الگوی اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) یا PoC یک الگوریتم اجماع نوآورانه در دنیای بلاک چین است که فرآیند تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های جدید را با تکیه بر فضای ذخیره‌سازی هارد دیسک و سایر تجهیزات ذخیره‌سازی انجام می‌دهد. در این الگوریتم، برخلاف روش‌های سنتی مانند اثبات کار (Proof of Work) که وابسته به توان محاسباتی و مصرف برق بالاست، مشارکت‌کنندگان شبکه با استفاده از فضای ذخیره‌سازی خالی دیسک‌های خود در فرآیند استخراج مشارکت می‌کنند.

در سال‌های اخیر، بحث‌های فراوانی پیرامون پیامدهای زیست‌محیطی استخراج ارزهای دیجیتال، به‌ویژه مصرف بالای برق و افزایش ردِ پای کربن، مطرح شده است. هرچند برخی رسانه‌ها در این زمینه بزرگنمایی کرده‌اند، اما دغدغه‌های مطرح‌شده کاملاً قابل توجه است و نمی‌توان آن را نادیده گرفت. به همین دلیل، توسعه‌دهندگان و کاربران ارزهای دیجیتال به دنبال راهکارهایی برای کاهش آثار منفی بر محیط زیست و بهینه‌سازی مصرف انرژی بوده‌اند؛ الگوریتم‌هایی مانند اثبات سهام (Proof of Stake) نیز تا حدی موفق بوده‌اند.

با این حال، مقاله حاضر به بررسی یک راه‌حل تازه و سازگارتر با محیط زیست به نام روش اجماع اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) می‌پردازد. در ادامه با مزایا و معایب PoC و همچنین برخی از پروژه‌های شاخصی که از این مدل اجماع استفاده می‌کنند، آشنا خواهید شد.

الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) چیست؟

استخراج ارز دیجیتال به فرآیندی گفته می‌شود که طی آن، تراکنش‌های یک بلاک چین با حل پازل‌های پیچیده ریاضی و به کمک توان پردازشی سخت‌افزارها تأیید می‌شوند و در نهایت کوین‌های جدید ایجاد خواهد شد. این توان محاسباتی معمولاً توسط رایانه‌های مختلف یا دستگاه‌های تخصصی استخراج (مانند ASICها) تأمین و به شبکه‌ی غیرمتمرکزی از کامپیوترها در سراسر دنیا متصل می‌شود. به مجموع این کامپیوترها که با هم دفترکل توزیع شده (Distributed Ledger) را شکل می‌دهند، شبکه بلاکچین گفته می‌شود.

برای تشویق ماینرها به مشارکت، شبکه مقداری از کوین‌های جدید تولیدشده را به عنوان پاداش به استخراج‌کنندگان اختصاص می‌دهد. البته استخراج ارز دیجیتال فرآیند ساده‌ای نیست و عوامل مختلفی مانند نرخ هش، سختی شبکه، میزان پاداش بلاک، هزینه برق و نوع الگوریتم اجماع، روی آن اثرگذارند. الگوریتم اجماع یا پروتکل استخراج، تعیین می‌کند تراکنش‌ها چه‌گونه اعتبارسنجی می‌شوند. گاهی این روش‌ها نیازمند سخت‌افزار خاص هستند و گاهی فقط به نگهداری مقدار حداقلی از ارز دیجیتال نیاز دارند.

در الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC)، برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها از هارد دیسک و تجهیزات ذخیره‌سازی استفاده می‌شود. ماینرها قبل از شروع عملیات استخراج، تمام ترکیبات عددی و راه‌حل‌های احتمالی را روی هارد دیسک ذخیره می‌کنند. این راه‌حل‌ها آنقدر پیچیده‌اند که محاسبه لحظه‌ای آن‌ها امکان‌پذیر نیست، بنابراین این کار از پیش و قبل از شروع ماینینگ انجام می‌شود.

ماینرهایی که تعداد بیشتری از این راه‌حل‌ها را آماده و ذخیره کرده باشند (یعنی ظرفیت بالاتری در شبکه داشته باشند)، احتمال بیشتری برای دریافت پاداش بلاک دارند. به بیان ساده‌تر، هر چقدر فضای هارد دیسک بیشتری به شبکه اختصاص داده شود، شانس ماینر برای برنده شدن پاداش بالاتر می‌رود.

