به جلسۀ دیگری از دوره آموزش ارزهای دیجیتالی خوش آمدید. تا حالا فکر کردهاید که استخراج بیتکوین چگونه است؟ با آکادمی کالج پیپس، بزرگترین مرجع تخصصی آموزش بازارهای مالی، همراه باشید، تا به جواب تک تک سؤالاتی که در ذهن دارید دست یابید.
[ez-toc]
استخراج بیتکوین چگونه است؟
در درس قبلی، شما با مفهوم بیتکوین ماینر آشنا شدید، یاد گرفتید که چگونه تراکنشهای جدید را در حافظۀ خود ذخیره میکند و سپس فرآیند «استخراج» را با ایجاد یک بلوک کاندیدا آغاز میکند.
اگر آنچه که توضیح دادیم برای شما هنوز نامفهوم به نظر میرسد، بهشدت توصیه میکنیم که با اولین درس راهنمای مبتدیان برای استخراج بیتکوین شروع کنید. اگر همچنان با ما همراه هستید، بیایید نگاهی دقیقتر به بلوک کاندیدا بیندازیم.
همانطور که شما به دو بخش اصلی، یعنی سر و بدن تقسیم میشوید، یک بلوک کاندیدا نیز میتواند به دو قسمت مشابه تقسیم شود، یعنی:
- سربرگ بلوک
- بدنۀ بلوک
اگر به یک بلوک کاندیدا دقیقتر نگاه کنیم، متوجه میشویم که در واقع فقط شامل تراکنشها نیست. هنگامی که یک ماینر، یک بلوک کاندیدا ایجاد میکند، یک «سربرگ بلوک» را نیز شامل میشود. «بدنه» بلوک تراکنشها را در خود جای میدهد. علاوه بر اینکه یک بلوک کاندیدا شامل تعداد زیادی تراکنش است، همچنین حاوی متادیتا (فراداده) است که یک «خلاصه» از بلوک را ارائه میدهد. متادیتا فقط دادهای است که اطلاعاتی در مورد سایر دادهها ارائه میدهد. در این مورد، متادیتا اطلاعاتی دربارۀ خود بلوک ارائه میدهد. این اطلاعات به عنوان «سربرگ بلوک» شناخته میشوند. در داخل سربرگ بلوک، چندین قطعه داده وجود دارد. برای اهداف این درس، ما آنچه که در داخل سربرگ است را سادهسازی خواهیم کرد.
زمان سنج (Timestamp)
اولین قطعه داده در داخل سربرگ بلوک، «زمانسنج» است. زمانسنج نشان میدهد که بلوک در چه زمانی ایجاد شده است.
هش بلوک قبلی
قطعه دادۀ بعدی «بلوک قبلی» یا بهطور دقیقتر، «هش بلوک قبلی» نامیده میشود. این هش، هش بلوک قبلی در بلاکچین است. برای درک بهتر، بیایید نگاهی به فایل بیندازیم (تصویر زیر). اکنون که به داخل فایل نگاه میکنیم، میبینیم که دادهها بهصورت خاصی ساختار یافتهاند. بیایید این فایل را بهعنوان بلاکچین تجسم کنیم. بلوک کاندیدایی که ماینر ایجاد کرده است، باید به بالای جدیدترین بلوک اضافه شود. فرض کنید جدیدترین بلوک، بلوک آبی رنگ است.استخراج بیتکوین چگونه است؟
از آنجایی که هش بلوک آبیرنگ، جدیدترین بلوک در فایل (یا همان «بلاکچین») است، این همان بلوکی است که ماینر میخواهد بر روی آن شروع به ساختن کند. هش بلوک را میتوانید مانند یک شماره شناسایی سفارشی تولید شده برای یک بلوک تصور کنید. بنابراین، کاری که ماینر انجام میدهد این است که این هش بلوک را بهعنوان «هش بلوک قبلی» در سربرگ بلوک کاندیدای خودش اضافه میکند.
