ساز و کار تنظیم سختی شبکه بیت کوین یکی از مهم‌ترین جنبه‌های آن است؛ اما یادگیری نحوه کار آن می‌تواند دشوار باشد. در این مقاله، از داده‌های درون زنجیره‌ای استفاده کردیم تا نحوه کار مکانیزم تنظیم سختی شبکه و ارتباط آن با هش ریت، بازه‌های زمانی بین بلاک‌ها، تاثیر سختی شبکه بر کارمزد بیت کوین و ممپول (اتاق انتظار تراکنش‌های تایید نشده) را توضیح دهیم.
تاثیر سختی شبکه بر کارمزد بیت کوین
همانطور که اطلاع دارید، عرضه بیت کوین در ۲۱ میلیون واحد محدود شده است و آن را به یک دارایی کمیاب و در نتیجه به یک “پول سخت” تبدیل کرده است.
وقتی Bitcoin ایجاد شد، استخراج کنندگان برای هر بلوک جدید ۵۰ بیت کوین به عنوان پاداش برای کار خود دریافت می‌کردند. طبق پروتکل بیتکوین، پس از استخراج هر ۲۱۰،۰۰۰ بلاک (تقریبا ۴ سال)، در طی رویدادی به نام هاوینگ، پاداش‌ها به نصف کاهش می‌یابد. در طی اولین دوره استخراج که ۲۸ نوامبر ۲۰۱۲ (۸ آذر ۹۱) به پایان رسید، ۱۰.۵ میلیون بیت کوین (نیمی از حداکثر عرضه آن) استخراج شد. در دوره دوم، نیمی از این مبلغ (۵.۲۵ میلیون BTC) و در دوره بعدی نیز نیمی از مبلغ قبلی (۲.۶۲۵ میلیون بیتکوین) استخراج شد.
پس از ۳۲ دوره هاوینگ، پاداش بلوک برابر است با کم‌ترین واحد بیت کوین (یک ساتوشی) و بعد از آن دیگر Halving نخواهیم داشت؛ این بدان معناست که پاداش بلاک پس از آن به طور کامل از بین می‌رود (اگر بازه‌های تولید بلوک‌ها ۱۰ دقیقه باشد، در سال ۲۱۴۰ دیگر استخراج بیت کوین، پاداشی نخواهد داشت). اولین ۱۴ دوره هاوینگ و پاداش‌ها در بیتکوین در شکل بالا نشان داده شده است.
اکنون بیایید بررسی کنیم اگر شبکه Bitcoin مکانیزم تنظیم سختی شبکه را نداشت و Difficulty شبکه ثابت بود، چه اتفاقی می‌افتاد؟
اگر سختی شبکه بیت کوین نسبتا زیاد تعیین شده بود، استخراج زود هنگام بسیار گران تمام می‌شد و بلوک‌ها از همان اوایل با سرعت بسیار کُندی ایجاد می‌شدند؛ واضح است که این امر برای راه اندازی یک شبکه جدید ایده آل نبوده و می‌توانست به این معنی باشد که این بلاک چین در مرحله اول راه اندازی موفق نبوده است.
از طرف دیگر، اگر سختی اولیه شبکه نسبتا پایین تعیین می‌شد، با پیوستن بیشتر ماینرها به شبکه، فواصل بین ایجاد بلوک‌ها کوچک‌تر می‌شد و بلاک‌ها با سرعت فزاینده‌ای ساخته می‌شدند و در نتیجه برنامه زمانبندی عرضه بیت کوین دچار مشکل می‌شد؛ اگر این اتفاق می‌افتاد، شبکه اولین رمز ارز دنیا زمان کافی برای شناخته شدن و توسعه بازار را نداشت. بنابراین، پاداش بلوک‌ها خیلی سریع‌تر تمام می‌شد و ماینرها انگیزه کافی برای ماین کردن و پردازش تراکنش‌ها و در نتیجه، تامین امنیت شبکه را نداشتند.
به طور خلاصه، به منظور گسترش زمانبندی عرضه بیت کوین، فاصله ایجاد بلوک‌ها باید نسبتا ثابت باشد که این امر به نوبه خود برای ایجاد انگیزه در ماینرها برای پیوستن به شبکه در یک دوره نسبتا طولانی و همچنین توسعه تدریجی بازار رمزارزها مورد نیاز است.
برای اطمینان از این که فواصل زمانی بلاک‌ها طی چند دهه، نسبتا ثابت باقی بماند، مکانیزمی برای تنظیم سختی شبکه بیت کوین پیاده سازی شده است. همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، حتی با این مکانیزم سختی داخلی، فواصل بین بلوک‌ها چندان پایدار نبوده و در سال اول راه‌اندازی بیتکوین، فاصله زمانی بین بلوک‌ها به طور متوسط بیش از ۱۰ دقیقه بود. فواصل بین بلاک‌ها، در جولای ۲۰۱۰ (تیر ۸۹) پس از تعیین اولین قیمت بیت کوین، پایدارتر شد و بیش از ۵ سال است که فاصله بلوک‌ها حدودا زیر ۱۰ دقیقه است (هیچ روند افزایشی یا کاهشی در نمودار نارنجی وجود ندارد).
