खनन एल्गोरिदम: ब्लॉकचेन में हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों की खोज

हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियाँ कई ब्लॉकचेन नेटवर्क का एक मूलभूत घटक हैं, विशेष रूप से वे जो प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) सहमति तंत्र का उपयोग करते हैं। ये प्रणालियाँ ब्लॉकचेन को सुरक्षित करने और यह सुनिश्चित करने के लिए क्रिप्टोग्राफिक हैश कार्यों पर निर्भर करती हैं कि लेन-देन वैध और छेड़छाड़-रोधी हैं। यह लेख हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों, उनके अंतर्निहित सिद्धांतों, कार्यान्वयन विवरण, सुरक्षा विचारों और विकसित हो रहे रुझानों का एक व्यापक अवलोकन प्रदान करता है।

क्रिप्टोग्राफिक हैश कार्यों को समझना

हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों के केंद्र में क्रिप्टोग्राफिक हैश फ़ंक्शन निहित है। एक क्रिप्टोग्राफिक हैश फ़ंक्शन एक गणितीय एल्गोरिथ्म है जो डेटा की एक मनमानी मात्रा को इनपुट के रूप में लेता है ("संदेश") और एक निश्चित आकार का आउटपुट ("हैश" या "संदेश डाइजेस्ट") उत्पन्न करता है। इन कार्यों में कई महत्वपूर्ण गुण होते हैं जो उन्हें ब्लॉकचेन नेटवर्क को सुरक्षित करने के लिए उपयुक्त बनाते हैं:

• नियतात्मक: समान इनपुट दिए जाने पर, हैश फ़ंक्शन हमेशा समान आउटपुट उत्पन्न करेगा।
• प्री-इमेज प्रतिरोध: इनपुट (संदेश) को खोजना कम्प्यूटेशनल रूप से असंभव है जो दिए गए हैश आउटपुट का उत्पादन करता है। इसे वन-वे प्रॉपर्टी के रूप में भी जाना जाता है।
• दूसरा प्री-इमेज प्रतिरोध: एक इनपुट x को देखते हुए, एक अलग इनपुट y खोजना कम्प्यूटेशनल रूप से असंभव है जैसे कि हैश (x) = हैश (y)।
• टकराव प्रतिरोध: दो अलग-अलग इनपुट x और y खोजना कम्प्यूटेशनल रूप से असंभव है जैसे कि हैश (x) = हैश (y)।

ब्लॉकचेन में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले हैश कार्यों में SHA-256 (सुरक्षित हैश एल्गोरिदम 256-बिट) शामिल है, जिसका उपयोग बिटकॉइन द्वारा किया जाता है, और Ethash, Keccak हैश फ़ंक्शन का एक संशोधित संस्करण, जिसका उपयोग पहले एथेरियम द्वारा किया जाता था (प्रूफ-ऑफ-स्टेक में इसके संक्रमण से पहले)।

प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) समझाया गया

प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) एक सहमति तंत्र है जिसके लिए नेटवर्क प्रतिभागियों (खनिकों) को ब्लॉकचेन में नए ब्लॉक जोड़ने के लिए कम्प्यूटेशनल रूप से कठिन पहेली को हल करने की आवश्यकता होती है। इस पहेली में आमतौर पर एक नॉनस (एक यादृच्छिक संख्या) खोजना शामिल होता है, जिसे ब्लॉक के डेटा के साथ जोड़ा जाता है और हैश किया जाता है, तो एक हैश मान उत्पन्न होता है जो कुछ मानदंडों को पूरा करता है (उदाहरण के लिए, अग्रणी शून्य की एक विशिष्ट संख्या होना)।

PoW में खनन प्रक्रिया

1. लेन-देन संग्रह: खनिक नेटवर्क से लंबित लेनदेन एकत्र करते हैं और उन्हें एक ब्लॉक में इकट्ठा करते हैं।
2. ब्लॉक हेडर निर्माण: ब्लॉक हेडर में ब्लॉक के बारे में मेटाडेटा होता है, जिसमें शामिल हैं:
• पिछला ब्लॉक हैश: श्रृंखला में पिछले ब्लॉक का हैश, ब्लॉकों को एक साथ जोड़ना।
• मर्कल रूट: ब्लॉक में सभी लेनदेन का प्रतिनिधित्व करने वाला एक हैश। मर्कल ट्री कुशलता से सभी लेनदेन का सारांश देता है, जिससे हर एक लेनदेन को संसाधित करने की आवश्यकता के बिना सत्यापन की अनुमति मिलती है।
• टाइमस्टैम्प: ब्लॉक बनने का समय।
• कठिनाई लक्ष्य: PoW पहेली की आवश्यक कठिनाई को परिभाषित करता है।
• नॉनस: एक यादृच्छिक संख्या जिसे खनिक एक वैध हैश खोजने के लिए समायोजित करते हैं।
3. हैशिंग और सत्यापन: खनिक अलग-अलग नॉनस मानों के साथ ब्लॉक हेडर को बार-बार हैश करते हैं जब तक कि उन्हें एक हैश नहीं मिल जाता है जो कठिनाई लक्ष्य से कम या उसके बराबर है।
4. ब्लॉक प्रसारण: एक बार जब एक खनिक को एक वैध नॉनस मिल जाता है, तो वे ब्लॉक को नेटवर्क पर प्रसारित करते हैं।
5. सत्यापन: नेटवर्क में अन्य नोड हैश को फिर से गणना करके और यह सुनिश्चित करके ब्लॉक की वैधता को सत्यापित करते हैं कि यह कठिनाई लक्ष्य को पूरा करता है।
6. ब्लॉक जोड़: यदि ब्लॉक वैध है, तो अन्य नोड इसे ब्लॉकचेन की अपनी प्रति में जोड़ते हैं।

कठिनाई लक्ष्य की भूमिका

कठिनाई लक्ष्य लगातार ब्लॉक निर्माण दर बनाए रखने के लिए गतिशील रूप से समायोजित होता है। यदि ब्लॉक बहुत जल्दी बनाए जा रहे हैं, तो कठिनाई लक्ष्य बढ़ जाता है, जिससे एक वैध हैश खोजना कठिन हो जाता है। इसके विपरीत, यदि ब्लॉक बहुत धीमी गति से बनाए जा रहे हैं, तो कठिनाई लक्ष्य कम हो जाता है, जिससे एक वैध हैश खोजना आसान हो जाता है। यह समायोजन तंत्र ब्लॉकचेन की स्थिरता और सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

उदाहरण के लिए, बिटकॉइन 10 मिनट के औसत ब्लॉक निर्माण समय को लक्षित करता है। यदि औसत समय इस सीमा से नीचे आता है, तो कठिनाई आनुपातिक रूप से बढ़ जाती है।

हैश-आधारित PoW सिस्टम में सुरक्षा विचार

हैश-आधारित PoW सिस्टम की सुरक्षा एक वैध हैश खोजने की कम्प्यूटेशनल कठिनाई पर निर्भर करती है। एक सफल हमले के लिए हमलावर को नेटवर्क की हैशिंग शक्ति का एक महत्वपूर्ण हिस्सा नियंत्रित करने की आवश्यकता होगी, जिसे 51% हमले के रूप में जाना जाता है।

51% हमला

51% हमले में, एक हमलावर नेटवर्क की हैशिंग शक्ति के आधे से अधिक को नियंत्रित करता है। यह उन्हें इसकी अनुमति देता है:

• डबल-स्पेंड सिक्के: हमलावर अपने सिक्कों को खर्च कर सकता है, फिर ब्लॉकचेन का एक निजी कांटा बना सकता है जहां लेनदेन शामिल नहीं है। फिर वे इस निजी कांटे पर तब तक ब्लॉक माइन कर सकते हैं जब तक कि यह मुख्य श्रृंखला से लंबा न हो जाए। जब वे अपना निजी कांटा जारी करते हैं, तो नेटवर्क लंबी श्रृंखला पर स्विच हो जाएगा, प्रभावी रूप से मूल लेनदेन को उलट देगा।
• लेनदेन की पुष्टि को रोकें: हमलावर कुछ लेनदेन को ब्लॉक में शामिल होने से रोक सकता है, प्रभावी रूप से उन्हें सेंसर कर सकता है।
• लेनदेन इतिहास को संशोधित करें: हालांकि बेहद मुश्किल है, हमलावर सैद्धांतिक रूप से ब्लॉकचेन के इतिहास के कुछ हिस्सों को फिर से लिख सकता है।

एक सफल 51% हमले की संभावना तेजी से घट जाती है क्योंकि नेटवर्क की हैशिंग शक्ति बढ़ जाती है और अधिक वितरित हो जाती है। इतनी बड़ी मात्रा में हैशिंग शक्ति प्राप्त करने और बनाए रखने की लागत अधिकांश हमलावरों के लिए निषेधात्मक रूप से महंगी हो जाती है।

हैशिंग एल्गोरिदम कमजोरियाँ

हालांकि बहुत कम संभावना है, अंतर्निहित हैशिंग एल्गोरिदम में कमजोरियां पूरे सिस्टम की सुरक्षा से समझौता कर सकती हैं। यदि एक दोष खोजा जाता है जो कुशल टक्कर खोजने की अनुमति देता है, तो एक हमलावर संभावित रूप से ब्लॉकचेन में हेरफेर कर सकता है। इसलिए SHA-256 जैसे अच्छी तरह से स्थापित और कठोर परीक्षण किए गए हैश कार्यों का उपयोग करना महत्वपूर्ण है।

हैश-आधारित PoW सिस्टम के लाभ

ऊर्जा खपत के बारे में आलोचनाओं के बावजूद, हैश-आधारित PoW सिस्टम कई लाभ प्रदान करते हैं:

• सुरक्षा: PoW ने विभिन्न हमलों, जिनमें सिबिल हमले और दोहरे खर्च शामिल हैं, के खिलाफ सुरक्षा करते हुए, एक अत्यधिक सुरक्षित सहमति तंत्र साबित किया है।
• विकेंद्रीकरण: PoW पर्याप्त कंप्यूटिंग शक्ति वाले किसी भी व्यक्ति को खनन प्रक्रिया में भाग लेने की अनुमति देकर विकेंद्रीकरण को बढ़ावा देता है।
• सरलता: PoW की अंतर्निहित अवधारणा को समझना और लागू करना अपेक्षाकृत सरल है।
• सिद्ध ट्रैक रिकॉर्ड: बिटकॉइन, पहली और सबसे सफल क्रिप्टोकरेंसी, PoW पर निर्भर करती है, जो इसकी दीर्घकालिक व्यवहार्यता को प्रदर्शित करती है।

हैश-आधारित PoW सिस्टम के नुकसान

हैश-आधारित PoW सिस्टम की मुख्य कमी उनकी उच्च ऊर्जा खपत है।

• उच्च ऊर्जा खपत: PoW को महत्वपूर्ण कम्प्यूटेशनल शक्ति की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप पर्याप्त बिजली की खपत होती है। इससे पर्यावरण संबंधी चिंताएँ बढ़ गई हैं और अधिक ऊर्जा-कुशल सहमति तंत्र के विकास को प्रेरित किया है। आइसलैंड जैसे देश, प्रचुर मात्रा में भूतापीय ऊर्जा के साथ, और चीन के क्षेत्र (क्रिप्टोकरेंसी खनन पर प्रतिबंध से पहले) कम बिजली लागत के कारण खनन कार्यों के केंद्र बन गए।
• खनन शक्ति का केंद्रीकरण: समय के साथ, खनन बड़े खनन पूलों में तेजी से केंद्रित हो गया है, जिससे संभावित केंद्रीकरण और नेटवर्क पर इन पूलों के प्रभाव के बारे में चिंताएं बढ़ रही हैं।
• स्केलेबिलिटी मुद्दे: PoW ब्लॉकचेन के लेनदेन थ्रूपुट को सीमित कर सकता है। उदाहरण के लिए, बिटकॉइन का ब्लॉक आकार और ब्लॉक समय बाधाएं प्रति सेकंड संसाधित किए जा सकने वाले लेनदेन की संख्या को सीमित करती हैं।