قطعه دادۀ بعدی را هش «خلاصۀ تراکنش» مینامیم. همانطور که از نامش پیداست، یک «خلاصه» از تمامی تراکنشهای بلوک بهصورت یک رشته از کاراکترها فراهم میکند. بدون ورود به جزئیات، آنچه اتفاق میافتد این است که تمامی تراکنشهای بلوک (که با رنگ قرمز مشخص شدهاند) به یک تابع هش ارسال میشوند و به ترتیب خاصی هش میشوند و در نهایت به یک هش واحد تبدیل میشوند.
این هش استفاده شده همان هش خلاصۀ تراکنش است. آنچه که این هش فراهم میکند، یک «اثر انگشت» منحصربهفرد بر اساس تمامی تراکنشهای درون یک بلوک است. این هش کمک میکند که تراکنشها دستکاری نشوند.
هش خلاصۀ تراکنش، در واقع بهعنوان ریشۀ مرکل (Merkle Root) شناخته میشود.استخراج بیتکوین چگونه است؟
به خاطر داشته باشید، یک تغییر کوچک در دادهها کاملاً هش را تغییر میدهد. این بدان معناست که اگر کسی در آینده سعی کند هر یک از تراکنشها را تغییر دهد، این باعث تغییر هش خلاصۀ تراکنش میشود و کاملاً با مقدار اصلی که در سربرگ بلوک است، متفاوت خواهد بود.
در واقع، تغییر تراکنش باعث ایجاد یک «اثر انگشت» کاملاً متفاوت میشود و با اثر انگشت اصلی مطابقت نخواهد داشت. این تغییر به همه فوراً میگوید که یک یا چند تراکنش دستکاری شدهاند.
هش بلوک
یاد گرفتید که سربرگ بلوک شامل سه قطعه داده است:
- زمان سنج
- هش بلوک قبلی
- هش «خلاصۀ تراکنش»
گام بعدی این است که این دادههای سربرگ بلوک را به یک تابع هش ارسال کنیم. این عمل یک عدد تصادفی به نام «هش بلوک» تولید میکند (اگرچه نام دقیقتر آن «هش سربرگ بلوک» است زیرا این هش فقط مربوط به سربرگ بلوک است، نه کل بلوک).
همانطور که قبلاً به هش بلوک قبلی اشاره شد، هش بلوک را میتوان بهعنوان یک شماره شناسایی سفارشی تولید شده در نظر گرفت که به بلوک کاندیدا اختصاص داده میشود.
چرا ماینر این کار را انجام میدهد؟ برای اینکه ماینر بتواند بلوک خود را به بلاکچین اضافه کند، باید یک هش بلوک پیدا کند که یک نیاز خاص را برآورده کند. اگر نتواند این الزام را برآورده کند، بلوک معتبر محسوب نخواهد شد و ماینر نمیتواند بلوک خود را به بلاکچین اضافه کند.استخراج بیتکوین چگونه است؟
اگر بخواهیم بهطور واضحتر بگوییم، هش بلوک باید عددی باشد که با تعداد مشخصی صفر شروع شود.
دقیقاً چند صفر؟
این مقدار متغیر است. نرمافزار سیستم بیتکوین تعیین میکند که حداقل تعداد صفرهایی که هش بلوک باید با آنها شروع شود چقدر باشد. در ابتدا، الزام فقط برای تعداد کمی صفر بود، اما با پیوستن ماینرهای بیشتر، نرمافزار بیتکوین نیازمند صفرهای بیشتری شد.
یک ماینر باید یک خروجی (هش بلوک) تولید کند که «آستانه» خروجی تعیین شده توسط نرمافزار بیتکوین را برآورده کند. این آستانه تعداد صفرهایی را مشخص میکند که هش بلوک باید با آنها شروع شود.
هرچه آستانه پایینتر باشد، تعداد صفرهای بیشتری لازم است. هرچه تعداد صفرهای بیشتری لازم باشد، یافتن یک هش بلوک «صحیح» دشوارتر میشود. این به این دلیل است که صفرهای پیشرو بیشتر، به معنای تعداد راهحلهای کمتر است، که به معنای زمان بیشتری برای «یافتن» یک هش بلوک صحیح است.
