعدين وانفتاح البرمجيات مفتوحة المصدر وتنافس أسواق الأجهزة والتوزع الجغرافي.

ينبغي قياس اللامركزية على طبقات متعددة، لا بمجرد معرفة ما إذا كانت آلية الإجماع هي PoW.

مجمعات التعدين

مجمع التعدين مجموعة من المعدّنين يدمجون معدل التجزئة ويتقاسمون المكافآت.

توجد مجمعات التعدين لأن اكتشاف الكتل عملية عشوائية.

قد ينتظر المعدّن الفردي الصغير وقتًا طويلًا جدًا قبل العثور على كتلة.

وعند الانضمام إلى مجمع، يحصل المعدّنون على دفعات أصغر ولكن أكثر انتظامًا، تتناسب مع معدل التجزئة الذي يساهمون به.

يقلل ذلك تفاوت الدخل بالنسبة إلى المعدّنين الأفراد.

لكن مجمعات التعدين قد تنشئ مخاطر تركّز.

إذا سيطر عدد قليل من المجمعات على حصة كبيرة من معدل التجزئة، فقد يؤثر ذلك في اختيار المعاملات وإنتاج الكتل.

يمكن للمعدّنين الحد من هذه المخاطر باختيار المجمعات بعناية ودعم تقنيات المجمعات الأكثر لامركزية متى توفرت.

يُعد هيكل مجمعات التعدين أحد أهم الجوانب العملية للامركزية في PoW.

يكتسب توزيع معدل التجزئة أهمية، لأن أمان PoW يكون أقوى عندما لا تتحكم جهات قليلة في العمل.

هجمات 51%

هجوم 51% هو حالة يسيطر فيها المهاجم على قدرة تعدين كافية للتغلب على المعدّنين النزيهين لفترة من الوقت.

قد يتمكن المهاجم من إعادة تنظيم الكتل الحديثة أو فرض رقابة على المعاملات أو محاولة الإنفاق المزدوج.

لا يستطيع المهاجم عادةً سرقة العملات من المحافظ من دون المفاتيح الخاصة.

كما لا يستطيع إنشاء عملات تتجاوز قواعد البروتوكول إذا كانت العقد النزيهة تفرض تلك القواعد.

يتمثل الخطر الأساسي في إعادة كتابة سجل المعاملات الحديثة والإضرار بالثقة في التسوية.

يصعب مهاجمة شبكات PoW الكبيرة ذات معدل التجزئة المرتفع ومكافآت التعدين القيّمة، لأن الموارد اللازمة لذلك مكلفة.

وقد تكون شبكات PoW الأصغر أكثر عرضة للخطر إذا أمكن استئجار قدرة التجزئة أو تحويلها بتكلفة منخفضة.

ينبغي للمستخدمين توخي حذر أكبر عند قبول مدفوعات كبيرة على شبكات PoW صغيرة.

قد يقلل ازدياد عدد التأكيدات المخاطر، لكنه لا يعالج بالكامل ضعف ميزانية الأمان.

يكون أمان PoW أقوى عندما تكون تكلفة الهجوم مرتفعة وحوافز التعدين النزيه قوية.

إثبات العمل وأجهزة ASIC

ASIC هي دارة متكاملة مخصصة لتطبيق بعينه، ومصممة لتنفيذ مهمة محددة.

في تعدين Bitcoin، تُعد ASICs أجهزة متخصصة مصممة لحساب دالة تجزئة التعدين بكفاءة.

تتميز ASICs بكفاءة أعلى بكثير من الحواسيب العامة في تعدين Bitcoin.

تحسن هذه الكفاءة معدل التجزئة الإجمالي للشبكة، لكنها ترفع أيضًا حواجز الدخول.

لا يستطيع المستخدمون عمليًا تعدين Bitcoin بصورة مربحة باستخدام الحواسيب المحمولة أو الهواتف العادية.

أدى تعدين ASIC إلى نشوء قطاع تعدين احترافي يشمل الأجهزة المتخصصة والاستضافة والتبريد والإصلاح وإدارة الطاقة.

