هش ­ریت، سختی شبکه و کارمزد­ها چه ارتباطی با یکدیگر دارند؟

هش ریت، سختی شبکه و کارمزدها، هر سه از مواردی هستند که در درک بیت کوین در سطح تکنیکال بسیار اهمیت دارند.    

مکانیسم تنظیم سختی شبکه (یا سختی استخراج، difficulty adjustment mechanism) بیت ­کوین یکی از مهمترین مفاهیم مطرح شده در رابطه با خرید بیت کوین است، با این حال یادگیری شیوه­ یا مکانیسم کارکرد آن می‌­تواند بسیار دشوارتر به نظر آید. در مقاله‌ی حاضر برای اینکه بتوان نحوه کارکرد این مکانیسم و ارتباط آن با هش ریت (یا نرخ هش، hash rate)، فواصل بین بلوک‌­ها (block intervals)، کارمزد تراکنش‌­ها (transaction fees) و ممپول (mempool) را نشان دهیم، از داده­‌های درون زنجیره‌­ای (on-chain) استفاده شده است. بعد از خواندن این مقاله متوجه خواهید شد که چرا بعضی مواقع استفاده از بیت ­کوین نسبتاً زمان­بر و پرهزینه است. اینکه چطور بیت ­کوین این مشکل را برطرف می‌­کند و چرا این فرایند امری بسیار مهم برای تضمین دارایی‌­های مالی بیت­ کوینی است.

   زمان‌­بندی عرضه‌­ی بیت ­کوین

اگر اطلاعاتی در مورد بیت­کوین داشته باشید احتمالاً می‌­دانید که ماکزیمم عرضه بیت­کوین در واقع 21 میلیون واحد (BTC) تعریف شده است و این امر سبب شده است که این ارز دیجیتال دارایی کاملاً کمیاب و در نتیجه «پولی سخت» (یا هارد مانی، hard money) تلقی شود.

زمانی که بیت­کوین برای اولین بار وارد بازار شده بود، هر ماینری (miner) که یک بلوک (block) جدید ایجاد می­‌کرد، پاداشی معادل 50 BTC در ازای هر بلوک جدید دریافت می‌­کرد. این نرم­‌ا‌فزار قوانینی برای خود دارد: اینکه بعد از ماینینگ هر 210,000 بلوک (تقریباً هر چهار سال یکبار، اگر فاصله بین ایجاد هر بلوک 10 دقیقه باشد)، «پاداش بلوک بیت­ کوین» طی فرایندی تحت عنوان هاوینگ بیت کوین (halving) به نصف کاهش می‌­یابد. در اولین دوره­‌ای که پاداش برای ماینرها در نظر گرفته شده بود و به تاریخ 28 نوامبر 2012 پایان یافته بود، 10.5 میلیون بیت ­کوین (نصف مقدار ماکزیمم عرضه بیت­کوین) استخراج شده بود. در دوره دوم هاوینگ، نصف این مقدار (10.5/2 = 5.25 میلیون بیت کوین) توسط ماینرها استخراج شده بود. و در دوره سوم نصف مقدار دوم (5.25/2 = 2.625 میلیون بیت کوین) دیگر استخراج شد و به همین شیوه ادامه پیدا کرد. بعد از 32 هاوینگ، پاداش بیت­کوین معادل کوچکترین واحد بیت­کوین (1 ساتوشی) معادل 0.00000001 بیتکوین خواهد بود که این مقدار دیگر نمی‌تواند نصف شود. به عبارت دیگر پاداش بلوک به همین روال کاهش می­‌یابد و در نهایت از بین می‌­رود (درواقع اگر فاصله ایجاد هر بلوک همان 10 دقیقه باشد، انتظار می‌رود این اتفاق در سال 2140 رخ دهد). 14 دوره اول پاداش استخراج و عرضه بیت­کوین در نمودار زیر این موضوع را به تصویر کشیده است.

