Mayning algoritmlari: Blokcheyndagi hashga asoslangan isbot tizimlarini o'rganish

Hashga asoslangan isbot tizimlari ko'plab blokcheyn tarmoqlarining, ayniqsa Proof-of-Work (PoW) konsensus mexanizmlaridan foydalanadigan tarmoqlarning asosiy tarkibiy qismidir. Ushbu tizimlar blokcheynni himoya qilish va tranzaktsiyalarning haqiqiy va o'zgartirilmasligini ta'minlash uchun kriptografik hash funksiyalariga tayanadi. Ushbu maqola hashga asoslangan isbot tizimlari, ularning asosiy tamoyillari, amalga oshirish tafsilotlari, xavfsizlik masalalari va rivojlanayotgan tendentsiyalari haqida keng qamrovli ma'lumot beradi.

Kriptografik hash funksiyalarini tushunish

Hashga asoslangan isbot tizimlarining asosida kriptografik hash funksiyasi yotadi. Kriptografik hash funksiyasi ixtiyoriy miqdordagi ma'lumotni (\"xabar\") kirish sifatida qabul qiladigan va qat'iy o'lchamdagi chiqishni (\"hash\" yoki \"xabar xulosasi\") hosil qiladigan matematik algoritmdir. Ushbu funksiyalar blokcheyn tarmoqlarini himoya qilish uchun ularni mos qiladigan bir nechta muhim xususiyatlarga ega:

• Deterministik: Bir xil kirish berilganda, hash funksiyasi har doim bir xil chiqishni hosil qiladi.
• Pre-imagega chidamlilik: Berilgan hash chiqishini hosil qiluvchi kirish (xabar) ni topish hisoblash jihatidan imkonsizdir. Bu bir tomonlama xususiyat sifatida ham tanilgan.
• Ikkinchi pre-imagega chidamlilik: Kirish x berilganda, hash(x) = hash(y) bo'ladigan boshqa y kirishini topish hisoblash jihatidan imkonsizdir.
• Kolliziyaga chidamlilik: hash(x) = hash(y) bo'ladigan ikkita turli x va y kirishini topish hisoblash jihatidan imkonsizdir.

Blokcheynda keng qo'llaniladigan hash funksiyalariga Bitcoin tomonidan ishlatiladigan SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) va Ethereum tomonidan ilgari (Proof-of-Stakega o'tishidan oldin) qo'llanilgan Keccak hash funksiyasining o'zgartirilgan versiyasi bo'lgan Ethash kiradi.

Proof-of-Work (PoW) tushuntiriladi

Proof-of-Work (PoW) — tarmoq ishtirokchilari (maynerlar) blokcheynga yangi bloklar qo'shish uchun hisoblash jihatidan qiyin bo'lgan boshqotirmani yechishini talab qiladigan konsensus mexanizmidir. Ushbu boshqotirma odatda nonce (tasodifiy son) ni topishni o'z ichiga oladi, bu son blok ma'lumotlari bilan birlashtirilganda va heshlanganda, ma'lum mezonlarga (masalan, ma'lum miqdordagi boshlang'ich nollarga ega bo'lish) javob beradigan hash qiymatini hosil qiladi.

PoW'dagi mayning jarayoni

1. Tranzaktsiyalarni yig'ish: Maynerlar tarmoqdagi kutilayotgan tranzaktsiyalarni yig'adilar va ularni blokga jamlaydilar.
2. Blok sarlavhasini yaratish: Blok sarlavhasi blok haqidagi metama'lumotlarni o'z ichiga oladi, jumladan:
• Oldingi blokning heshi: Zanjirdagi oldingi blokning heshi, bloklarni bir-biriga bog'laydi.
• Merkle ildizi: Blokdagi barcha tranzaktsiyalarni ifodalovchi hash. Merkle daraxti barcha tranzaktsiyalarni samarali tarzda umumlashtiradi, bu esa har bir tranzaktsiyani qayta ishlashga ehtiyoj sezmasdan tekshirish imkonini beradi.
• Vaqt belgisi: Blok yaratilgan vaqt.
• Qiyinlik darajasi maqsadi: PoW boshqotirmasining talab qilinadigan qiyinligini belgilaydi.
• Nonce: Maynerlar haqiqiy hashni topish uchun o'zgartiradigan tasodifiy son.
3. Hesh va validatsiya: Maynerlar blok sarlavhasini turli nonce qiymatlari bilan qayta-qayta heshlaydilar, to qiyinlik darajasi maqsadidan kichik yoki unga teng bo'lgan hashni topmaguncha.
4. Blokni tarqatish: Mayner haqiqiy nonceni topgach, blokni tarmoqqa uzatadi.
5. Tekshirish: Tarmoqdagi boshqa tugunlar hashni qayta hisoblash va uning qiyinlik darajasi maqsadiga javob berishini ta'minlash orqali blokning haqiqiyligini tekshiradi.
6. Blokni qo'shish: Agar blok haqiqiy bo'lsa, boshqa tugunlar uni o'z blokcheyn nusxalariga qo'shadilar.