الگوریتم PoC از دو مرحله اصلی “پلاتینگ” (Plotting) و “استخراج” (Mining) تشکیل شده است:

• در مرحله پلاتینگ، با استفاده از الگوریتم رمزنگاری شابال (Shabal)، راه‌حل‌های مانده (Plots) تولید و روی هارد دیسک ثبت می‌شوند.
• در مرحله استخراج، ماینرها با مقایسه و استفاده از این راه‌حل‌های ذخیره‌شده، برای یافتن جواب درست و استخراج بلاک جدید با هم رقابت می‌کنند. اولین ماینری که به جواب برسد، بلاک بعدی را ثبت و پاداش دریافت می‌کند.

این ساختار باعث می‌شود تا ماینرها فضای خالی هارد دیسک خود را به شبکه اختصاص دهند و در مقابل، بر اساس میزان ظرفیت و شانس، پاداش دریافت کنند.

بررسی میزان مصرف انرژی، سودآوری و تجهیزات مورد نیاز ماینینگ با الگوی PoC

از آنجا که مصرف انرژی هارد دیسک‌ها نسبت به دستگاه‌هایی مانند اسیک‌ها، کارت‌های گرافیک و پردازنده‌های مرکزی بسیار کمتر است، الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) نیاز چندانی به مصرف برق ندارد و از نظر آسیب به محیط زیست نسبت به الگوریتم اثبات کار (PoW) مزیت قابل توجهی دارد.

برای استخراج ارز دیجیتال با استفاده از هارد دیسک، به یک کامپیوتر معمولی، مانیتور، موس و صفحه‌ کلید و البته یک یا چند هارد دیسک نیاز دارید. عامل اصلی که میزان پاداش شما را تعیین می‌کند، مجموع ظرفیت و سرعت هارد دیسک‌های شماست. این هاردها معمولاً از طریق پورت SATA به مادربرد متصل می‌شوند و اگر قصد استفاده از چند هارد دیسک را دارید، بهتر است در انتخاب مادربرد و چیپست دقت کافی داشته باشید.

هنگام خرید هارد دیسک باید به سه نکته توجه کنید:
۱. ظرفیت هارد دیسک: هرچه فضای خالی بیشتری برای شبکه مهیا کنید، سهم پاداش بیشتری دریافت خواهید کرد.
۲. سرعت خواندن و نوشتن: این سرعت معمولاً با دور در دقیقه (RPM) بیان می‌شود که در بازار ارقامی مانند 5200 و 7200 RPM وجود دارد.
۳. سایز بافر چیپ کنترلر: بافر باید متناسب با حجم کل هارد باشد تا دچار گلوگاه (Bottleneck) نشود.

کاربران حرفه‌ای معمولاً از مجموعه‌ای از دیسک‌های اسکازی (SCSI) با اتصال سریال به وسیله پروتکل SAS استفاده می‌کنند. SAS یک پروتکل نقطه به نقطه است که برای انتقال سریع داده‌ها میان هاردهای اسکازی پرسرعت و بادوام طراحی شده است. البته این تجهیزات قیمت بالایی دارند و پیشنهاد می‌شود جهت صرفه‌جویی، آن‌ها را به صورت دست دوم تهیه کنید. در نهایت، آموزش کامل خرید تجهیزات و راه‌اندازی یک ریگ ماینینگ هارد دیسک با الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) جزئیات بیشتری دارد که در مطالب آینده به آن خواهیم پرداخت.

دلیل عدم استفاده از هاردهای SSD

شاید این سؤال برایتان پیش بیاید که اگر سرعت و کارایی هارد دیسک‌ها در روند استخراج اهمیت دارد، چرا از درایوهای SSD جدید برای این کار استفاده نمی‌شود؟

گرچه SSDها با توجه به نداشتن قطعات مکانیکی، سرعت بسیار بیشتری نسبت به هارد دیسک‌های سنتی دارند، اما این سرعت بالا عمدتاً در مرحله پلاتینگ (Plotting) یا همان آماده‌سازی اولیه بلاک‌ها قابل توجه است و تاثیر مستقیمی بر خود فرآیند ماینینگ ندارد.

علاوه بر این، هاردهای SSD نسبت به هارد دیسک‌های معمولی عمر کوتاه‌تری دارند و میزان حرارت بیشتری تولید می‌کنند. همچنین، قیمت SSD همچنان بالاتر از هاردهای سنتی است و در نتیجه، صرف چنین هزینه‌ای برای استخراج با PoC چندان منطقی به نظر نمی‌رسد.