مکانیزم تنظیم سختی شبکه بیت کوین
برای استخراج بیت کوین، ماینرها از دستگاه‌های کاملا مخصوص برای حدس زدن عدد مشخصی استفاده می‌کنند. وقتی یک ماینر عدد نانس را پیدا می‌کند که شبکه در حال حاضر به دنبال آن است، آن ماینر حق ایجاد بلاک جدید در بلاکچین بیت کوین را به دست می‌آورد، پاداش بلوک را دریافت می‌کند، تراکنش‌ها را در بلوک قرار داده و کارمزد تراکنش‌ها را نیز به دست می‌آورد. در زمان نگارش این مقاله، تخمین زده می‌شود که هش ریت کل شبکه بیت کوین (مجموع توان محاسباتی تمام ماینرهایی که در شبکه بیتکوین فعال هستند)، ۱۳۲ اگزا هش در ثانیه، یعنی ۱۰۲۲ × ۱۳ هش در ثانیه هستند.
در اولین سال راه‌اندازی بیت کوین (سال ۲۰۰۹)، استخراج بیت کوین با CPU امکان‌پذیر بود؛ زیرا نرخ هش شبکه فقط چند میلیون هش در ثانیه بود. با گذشت زمان، رایانه‌های بیشتری به شبکه پیوستند و بعدها تراشه‌هایی که از GPU (کارت‌های گرافیک) استفاده می‌کردند، برای استخراج مورد استفاده قرار گرفتند و در نهایت، امروزه از سخت افزارهای مخصوص ماینینگ BTC که با نام اسیک (Asic) شناخته می‌شوند، استفاده می‌شود.
همانطور که می‌توانید تصور کنید، با افزایش چند تریلیون برابری میزان Hashrate شبکه از همان سال اول تاکنون، حدس زدن عدد Nonce در فاصله ۱۰ دقیقه توسط ماینرها بسیار دشوارتر شده است.
سختی شبکه بیت کوین معیاری است برای بیان این که یافتن عدد نانس توسط ماینر چه مقدار پیچیده و زمان‌بر است. هر ۲۰۱۶ بلاک (حدودا هر ۲ هفته یک بار) نرم افزار بیتکوین فواصل بین بلوک‌ها را در آن دوره محاسبه می‌کند و سختی شبکه را طوری تنظیم می‌کند که با هش ریت فعلی، فاصله زمانی بین بلاک‌ها به طور متوسط ۱۰ دقیقه باشد.
رابطه بین سختی شبکه بیت کوین (میانگین متحرک ۱۴ روزه)، نرخ هش و فواصل بلوک در سه ماه گذشته، در شکل زیر نشان داده شده است. در طول اولین دوره تنظیم سختی (ستون قرمز در سمت چپ)، هش ریت در حال کاهش بود (روند نزولی در خط سیاه). با کاهش ظرفیت شبکه، فواصل بین بلاک‌ها افزایش می‌یابد (روند صعودی در خط آبی) و در نتیجه نیاز به کاهش سختی شبکه (کاهش اندک در خط نارنجی پس از این دوره) ضروری است.
در سومین دوره تنظیم سختی (اولین ستون سبز از سمت چپ)، هش ریت دوباره در حال افزایش بود، بلوک‌ها سریع‌تر از برنامه وارد شدند و سختی شبکه بیت کوین به سه برابر قبلی‌اش افزایش یافت. در اواسط آوریل سال ۲۰۲۱ (ستون قرمز سمت راست)، در کشور چین قطعی برق رخ داد که باعث افت شدید نرخ هش شبکه BTC شد و سرعت ایجاد بلوک‌ها به شدت کاهش یافت؛ بنابراین، سختی شبکه در این دوره کاهش پیدا کرد.
پس از این اتفاق (ستون سبز سمت راست) با کاهش سختی شبکه، کار ایجاد مجدد بلاک‌ها را برای ماینرها بسیار آسان کرد؛ در نتیجه، برخی از ماینرها با سخت افزارهای ضعیف نیز می‌توانستند دوباره از استخراج سود کسب کنند. در واقع با اضافه شدن ماینرهای بیشتر، کاهش شدید هش ریت قبلی جبران شده و آن را به بالاترین سطح جدید می‌رسانند.
آخرین دوره کاهش نرخ هش و بازیابی آن، مثال خوبی است که چرا با کاهش ماینرها در یک دوره منجر به کاهش سلسله مراتبی ماینرهای دیگر نمی‌شود؛ بلکه Minerهای جدید را به پیوستن به شبکه تشویق می‌کند. این مکانیزم با حفظ حاشیه سود استخراج کنندگان، محرکی برای پیوستن سایر ماینرها به شبکه است.