Qiyinlik darajasi maqsadining roli

Qiyinlik darajasi maqsadi blok yaratish tezligini doimiy saqlash uchun dinamik tarzda o'rnatiladi. Agar bloklar juda tez yaratilayotgan bo'lsa, qiyinlik darajasi maqsadi oshiriladi, bu esa haqiqiy hashni topishni qiyinlashtiradi. Aksincha, agar bloklar juda sekin yaratilayotgan bo'lsa, qiyinlik darajasi maqsadi kamaytiriladi, bu esa haqiqiy hashni topishni osonlashtiradi. Ushbu sozlash mexanizmi blokcheynning barqarorligi va xavfsizligini ta'minlaydi.

Masalan, Bitcoin o'rtacha blok yaratish vaqtini 10 daqiqa deb belgilaydi. Agar o'rtacha vaqt ushbu chegaradan pastga tushsa, qiyinlik mutanosib ravishda oshiriladi.

Hashga asoslangan PoW tizimlaridagi xavfsizlik masalalari

Hashga asoslangan PoW tizimlarining xavfsizligi haqiqiy hashni topishning hisoblash qiyinligiga tayanadi. Muvaffaqiyatli hujum hujumchidan tarmoqning heshlash quvvatining sezilarli qismini nazorat qilishni talab qiladi, bu 51% hujum deb nomlanadi.

51% Hujum

51% hujumda, hujumchi tarmoqning heshlash quvvatining yarmidan ko'pini nazorat qiladi. Bu ularga quyidagilarga imkon beradi:

• Tangalarni ikki marta sarflash: Hujumchi o'z tangalarini sarflashi, so'ngra tranzaktsiya kiritilmagan blokcheynning shaxsiy forkini yaratishi mumkin. Keyin ular ushbu shaxsiy forkda bloklar qazib olishlari mumkin, to u asosiy zanjirdan uzunroq bo'lguncha. Ular o'zlarining shaxsiy forkini chiqarganlarida, tarmoq uzunroq zanjirga o'tadi va bu dastlabki tranzaktsiyani bekor qiladi.
• Tranzaktsiya tasdiqlarini oldini olish: Hujumchi ma'lum tranzaktsiyalarning bloklarga kiritilishini oldini olib, ularni samarali tarzda tsenzura qilishi mumkin.
• Tranzaktsiya tarixini o'zgartirish: Garchi juda qiyin bo'lsa-da, hujumchi nazariy jihatdan blokcheyn tarixining qismlarini qayta yozishi mumkin.

Muvaffaqiyatli 51% hujum ehtimoli tarmoqning heshlash quvvati oshishi va ko'proq tarqalishi bilan eksponensial ravishda kamayadi. Bunday katta miqdordagi heshlash quvvatini olish va saqlash xarajati ko'pchilik hujumchilar uchun nihoyatda qimmatga tushadi.

Hesh algoritmi zaifliklari

Garchi juda kam ehtimolli bo'lsa-da, asosiy heshlash algoritmidagi zaifliklar butun tizimning xavfsizligini buzishi mumkin. Agar samarali kolliziyani topishga imkon beradigan nuqson topilsa, hujumchi blokcheynni boshqarishi mumkin. Shuning uchun SHA-256 kabi yaxshi tashkil etilgan va qat'iy sinovdan o'tgan hash funksiyalaridan foydalanish juda muhimdir.