تحاول بعض شبكات PoW مقاومة هيمنة ASIC باستخدام خوارزميات تجزئة مختلفة.

لكن الحفاظ على مقاومة ASICs صعب بمرور الوقت، لأن أسواق الأجهزة تتكيف عندما تكون المكافآت كبيرة بما يكفي.

العلاقة بين ASICs واللامركزية موضع نقاش.

قد تعزز ASICs أمان التعدين عبر الاستثمار المتخصص الكبير، لكنها قد تركزه أيضًا لدى المشغلين القادرين على الوصول إلى رأس المال والطاقة الرخيصة.

إثبات العمل والعقد

المعدّنون والعقد ليسوا الشيء نفسه.

ينتج المعدّنون كتلًا مرشحة عبر إثبات العمل.

وتتحقق العقد من الكتل والمعاملات وفق قواعد الإجماع.

يمكن لعقدة كاملة رفض كتلة غير صحيحة حتى إذا أنفق المعدّن طاقة حقيقية لإنتاجها.

وهذا مهم لأن PoW وحده لا يحدد ما يُعد مالًا صالحًا.

تحدد قواعد الشبكة صحة الكتل والمعاملات والمعروض والتوقيعات ومستوى الصعوبة.

يوفر المعدّنون ترتيب المعاملات والعمل الحسابي، بينما تفرض العقد القواعد التي تختار تشغيلها.

يساعد هذا الفصل على منع المعدّنين من تغيير النظام من جانب واحد.

فعلى سبيل المثال، لا يستطيع المعدّنون ببساطة إنشاء عملات إضافية إذا رفضت العقد الكاملة الكتل المخالفة لقواعد المعروض.

تحتاج شبكات PoW القوية إلى معدّنين نشطين وعقد تتحقق بصورة مستقلة.

إثبات العمل وميزانية الأمان

ميزانية الأمان هي مقدار المكافآت الاقتصادية المدفوعة للمعدّنين مقابل تأمين الشبكة.

في Bitcoin، تأتي ميزانية الأمان من إعانة الكتلة ورسوم المعاملات.

قد تجذب ميزانية الأمان الأكبر قدرة تعدين إضافية، ما قد يرفع تكلفة الهجوم.

أما انخفاض ميزانية الأمان فقد يقلل مشاركة المعدّنين إذا أصبح التعدين غير مربح.

تزداد أهمية ميزانية الأمان بمرور الوقت مع انخفاض إعانات الكتل.

إذا نمت رسوم المعاملات بما يكفي، فقد تساعد على تعويض الإعانات المتناقصة.

وإذا لم تنمُ الرسوم، تصبح الحوافز طويلة الأجل للمعدّنين موضع نقاش مهم.

لا يعني ذلك أن PoW سيفشل تلقائيًا بعد انخفاض الإعانات.

بل يعني أن شبكات PoW تحتاج إلى نشاط اقتصادي وطلب على الرسوم يكفيان للحفاظ على حوافز المعدّنين.

أمان PoW على المدى الطويل مسألة اقتصادية بقدر ما هو مسألة تقنية.

إثبات العمل وعدم القابلية للتغيير

يساعد إثبات العمل على تحقيق عدم قابلية عملية للتغيير، عبر جعل تعديل الكتل القديمة مكلفًا.

تشير كل كتلة إلى الكتلة السابقة، لذلك يؤدي تغيير كتلة قديمة إلى تغيير تجزئتها.

وسيؤدي هذا التغيير إلى قطع الارتباط بالكتل اللاحقة.

سيتعين على المهاجم إعادة تنفيذ العمل الخاص بالكتلة التي غيّرها وجميع الكتل اللاحقة، ثم تجاوز السلسلة النزيهة.

تزداد صعوبة ذلك كلما أُضيفت كتل أكثر بعد المعاملة.

ولهذا تُعد معاملات PoW القديمة عمومًا أكثر أمانًا من المعاملات الحديثة جدًا.

عدم القابلية للتغيير ليس أمرًا خارقًا، كما أنه لا يتمتع بالقوة نفسها في جميع سلاسل PoW.

