سختی شبکه یا سختی استخراج در ارزهای دیجیتال معیاری است که نشان می دهد استخراج یک بلوک در یک بلاک چین برای یک ارز دیجیتال خاص چقدر دشوار است. دشواری بالای ارزهای دیجیتال به این معنی است که برای تأیید تراکنش‌های وارد شده در یک بلاک چین، به قدرت محاسباتی بیشتری نیاز دارد (فرآیندی به نام ماینینگ). سختی شبکه کریپتوکارنسی پارامتری است که بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال از آن برای ثابت نگه داشتن میانگین زمان بین بلوک ها با تغییر قدرت هش شبکه استفاده می کنند. دشواری ارزهای دیجیتال مهم است زیرا سختی شبکه بالا می تواند به ایمن کردن شبکه بلاک چین در برابر حملات مخرب کمک کند.

درک مفهوم سختی شبکه ارزهای دیجیتال

بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتالی که از بلاک چین های اثبات کار استفاده می کنند، از طریق فرآیند استخراج حفظ می شوند. ماینرها تراکنش هایی را که روی یک بلاک چین انجام می شود تأیید می کنند و وظایف حسابرسان را برای جلوگیری از تقلب و اطمینان از مشروعیت تراکنش ها انجام می دهند. ماینینگ توسط بنیانگذار بیت کوین، ساتوشی ناکاموتو طراحی شد.

در این سیستم، ماینرها که نرم‌افزار ارز دیجیتال را روی رایانه‌های خود اجرا می‌کنند، برای یافتن یک بلوک جدید با هم رقابت می‌کنند و جدیدترین دسته از داده‌های تراکنش را به زنجیره اضافه می‌کنند. زمانی که تراکنش های کافی تایید شد، یک بلوک جدید به بلاک چین اضافه می شود. ممکن است ماینرها برای تلاش های خود هزینه ای دریافت کنند اما قبل از اینکه یک ماینر بتواند غرامت دریافت کند، شرایط دیگری وجود دارد. میزان قدرت محاسباتی مورد نیاز برای استخراج یک بلوک با سختی شبکه ارز دیجیتال نشان داده می شود. مدت زمانی که برای یافتن یک بلوک جدید طول می‌کشد به سطح سختی ارز دیجیتال و شانس تصادفی بستگی دارد.

برای اندازه‌گیری سختی شبکه ارز دیجیتال یک بلوک جدید، درک قدرت هش مهم است که نشان‌دهنده قدرت محاسباتی ترکیبی مورد استفاده برای استخراج و پردازش تراکنش‌ های روی بلاک چین است.

هش های تصادفی

هش یک کد الفبایی است که برای نمایش کلمات یا داده ها استفاده می شود. استخراج‌ کننده‌ها دسته‌ای از داده‌های تراکنش را می‌گیرند و آن را از طریق یک الگوریتم هش اجرا می‌کنند، یک تابع یک طرفه که با توجه به مجموعه‌ای از داده‌ها، همیشه خروجی یکسانی را تولید می‌کند اما خروجی آن برای نمایش داده‌های اصلی قابل برگشت نیست. الگوریتم های هش برای ایجاد این کدهای هش تصادفی استفاده می شود. قبل از اینکه بتوان داده‌های جدیدی را به یک بلاک چین اضافه کرد، ماینرها باید برای تولید هش کمتر یا برابر با یک مقدار عددی به نام هش هدف رقابت کنند.

ماینرها فرآیند هش را با تغییر یک مقدار به نام عدد نانس (nonce) انجام می دهند یا عددی که یک بار استفاده می شود و هر بار که نانس تغییر می کند، یک هش جدید با مجموعه اعداد خاص خود ایجاد می شود. هیچ راهی برای پیش‌بینی اینکه هش چگونه خواهد بود وجود ندارد و از آنجایی که هر مجموعه از داده‌ها تنها یک خروجی برای یک تابع هش معین دارد، استخراج‌کنندگان باید فرآیند اضافه کردن یک عدد نانس جدید به داده‌ها را تا زمانی که نیاز هش را برآورده کنند، تکرار نمایند.

سختی شبکه ارزهای دیجیتال

الزامی که یک هش باید برآورده کند با سختی شبکه مطابقت دارد. یک هش معتبر باید کمتر از مقدار هدف مشخصی باشد که به صورت خودکار (و به صورت دوره‌ای تنظیم می‌شود) توسط پروتکل ارز دیجیتال تنظیم می‌شود. هرچه مقدار هدف کمتر باشد، یک ماینر باید تعداد تکرارهای بیشتری از تابع هش را طی کند تا به نتیجه قابل قبولی دست یابد (به عبارت دیگر، دشواری بالاتر است). یک ماینر در تئوری می تواند خوش شانس باشد و در اولین تلاش یک هش معتبر برای یک بلوک معین به دست آورد. با این حال، با گذشت زمان، سختی بالاتر به این معنی است که ماینرها باید به طور متوسط در هر بلوک، تعداد بیشتری از نانس ها را وصل کنند.