نمودار 14 دوره از پاداش استخراج و عرضه بیت ­کوین

اگر تا بدین اینجا مقاله را با دقت مطالعه کرده باشید، حتما متوجه شده‌اید که تاریخ دقیق این هاوینگ­‌ها بستگی به فاصله ایجاد هر بلوک دارد که در این مقاله 10 دقیقه در نظر گرفته شده است. حال این سوال مطرح می‌­شود که چرا، در وهله‌ی اول، دانستن برنامه زمان‌­بندی عرضه‌­ی بیت ­کوین امری مهم تلقی می‌­شود؟

اهمیت ایجاد فواصل بلوکی نسبتاً پایدار در بیت کوین­

بیایید در اینجا شرایطی را در نظر بگیریم که در آن هیچ نوع مکانیسم داخلی تنظیم سختی شبکه برای بیت­کوین وجود ندارد و در واقع سطح ثابتی از سختی استخراج برای بیت­کوین در نظر گرفته شده است.

اگر سطح ثابت در نظر گرفته شده برای سختی استخراج نسبتاً بالا باشد، ماینینگ (mining) در ابتدا بسیار پرهزینه خواهد بود و بلوک‌­ها در مراحل اولیه با سرعتی بسیار پایین‌­تر و در فواصل زمانی بیشتر ایجاد خواهند شد. در چنین شرایطی راه‌­اندازی یک شبکه جدید توصیه نمی‌­شود و در نتیجه موفقیتی در وهله اول بدست نمی‌­آید.

از طرفی، اگر سطح سختی استخراج نسبتاً پایین باشد تا بدین طریق افراد بیشتری تشویق شوند به این شبکه ملحق شوند، فاصله زمانی بین ایجاد بلوک­‌ها بسیار کمتر خواهد شد. در نتیجه، ماینرهای بیشتری به این شبکه ملحق می‌­شوند و بلوک­‌ها در فاصله زمانی بسیار کمتر و با سرعت بسیار بالاتر ایجاد می­‌شوند. در چنین شرایطی خیلی زودتر به برنامه زمانی پیش ­بینی شده برای عرضه کل بیت ­کوین می‌­رسیم. اگر چنین اتفاقی بیفتد، احتمالاً شبکه بیت­کوین زمان کافی برای توسعه فاصله بین بلوک­‌ها در شبکه نخواهد داشت، پاداش بلوک­‌ها خیلی زود تمام می‌­شود و ماینرها دیگر انگیزه­‌ای برای استخراج بلوک­‌ها نخواهند داشت. در نتیجه، تراکنش‌­ها به صورت کارآمد در این شبکه پردازش نمی‌­شوند و امنیت شبکه به خطر می­‌افتد.

اگر بخواهیم در اینجا به صورت مختصر به این موضوع بپردازیم لازم است ذکر کنیم که باید فواصل نسبتاً پایداری بین بلوک­‌ها وجود داشته باشد تا بدین طریق عرضه بیت­کوین در طول زمان ادامه یابد. به عبارت دیگر، پاداش‌ها باید باشد تا انگیزه‌­ای برای ماینرها برای استخراج بیت­ کوین در دوره­‌ای نسبتاً طولانی ایجاد شود. همچنین، وجود فواصل بلوکی نسبتاً پایدار سبب می‌­شود زمان کافی برای توسعه فضای بین بلوک‌­ها در شبکه و متعاقباً در بازار وجود داشته باشد. و بدین ترتیب پیشرفت این شبکه تضمین شود، حتی زمانی که دیگر پاداش بلوک­‌ها به اتمام برسد.