برای مثال، یافتن مقداری که با سه صفر شروع شود مانند 000123، بسیار سختتر از یافتن مقداری است که با شش صفر شروع شود، مانند 000000123.استخراج بیتکوین چگونه است؟
در اینجا مثالی از یک هش بلوک معتبر واقعی آورده شده است: 0000000000000000000586b367c292dfd274bf2e67575cf8b4d00735fc1df6ff
به تعداد صفرهایی که با آنها آغاز شده دقت کنید (19 صفر).
تعداد مشخصی از صفرها از چیزی به نام «سختی استخراج» ناشی میشوند. این مقدار بهطور خودکار توسط نرمافزاری که شبکۀ بیتکوین را اجرا میکند، تنظیم میشود. سختی استخراج بر اساس تعداد ماینرها تغییر میکند. هر چه تعداد کامپیوترهای استخراجکننده بیشتر باشد، سختی بیشتر شده و تعداد بیشتری صفر در ابتدای هش بلوک نیاز است که یافتن بلوک Nonce را سختتر میکند.
هش بلوک میتواند بهعنوان یک عدد بسیار بزرگ تعبیر شود و باید کمتر از یک آستانۀ مشخص باشد. به همین دلیل، هشهای بلوک با یک سری صفرها و پس از آن یک رشته حروف و اعداد شروع میشوند. برخی بلوکها دارای حداکثر بیست صفر پیشرو هستند، در حالی که بلوکهای اولیه دارای تنها هشت صفر بودند. تعداد صفرهای مورد نیاز بهطور تقریبی سختی استخراج را در زمان انتشار بلوک نشان میدهد.
اگر هش بلوک با تعداد صفرهای مورد نیاز شروع نشود، آن بلوک نمیتواند به فایل (زنجیرۀ بلوکی یا بلاکچین) اضافه شود. خوشبختانه، ماینر میتواند چندین بار تلاش کند، اما اگر ماینر فقط سربرگ بلوک شامل زمانسنجی، هش بلوک قبلی و هش «خلاصه تراکنش» را دوباره از تابع هش عبور دهد، همیشه همان نتیجه را خواهد گرفت.
ماینر باید قبل از تلاش دوباره برای هش کردن سربرگ بلوک، دادهها را به نوعی تغییر دهد. اینجاست که بیتکوین راهحلی فراهم میکند!
نانس (Nonce) استخراج بیتکوین چگونه است؟
در سربرگ بلوک، یک فیلد اضافی به نام «نانس» (کادر آبی روشن) وجود دارد.استخراج بیتکوین چگونه است؟
در سربرگ بلوک، بخشی ویژه وجود دارد که ماینرها میتوانند آن را با یک عدد دلخواه پر کنند. ماینر مجاز است، هر عددی را که میخواهد، در آن قرار دهد. نانس بهطور کامل جدا از تراکنشهای بلوک است. هدف تنها این است که به ماینرها اجازه دهد آن را با یک عدد پر کنند و اگر هش بلوک با آستانۀ مورد نیاز شروع نشود، عدد را تغییر دهند.استخراج بیتکوین چگونه است؟
با استفاده از نانس، یک ماینر میتواند خروجی تابع هش را بهطور «حدسی» حدس بزند. از آنجا که سایر قطعات داده در سربرگ بلوک قابل تغییر نیستند، تنها قطعه دادهای که قابل تغییر است نانس است. بنابراین، اگر تلاش اول برای هش کردن سربرگ بلوک نتیجهای نداشت، ماینر مقدار نانس را تغییر میدهد. میتوانید این فرآیند را مانند تلاش برای پیدا کردن رمز قفل ترکیبی تصور کنید.
هیچ مسیر میانبری برای پیدا کردن ترکیب اعدادی که قفل را باز میکنند وجود ندارد. شما باید هر ترکیب ممکن را تا زمانی که در نقطهای بهطور اتفاقی ترکیب صحیح را پیدا کنید، امتحان کنید. شما باید دوباره و دوباره حدس بزنید تا موفق شوید!