Hashga asoslangan PoW tizimlarining afzalliklari

Energiya iste'moli bo'yicha tanqidlarga qaramay, hashga asoslangan PoW tizimlari bir qancha afzalliklarni taklif etadi:

• Xavfsizlik: PoW Sybil hujumlari va ikki marta sarflash kabi turli hujumlardan himoya qiluvchi yuqori darajada xavfsiz konsensus mexanizmi ekanligi isbotlangan.
• Markazsizlashtirish: PoW yetarli hisoblash quvvatiga ega har qanday shaxsga mayning jarayonida ishtirok etish imkonini berish orqali markazsizlashtirishni rag'batlantiradi.
• Sodda: PoW ning asosiy kontseptsiyasini tushunish va amalga oshirish nisbatan oddiy.
• Tasdiqlangan tajriba: Birinchi va eng muvaffaqiyatli kriptovalyuta bo'lgan Bitcoin PoW ga tayanadi, bu uning uzoq muddatli yashovchanligini ko'rsatadi.

Hashga asoslangan PoW tizimlarining kamchiliklari

Hashga asoslangan PoW tizimlarining asosiy kamchiligi ularning yuqori energiya iste'molidir.

• Yuqori energiya iste'moli: PoW katta hisoblash quvvatini talab qiladi, bu esa sezilarli elektr energiyasi iste'moliga olib keladi. Bu ekologik muammolarni keltirib chiqardi va energiya tejaydigan konsensus mexanizmlarini ishlab chiqishga turtki bo'ldi. Islandiya kabi mo'l-ko'l geotermal energiyaga ega mamlakatlar va Xitoyning ba'zi mintaqalari (kriptovalyuta mayningiga taqiq qo'yilishidan oldin) past elektr narxlari tufayli mayning operatsiyalari uchun markazlarga aylandi.
• Mayning quvvatining markazlashuvi: Vaqt o'tishi bilan mayning yirik mayning pullarida tobora ko'proq markazlashib bormoqda, bu esa mumkin bo'lgan markazlashuv va ushbu pullarning tarmoqqa ta'siri haqida xavotirlarni keltirib chiqarmoqda.
• Masshtablanuvchanlik muammolari: PoW blokcheynning tranzaktsiya o'tkazuvchanligini cheklashi mumkin. Masalan, Bitcoinning blok hajmi va blok vaqti cheklovlari bir soniyada qayta ishlanishi mumkin bo'lgan tranzaktsiyalar sonini cheklaydi.

Hashga asoslangan PoW ga alternativalar

PoW ning cheklovlarini hal qilish uchun bir nechta muqobil konsensus mexanizmlari paydo bo'ldi, jumladan:

• Proof-of-Stake (PoS): PoS validatorlarni o'zlarida ushlab turgan va garov sifatida \"stake\" qilishga tayyor bo'lgan kriptovalyuta miqdori asosida tanlaydi. Validatorlar yangi bloklarni yaratish va tranzaktsiyalarni tasdiqlash uchun javobgardir. PoS PoW ga qaraganda sezilarli darajada kamroq energiya iste'mol qiladi va tezroq tranzaktsiya tasdiqlash vaqtlarini taklif qilishi mumkin.
• Delegated Proof-of-Stake (DPoS): DPoS token egalariga o'z ovoz berish quvvatini kichikroq validatorlar (delegatlar) to'plamiga topshirish imkonini beradi. Delegatlar yangi bloklarni yaratish uchun javobgardir va o'z ishlari uchun kompensatsiya oladilar. DPoS yuqori tranzaktsiya o'tkazuvchanligini va energiya samaradorligini taklif qiladi.
• Proof-of-Authority (PoA): PoA yangi bloklarni yaratish uchun javobgar bo'lgan oldindan tasdiqlangan validatorlar to'plamiga tayanadi. PoA validatorlar o'rtasida ishonch o'rnatilgan shaxsiy yoki ruxsat berilgan blokcheynlar uchun javob beradi.