مقایسه الگوریتم‌های استخراج با اثبات PoC

روش‌های اجماع اصلی در ارزهای دیجیتال و تفاوت آن‌ها با الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) را می‌توان به شکل زیر بررسی کرد:

اثبات کار (Proof of Work)

در الگوریتم اثبات کار (PoW) که عمدتاً در بلاک چین بیت کوین (BTC) و ارزهای مشابه استفاده می‌شود، برای تأیید تراکنش‌ها و ساخت بلاک‌های جدید باید مسائل بسیار پیچیده ریاضی حل شوند. دستیابی به این جواب‌ها نیازمند توان پردازشی عظیم است و به همین دلیل باید از سخت‌افزارهای بسیار قدرتمند مانند دستگاه‌های اسیک (ASIC) و در برخی موارد پردازنده‌ها و کارت‌های گرافیک پیشرفته استفاده شود.

اثبات سهام (Proof of Stake)

در روش اثبات سهام (PoS)، تأیید تراکنش‌ها و حفاظت از امنیت شبکه بدون نیاز به سخت‌افزار پیچیده و گران‌قیمت انجام می‌شود. کافی است کاربران مقدار مشخصی از ارز دیجیتال شبکه را قفل یا سهام‌گذاری (Stake) کنند و نود یا کامپیوتر خود را روشن نگه دارند تا در فرآیند تأیید شرکت کنند. همچنین، امکان مشارکت به‌واسطه استخرهای استیکینگ (Staking Pools) هم برای کاربران وجود دارد.

اثبات فضا (Proof of Space)

الگوریتم اثبات فضا، که به اثبات ذخیره‌سازی (Proof of Storage) هم معروف است، شباهت زیادی به الگوریتم اثبات ظرفیت دارد. تفاوت در این است که در اجماع اثبات فضا، تجهیزات ذخیره‌سازی نه برای ایجاد بلاک‌های جدید، بلکه برای ساخت یک فضای ابری غیرمتمرکز به‌کار می‌روند. در این مدل، کاربران فضای ذخیره‌سازی خود را به دیگران اجاره می‌دهند و اجاره‌کنندگان این فضا را برای استخراج رمزارز به کار می‌برند. برخلاف PoC، در این روش، درآمد معمولاً به صورت ماهانه یا سالانه و بر اساس مقدار فضای اجاره داده‌شده پرداخت می‌شود.

نقاط ضعف و قوت الگوی اجماع اثبات ظرفیت

اگرچه الگوریتم PoC با حذف نیاز به سخت‌افزارهای پردازشی قدرتمند و کاهش چشمگیر مصرف انرژی، فرآیند استخراج ارزهای دیجیتال را بسیار ساده‌تر کرده است، اما این روش با چالش‌هایی نیز مواجه است که آینده آن، حداقل در شکل فعلی، را زیر سؤال می‌برد. عمده‌ترین این چالش‌ها، عدم پذیرش گسترده این مدل اجماع در میان جامعه کاربران ارزهای دیجیتال است که موجب کاهش محبوبیت و بالطبع، سودآوری کمتر استخراج با هارد دیسک شده است.

مزایای الگوریتم اثبات ظرفیت

• عدم نیاز به مادربردهای گران‌قیمت با اسلات‌های توسعه زیاد: به راحتی و با خرید یک کارت توسعه PCIe به SATA می‌توانید چند هارد دیسک را به یک اسلات PCIe 1x متصل کنید.
• بی‌نیازی از اسیک‌ها و کارت‌های گرافیک گران: همان طور که ذکر شد، PoC ضرورتی به توان پردازشی بالا ندارد و عملاً تنها هزینه عمده آن تهیه هارد دیسک (متناسب با بودجه شما) است.
• سهولت نصب و راه‌اندازی: راه‌اندازی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری یک ریگ ماینینگ مبتنی بر هارد بسیار ساده‌تر از اثبات کار است و اطلاعات و تخصص پیچیده‌ای نمی‌طلبد.
• مصرف برق بسیار پایین: هر هارد دیسک ۳.۵ اینچ معمولاً تنها بین ۱۲ تا ۱۷ وات انرژی مصرف می‌کند.
• عدم نیاز به تجهیزات مخصوص خنک‌کننده: به دلیل مصرف پایین برق در هارد دیسک، ریگ شما دمای خیلی کمی تولید می‌کند و با یک یا چند فن معمولی به راحتی خنک می‌شود.

معایب الگوریتم اثبات ظرفیت

• چالش خرید هارد دیسک دست دوم: تشخیص وضعیت سلامت هاردهای دست دوم دشوار است و بسیاری از فروشگاه‌ها نیز چنین کالایی را ارائه نمی‌کنند.
• عمر محدود و مشخص هارد دیسک: به خاطر قطعات مکانیکی، عمر مفید هارد دیسک معمولاً حدود ۱۰ هزار ساعت است.
• طولانی بودن فرآیند پلاتینگ و ماینینگ: مرحله آماده‌سازی و استخراج در PoC می‌تواند فرایندی زمان‌بر باشد.
• تعداد محدود کوین‌های قابل استخراج: ارزهایی که با PoC استخراج می‌شوند بسیار کمتر از رمزارزهای متکی بر PoW هستند.
• ریسک آلودگی به ویروس و بدافزار: وجود اطلاعات ذخیره‌شده روی هارد دیسک احتمال آلودگی به بدافزار و اختلال در فرآیند استخراج را افزایش می‌دهد.