فهو يعتمد على معدل التجزئة والحوافز الاقتصادية وتوزيع الشبكة وعمق التأكيد.

في سلسلة PoW قوية، قد تصبح إعادة كتابة السجل القديم مكلفة للغاية.

أما في سلسلة PoW ضعيفة، فقد تكون إعادة تنظيم السجل أسهل.

إثبات العمل والانقسامات

يحدث الانقسام عندما تنقسم البلوكشين إلى فروع أو مجموعات قواعد مختلفة.

قد تحدث الانقسامات المؤقتة طبيعيًا عندما يعثر المعدّنون على كتل في وقت متقارب جدًا.

تحل هذه الانقسامات القصيرة عادةً عندما يراكم أحد الفروع عملًا أكثر.

وقد تحدث انقسامات أطول أمدًا عندما تختلف المجتمعات بشأن القواعد أو الترقيات أو الحوكمة.

في انقسام PoW، قد يختار المعدّنون السلسلة التي سيعدّنون عليها.

وقد يختار المستخدمون والعقد والمحافظ والشركات والمطورون أيضًا القواعد التي سيدعمونها.

لا يمنع PoW الخلافات الاجتماعية.

بل يوفر آلية لترتيب الكتل وفق مجموعة قواعد مختارة.

وعندما تختلف المجتمعات بشأن القواعد نفسها، يصبح اختيار البرمجيات والتنسيق الاقتصادي مهمين.

لهذا تظل الحوكمة مهمة حتى في أنظمة PoW.

إثبات العمل ورسوم المعاملات

تساعد رسوم معاملات PoW المستخدمين على التنافس على مساحة الكتل المحدودة.

عندما يرتفع الطلب، قد يدفع المستخدمون رسومًا أعلى للحصول على تأكيد أسرع.

وعندما ينخفض الطلب، قد تكون الرسوم أقل بسبب قلة المنافسة على مساحة الكتل.

غالبًا ما يكون لدى المعدّنين حافز اقتصادي لإدراج المعاملات الأعلى رسومًا أولًا، مع احتمال اختلاف التفاصيل بحسب البرمجيات والمجمع.

تساعد الرسوم أيضًا على حماية الشبكة من الرسائل غير المرغوب فيها، لأن كل معاملة تستهلك مساحة كتل محدودة.

ومع انخفاض إعانات الكتل، قد تصبح الرسوم جزءًا أكبر من إيرادات المعدّنين.

وهذا يجعل سوق الرسوم مهمًا لاستدامة PoW على المدى الطويل.

ينبغي للمستخدمين إدراك أن رسوم PoW ليست مجرد دفعة للمعدّنين.

بل تمثل أيضًا مؤشرًا سوقيًا إلى الطلب على التسوية.

يمكن لسوق رسوم سليم دعم الأمان، لكن الرسوم المرتفعة قد تجعل المعاملات الصغيرة أقل عملية على الطبقة الأساسية.

فوائد إثبات العمل

الفائدة الأولى لـ PoW هي الأمان المُجرّب عبر الزمن.

تستخدم Bitcoin إثبات العمل منذ إطلاقها، وقد خضع نموذجها الأمني للدراسة لسنوات طويلة.

الفائدة الثانية هي إتاحة المشاركة المفتوحة في إنتاج الكتل.

لا يحتاج المعدّنون إلى موافقة جهة مركزية على نشاطهم التعديني.

الفائدة الثالثة هي سهولة التحقق.

العثور على تجزئة PoW صحيحة صعب، لكن التحقق منها سهل.

الفائدة الرابعة هي أن الهجمات تفرض تكلفة واقعية.

يجب على المهاجم السيطرة على أجهزة وطاقة مكلفتين للتغلب على المعدّنين النزيهين.

الفائدة الخامسة هي وضوح قاعدة اختيار السلسلة.

يمكن للعقد مقارنة إثبات العمل المتراكم لتحديد السلسلة الصحيحة التي ستتبعها.

الفائدة السادسة هي الاستقلال عن التصويت بالتوكنات.