हैश-आधारित PoW के विकल्प

PoW की सीमाओं को दूर करने के लिए कई वैकल्पिक सहमति तंत्र उभरे हैं, जिनमें शामिल हैं:

• प्रूफ-ऑफ-स्टेक (PoS): PoS क्रिप्टोकर् सी की मात्रा के आधार पर सत्यापनकर्ताओं का चयन करता है जिसे वे धारण करते हैं और संपार्श्विक के रूप में "दांव" लगाने के लिए तैयार हैं। सत्यापनकर्ता नए ब्लॉक बनाने और लेनदेन को मान्य करने के लिए जिम्मेदार हैं। PoS PoW की तुलना में काफी कम ऊर्जा की खपत करता है और तेजी से लेनदेन पुष्टिकरण समय प्रदान कर सकता है।
• प्रतिनिधि प्रूफ-ऑफ-स्टेक (DPoS): DPoS टोकन धारकों को अपने मतदान शक्ति को सत्यापनकर्ताओं (प्रतिनिधियों) के एक छोटे सेट को सौंपने की अनुमति देता है। प्रतिनिधि नए ब्लॉक बनाने के लिए जिम्मेदार हैं और उनके काम के लिए मुआवजा दिया जाता है। DPoS उच्च लेनदेन थ्रूपुट और ऊर्जा दक्षता प्रदान करता है।
• प्रूफ-ऑफ-अथॉरिटी (PoA): PoA पूर्व-अनुमोदित सत्यापनकर्ताओं के एक सेट पर निर्भर करता है जो नए ब्लॉक बनाने के लिए जिम्मेदार हैं। PoA निजी या अनुमति प्राप्त ब्लॉकचेन के लिए उपयुक्त है जहां सत्यापनकर्ताओं के बीच विश्वास स्थापित किया गया है।

हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों में विकसित हो रहे रुझान

शोधकर्ता और डेवलपर लगातार हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों की दक्षता और सुरक्षा में सुधार के तरीके खोज रहे हैं। कुछ वर्तमान रुझानों में शामिल हैं:

• ASIC प्रतिरोध: PoW एल्गोरिदम विकसित करने के प्रयास किए जा रहे हैं जो एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (ASIC) के प्रतिरोधी हैं। ASIC विशेष हार्डवेयर हैं जो विशेष रूप से खनन के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जिससे खनन शक्ति का केंद्रीकरण हो सकता है। CryptoNight और Equihash जैसे एल्गोरिदम को ASIC-प्रतिरोधी होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, हालांकि ASIC को अंततः इनमें से कई एल्गोरिदम के लिए भी विकसित किया गया है।
• ऊर्जा-कुशल खनन एल्गोरिदम: शोधकर्ता नए PoW एल्गोरिदम की खोज कर रहे हैं जिन्हें कम ऊर्जा खपत की आवश्यकता होती है। उदाहरणों में ProgPoW (प्रोग्रामेटिक प्रूफ-ऑफ-वर्क) शामिल है, जिसे GPU और ASIC खनिकों के बीच खेल के मैदान को समतल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और ऐसे एल्गोरिदम जो निष्क्रिय कंप्यूटिंग संसाधनों का लाभ उठाते हैं।
• हाइब्रिड सहमति तंत्र: दोनों दृष्टिकोणों की ताकत का लाभ उठाने के लिए PoW को अन्य सहमति तंत्रों, जैसे कि PoS के साथ जोड़ना। उदाहरण के लिए, कुछ ब्लॉकचेन नेटवर्क को बूटस्ट्रैप करने के लिए PoW का उपयोग करते हैं और फिर PoS में परिवर्तित होते हैं।