بیت­کوین باید یک مکانیسم تنظیم سختی شبکه داشته باشد تا از این طریق بتوان پایداری نسبی فاصله بین بلوک­‌ها را در چندین دهه تضمین کرد. همان گونه که در نمودار زیر می‌­بینید، مکانیسم تنظیم سختی شبکه وجود دارد، اما فاصله موجود بین بلوک‌­ها خیلی پایدار به نظر نمی‌­رسد، به علاوه، بیت کوین در سال اول حضورش به طور متوسط برای ایجاد هر بلوک بیش از ده دقیقه زمان برده است. بعد از اینکه بیت­ کوین قیمت بازار خود را در جولای 2010 مشخص کرد، فاصله بین بلوک‌­ها پایدارتر شد و از آن زمان تا پنج سال بعد فاصله بین بلوک‌­ها به کمتر از ده دقیقه رسید (هیچ نوع روند صعودی یا نزولی در خط نارنجی نمودار زیر دیده نمی‌­شود) و این حیرت‌­انگیز است.

نمودار میانگین متحرک 14 روزه برای متوسط فاصله زمانی بلاک‌ها در طول زمان. منبع: گلسنود

مکانیسم تنظیم سختی شبکه‌ بیت ­کوین

ماینرها برای استخراج بیت­کوین از کامپیوترهایی بسیار تخصصی برای حدس زدن عددی مشخص استفاده می‌کنند. هر زمان که ماینر عدد مدنظر شبکه را پیدا کند، آن ماینر می‌­تواند بلوکی جدید در بلاک­ چین بیت­کوین (Bitcoin blockchain) ایجاد کند و پاداش آن بلوک را بگیرد. ماینرها در بلاکی که ایجاد می‌کنند می‌تواند تراکنش‌­های دلخواهشان را انتخاب کنند، و کارمزدهای آن تراکنش‌­ها را نیز دریافت کنند. به عنوان مثال، در زمان نگارش این مقاله، تخمین زده شده است که تمام ماینرهای فعال در شبکه‌ی بیت ­کوین ظرفیت کلی (هش ریت) معادل 170 اگزاهش (exahashes) در ثانیه، معادل 170,000,000,000,000,000,000 هش در ثانیه دارند.

در اولین سالی که بیت­کوین وارد بازار شده بود (2009)، امکان استخراج بیت ­کوین با CPU (تراشه مرکزی کامپیوتر که مسئولیت نگهداری بسیاری از قسمت‌ها را برعهده دارد) در یک کامپیوتر معمولی وجود داشت. در آن زمان هش ­ریت شبکه فقط چند میلیون هش در ثانیه بود. با گذشت زمان کامپیوترهای بیشتری به این شبکه پیوستند و در نهایت از تراشه­‌هایی استفاده شد که واحد پردازش گرافیکی بالاتر (Graphics Processing Unit) به اختصار GPU استفاده شد که متعاقباً قدرت بیشتری در محاسبه اعداد و ارقام سنگین‌­تر داشتند. این تراشه­‌های کامپیوتری به گونه‌ای طراحی شده بودند که برای کارهای گرافیکی و جبر خطی استفاده می‌­شد. پس از آن، حتی سخت ­افزارهایی به صورت سفارشی برای استخراج بیت­کوین به نام ای­سیک (ASIC) طراحی شدند.

همان طورکه می‌­دانید، هش ­ریت شبکه، در مقایسه با سال اول ورود بیت­کوین، تا به امروز چند تریلیون برابر شده است. هش‌ریت یا هش پاور میزان سرعت یک دستگاه استخراج را در حل هش و دریافت پاداش را نمایش می‌دهد. هش ریت رابطه مستقیمی با درآمد ماینر (Miner) دارد، هر چه هش‌ریت دستگاهی بیشتر باشد، آن دستگاه با سرعت بیشتری هش بلاک‌ها را حل کرده و پاداش بیشتری دریافت می کند. در فرآیند استخراج بیت کوین، بلاک‌ها قبل از این‌که به شبکه بلاک‌چین بیت کوین اضافه شوند باید هش شوند. به روند هش شدن بلاک‌های زنجیره بلاکچین هشینگ (Hashing) می‌گویند.