افراد و سازمان ها قدرت محاسباتی خود را از طریق ریگ های ماینینگ خود برای پردازش داده ها و تولید هش ها به اشتراک می گذارند. قدرت هش یک شبکه ارز دیجیتال، کل نرخ هش تمام دکل های ماینینگ را نشان می دهد. نرخ هش تعداد هش هایی است که می توان در هر ثانیه محاسبه کرد.

از آنجایی که هر هش به‌طور تصادفی ایجاد می‌شود، می‌تواند میلیون‌ها حدس یا هش را قبل از برآورده شدن نیاز هش هدف و ضرب سکه‌های ارز دیجیتال جدید برای ماینر موفق انجام دهد. تنها پس از آن تراکنش ها به یک بلوک جدید در بلاک چین اضافه می شوند. به نوعی، فرآیند هش شبیه به سیستم قرعه کشی است. در نتیجه، سکه های جدید از طریق این فرآیند استخراج صادر می شود.

نکته:

هرچه نرخ هش بالاتر باشد، کنترل بلاک چین برای یک کلاهبردار دشوارتر است زیرا به قدرت هش بیشتری نیاز است. به عبارت دیگر، هر چه سختی شبکه بالاتر باشد، امنیت شبکه بیشتر می شود.

مزایای سختی شبکه ارزهای دیجیتال

ممکن است تعجب کنید که چرا شرکت کنندگان یک شبکه سختی ارز دیجیتال بالاتری را ایجاد می کنند اگر نتیجه به این معنی باشد که ماینرها یک کار را بارها و بارها تکرار می کنند. دو مزیت کلیدی برای سختی ارزهای دیجیتال وجود دارد.

نرخ ثابت بلوک های جدید

وایت پیپر بیت کوین توسط ساتوشی ناکاموتو توضیح می دهد که چگونه سختی شبکه اثبات کار به تولید مداوم بلوک های جدید اضافه شده به بلاک چین کمک می کند.

برای جبران افزایش سرعت سخت‌افزار و علاقه متفاوت به اجرای گره‌ ها در طول زمان، دشواری اثبات کار با میانگین متحرک تعیین می‌شود که میانگین تعداد بلوک‌ها در ساعت را هدف قرار می‌دهد. اگر آنها خیلی سریع تولید شوند، سختی شبکه افزایش می‌یابد. 

بیت کوین طوری طراحی شده است که به طور متوسط هر 10 دقیقه یک بلاک جدید به بلاک چین اضافه می کند. هدف دیگر ارزهای رمزنگاری شده برای بلوک های مکرر است. برای مثال لایت کوین 2.5 دقیقه را هدف قرار می دهد. مسئله این است که میزان قدرت محاسباتی که ماینرهای شبکه به طور جمعی کنترل می کنند می تواند بسیار متفاوت باشد.

هنگامی که ساتوشی ناکاموتو اولین بلوک را استخراج کرد، تنها یک دستگاه در شبکه وجود داشت (احتمالاً یک لپ‌تاپ یا کامپیوتر ساده). امروزه تعدادی مزرعه ASIC گسترده و به اندازه یک انبار وجود دارد. ASIC ها ماشین هایی هستند که به طور خاص برای زیر و رو کردن عملکردهای هش با بیشترین سرعت ممکن طراحی شده اند.

برای اطمینان از اینکه شبکه یک بلوک جدید را با نرخ متوسط ثابت تولید می کند، نرم افزار تنظیم شده است تا به طور خودکار هش هدف را بالا یا پایین تنظیم کند که به ترتیب منجر به سختی کمتر یا بالاتر می شود. وقتی ناکاموتو بلوک پیدایش را استخراج کرد، سختی شبکه بیت کوین یک بود.

امنیت شبکه

نرخ هش کلی، بینشی در مورد امنیت شبکه ارزهای دیجیتال فراهم می کند زیرا کلاهبرداران یا بازیگران بد باید بر کل قدرت هش شبکه غلبه کنند تا یک حمله مخرب را کنترل کنند. کامپیوترهای طراحی شده ویژه برای انجام توابع هش استفاده می شوند که می توانند در هر ثانیه تریلیون ها حدس بزنند تا مشکل هش را حل کنند.

هرچه سختی ارز دیجیتال بالاتر باشد، حدس ها یا هش های بیشتری برای رسیدن به نیاز هش مورد نیاز است. در نتیجه، این فرآیند به دست آوردن کنترل اکثریت (اکثریت 51 درصدی) شبکه بلاک چین نامیده می شود را برای مهاجمان بسیار دشوار و پرهزینه می کند.

مثالی از دشواری ارزهای دیجیتال

تا 2 آوریل 2021، دشواری ارز دیجیتال برای بیت کوین 23.14 تریلیون بود. اگر تغییر سختی شبکه را مقایسه کنیم، می بینیم که در 1 آوریل 2018، سختی بیت کوین 3.51 تریلیون بود.

نمودار زیر تغییرات سختی شبکه بیت کوین را در طول سال ها نشان می دهد: