النقاط الرئيسية
إثبات العمل (PoW) هو آلية إجماع تم إنشاؤها لمنع الإنفاق المزدوج في أنظمة الدفع الرقمية.
يعد PoW جزءًا أساسيًا من عملية التعدين التي تتضمن إضافة كتل جديدة من المعاملات إلى blockchain وإنشاء وحدات جديدة من العملة المشفرة.
تستخدم Bitcoin والعديد من العملات المشفرة الأخرى إثبات العمل (PoW) كوسيلة لتأمين شبكة blockchain وبياناتها.
مقدمة
باختصار، إثبات العمل (PoW) هو آلية تم إنشاؤها لمنع الإنفاق المزدوج في أنظمة الدفع الرقمية. تستخدم Bitcoin والعديد من العملات المشفرة الأخرى إثبات العمل (PoW) كوسيلة لتأمين شبكة blockchain وبياناتها. غالبًا ما تسمى هذه الآليات بخوارزميات الإجماع أو آليات الإجماع لأنها تتضمن أطرافًا متعددة للوصول إلى الإجماع دون الحاجة إلى الثقة ببعضهم البعض.
كان إثبات العمل (Proof of Work) أول خوارزمية إجماع ظهرت، وما يزال واحدًا من أهمها إلى جانب إثبات الحصة (PoS). تم تقديم PoW بواسطة ساتوشي ناكاموتو في ورقة البيتكوين البيضاء عام 2008، لكن التقنية نفسها تم تصورها قبل ذلك بوقت طويل.
يُعد HashCash الخاص بآدم باك أحد الأمثلة الأولى على خوارزمية لإثبات العمل قبل ظهور العملات الرقمية. ومن خلال اشتراط قيام المرسلين بإجراء حساب بسيط قبل إرسال بريد إلكتروني، تمكن المستلمون من تقليل تأثير البريد العشوائي. لم تكن تكلفة هذا الحساب تقريبًا شيئًا على مرسل شرعي، لكن بالنسبة لمن يرسلون رسائل بالجملة كانت التكاليف تصبح مرتفعة بسرعة.
ما هو الإنفاق المزدوج؟
يحدث الإنفاق المزدوج عندما يتم إنفاق نفس الأموال أكثر من مرة. يُستخدم المصطلح تقريبًا حصريًا في سياق العملات الرقمية—بعد كل شيء، سيكون من الصعب عليك إنفاق نفس المال المادي مرتين.
عندما تدفع اليوم مقابل فنجان قهوة، تُسلّم المال لشخص من المحتمل أن يحتفظ به في جهاز كاشير. لا يمكنك الذهاب إلى المقهى الآخر عبر الشارع ودفع ثمن قهوة أخرى باستخدام نفس الورقة النقدية. ومع ذلك، ففي الأنظمة التي تستخدم المال الرقمي، توجد إمكانية للقيام بذلك.
ربما تكون قد كررت ملفًا على جهاز الكمبيوتر باستخدام أوامر النسخ واللصق من قبل. كما أنه من السهل إرسال نفس الملف بالبريد الإلكتروني إلى عشرات الأشخاص. وبما أن المال الرقمي لا يُعدو كونه بيانات، فأنت بحاجة إلى منع الأشخاص من إنفاق نفس الوحدات مرتين، أي نسخها وإنفاقها في أماكن مختلفة. إذا كان نظام الدفع الرقمي لا يستطيع منع الإنفاق المزدوج، فسينهار بسرعة كبيرة.
لمزيد من التحليل حول الإنفاق المزدوج، راجع المقال: دليل حول الإنفاق المزدوج.
لماذا يلزم إثبات العمل؟
إذا كنت قد قرأت مقالنا عن تقنية البلوك تشين، فأنت تعلم أن مستخدمي العملات الرقمية يقومون بإرسال المعاملات إلى الشبكة باستمرار. ومع ذلك، لا تُعد هذه المعاملات صالحة على الفور—يحدث ذلك فقط عندما يتم تأكيدها وإضافتها إلى سلسلة الكتل.
تعمل سلسلة كتل البيتكوين، على سبيل المثال، كقاعدة بيانات للمعاملات العامة (ledger/دفتر الأستاذ) يمكن لجميع المستخدمين رؤيتها. تخيل هذا السيناريو: أنت وثلاثة من أصدقائك لديكم دفتر ملاحظات لتتبّع معاملات البيتكوين. في كل مرة يريد أحدكم تحويل قيمة، تقومون بتسجيل ذلك:
دفعت أليس 5 BTC إلى بوب؛ وقام بوب بدفع 2 BTC إلى كارول، وهكذا.