ارتباط سختی شبکه بیتکوین و کارمزد تراکنش‌ها
اثر جانبی این ساز و کار که همه ما آن را احساس می‌کنیم، تأثیر آن بر کارمزد تراکنش‌هاست. در زمان‌هایی که Hashrate افزایش می‌یابد و بلوک‌ها سریع‌تر از زمان برنامه ریزی شده ساخته می‌شوند (ستون‌های سبز در شکل)، تراکنش‌ها می‌توانند با سرعت بیشتری در بلوک‌ها قرار بگیرند. این بدان معناست که تراکنش‌های کمتری در صف قرار دارند و به همین دلیل هزینه تایید آنها می‌تواند نسبتا پایین باشد.
برعکس این قضیه در دوره‌هایی است که هش ریت کاهش می‌یابد و فواصل زمانی بلاک‌ها افزایش می‌یابد (ستون قرمز در شکل زیر). وقتی بلوک‌ها با سرعت کمتری ایجاد می‌شوند، صف تراکنش‌های در انتظار، طولانی می‌شود و کاربران برای سریع‌تر انجام شدن تراکنش‌های خود، باید کارمزد را افزایش دهند. به همین ترتیب، تاثیر سختی شبکه بر کارمزد بیت کوین افزایش می‌یابد و باید در دوره بعدی تنظیم سختی، این مشکل فروکش کند.
در این بخش، در مورد تاثیر سختی شبکه بر کارمزد بیت کوین صحبت کردیم. برای کسانی که قصد انجام تراکنش در شبکه بیت کوین را دارند، این نکته می‌توان حائز اهمیت باشد که تراکنش‌هایی که هنوز در صف انتظار برای قرار گرفتن در بلاک‌های آینده هستند، برای تایید شدن چه کارمزدی پیشنهاد داده‌اند.
ممپول (Mempool) چیست؟
همانطور که به طور خلاصه در بالا ذکر شد، ممپول بیت کوین را می‌توان به عنوان کل تراکنش‌هایی که درخواست شده‌اند، اما هنوز در صف انتظار هستند تا در بلوک‌های بعدی قرار گیرند، بیان کرد. از نظر فنی، هر یک از هزاران گره (Node) بیتکوین در شبکه دارای Mempool خاص خود هستند؛ اما از آنجا که نودها عمدتا به خوبی به هم متصل شده‌اند، تجسم آنها به عنوان یک اتاق انتظار، می‌تواند مناسب باشد.
Mempool.space یک وبسایت استاندارد است که اطلاعات مهمی در ارتباط با Mempool در اختیار کاربران قرار می‌دهد. اطلاعاتی مانند، اندازه کل صف انتظار (اندازه ممپول)، تعداد تراکنش‌هایی که به صف می‌پیوندند (تراکنش‌های ورودی)، این که بلوک‌ها سریع‌تر یا کُندتر از آنچه انتظار می‌رود وارد می‌شوند (تخمین سختی شبکه) و برآورد این که کارمزد تراکنش باید چه مقدار باشد تا یک تراکنش در اولویت بالا، پایین یا متوسط قرار داشته باشد.
شکل زیر نمودار ممپول سه ماه قبل است. همانطور که می‌بینید، الگوهای توصیف شده در شکل قبل نیز در اینجا قابل مشاهده است. بین اواخر فوریه و اوایل آپریل ۲۰۲۱ (فروردین ۱۴۰۰)، هنگامی که میزان هش ریت در شبکه بیت کوین افزایش یافت و بلوک‌های بیشتری ایجاد شد، اندازه Mempool (اندازه صف انتظار) کاهش یافت و کارمزد تراکنش‌ها نیز به ترتیب کاهش یافت. پس از کاهش هش ریت در اواسط آوریل، اندازه ممپول به سرعت افزایش یافت و کارمزد تراکنش‌ها دوباره سر به فلک کشید؛ اما هر دو پس از تنظیم سختی در ۳۰ آوریل (۱۰ اردیبهشت ۱۴۰۰) و رشد بعدی نرخ هش به بالاترین حد خود، به سرعت کاهش یافتند.
جمع بندی
همانطور که به طور خلاصه در اوایل این مقاله ذکر شد، با مکانیزم تنظیم سختی شبکه بیت کوین ، پاداش بلاک‌های این شبکه به مرور زمان از بین می‌رود و ایجاد یک بازار سالم که کارمزد تراکنش‌ها به منبع اصلی درآمد ماینرها بدل می‌شود، برای ایجاد انگیزه در ماینرها برای پردازش تراکنش‌ها و در نتیجه ایمن سازی شبکه در طولانی مدت ضروری است؛ این احتمالا مهم‌ترین چالشی است که در آینده در انتظار بیتکوین است.