سخت­‌تر کردن شبکه برای حدس و پیدا کردن آن عدد مدنظر امری ضروری است، زیرا به این شیوه می‌­توانیم تضمین کنیم که فاصله بین بلوک‌­ها نسبتاً پایدار و حدود 10 دقیقه است.

در مباحث بیت­کوین، سختی شبکه معیاری برای اندازه‌­گیری درجه سختی یا دشواری پیدا کردن آن عدد مشخصِ مدنظر شبکه است. هر 2016 بلوکی که ایجاد می‌شود (اگر فاصله ایجاد بلوک‌­ها همان ده دقیقه باشد، تقریباً 14 روز طول می‌­کشد)، نرم ­افزار بیت­کوین فاصله بین بلوک‌­ها در بازه زمانی مدنظر را اندازه‌­گیری و سطح سختی را تنظیم می‌­کند تا دوباره فاصله بین بلوک‌­ها بر روی همان 10 دقیقه تنظیم شود.

ارتباط بین هش ریت سختی بیت­کوین (میانگین متحرک 14 روزه) و فاصله بین بلوک‌­ها در سه ماه اخیر در نمودار زیر نشان داده شده است. در بازه‌ی زمانی دوره اول تنظیم سختی (ستون قرمز رنگ در سمت چپ)، هش ریت روندی کاهشی داشته است (روند نزولی نشان داده شده به رنگ مشکی). هنگامی که ظرفیت شبکه کاهش یافته، فاصله بین بلوک‌­ها افزایش یافته است (روند صعودی آبی رنگ) و باعث شده است سختی شبکه کاهش یابد (افت جزئی بعد این دوره که به رنگ نارنجی نشان داده شده است).

تنظیم سختی شبکه در سه دوره بعد این بازه زمانی (اولین ستون سبز رنگ در نمودار زیر)، شاهد افزایش هش ­ریت می‌باشیم. بلوک‌­ها زودتر از زمان برنامه‌ریزی شده ایجاد شده‌اند و در نتیجه سختی شبکه بر روی سه برابر بیشتر تنظیم شده است. در اواسط آوریل 2021 (ستون قرمز سمت راست) قطعی برق گسترده‌­ای در چین رخ داد و این امر سبب افت شدید هش ریت بیت­کوین شد، و فاصله زمانی بین بلوک­‌ها بیشتر شد. در نتیجه، ضرورت کاهش سختی شبکه مطرح و سپس تنظیم شد. بعد از این رخداد (ستون سبز سمت راست)، مشکل قطعی برق چین حل شد و کاهش سطح سختی شبکه سبب شد ماینرها بتوانند بلوک‌­های بیشتر با فاصله زمانی کمتری ایجاد کنند. در نتیجه، برخی ماینرها که سخت‌­افزارهای رده پایین‌تر و/یا سخت‌­افزارهایی با مصرف انرژی بالاتر داشتند توانستند از این استخراج­‌ها به سود برسند. بدین ترتیب، فقدان هش ریت دوره‌ی قبل بیش از حد مجاز جبران شد و در نتیجه هش ­ریت به بالاترین سطح خود رسید.

نمودار تنظیم سطح سختی بیت ­کوین (نارنجی) و میانگین متحرک 14 روزه هش ­ریت (مشکی) و فاصله بین بلوک‌­ها (آبی)

روند نزولی و اصلاح اخیر هش ریت، نمونه‌­ای عالی برای نشان دادن این واقعیت است که چرا ماینرهایی که این شبکه را به هر دلیل ترک می­‌کنند سبب ترک تعداد بیشتری از ماینرها از شبکه نمی‌­شوند، درواقع آن اثر آبشاری (cascading effect) را در دیگر ماینرها سبب نمی‌­شوند (گاهی اوقات منتقدان این اثر را “مارپیچ مرگ استخراج“ می‌­نامند). اما ذکر این نکته ضررویست که خود نرم ­افزار حاشیه سود (profit margin) بقیه ماینرها را افزایش می‌­دهد و دیگر ماینرها را تشویق می­‌کند تا (دوباره) عضو این شبکه شوند.