वास्तविक दुनिया के उदाहरण

कई क्रिप्टोकरेंसी और ब्लॉकचेन प्लेटफॉर्म हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों का उपयोग करते हैं:

• बिटकॉइन (BTC): मूल और सबसे प्रसिद्ध क्रिप्टोकरेंसी, बिटकॉइन अपने PoW एल्गोरिदम के लिए SHA-256 का उपयोग करता है। बिटकॉइन की सुरक्षा को विश्व स्तर पर वितरित खनिकों के एक विशाल नेटवर्क द्वारा बनाए रखा जाता है।
• लाइटकॉइन (LTC): लाइटकॉइन स्क्रिप्ट हैशिंग एल्गोरिदम का उपयोग करता है, जिसे शुरू में ASIC-प्रतिरोधी होने के लिए डिज़ाइन किया गया था।
• डॉगकॉइन (DOGE): डॉगकॉइन भी स्क्रिप्ट एल्गोरिदम का उपयोग करता है।
• एथेरियम (ETH): एथेरियम ने शुरू में प्रूफ-ऑफ-स्टेक में संक्रमण करने से पहले अपने PoW एल्गोरिदम के लिए Keccak हैश फ़ंक्शन के एक संशोधित संस्करण, Ethash का उपयोग किया था।

कार्रवाई योग्य अंतर्दृष्टि

ब्लॉकचेन तकनीक में रुचि रखने वाले व्यक्तियों और संगठनों के लिए, हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों को समझना आवश्यक है। यहां कुछ कार्रवाई योग्य अंतर्दृष्टि दी गई हैं:

• सहमति तंत्र में नवीनतम विकास के बारे में सूचित रहें। ब्लॉकचेन परिदृश्य लगातार विकसित हो रहा है, नए एल्गोरिदम और दृष्टिकोण नियमित रूप से उभर रहे हैं।
• विभिन्न सहमति तंत्रों के बीच व्यापार-बंद का मूल्यांकन करें। प्रत्येक दृष्टिकोण के सुरक्षा, ऊर्जा दक्षता, स्केलेबिलिटी और विकेंद्रीकरण गुणों पर विचार करें।
• PoW के पर्यावरणीय प्रभाव पर विचार करें। यदि ऊर्जा खपत एक चिंता का विषय है, तो वैकल्पिक सहमति तंत्रों का पता लगाएं या उन पहलों का समर्थन करें जो स्थायी खनन प्रथाओं को बढ़ावा देते हैं।
• खनन शक्ति के केंद्रीकरण से जुड़े जोखिमों को समझें। उन पहलों का समर्थन करें जो अधिक वितरित और विकेंद्रीकृत खनन पारिस्थितिकी तंत्र को बढ़ावा देते हैं।
• डेवलपर्स के लिए: यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे सुरक्षित हैं और हमलों के प्रतिरोधी हैं, अपने हैशिंग एल्गोरिदम कार्यान्वयन का कठोरता से परीक्षण और ऑडिट करें।

निष्कर्ष

हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों, विशेष रूप से प्रूफ-ऑफ-वर्क ने ब्लॉकचेन नेटवर्क को सुरक्षित करने और विकेंद्रीकृत क्रिप्टोकरेंसी के निर्माण को सक्षम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। जबकि PoW को इसकी उच्च ऊर्जा खपत के लिए आलोचना का सामना करना पड़ा है, यह एक सिद्ध और विश्वसनीय सहमति तंत्र बना हुआ है। जैसे-जैसे ब्लॉकचेन उद्योग का विकास जारी है, चल रहे अनुसंधान और विकास के प्रयास हैश-आधारित प्रमाण प्रणालियों की दक्षता, सुरक्षा और स्थिरता में सुधार और वैकल्पिक सहमति तंत्रों की खोज पर केंद्रित हैं। इन प्रणालियों को समझना ब्लॉकचेन तकनीक के भविष्य में शामिल या रुचि रखने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए महत्वपूर्ण है।