همانطور که برای بررسی اینکه آیا یک ترکیب قفل صحیح است یا خیر (آیا باز میشود یا نه)، بسیار ساده و سریع است، برای ماینر و سایر گرهها بعد از آن، بررسی کردن اینکه آیا nonce درست است، بسیار ساده میباشد. ماینر همچنین در مقابل سایر ماینرها رقابت میکند. اولین ماینری که یک nonce را پیدا میکند که منجر به یک هش بلوک معتبر میشود، حق اضافه کردن بلوک خود به زنجیرۀ بلوک را دارد و پاداش آن را دریافت میکند.
بهعنوان مثال، بگذارید بگوییم که هش بلوک باید حداقل با چهار صفر آغاز شود. تنها راه پیدا کردن هش بلوک با تعداد صفرهای ابتدایی مورد نیاز، انتخاب تصادفی یک مقدار nonce و اجرای هدر بلوک از طریق تابع هش است. در این سناریو، ماینر با مقدار «0» برای مقدار nonce (جعبۀ آبی روشن) شروع میکند.استخراج بیتکوین چگونه است؟
اگر این کار نتیجۀ مطلوب را به دست نیاورد، تنها کاری که ماینر میتواند انجام دهد این است که با یک nonce متفاوت دوباره تلاش کند. ماینر nonce را تغییر میدهد و سپس از نو شروع میکند تا زمانی که موفق به پیدا کردن هش بلوکی با حداقل تعداد صفرهای مورد نیاز شود (در این مثال، چهار صفر میباشد).
به یاد داشته باشید، حتی با وجود اینکه شما تنها یک تغییر کوچک ایجاد کرده باشید، باز هم منجر به نتایج کاملاً متفاوت خواهد شد. بنابراین، اولین تلاش ماینر استفاده از عدد “0” در nonce است. سپس هدر بلوک را از طریق تابع هش اجرا میکند و بررسی میکند که آیا هش بلوک با چهار صفر آغاز میشود یا خیر.
همانطور که میبینید، هش بلوک تنها با دو صفر آغاز میشود، بنابراین معیارهای لازم برای افزودن بلوک به بلاکچین را ندارد. اگر خروجی معتبر نباشد، ماینر با مقادیر متفاوت nonce به تلاش خود ادامه میدهد.
از آنجا که مقدار «0» کار نکرد، ماینر میتواند مقدار nonce را به «1» تغییر دهد (جعبۀ آبی روشن) و سپس دوباره هدر بلوک را از طریق تابع هش اجرا کند.استخراج بیتکوین چگونه است؟
همانطور که میبینید، هش بلوک با هیچ صفری شروع نمیشود، بنابراین اینگونه نیز کار نمیکند.
از آنجا که مقدار «1» هم کار نکرد، ماینر میتواند مقدار nonce را به «2» تغییر دهد (جعبۀ آبی روشن) و سپس دوباره هدر بلوک را از طریق تابع هش اجرا کند.
اینگونه، هش بلوک بالأخره با چهار صفر شروع میشود و معیارها را برآورده میکند. این یک نتیجۀ موفقیتآمیز برای هش بلوک است! همانطور که میبینید، پیشبینی اینکه کدام nonce هش بلوکی با تعداد صحیح صفرها تولید میکند، غیرممکن است، بنابراین ماینر باید به امتحان کردن نانسهای مختلف ادامه دهد تا مقدار صحیح را پیدا کند.استخراج بیتکوین چگونه است؟
ماینرها میتوانند برای مدتهای طولانی ماین کنند بدون اینکه تضمینی وجود داشته باشد که بتوانند یک nonce صحیح پیدا کنند. بیشتر آنها هرگز موفق نخواهند شد! نانس بهعنوان یک شمارنده استفاده میشود، جایی که مقدار آن بهطور مداوم افزایش مییابد تا زمانی که یا هش بلوک صحیح پیدا شود یا یک ماینر دیگر موفق به پیدا کردن آن شود.
این مثل یک بازی حدس زدن عدد است!