کارمزد تراکنش‌­ها 

این مکانیسم بر میزان کارمزد تراکنش­‌ها تاثیر منفی دارد. در بازه­‌های زمانی که هش ریت افزایش یافته است و بلوک‌­ها سریع‌تر از موعد مقرر ساخته می‌­شوند (ستون­‌های سبز رنگ در تصویر زیر)، تراکنش­‌ها می‌­توانند به سهولت در بلوک‌­ها جای بگیرند. این بدان معناست تراکنش­‌های کمتری در صف بیت ­کوین (در ممپول) برای قرارگیری در بلوک‌­های بعدی وجود دارد و در نتیجه کارمزد تراکنش نسبتاً پایین می‌آید. 

عکس این امر نیز ممکن است اتفاق بیفتد. این امر در مواقعی اتفاق خواهد افتاد که هش ریت کاهش یافته و فاصله بین بلوک‌­ها افزایش می‌یابد (ستون قرمز در تصویر زیر). در این صورت سرعت تشکیل بلوک‌­ها کاهش می‌­یابد، شاهد افزایش تعداد تراکنش­‌های در صف برای ورود به بلوک­‌ها خواهیم بود و در نتیجه افراد مجبور می‌­شوند کارمزد تراکنش­‌هایشان را افزایش دهند تا به اول صف برسند. در نتیجه کارمزد تراکنش‌­ها به شدت افزایش می­‌یابد، بخصوص زمانی که ظرفیت شبکه کاهش یافته است (کاهش هش­ ریت‌­ها). در نتیجه، تمام افراد در صف منتظرند سختی بعدی شبکه تنظیم شود تا بتوانند از این مخمصه رهایی یابند.  

میانگین روند 14 روزه هش ­ریت بیت ­کوین (خط مشکی)، میانگین فاصله بین بلوک‌­ها (خط آبی) و متوسط کارمزد تراکنش‌­ها (خط نارنجی)

در این بخش به بررسی کارمزد تراکنش­‌های قرار گرفته شده در بلوک‌­ها پرداختیم. افرادی که قصد دارند در شبکه بیت ­کوین تراکنش‌­هایشان را انجام دهند شاید بهتر باشد اطلاعات جامع­‌تری در مورد میزان هزینه اضافی پرداختی افراد برای قرار دادن تراکنش‌­های در صف در بلوک‌­های بعدی کسب کنند.

ممپول (Mempool)

همانطور که به صورت خلاصه در بالا نیز اشاره شده است، در واقع ممپول (mempool) در شبکه‌ی بیت ­کوین به تمام تراکنش‌­هایی اطلاق می‌­شود که در این شبکه صورت می‌­گیرند، اما در یک بازه زمانی مشخص در صف انتظار هستند تا وارد بلوک بعدی شوند. اگر بخواهیم به صورت تخصصی‌­تر بیان کنیم، در واقع تمام نودهای بیت ­کوین در شبکه، ممپول­‌های خاص خود را دارند، اما به این دلیل که همه این نودها به یکدیگر متصل و مرتبط هستند، تمام آنها را به صورت یک صف انتظار مجزا در نظر گرفته­‌ایم تا بتوانیم تعریفی ساده‌­تر از این فرایند ارائه دهیم. 

Mempool.space یک وب­سایت استاندارد است که به کسی اجازه نمی‌­دهد نود خود را مدیریت کند. به عبارت دیگر، فقط به کاربران اجازه می‌­دهد نگاهی کوتاه به داده‌­های مرتبط­شان در ممپول داشته باشند. به عنوان مثال، حجم کل تراکنش‌­های منتظر تایید در صف انتظار (اندازه ممپول)، تعداد تراکنش­‌های اضافه شده به صف انتظار (تراکنش­‌های ورودی)، اطلاعاتی در مورد اینکه آیا بلوک‌­ها زودتر یا دیرتر از موعد مقرر ایجاد می‌­شوند (برآورد تنظیم میزان سختی شبکه) و تخمین میزان کارمزد هر یک از تراکنش‌­ها با هدف قرارگیری در اولویت اول، دوم یا سوم را می‌توان مشاهده کرد.

