هش ریت به کل قدرت محاسباتی ترکیبی که برای استخراج و پردازش معاملات در بلاکچین های اثبات کار مانند بیت کوین و اتریوم (قبل از ارتقاء 2.0) استفاده می شود، اشاره دارد. "هش" یک کد الفبایی با طول ثابت است که برای نشان دادن کلمات، پیامها و داده ها در هر طول استفاده می شود. پروژه های رمزنگاری از انواع مختلف الگوریتم های تولید هش، برای ایجاد انواع مختلف کد هش استفاده می کنند. در این مقاله قصد داریم به بررسی کامل مفهوم هش ریت و اهمیت آن بپردازیم.

هش ریت چیست؟

برای آشنایی با مفهوم هش رِیت و همچنین رابطه آن با ارز دیجیتال بیت کوین ابتدا باید فرآیند استخراج بیت کوین را به صورت اجمالی توضیح دهیم. استخراج ارز دیجیتال بیت کوین دارای سه کارکرد اصلی می باشد: انتشار بیت کوین جدید، تأیید تراکنش‌ها و تأمین امنیت شبکه بیت کوین

از طریق دادن پاداش استخراج بلوک به ماینرها (استخراج کنندگان)، بیت کوین‌های جدید وارد گردش می‌شود. ماینرها باید از طریق دستگاه‌های سخت‌ افزاری ویژه، برای دریافت پاداش اقدام به حل کردن محاسبات ریاضی پیچیده‌ای کنند که توسط یک خروجی به ظاهر تصادفی ۶۴ کاراکتری ویا یک هش تولید شده است. 

ماینرهای بیت کوین از الگوریتم هش رمزگذاری SHA-256، برای یافتن شماره هش استفاده می‌کنند. داده‌هایی در تابع هش SHA-256 توسط ماینر وارد می شود، شامل تمام تراکنش‌های جاری می باشد که با  نتیجه هش بلوک‌های قبلی، محدودیت اندازه بلوک، و نانس (nonce) منطبق هستند.

نانس (nonce) یک مقدار تصادفی می باشد که ماینر در هر تلاش هش برای به دست آوردن خروجی جدید تغییر می‌دهد. یک تغییر کوچک در ورودی، خروجی کاملاً متفاوتی را ایجاد می کند. ماینرهای رمز ارز بیت کوین به دنبال خروجی با تعداد صفر مشخص می باشند و در حال حاضر  باید اقدام به پیدا کردن هشی کنند که با نوزده صفر شروع می‌شود.

ماینرها برای کسب این عدد باید بسیار تلاش‌ کنند. بعد از این که هش پیدا شد، بلوک بسته می شود و سپس به بلاک چین افزوده می‌شود. بعد از استخراج موفقیت‌ آمیز یک بلوک، ماینرها در قالب بیت کوین تازه ایجاد شده و کارمزد تراکنش، پاداشی دریافت می‌کنند. به طور کلی می توان گفت هش ریت تعداد دفعات محاسبه یک تابع هش در ثانیه یا سرعت رسیدن ماینر به یک هش می باشد و میزان آن با افزایش تعداد ماینرهای بیت کوین اوج می‌گیرد.

اهمیت هش ریت چیست؟

هش ریت به عنوان نمایشی از امنیت شبکه

می‌توان با توجه به هش ریت، به میزان امنیت شبکه استخراج یک ارز دیجیتال پی برد. به طور کلی می توان گفت با افزایش آن، امنیت شبکه نیز افزایش می یابد. زیرا افراد خرابکار در این شرایط به قدرت بسیار بیشتری برای انجام حمله ۵۱ درصدی نیاز خواهند داشت. داشتن چنین قدرتی نیازمند همکاری صدها هزار ماینر می باشد، بنابراین احتمال اینکه یک نهاد یا فرد مخرب چنین حمله ‌ای را بتواند به تنهایی انجام دهد به شدت کاهش می یابد.

از این رو بسیاری از متخصصان توجه ویژه‌ای به هش ریت جهانی یک رمز ارز برای پی بردن به میزان امنیت آن دارند. به دلیل هش ریت پایین، چندین ارز دیجیتال در گذشته قربانی حملات ۵۱ درصدی شده‌اند، به طوری که فقط یک ماینر کنترل کل شبکه را به تنهایی به دست گرفته بود. در شبکه بیت کوین، به دلیل هش ریت جهانی فوق‌ العاده بزرگ و دست نیافتنی، احتمال موفقیت ‌آمیز بودن چنین حمله‌ای عملاً غیر ممکن می باشد.

هش ریت برای محاسبه سختی استخراج

برای محاسبه سختی استخراج نیز، از نرخ هش استفاده می‌شود. پس از ایجاد تعداد مشخصی بلوک تنظیم شده، سختی استخراج بستگی به زمان لازم برای تولید یا یافتن بلوک‌ها دارد. میانگین زمان بین ایجاد بلوک‌های ارز دیجیتال بیت کوین ۱۰ دقیقه باشد.

برنامه ریزی الگوریتم بیت کوین طوری است که سختی استخراج پس از ایجاد هر ۲۰۱۶ بلوک مجددا تنظیم می‌شود. در واقع تقریباً هر ۲ هفته یک بار، سختی بیت کوین تغییر می‌کند. دلیل تنظیم سختی شبکه این است که با اضافه شدن ماینرهای جدید، قدرت شبکه استخراج بیت کوین نیز افزایش می یابد. بنابراین افزایش هش ریت جهانی بیت کوین، کاهش زمان لازم برای ایجاد بلوک جدید را به دنبال دارد. زیرا شبکه ماینرها می‌توانند ضمن سریع تر حل کردن هش‌ها، سریع‌تر از زمان مورد نظر بلوک‌ها را تولید کنند.

الگوریتمی که کنترل کننده سختی استخراج بیت کوین می باشد، در این هنگام برای این که مجددا زمان تولید بلوک جدید به ۱۰ دقیقه مقرر باز گردد، سختی استخراج را دوباره تنظیم می‌کند. در این فرآیند پیچیده، برای تعیین مقدار قدرت شبکه، از مقدار هش ریت استفاده می‌شود. سپس برای اصلاح میزان سختی استخراج و کاهش یا افزایش آن، از این مقدار استفاده می‌شود.

شرکت‌های سخت‌ افزاری ماینینگ و هش ریت

شرکت‌های بسیار محدودی در حال حاضر وجود دارند که برای استخراج رمز ارزها از ظرفیت فنی و سخت ‌افزاری زیادی استفاده می کنند. شرکت‌هایی مانند کانن (Canaan) یا بیت مِین (Bitmain) در رمز ارزهای مختلف، به‌ویژه بیت کوین حضور گسترده‌ای دارند. فعالیت این شرکت ها محدود به ساخت ماینرهای قدرتمند اِی‌سیک (ASIC) نیست، بلکه توانسته اند انحصار قابل توجهی در این بازار را با داشتن استخرهای استخراج غول پیکر پیدا کنند. این شرکت‌ها و انحصار آنها در بازار، باعث به خطر افتادن ویژگی غیر متمرکز بودن بیت کوین می شوند. البته تاکنون برای شبکه بیت کوین، هیچ مشکل جدی رخ نداده است.

رابطه hashrate و مصرف انرژی

رابطه میان کل انرژی مصرفی شبکه بلاک چین و نرخ hashrate نکته مهم دیگری است که باید به آن توجه کرد. این رابطه خیلی ساده است، به طوری که اضافه شدن قدرت بیشتر به شبکه بلاک چین، باعث بیشتر شدن مصرف انرژی می شود. این مصرف بالا بر روی محیط زیست، اثرات غیر قابل انکاری دارد و نمی‌توان آن را نادیده گرفت.

مصرف انرژی در شبکه‌هایی مانند بیت کوین به اوج‌های جدیدی رسیده اند. به طوری که طبق برخی محاسبات، بیت کوین در یک سال، به اندازه کل کشور سوئیس (معادل حدود ۶۵ ترا وات در سال) انرژی برق مصرف کرده است. البته این به معنای هدر رفت انرژی توسط بیت کوین نمی باشد. مصرف انرژی بیت کوین در مقایسه با فرآیندهایی مانند تولید نفت یا استخراج طلا، بسیار ناچیز می باشد.

نحوه اندازه ‌گیری هش ریت

نرخ هش برای بیان کردن تعداد محاسبات در ثانیه به عنوان یک معیار عمل می کند. برای نشان دادن مقدار ریت از میلیارد، تریلیون، کوادریلیون و کوینتیلیون (۱۰۰۰ به توان ۶) می توان استفاده کرد. برای مثال، هش ریت ۱ ترا هش بر ثانیه (TH/S) نشان دهنده این است که در هر ثانیه می توان یک تریلیون محاسبه انجام داد.

این محاسبات مربوط به ماینینگ یا استخراج باشد. به فرآیند تأیید و افزودن تراکنش‌ها به یک شبکه بلاک چین، استخراج یا ماینینگ می گویند. افراد با استفاده از سخت‌ افزارهای تخصصی، اقدام به استخراج ارز های دیجیتال می‌کنند. این سخت افزارها قادر به انجام میلیاردها تریلیون محاسبه در ثانیه هستند. ماینرها پاداش های رمز ارزی را در ازای تأیید و افزودن تراکنش‌ها دریافت می‌کنند.

به طور کلی می توان گفت با افزایش ماینرهای فعال یک شبکه، افزایش نرخ هش آن شبکه را نیز شاهد خواهیم بود. زیرا برای دریافت پاداش، ماینرهای بیشتری با هم رقابت می‌کنند. همچنین زمانی که تعداد ماینرها کمتر باشد، میزان hashrate نیز کمتر می باشد.

دلیل کاهش و افزایش هش ریت چیست؟

بر روی نرخ هش، عوامل بسیاری ممکن است تأثیر بگذارد. ماینرها می‌توانند در رابطه با این که کدام رمز ارزها را استخراج کنند، تصمیم بگیرند. با توجه به این که ماینینگ برای ماینرها هزینه هایی مانند هزینه انرژی، زمان و سخت ‌افزار دارد، ماینرها به دنبال استخراج رمز ارزهایی با بیشترین بازده بالقوه در سرمایه‌ گذاری هستند.

hashrate بالا، رقابت بیشتر را نشان می دهد، اما کماکان پاداش استخراج به ماینرها انگیزه می‌دهد. برای مثال، در یک مقطع زمانی، هش ریت بیت کوین به ۱۷۹ اگزاهش در ثانیه (۱ اگزاهش معادل ۱ کوینتیلیون) رسید، اما پاداش بالقوه استخراج، برای ادامه فعالیت ماینرها را تشویق می‌کند.

به طور کلی ماینرها برای تصمیم گیری در رابطه با استخراج کوین ها، هزینه استخراج یک کوین در مقابل پاداش آن را برآورد می کنند. برای مثال پروتکل بیت کوین هر دو هفته یک بار به طور خودکار و بر اساس نرخ هش فعلی اقدام به تنظیم میزان سختی استخراج بیت کوین‌های جدید می‌کند. با افزایش نرخ هش، سختی استخراج نیز افزایش می یابد و با کاهش نرخ هش، سختی استخراج هم کاهش پیدا می‌کند. ماینرها می‌توانند میزان بازدهی استخراج هر ارز دیجیتال را با توجه به این سختی بسنجند. در واقع می توان گفت این یک سیستم خود تنظیم کننده می باشد.

در صورت کاهش میزان هش چه اتفاقی می‌افتد؟

hashrate با قیمت بیت کوین و ارزهای دیجیتال دیگر، رابطه نزدیکی دارد. هش کمتر به معنای این است که به قدرت محاسباتی کمتری برای محاسبه و افزودن تراکنش به بلاک چین آن ارز دیجیتال نیاز است. ممکن است این وضعیت باعث متمرکز شدن آن رمز ارز شود، چون به ماینرهای کمتری برای تسلط بر کل شبکه نیاز است.

هرچه میزان غیر متمرکز بودن یک رمز ارز کمتر باشد، ریسک آن نیز بیشتر خواهد بود. در صورتی که یک هکر بر روی شبکه‌ای مسلط شود، می‌تواند آن را به شدت مختل کند. این موضوع برای سرمایه ‌گذاران و پلتفرم‌های رمز ارزی، یک خطر بزرگ محسوب می شود. در صورتی که نرخ هش رمز ارزی به سرعت یا به تدریج در حال کاهش باشد، این احتمال وجود دارد که معامله کردن آن رمز ارز توسط پلتفرم‌های رمز ارزی محدود شوند یا از لیست آنها حذف شوند تا مانع از نابودی سرمایه خود و مشتریان شود.

در صورت افزایش هش ریت چه اتفاقی می‌افتد؟

نرخ هش بالاتر به معنای این است که به قدرت محاسباتی بیشتری برای تأیید و افزودن تراکنش‌ها به بلاک چین یک ارز دیجیتال نیاز است. در نتیجه باعث افزایش امنیت ارز دیجیتال می‌شود، زیرا در این صورت به انرژی و زمان بیشتر و همچنین ماینرهای بیشتری برای تسلط بر کل شبکه نیاز خواهد بود.

نحوه محاسبه هش ریت

همان‌ طور که در مطالب بالاتر اشاره شد، نرخ هش واحدی است که اندازه گیری آن بر حسب تعداد هش در ثانیه یا [h/s] صورت می گیرد. در ادامه بعضی از واحدهای معمول برای اشاره به هش ریت را معرفی کرده ایم.

واحدهای hashrate

kH/s 1 معادل ۱۰۰۰ هش در ثانیه

MH/s 1 معادل یک میلیون هش در ثانیه

GH/s 1 معادل یک میلیارد هش در ثانیه

TH/s 1 معادل یک تریلیون هش در ثانیه

PH/s 1 معادل یک کوادریلیون هش در ثانیه

EH/s 1 معادل یک کوینتیلیون هش در ثانیه

هش ریت و توزیع هش شبکه بیت کوین در حال حاضر

در حال حاضر hashrate شبکه بیت کوین ۵۰ تراهش بر ثانیه است که این مقدار با افزایش تعداد ماینرها، بیشتر می شود و در نهایت باعث بیشتر شدن سختی شبکه می‌شود. یک وابستگی میان نرخ هش، سختی استخراج و پاداش ماینرها از جوانب مختلف به یکدیگر وجود دارد. به طوری که با افزایش سختی شبکه بیت کوین، به نرخ هش بیشتری برای استخراج/یافتن بلوک‌ها نیاز است و در نهایت پاداش بلوک ۶/۲۵ بیت کوینی به علاوه کارمزد تراکنش به ماینرها داده می شود.

با توجه به این که با پیوستن ماینرهای بیشتر به شبکه، سختی شبکه بیت کوین افزایش می‌یابد، در نهایت قدرت هش نیز باید افزایش یابد. (به این صورت که باید تلاش‌های محاسباتی بیشتری در ثانیه برای یافتن راه ‌حل انجام شود). در خود پروتکل بیت کوین این همبستگی جالب اعمال شده است و همیشه متوسط زمان اضافه شدن بلوک جدید ۱۰ دقیقه می باشد. برخی از افراد به دنبال استخراج بیت کوین از طریق تأمین قدرت محاسباتی برای شبکه بیت کوین هستند، اما این کار بسیار انرژی ‌بر و پرهزینه می باشد و هر کسی قادر به انجام آن نیست.

رابطه هش ریت با بیت کوین چیست؟

با توجه به این که hashrate بالا نشان دهنده ورود ماینرها به حوزه استخراج می باشد، علاوه بر وارد شدن فشار مضاعف بر روی سخت‌ افزار استخراج، باعث افزایش سختی استخراج هم می شود. بنابراین انتظار می رود که قیمت بیت کوین با افزایش هش ریت، صعود قابل توجهی داشته باشد، در غیر این صورت این احتمال وجود دارد که فعالیت بسیاری از ماینرها متوقف شود.

با توجه به بالا بودن بهای انرژی، ماینرها باید در بالای یک سطح قیمتی مشخص بیت کوین‌های خود را بفروشند تا فعالیت آنها سودده باشد. در نتیجه بر قیمت بیت کوین فشار مثبتی وارد می شود. با توجه به دو عامل اصلی می‌توان گفت که بین هش ریت و قیمت رمز ارز با توجه به فرضیات امنیتی یک همبستگی وجود دارد. در ادامه به بررسی دو سوال پایین در رابطه با hashrate و قیمت می پردازیم:

- آیا ارتباطی میان hashrate پروتکل بیت کوین با قیمت آن وجود دارد؟

- چرا hashrate بالاتر باعث جذب سرمایه‌ گذاران بلند مدت بیشتری می شود؟

hashrate بیت کوین همواره در حال رشد می باشد. در واقع نمودار لگاریتمی هش ریت نشان می دهد که از زمان پیدایش بیت کوین، hashrate این رمز ارز همیشه در حال رشد بوده است. همچنین استخراج بیت کوین به دلیل تنظیم سختی استخراج که عمدتاً صعودی بوده، بیش از پیش گران شده است، زیرا ماینرها باید منابع (تجهیزات و برق) بیشتری را برای تأیید اعتبار یک بلوک و دریافت پاداش آن صرف کنند.

همچنین قیمت بیت کوین به دلیل نصف شدن پاداش پروتکل بیت کوین (هاوینگ) و رسیدن آن به ۶/۲۵ بیت کوین برای هر بلوک رشد چشمگیری داشته است. هاوینگ (halving) بر قیمت بیت کوین فشار مضاعفی وارد می‌کند که باعث می شود قیمت بیت کوین به سطوح قیمتی جدیدی دست پیدا کند. 

رابطه هش ریت و قیمت بیت کوین

همبستگی مشخصی بین hashrate و قیمت بیت کوین وجود دارد. hashrate معمولاً اندیکاتور پیشرونده اصلی می باشد ( البته در دوره صعودی سال ۲۰۱۲ تا ۲۰۱۴ قبل از hashrate، قیمت شروع به افزایش کرد). البته دلیل این امر می‌تواند این باشد که در واقع اولین باری بود که به طور تصاعدی قیمت بیت کوین صعود و ریزش کرد (۲۰۱۱ تا ۲۰۱۲). بنابراین در رابطه با این که آیا قیمت مجددا به سطوح قبل بر می‌گردد یا نه، پیش بینی سخت بود؛ در واقع می توان گفت تعداد ماینرها به دلیل هزینه ‌های بالای تجهیزات و برق و همچنین کاهش سود دهی فرآیند استخراج، به شدت کاهش پیدا کرد.

پس از افزایش قیمت بیت کوین در اوایل ماه مارس ۲۰۱۳ و تجربه سطح قیمتی بالاتر از سقف قبلی، افزایش hashrate شبکه رخ داد، زیرا مردم اعتماد بیشتری به بیت کوین پیدا کردند. با بررسی چرخه‌های گاوی/خرسی بعدی می توان به اثبات بیشتری برای این قضیه دست پیدا کرد. hashrate بیت کوین پس از رکود قیمت در سال ۲۰۱۴، همچنان در حال افزایش بود. حدودا 2 سال و 6 ماه طول کشید تا قیمت بالاترین سطح تاریخی جدید خود را ببیند و هر چند به طور مختصر بار دیگر از hashrate خود پیشی بگیرد.

اگرچه در اواخر سال ۲۰۱۸ قیمت بیت کوین دوباره وارد فاز نزولی شد و به سطح ۴۰۰۰ دلار رسید اما پس از آن hashrate افزایشی شده و بدون وقفه در حال رشد بوده است.  به نظر می‌رسد با این وجود، ماینرها برنامه‌های خود را قبل از حرکت قیمت رو کنند. برای مثال، پس از این که در اواخر دسامبر ۲۰۱۸ افت قیمت رخ داد و قبل از شروع رالی صعودی قیمت در حدود فوریه ۲۰۱۹، ماینرها شروع به پمپ کردن hashrate کردند. همچنین بین نرخ هش و امنیت شبکه رابطه روشنی وجود دارد که جذب سرمایه ‌گذاران بلند مدت را به دنبال دارد.