شما با تغییر دادن مقدار nonce، در حال تلاش برای پیدا کردن هشی هستید که با تعداد مشخصی صفر آغاز شود. ماینرها این کار را بارها و بارها انجام میدهند. به امید اینکه بالأخره هش بلوکی تولید کند که معیارها را برآورده کند. هرچه کامپیوترهای آنها قدرتمندتر باشند، میتوانند تعداد بیشتری حدس بزنند. این فرآیند “حدس زدن” به عنوان ماینینگ شناخته میشود.
ماینری که موفق به پیدا کردن هش صحیح شود، با تعداد مشخصی بیتکوین (به علاوه کارمزدهای تراکنش) که به عنوان “پاداش بلوک” شناخته میشود، پاداش میگیرد. تقریباً هر ۱۰ دقیقه یک ماینر پاداش بلوک را میبرد.
پاداش بلوک استخراج بیتکوین چگونه است؟
از آنجایی که ماینرها زمان و انرژی زیادی صرف «حدس زدن» nonce صحیح و تأیید تراکنشها در بلاکچین بیتکوین میکنند، نرمافزار بیتکوین به آنها برای تلاششان این پاداشها را میدهد:
- بیتکوینهای تازه ایجاد شده: زمانی که یک ماینر تراکنشها را تأیید میکند، این تراکنشها در یک بلوک بستهبندی شده و به بلاکچین بیتکوین اضافه میشوند. برای هر بلوک جدیدی که به بلاکچین اضافه میشود، بیتکوینهای جدید به ماینر پرداخت میشود که بهعنوان «یارانۀ بلوک» شناخته میشود. مقدار مشخص بیتکوینها بر اساس برنامۀ انتشار تعیین شده توسط پروتکل در زمان ایجاد بلوک تعیین میشود. در حال حاضر، انتشار جدید 6.25 BTC برای هر بلوک است و در حدود ماه مه 2024 به 3.125 BTC برای هر بلوک کاهش خواهد یافت.
- کارمزدهای تراکنش: زمانی که مردم با بیتکوین تراکنش انجام میدهند، برای تشویق ماینرها به تأیید تراکنش خود، کارمزدی پرداخت میکنند. زمانی که یک ماینر مجموعهای از تراکنشها را تأیید میکند، همچنین تمامی کارمزدهای هر تراکنش را جمعآوری میکند.
استخراج یک فرآیند یکنواخت و تکراری است
هدر بلاک را با نانس بگیرید، آن را هش کنید، ببینید که آیا هش با تعداد معینی صفر شروع میشود یا خیر و اگر نشد، با نانس دیگری این فرآیند را تکرار کنید. پس وقتی میخوانید یا میشنوید که: «استخراج شامل حل مسائل پیچیدۀ ریاضی است»، باید بدانید که این توصیف درستی نیست. استخراج اصلاً پیچیده نیست! خود فرآیند خیلی ساده است. شما فقط سعی میکنید یک عدد درست را حدس بزنید به سریعترین شکل ممکن یا فقط به اندازۀ کافی سریع باشید که اولین استخراجکنندهای باشید که درست حدس میزند تا بلوک کاندیدای شما آن بلوکی باشد که به بلاکچین اضافه میشود. همین!استخراج بیتکوین چگونه است؟
«نرخ هش» قدرت «حدس زدن» یک کامپیوتر استخراجکننده است. هر چه تعداد هشهایی که میتوانید در هر ثانیه حدس بزنید بیشتر باشد، یعنی نرخ هش شما بیشتر است. بهعنوان مثال، یک تریلیون (1,000,000,000,000) حدس در هر ثانیه برابر با یک نرخ هش 1 ترا هش (TH/s) میباشد.
فقط به این دلیل که فرآیند ساده است، به این معنا نیست که آسان است. به همین دلیل «استخراج» نامیده میشود. شما سعی میکنید تا عدد درست را «حفر» کنید که نیازمند تلاش زیادی است، مانند استخراج در دنیای واقعی. اکنون که استخراجکننده یک نانس پیدا کرده است تا بتواند یک هش بلوکی تولید کند که الزامات را برآورده میکند (به ازای حداقل ۴ صفر در ابتدای هش)، بلوک به بلاکچین اضافه میشود.