يعتمد أمان PoW على إنفاق موارد خارجية، لا على امتلاك الأصل الأصلي وحده.

قيود إثبات العمل

القيد الأول لـ PoW هو استهلاك الطاقة.

يجب على الشبكة استهلاك الكهرباء باستمرار للحفاظ على نموذجها الأمني.

القيد الثاني هو المنافسة على الأجهزة.

قد تهيمن أجهزة ASIC المتخصصة وعمليات التعدين الاحترافية على التعدين.

القيد الثالث هو تركّز مجمعات التعدين.

حتى عند وجود عدد كبير من المعدّنين، قد تتركز سلطة إنتاج الكتل لدى المجمعات.

القيد الرابع هو الإنهاء الاحتمالي.

تصبح المعاملات أصعب في الإلغاء مع زيادة التأكيدات، لكن الإنهاء ليس فوريًا.

القيد الخامس هو انخفاض معدل المعالجة على الطبقة الأساسية في كثير من تصميمات PoW.

وقد يصعب رفع معدل المعالجة من دون الإضرار باللامركزية.

القيد السادس هو عدم اليقين بشأن الرسوم على المدى الطويل.

مع انخفاض الإعانات، يجب أن توفر أسواق الرسوم إيرادات كافية للمعدّنين لدعم الأمان.

القيد السابع هو الضغوط البيئية والسياسية.

قد يجذب تعدين PoW انتقادات أو تنظيمًا أو نزاعات محلية، لأنه يستهلك موارد طاقة ظاهرة.

إثبات العمل مقابل إثبات العمل المفيد

ينفذ التعدين التقليدي باستخدام PoW عادةً عمليات تجزئة يكون هدفها الأساسي تأمين البلوكشين.

أما إثبات العمل المفيد فهو فكرة أوسع، قد يؤدي فيها العمل أيضًا مهمة خارجية مفيدة.

قد تشمل الأمثلة الحوسبة العلمية أو أعباء عمل الذكاء الاصطناعي أو التصيير أو إثباتات التخزين أو أعمالًا إنتاجية أخرى.

تبدو هذه الفكرة جذابة لأنها تسعى إلى توظيف عمل التعدين لغرض إضافي يتجاوز الإجماع.

لكن من الصعب دمج العمل المفيد بطريقة آمنة.

يجب أن يكون لغز الإجماع سهل التحقق وصعب التزوير، وأن يصعب حسابه مسبقًا بطريقة غير عادلة، وأن يقاوم التلاعب.

لا تستوفي مهام مفيدة كثيرة هذه المتطلبات بطبيعتها.

يستخدم PoW التقليدي حساب التجزئة لأنه بسيط وموضوعي ويسهل على العقد التحقق منه.

لا يزال إثبات العمل المفيد مجالًا نشطًا للتصميم، لكنه يختلف عن النموذج التقليدي المشابه لـ Bitcoin.

ينبغي للمستخدمين دراسة الافتراضات الأمنية بعناية عندما يدعي مشروع استخدام العمل المفيد.

مفاهيم خاطئة شائعة عن إثبات العمل

من المفاهيم الخاطئة أن المعدّنين يحلون مسائل رياضية ذات معنى، مثل مسائل المدرسة.

في معظم أنظمة PoW، يحسب المعدّنون تجزئة بيانات الكتلة مرارًا إلى أن تظهر نتيجة صحيحة.

ومن المفاهيم الخاطئة أن المعدّنين وحدهم يتحكمون في الشبكة.

للعقد الكاملة أهمية أيضًا، لأنها تفرض قواعد الإجماع وترفض الكتل غير الصحيحة.

ومن المفاهيم الخاطئة أن معاملات PoW نهائية فورًا.

تزداد قوة إنهاء PoW مع التأكيدات، لكن يمكن إعادة تنظيم المعاملات الحديثة.

ومن المفاهيم الخاطئة أن جميع سلاسل PoW تتمتع بالأمان نفسه.

يعتمد الأمان على معدل التجزئة والحوافز الاقتصادية وتوزيع المعدّنين والرسوم وقواعد الشبكة.