لكن في كل مرة تقوم فيها بمعاملة، فإنك تشير إلى المعاملة التي جاءت منها الأموال. لذلك إذا كان بوب يدفع كارول مقابل 2 BTC، فسيكون الإدخال كالتالي:
قام بوب بدفع 2 BTC إلى كارول، وهي القيمة التي جاءت من المعاملة السابقة مع أليس.
الآن لدينا طريقة لتتبّع وحدات BTC. إذا حاول بوب إجراء معاملة أخرى باستخدام نفس الـ 2 BTC التي أرسلها للتو إلى كارول، فسيعرف الجميع ذلك فورًا. لن يسمح الفريق بإضافة المعاملة إلى دفتر الملاحظات لأن هذه الـ 2 BTC قد تم إنفاقها بالفعل.
قد يعمل ذلك بشكل جيد في مجموعة صغيرة. وبما أن الجميع يعرف بعضه بعضًا، فربما يتوصلون إلى اتفاق حول الأصدقاء الذين يمكنهم إضافة المعاملات إلى دفتر الملاحظات. لكن ماذا لو أردنا مجموعة من 10,000 مشارك؟ لن تكون فكرة دفتر الملاحظات مناسبة، لأن أحدًا لا يريد الثقة في غريب لإدارة سجلات المعاملات.
هنا يأتي دور إثبات العمل. فهو يضمن أن المستخدمين لا ينفقون أموالًا ليس لديهم الحق في إنفاقها. وباستخدام مزيج من نظرية الألعاب والتشفير، تتيح خوارزمية PoW لأي شخص تحديث سلسلة الكتل وفقًا لقواعد النظام.
كيف يعمل PoW؟
تخيل أن دفتر الملاحظات في المثال أعلاه هو سلسلة الكتل، لكننا لا نضيف المعاملات واحدة تلو الأخرى—بدلًا من ذلك نقوم بتجميعها في كتل. نُبلغ المعاملات إلى الشبكة، وسيقوم المستخدمون الذين ينشئون الكتلة بإدراج المعاملات في كتلة مرشحة. لن تُعتبر المعاملات صالحة إلا عندما تصبح الكتلة المرشحة كتلة مؤكدة، أي عندما يتم إضافتها إلى قاعدة بيانات سلسلة الكتل.
تُسمّى عملية التحقق من المعاملات وإضافة كتل جديدة إلى سلسلة الكتل "التعدين". التعدين مكلف وصعب، لكنه قد يكون مُرضيًا أيضًا. تأتي مكافأة الكتلة من رسوم معاملات المستخدمين ومن عملات البيتكوين الجديدة التي يُنشئها البروتوكول.
يتطلب آلية إثبات العمل (Proof of Work) من مُعدّنٍ (وهو المستخدم الذي ينشئ الكتلة) أن يستثمر موارد مثل الكهرباء وقوة الحوسبة لمعالجة تجزئة (hash) بيانات الكتلة المرشحة حتى يتم العثور على حلٍّ لغز.
إن تجزئة بيانات الكتلة تعني تنفيذ دالة تجزئة لإنشاء هوية (تجزئة/Hash) للكتلة. تعمل كـ"بصمة" لبيانات الإدخال، وهي فريدة لكل كتلة.
بعبارة أخرى، يحتاج المُعدّن إلى التحقق من المعاملات المعلّقة وجمعها، وتنظيمها في كتلة مرشحة، ثم تمرير بيانات الكتلة عبر دالة تجزئة لإنشاء تجزئة صالحة. إذا تمكنوا من العثور على تجزئة صالحة لكتلتهم المرشحة، فإنهم يرسلونها إلى الشبكة، ويضيفون الكتلة إلى سلسلة الكتل (blockchain)، ثم يجمعون مكافآت التعدين.
عندما يرسل المُعدّن كتلته المرشحة والتجزئة إلى الشبكة، يقوم المشاركون الآخرون في الشبكة بإعادة تنفيذ عملية التجزئة للتحقق مما إذا كانت المخرجات صالحة فعلاً.
على الرغم من أن العثور على تجزئة صالحة يتطلب عددًا لا يُحصى تقريبًا من محاولات التجزئة، إلا أن من السهل على أي شخص التأكد من أن التجزئة الناتجة صحيحة. كل ما عليه هو إرسال المدخلات نفسها (بيانات الكتلة) عبر دالة التجزئة والتحقق مما إذا كانت المخرجات هي نفسها.
في إثبات العمل (Proof of Work)، يجب أن تقدم بيانات تكون تجزئتها مطابقة لشروط معيّنة، لكنك لا تعرف كيف تصل إلى ذلك. الخيار الوحيد لديك هو إرسال بياناتك عبر دالة تجزئة والتحقق مما إذا كانت متوافقة مع الشروط. وإذا لم تكن كذلك، يتعين عليك تعديل بياناتك قليلًا للحصول على تجزئة مختلفة. إن تغيير حرف واحد بسيط في البيانات سيؤدي إلى نتيجة مختلفة تمامًا، لذلك لا توجد طريقة للتنبؤ بالنتيجة.
لهذا إذا أردت إنشاء كتلة، فأنت في الواقع تلعب لعبة تخمين. عادةً تحصل على معلومات عن جميع المعاملات التي تريد إضافتها وبعض البيانات الأخرى المهمة، ثم تجمعها معًا. لكن بما أن مجموعة بياناتك لن تتغير، فستحتاج إلى إضافة معلومة قابلة للتغيير. وإلا فستحصل دائمًا على نفس التجزئة كنتيجة. هذه البيانات المتغيرة هي ما نطلق عليه "nonce". وهو رقم ستغيّره في كل محاولة، لذلك ستحصل في كل مرة على تجزئة مختلفة.
باختصار، التعدين هو عملية جمع بيانات من سلسلة الكتل (blockchain) وإجراء تجزئة لها باستخدام nonce، إلى أن تجد تجزئة محددة كـنتيجة. إذا عثرت على تجزئة تحقق الشروط التي يحددها البروتوكول، فستكون لك صلاحية إرسال الكتلة الجديدة إلى الشبكة. بعد ذلك، سيقوم المشاركون الآخرون في الشبكة بتحديث سلاسل كتلهم لإدراج الكتلة الجديدة التي تم إنشاؤها.
بالنسبة للعملات الرقمية الرئيسية اليوم، فإن الشروط بالغة الصعوبة. كلما ارتفعت قيمة معدل التجزئة (hash rate) على الشبكة، زادت صعوبة العثور على تجزئة صالحة. يتم ذلك لضمان عدم العثور على الكتل بسرعة كبيرة.
كما يمكنك أن تتخيل، فإن محاولة تخمين كميات كبيرة من التجزئات قد تكون مكلفة بالنسبة لحاسوبك. أنت تُهدر دورات الحوسبة والكهرباء، لكن البروتوكول سيكافئك بعملة رقمية إذا تمكنت من العثور على تجزئة صالحة.
لنلخّص ما رأيناه حتى الآن:
التعدين صعب ومكلف، لكنه يوفر أمانًا للشبكة.
يتم مكافأة المُعدّنين الذين يستطيعون إنتاج كتلة صالحة بعملات رقمية جديدة مُصدَرة ورسوم معاملات.
تستغرق عملية إنشاء تجزئة صالحة وقتًا، لكن بإمكان المستخدمين الآخرين التحقق من صحتها بسهولة عبر تكرار عملية التجزئة.
حتى الآن، كل شيء جيد. ولكن ماذا لو حاول شخص ما الغش؟ ما الذي يمنع المستخدم من إدخال معاملات مزيفة في الكتلة وإنتاج تجزئة صالحة؟
هنا يأتي دور التشفير بالمفتاح العام. لن نتعمق في هذا المقال، لكن يمكنك الاطلاع على ما هو تشفير المفتاح العام؟ للحصول على تحليل شامل. باختصار، توجد حيل تشفيرية تسمح لأي مستخدم بالتحقق مما إذا كان لدى شخص ما الحق في تحريك الأموال التي يحاول إنفاقها.
عندما تنشئ معاملة، فإنك تقوم بتوقيعها. يمكن لأي شخص على الشبكة مقارنة توقيعك بمفتاحك العام والتحقق مما إذا كانا متطابقين. كما سيتحققون أيضًا مما إذا كنت قادرًا فعلًا على إنفاق أموالك، وما إذا كانت مجموع مداخلاتك أكبر من مجموع مخرجاتك (أي ما إذا كنت لا تنفق أكثر مما لديك).
سترفض الشبكة تلقائيًا أي كتلة تتضمن معاملة غير صالحة. محاولة الغش مكلفة. ستُهدر مواردك دون الحصول على أي مكافأة.
لهذا تكمن روعة إثبات العمل (Proof of Work): إن الغش مكلف، لكنه مربح لمن يتصرف بصدق. سيبحث أي مُعدّن عقلاني عن عائد على استثماره، لذلك يُتوقع أن يتصرف بطريقة تزيد فرص توليد الإيرادات.
إثبات العمل (PoW) مقابل إثبات الحصة (PoS)
توجد عدة خوارزميات إجماع إلى جانب PoW، ومن أشهرها إثبات الحصة (PoS). نشأت الفكرة عام 2011 وتم تنفيذها في Ethereum وفي بروتوكولات أخرى عديدة.
في أنظمة إثبات الحصة، يتم استبدال المُعدّنين بمُدققين (validators). لا توجد عملية تعدين ولا منافسة لتخمين التجزئات. بدلًا من ذلك، يتم اختيار المستخدمين عشوائيًا—فإذا تم اختيارهم، يتعين عليهم اقتراح (أو "تزوير") كتلة. إذا كانت الكتلة صالحة، يحصل الجميع على مكافأة تتكون من رسوم معاملات الكتلة.
وليس أي مستخدم يمكن اختياره—إذ يحدد البروتوكول ذلك وفقًا لعدة عوامل. ولكي يتم قبول المشاركين، يتعين عليهم حجز (staking) مبلغ من عملة الشبكة الأصلية. يعمل الـ staking مثل كفالة: يُخصَّص مبلغ كبير من المال لردع المتهم عن الهروب من المحاكمة. وبالمثل، يقوم المُدققون بحجز staking لردع الغش. إذا تصرفوا بشكل غير أمين، سيتم أخذ الـ stake (أو جزء منه).
يمتلك إثبات الحصة بعض المزايا مقارنة بإثبات العمل. الأبرز هو أن البصمة الكربونية أقل—حيث لا توجد حاجة إلى "مزارع" تعدين عالية القدرة في PoS، تكون الكهرباء المستهلكة مجرد جزء صغير مما يتم استهلاكه في PoW.
ومع ذلك، لا يتمتع PoS بنفس سجل PoW. رغم إمكانية اعتباره مضيعة، فإن التعدين هو خوارزمية الإجماع الوحيدة التي تم اختبارها لأكثر من عقد. منذ إطلاقه، ضمن PoW الخاص بالبيتكوين عشرات المليارات من الدولارات في المعاملات. ولتأكيد أن PoS يمكنه بلوغ مستوى الأمان نفسه، يجب اختباره بشكل صحيح على المدى الطويل.
اعتبارات ختامية
كان إثبات العمل هو الحل الأصلي لمشكلة الإنفاق المزدوج (double spending) وقد أثبت أنه موثوق وآمن. وقد برهن البيتكوين أننا لا نحتاج إلى كيانات مركزية لمنع إنفاق نفس الأموال مرتين. وباستخدام التشفير الذكي ودوال التجزئة ونظرية الألعاب، يمكن للأطراف المشاركة في بيئة لامركزية الاتفاق على حالة قاعدة بيانات مالية.
قراءات إضافية
ما هو تعدين العملات الرقمية وكيف يعمل؟
ما هو تشفير المفتاح العام؟
ما هي خوارزمية إجماع البلوك تشين (Blockchain)؟
إخلاء مسؤولية: يتم تقديم هذا المحتوى لك بصيغة "كما هو الحال" لأغراض إعلامية وتعليمية فقط، دون أي نوع من الضمانات. لا ينبغي تفسير المحتوى على أنه نصيحة مالية أو قانونية أو مهنية، ولا يهدف إلى التوصية بشراء أي منتج أو خدمة محددة. ينبغي عليك طلب مشورتك الخاصة من مستشارين مهنيين. في حال المساهمات والمقالات المقدمة من مساهمين من أطراف ثالثة، لاحظ أن الآراء المعبر عنها تخص مؤلفها المعني ولا تعكس بالضرورة آراء Binance Academy. لمزيد من التفاصيل، يرجى قراءة إخلاء المسؤولية الخاص بنا هنا. قد تكون أسعار الأصول الرقمية متقلبة. قد يزيد أو ينقص مقدار استثمارك وقد لا تتمكن من استرداد القيمة التي استثمرتها. أنت وحدك المسؤول عن قرارات استثمارك، ولا تتحمل Binance Academy أي مسؤولية عن أي خسائر محتملة قد تتكبدها. لا ينبغي تفسير هذا المحتوى على أنه نصيحة مالية أو قانونية أو مهنية. لمزيد من المعلومات، يُرجى الرجوع إلى شروط الاستخدام وإشعار المخاطر الخاصين بنا.