برخی پروژه‌های مبتنی بر اثبات ظرفیت

پروژه‌ها و ارزهای دیجیتال متعددی از الگوریتم اثبات ظرفیت برای تأیید تراکنش‌ها و تولید بلاک‌های جدید بهره می‌برند. البته توجه داشته باشید که استخراج ارز دیجیتال به طور کلی هیچ‌گاه بازدهی یا درآمد ثابتی ندارد و عوامل متعددی می‌توانند بر سودآوری این فرآیند اثرگذار باشند؛ بنابراین پیش از ورود به این حوزه، بهتر است تمامی جوانب را بسنجید. از مهم‌ترین پروژه‌های رمزارزی مبتنی بر اثبات ظرفیت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

سیگنوم (SIGNA)

شرکت برست کوین (Burstcoin)، که به عنوان نخستین کوین مبتنی بر الگوریتم اثبات ظرفیت شناخته می‌شود، در سال 2021 برند خود را به سیگنوم (SIGNA) تغییر داد. سیگنوم یکی از سبزترین و سازگارترین ارزهای قابل استخراج با محیط زیست است و مصرف انرژی آن تقریباً هم‌تراز یک کامپیوتر معمولی و بلااستفاده است. جالب اینجاست که حتی از فضای خالی موبایل‌های قدیمی نیز می‌توان برای مشارکت در استخراج SIGNA استفاده کرد.

سیگنوم در سال 2021 همراه با تغییر برند، الگوریتم اجماع نوآورانه‌ای تحت عنوان اثبات تعهد (Proof of Commitment) یا به اختصار “+PoC” را معرفی کرد. در این مدل، کاربران علاوه بر به اشتراک‌گذاری فضای ذخیره‌سازی خالی، باید مقدار مشخصی از توکن SIGNA را نیز در شبکه سهام‌گذاری (Stake) کنند؛ رویکردی که هم شانس کسب پاداش را افزایش می‌دهد و هم امنیت بلاکچین را تقویت می‌کند.

یکی دیگر از نقاط قوت سیگنوم، اضافه شدن قابلیت قرارداد هوشمند به بلاکچین آن در همین سال است. در این شبکه، توکن‌ها و قراردادهای هوشمند به صورت مستقل از یکدیگر فعالیت می‌کنند. توکن‌ها به صورت مستقل و بدون نیاز به کیف پول خاصی بین حساب‌ها جابه‌جا می‌شوند.

این پروژه به صورت یک سازمان غیرانتفاعی و توسط داوطلبان سراسر دنیا مدیریت می‌شود و توسط اتحادیه شبکه سیگنوم (SNA) در سال 2021 پایه‌گذاری شده است. هدف اصلی آن خلق بلاکچینی نوآورانه و دوستدار محیط زیست بوده و تلاش دارد این رؤیا را به واقعیت تبدیل کند.

چیا (XCH)

چیا (XCH) یکی دیگر از ارزهای دیجیتال سبز و دوستدار محیط زیست است که توسط برم کوهن (Bram Cohen)، خالق پروتکل بیت‌تورنت، ایجاد شده است. این پروژه در زمان راه‌اندازی اولیه خود به قدری محبوب شد که سبب کمبود شدید هارد دیسک در بازار چین گردید.

استخراج در پلتفرم چیا نسبت به دیگر ارزهای مشابه بسیار ساده‌تر و بی‌دردسرتر است. کاربران کافی است نرم‌افزار اختصاصی چیا را از وب‌سایت رسمی این پروژه دانلود و نصب کنند، سپس مقدار فضایی را که می‌خواهند به استخراج اختصاص دهند مشخص نمایند تا فرایند پلاتینگ و استخراج به صورت خودکار آغاز شود. نکته مثبت اینکه اجرای این نرم‌افزار تاثیری بر سرعت یا عملکرد سایر بخش‌های سیستم نمی‌گذارد.