در تصویر زیر، ممپول سه ماه اخیر نشان داده شده است. همانطور که انتظار می‌رود، الگوهای برآورد شده در تصویر فوق در اینجا نیز مشاهده می‌­شود. در فاصله زمانی بین اواخر فوریه و اوایل آوریل 2021 که شاهد افزایش تعداد هش ­ریت‌­ها در شبکه بیت­ کوین بوده­‌ایم و تعداد بلوک‌­های ساخته شده بسیار بیشتر از حد انتظار بوده است، سایز ممپول (تعداد تراکنش‌­های در صف انتظار) روندی نزولی داشت و متعاقباً کارمزد تراکنش‌­ها نیز کاهش  یافت. سپس در اواسط آوریل با کاهش شدید هش ­ریت مواجه شدیم. حجم ممپول به سرعت افزایش یافت و کارمزد تراکنش‌­ها سر به فلک کشید، چندی بعد در تاریخ سی آوریل 2021 سطح سختی شبکه برای بار دیگر تنظیم شد، درنتیجه حجم ممپول و کارمزد تراکنش‌­ها روندی نزولی یافت و هش­ ریت به بالاترین حد خود رسید.

ممپول بیت ­کوین بر اساس داده­‌های وب­سایت mempool.space

چشم‌­انداز بازار بلاک اسپیس (Block Space)

همانطور که پیش‌­تر در این مقاله گفته شد، پاداش بلوک بیت ­کوین به تدریج در طول زمان از بین می‌­رود. در نتیجه ضرورت توسعه‌­ی یک بازار پررونق برای Block Space  احساس می‌­شود. در آن زمان تمام کارمزدهای حاصل از تراکنش‌­ها منبع سود اصلی ماینرها می‌­شود و بدین شیوه آنها تشویق می‌­شوند به پردازش تراکنش‌­ها در این شبکه ادامه دهند و در نتیجه امنیت این شبکه در درازمدت تامین می­‌شود.

شاید این موضوع سخت‌­ترین آزمون پیش ­روی بیت ­کوین در سال­‌های آتی باشد.  حتما در قسمت کامنت‌ها سوالات و نظرات خود را در رابطه با موضوعات مطرح شده در این مقاله با ما به اشتراک بگذارید.

مطالب مرتبط

• در مقاله “کارمزد شبکه بیت کوین؛ انتقال ارزان و سریع بیتکوین“، به بررسی چگونگی تاثیر کارمزدها بر انتقالات بیت کوین پرداخته‌ایم. این مطلب به شما کمک می‌کند تا درک بهتری از ساختار کارمزدهای شبکه بیت کوین داشته باشید و راهکارهایی را برای انجام تراکنش‌های ارزان‌تر و سریع‌تر کشف کنید.
• اگر می‌خواهید بدانید “کارمزد انتقال در شبکه تتر چقدر است؟“، این مقاله راهنمای شما خواهد بود. در این نوشتار، ما به تفصیل به بررسی ساختار کارمزدهای شبکه تتر می‌پردازیم و عوامل موثر بر این هزینه‌ها را تحلیل می‌کنیم.
• “سختی بیت کوین تا کی ادامه دارد و چه فوایدی دارد؟” این مقاله به شما کمک می‌کند تا با مفهوم سختی در شبکه بیت کوین و نقش حیاتی آن در حفظ امنیت و پایداری شبکه آشنا شوید.
• چنانچه به مطالب مرتبط به به روز رسانی‌های بلاکچین بیت کوین علاقه‌مند هستید، توصیه می‌کنیم سری به مقاله تپ روت بیت کوین چیست بزنید.