ومن المفاهيم الخاطئة أن استهلاك الطاقة يعني الهدر تلقائيًا.

استهلاك الطاقة في PoW حقيقي ومثير للجدل، لكن تقييمه يعتمد على فوائد الأمان ومصادر الطاقة والتكاليف البديلة والأولويات الاجتماعية.

أفضل الممارسات للمستخدمين

ينبغي للمستخدمين انتظار عدد كافٍ من التأكيدات قبل اعتبار دفعة كبيرة على PoW نهائية.

كما ينبغي لهم إدراك أن سلاسل PoW الأصغر قد تتطلب حذرًا أكبر، لأنها أسهل عرضة للهجمات.

ينبغي التحقق من رسوم المعاملات قبل إرسال الأموال في فترات الازدحام.

كما ينبغي حماية المفاتيح الخاصة، لأن PoW لا يستطيع استرداد الأموال من محفظة مسروقة.

ينبغي عدم الخلط بين أمان التعدين وأمان المحفظة.

كما ينبغي التحقق من السلسلة وتنسيق العنوان المستخدمين قبل إرسال الأصول.

ينبغي إدراك أن مكافآت التعدين لا تضمن ارتفاع السعر.

كما ينبغي تجنب عمليات احتيال التعدين السحابي التي تعد بعوائد غير واقعية.

ينبغي التعامل مع تعدين PoW بوصفه نشاطًا تجاريًا تنافسيًا له تكاليف ومخاطر ومتطلبات تقنية.

ينبغي دراسة معدل التجزئة وتوزيع التعدين وسوق الرسوم ونشاط التطوير في شبكة PoW قبل الاعتماد عليها لتسوية معاملات عالية القيمة.

أفضل الممارسات للمعدّنين

ينبغي للمعدّنين حساب الربحية مع مراعاة تكلفة الأجهزة وسعر الكهرباء ورسوم المجمع والتبريد والصيانة والتوقف والضرائب والتقلب المتوقع للمكافآت.

كما ينبغي فهم تعديل الصعوبة، لأن ارتفاع معدل التجزئة في الشبكة قد يقلل حصة المعدّن من المكافآت.

ينبغي اختيار مجمعات التعدين بعناية للحد من مخاطر المركزية وتحسين موثوقية الدفعات.

كما ينبغي تأمين عناوين المحافظ المستخدمة لتلقي الدفعات.

ينبغي مراقبة البرامج الثابتة واتصالات المجمعات وأنظمة الطاقة والظروف الحرارية.

كما ينبغي تجنب برمجيات التعدين المشبوهة وتحديثات البرامج الثابتة المزيفة.

ينبغي فهم القواعد المحلية المتعلقة باستخدام الطاقة وتسجيل الأعمال وإعداد التقارير والضرائب.

ينبغي التخطيط لعمليات التنصيف، لأن انخفاض الإعانات قد يغير الربحية بشدة.

كما ينبغي مراعاة موثوقية الطاقة والتكاليف التشغيلية طويلة الأجل، لا أسعار التوكنات قصيرة الأجل فقط.

التعدين ليس دخلًا سلبيًا، بل نشاط بنية تحتية ينطوي على مخاطر تقنية وسوقية.

الأسئلة الشائعة

ماذا يعني إثبات العمل؟

يعني إثبات العمل أن على المعدّن تنفيذ عمل حسابي، عادةً عبر حساب التجزئة مرارًا، قبل أن تقبل الشبكة كتلة جديدة.

لماذا تستخدم Bitcoin إثبات العمل؟

تستخدم Bitcoin إثبات العمل لترتيب المعاملات ومنع الإنفاق المزدوج وجعل إعادة كتابة سجل السلسلة مكلفة وتأمين الإجماع اللامركزي.

ما التعدين في إثبات العمل؟

التعدين هو استخدام الأجهزة للبحث عن تجزئة كتلة صحيحة تستوفي هدف صعوبة الشبكة.