شبکه چیا ترکیبی از یک بلاک چین و یک پلتفرم انجام تراکنش‌های هوشمند است که به افراد اجازه می‌دهد با اشتراک‌گذاری فضای خالی هارد دیسک در اداره شبکه غیرمتمرکز آن مشارکت کرده و پاداش دریافت کنند. الگوریتم مورد استفاده در شبکه چیا، اثبات فضا-زمان (Proof of Space-Time) است که برای اختصاص مقدار مشخصی فضای خالی در بازه زمانی معین، به ماینرها پاداش تعلق می‌گیرد.

سیا کوین (SC)

سیا کوین (SC) یک پلتفرم فضای ابری غیرمتمرکز است که بر پایه فناوری بلاک چین کار می‌کند. سرویس‌های این شبکه شباهت زیادی به راهکارهای ابری شرکت‌هایی همچون مایکروسافت، گوگل، آمازون و دراپ‌باکس دارند، با این تفاوت که در سیا کاملاً ساختار غیرمتمرکز حاکم است و هیچ نقطه کنترل یا فشار مرکزی وجود ندارد. در این شبکه، ماینرها با استفاده از الگوریتم اثبات فضا (Proof of Space) که یک شاخه از اثبات ظرفیت به حساب می‌آید صحت تراکنش‌ها را تایید می‌کنند.

همانطور که پیش‌تر گفته شد، در این روش از فضای ذخیره‌سازی اشتراکی کاربران برای ایجاد یک فضای ابری غیرمتمرکز استفاده می‌شود. هر ماینر مشارکت‌کننده بخشی از ظرفیت ابری را در اختیار می‌گذارد و آن را به متقاضیان اجاره می‌دهد. شما با میزبانی (هاستینگ) در شبکه سیا کوین، به خریداران فضای ابری کمک می‌کنید تا اطلاعاتشان را به شکل امن و غیرمتمرکز ذخیره کنند، به‌گونه‌ای که فقط خودشان امکان دسترسی به آن را دارند.

در ازای فعالیت و میزبانی بخشی از فضای ابری، ماینرها سیا کوین (SC) به عنوان پاداش دریافت می‌کنند که علاوه بر امکان فروش در صرافی‌های مختلف (از جمله بیت۲۴)، می‌توان از آن برای خرید فضای ابری جدید در همین شبکه هم استفاده کرد. میزان پاداش دریافتی بستگی به دو عامل اصلی دارد: نخست میزان فضایی که اختصاص داده‌اید و دوم میزان زمانی که سیستم شما آنلاین و آماده به کار بوده است (Uptime). مزایای شبکه سیا نسبت به سرویس‌های ابری متمرکز، هزینه کمتر، امنیت بیشتر و همچنین دسترسی آسان‌تر به داده‌ها در بستر کاملاً غیرمتمرکز است.

سخن پایانی

در نهایت باید یادآور شد که پذیرش روش‌های اجماع نوینی مانند الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) و سایر نمونه‌های مشابه، بیشتر به میزان کارآیی و عملکرد واقعی آن‌ها برای پاسخ‌گویی به نیازها و انتظارات فعالان حوزه بلاک‌چین بستگی دارد. به طور کلی، هرچقدر بلاک‌چین‌ها با سرعت بیشتری به سمت فناوری‌های سبز و دوستدار محیط زیست حرکت کنند و فاصله بیشتری از الگوریتم‌های سنتی و انرژی‌بر مانند اثبات کار (PoW) بگیرند، از پایداری و استقبال گسترده‌تری برخوردار خواهند شد.

الگوریتم اثبات ظرفیت و زیرشاخه‌هایی چون اثبات فضا (Proof of Space)، اثبات تعهد (POC+) و اثبات فضا-زمان همگی در پی ارائه راه‌حلی جایگزین و دوستدار محیط زیست برای مکانیزم قدیمی اثبات کار بیت‌ کوین هستند تا بتوانند با رفع نقاط ضعف جدی این روش، بخشی از نگرانی‌ها و انتقادات فعالان محیط زیست را نسبت به مصرف بالای انرژی برطرف سازند.

در این مقاله تلاش شد شما را با مفاهیم کلیدی استخراج، روش‌های مختلف اجماع و به‌ویژه الگوریتم اثبات ظرفیت آشنا کنیم. اگرچه استخراج رمزارزها بر اساس الگوریتم PoC از نظر هزینه به‌مراتب مقرون‌به‌صرفه‌تر است، اما باید توجه داشت که ورود و سرمایه‌گذاری در حوزه ماینینگ نیازمند بررسی‌های دقیق، تحقیقات جامع و محاسبات مالی کامل است و پرداختن به تمامی این جنبه‌ها در یک مقاله ممکن نیست؛ بنابراین پیش از هر اقدامی حتما مطالعه و تحقیق کافی داشته باشید.