اگر از بالا بخواهیم به قضیه نگاه کنیم، فایل روی کامپیوتر استخراجکننده بهروز شده است (که با رنگ سبز مشخص شده است). سپس، گره این بلوک را به گرههای نزدیک که بهطور مستقیم به آن متصل هستند، انتقال میدهد. گرهها آن را بررسی کرده، تأیید میکنند و اطمینان حاصل میکنند که هدر بلوک یک هش بلوکی تولید میکند که شرایط را برآورده میکند. در این مورد، هش بلوک باید با چهار صفر آغاز شود.
این گرهها با اضافه کردن بلوک به فایل خود (بلاکچین)، فایل خود را بهروز میکنند. فایل آنها بهروز شده و اکنون نسخۀ همانی با فایل استخراجکننده برنده است (فایل سبز).
تمام معاملاتی که در حافظۀ آنها وجود دارند و جزئی از این بلوک برنده هستند، از وضعیت «تازه» (یا «تأیید نشده») به وضعیت «تایید شده» تغییر میکنند و اکنون بهطور دائمی به فایل اضافه میشوند. هرگونه معاملۀ متضادی از بین خواهد رفت.
تنها معاملۀ بنفش وارد بلاکچین خواهد شد.
سپس این گرهها بلوک را به سایر گرهها منتقل میکنند. هنگامی که بلوک جدید توسط اکثریت استخراجکنندگان پذیرفته شود، تمام استخراجکنندگان دوباره شروع و یک بلوک کاندیدای جدید ایجاد میکنند و فرآیند استخراج تکرار میشود.
استخراج عملیات مرتبسازی معاملات در سراسر شبکهای از کامپیوترها است، جایی که بلوکهای «استخراج شده» حق اصلی را دربارۀ اینکه چه چیزی در بلاکچین قرار بگیرند، دارند. هش بلوکی که از این بلوک تازه، ساخته شده، اکنون توسط استخراجکنندگان برای «هش بلوک قبلی» در بلوکهای کاندیدای خود استفاده خواهد شد.
هش بلوک بهعنوان «زنجیره» عمل میکند. اکنون استخراجکنندگان باید هش بلوک قبلی را در بلوک جدیدی که در حال ایجاد آن هستند، درج کنند.
بهعنوان مثال، این بدان معناست که برای استخراج بلوک 101، استخراجکنندگان باید هش بلوک 100 را بدانند. تا زمانی که بلوک 101 استخراج نشده است، بلوک 102 نمیتواند استخراج شود. این باعث میشود که ماینرها روی بلوک 101 تمرکز کنند که در نتیجه هش بلوک 100 را شامل میشود.
اما به جای اینکه هر بلوک شمارۀ بلوک داشته باشد، هر بلوک به بلوک قبلی با هش بلوک اشاره میکند. این بدان معناست که همۀ بلوکها به یکدیگر متصلاند و این است که یک «زنجیره بلوکها» معروف به بلاکچین ایجاد میشود. این زنجیره بلوکها توسط شماره بلوکها نگهداری نمیشود، بلکه توسط هش بلوکها متصل است.
چرا نمیتوان بیتکوین را تقلب کرد؟
بیایید فرض کنیم که همه در حال کار بر روی بلوک 101 هستند. اما یک استخراجکننده میخواهد یک تراکنش در بلوک 80 را تغییر دهد. باید تغییرات خود را اعمال کند و همۀ محاسبات برای بلوکهای 80 تا 100 را دوباره انجام دهد و همچنین بلوک ۱۰۱ را نیز بسازد. محاسبات این 21 بلوک بسیار گران تمام میشود! نه تنها این، بلکه ماینر باید همۀ این کارها را انجام دهد، آن هم قبل از اینکه استخراجکنندگان دیگر در شبکۀ بیتکوین بلوک فعلی (بلوک 101) را که در حال کار بر روی آن هستند، ماین کنند. این اصولاً غیرممکن است. بسیار سخت است که با دستکاری در هرگونه معاملاتی که در حال حاضر جزو بلاکچین هستند، بخواهید فریبکاری کنید. این دقیقاً معنای غیرقابل تغییر بودن بلاکچینها است.