ما هدف الصعوبة في PoW؟

هدف الصعوبة هو الحد الذي يجب أن تقل عنه تجزئة الكتلة حتى تُعد الكتلة صحيحة.

لماذا تعدل Bitcoin صعوبة التعدين؟

تعدل Bitcoin صعوبة التعدين للحفاظ على متوسط إنتاج الكتل قريبًا من 10 دقائق، حتى مع تغير إجمالي معدل التجزئة في الشبكة.

ما معدل التجزئة؟

معدل التجزئة هو مقدار عمل التجزئة الذي ينفذه المعدّنون في الثانية أثناء محاولتهم العثور على كتل PoW صحيحة.

ما هجوم 51%؟

يحدث هجوم 51% عندما يسيطر المهاجم على قدرة تعدين كافية لإعادة تنظيم الكتل الحديثة أو فرض الرقابة على المعاملات أو محاولة الإنفاق المزدوج.

هل يستطيع المعدّنون سرقة العملات من المحافظ؟

لا، لا يستطيع المعدّنون عادةً سرقة العملات من المحافظ من دون المفاتيح الخاصة، لكن يمكنهم التأثير في ترتيب الكتل والتأكيدات إذا سيطروا على قدر كافٍ من معدل التجزئة.

هل يضر إثبات العمل بالبيئة؟

يستهلك إثبات العمل قدرًا كبيرًا من الطاقة، ويعتمد أثره البيئي على مصادر الطاقة وموقع التعدين والكفاءة وتأثيره في الشبكة الكهربائية وخيارات السياسات.

هل إثبات العمل أفضل من إثبات الحصة؟

لا يوجد نموذج أفضل في جميع الحالات، لأن PoW وPoS يعتمدان على افتراضات أمنية وتكاليف ومفاضلات مختلفة في اللامركزية والحوكمة.

هل ما زالت Ethereum تستخدم إثبات العمل؟

لا، انتقلت Ethereum من إثبات العمل إلى إثبات الحصة خلال The Merge في 15 سبتمبر 2022.

هل يستطيع أي شخص تعدين عملات PoW؟

تتيح شبكات PoW كثيرة التعدين، لكن التعدين المربح يتطلب غالبًا أجهزة متخصصة وكهرباء منخفضة التكلفة ومهارات تقنية وإدارة دقيقة للتكاليف.

الخاتمة

إثبات العمل (PoW) إحدى أهم آليات الإجماع في العملات المشفرة، لأنه يستخدم العمل الحسابي لتأمين بلوكشين عام.

وهو يتيح للمعدّنين التنافس على مكافآت الكتل، بينما تتحقق العقد من امتثال الكتل للقواعد.

يجعل PoW إعادة كتابة سجل المعاملات مكلفة، لأن على المهاجم إعادة تنفيذ العمل المتراكم والتفوق على المعدّنين النزيهين.

ساعد هذا التصميم Bitcoin على حل مشكلة الإنفاق المزدوج من دون الاعتماد على جهة مركزية لحفظ السجلات.

لكن PoW يفرض مفاضلات فعلية أيضًا.

فهو يوفر نموذج أمان مُجرّبًا وسهولة في التحقق ومشاركة مفتوحة في التعدين ومقاومة قوية لمحاولات إعادة كتابة السجل العشوائية.

كما يستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة ويشجع المنافسة على الأجهزة المتخصصة وينشئ مخاطر تركّز مجمعات التعدين ويعتمد على الحوافز طويلة الأجل للمعدّنين.

ينبغي للمستخدمين إدراك أن أمان PoW لا يعتمد على معدل التجزئة وحده، بل يشمل العقد والرسوم وتوزيع التعدين والحوافز وعمق التأكيدات.

وينبغي للمعدّنين إدراك أن تعدين PoW نشاط تجاري في مجال البنية التحتية، وليس دخلًا سلبيًا مضمونًا.

أبسط طريقة لفهم إثبات العمل هي أن المعدّنين ينفقون موارد حسابية حقيقية لكسب حق إضافة الكتل، بينما تستطيع بقية الشبكة التحقق بسهولة من صحة هذا العمل.