Hashga asoslangan isbot tizimlaridagi rivojlanayotgan tendentsiyalar

Tadqiqotchilar va dasturchilar hashga asoslangan isbot tizimlarining samaradorligi va xavfsizligini oshirish yo'llarini doimiy ravishda o'rganmoqdalar. Hozirgi tendentsiyalardan ba'zilari quyidagilardir:

• ASICga chidamlilik: Application-Specific Integrated Circuits (ASIC) ga chidamli PoW algoritmlarini ishlab chiqish bo'yicha harakatlar olib borilmoqda. ASIC'lar mayning uchun maxsus mo'ljallangan ixtisoslashtirilgan apparat bo'lib, ular mayning quvvatining markazlashuviga olib kelishi mumkin. CryptoNight va Equihash kabi algoritmalar ASICga chidamli bo'lish uchun ishlab chiqilgan, garchi oxir-oqibat ushbu algoritmlarning ko'pchiligi uchun ham ASIC'lar ishlab chiqilgan bo'lsa-da.
• Energiya tejaydigan mayning algoritmlari: Tadqiqotchilar kamroq energiya iste'molini talab qiladigan yangi PoW algoritmlarini o'rganmoqdalar. Misollar qatoriga GPU va ASIC maynerlari o'rtasidagi raqobat maydonini tenglashtirish uchun mo'ljallangan ProgPoW (Programmatic Proof-of-Work) va bo'sh turgan hisoblash resurslaridan foydalanadigan algoritmalar kiradi.
• Gibrid konsensus mexanizmlari: Ikkala yondashuvning kuchli tomonlaridan foydalanish uchun PoW ni boshqa konsensus mexanizmlari, masalan, PoS bilan birlashtirish. Misol uchun, ba'zi blokcheynlar tarmoqni ishga tushirish uchun PoW dan foydalanadi va keyin PoS ga o'tadi.

Haqiqiy dunyo misollari

Bir qancha kriptovalyutalar va blokcheyn platformalari hashga asoslangan isbot tizimlaridan foydalanadi:

• Bitcoin (BTC): Asl va eng mashhur kriptovalyuta bo'lgan Bitcoin o'zining PoW algoritmi uchun SHA-256 dan foydalanadi. Bitcoinning xavfsizligi butun dunyo bo'ylab taqsimlangan keng maynerlar tarmog'i tomonidan ta'minlanadi.
• Litecoin (LTC): Litecoin Scrypt heshlash algoritmidan foydalanadi, u dastlab ASICga chidamli bo'lishi uchun mo'ljallangan edi.
• Dogecoin (DOGE): Dogecoin ham Scrypt algoritmidan foydalanadi.
• Ethereum (ETH): Ethereum dastlab o'zining PoW algoritmi uchun Keccak hash funksiyasining o'zgartirilgan versiyasi bo'lgan Ethash dan foydalangan, keyinchalik Proof-of-Stakega o'tgan.

Amaliy tushunchalar

Blokcheyn texnologiyasiga qiziquvchi shaxslar va tashkilotlar uchun hashga asoslangan isbot tizimlarini tushunish juda muhimdir. Quyida ba'zi amaliy tushunchalar keltirilgan:

• Konsensus mexanizmlaridagi so'nggi ishlanmalardan xabardor bo'ling. Blokcheyn landshafti doimiy ravishda rivojlanib bormoqda, yangi algoritm va yondashuvlar muntazam ravishda paydo bo'lmoqda.
• Turli konsensus mexanizmlari o'rtasidagi savdo-sotiqlarni baholang. Har bir yondashuvning xavfsizligi, energiya samaradorligi, masshtablanuvchanligi va markazsizlashtirish xususiyatlarini hisobga oling.
• PoW ning ekologik ta'sirini ko'rib chiqing. Agar energiya iste'moli tashvish tug'dirsa, muqobil konsensus mexanizmlarini o'rganing yoki barqaror mayning amaliyotlarini rag'batlantiruvchi tashabbuslarni qo'llab-quvvatlang.
• Mayning quvvatining markazlashuvi bilan bog'liq xavflarni tushuning. Ko'proq taqsimlangan va markazsizlashtirilgan mayning ekotizimini targ'ib qiluvchi tashabbuslarni qo'llab-quvvatlang.
• Dasturchilar uchun: O'zingizning heshlash algoritmi implementatsiyangizni sinchkovlik bilan sinab ko'ring va audit qiling, ular xavfsiz va hujumlarga chidamli ekanligiga ishonch hosil qiling.

Xulosa

Hashga asoslangan isbot tizimlari, xususan Proof-of-Work, blokcheyn tarmoqlarini himoya qilishda va markazsizlashtirilgan kriptovalyutalarni yaratishda hal qiluvchi rol o'ynadi. PoW yuqori energiya iste'moli uchun tanqid qilingan bo'lsa-da, u isbotlangan va ishonchli konsensus mexanizmi bo'lib qolmoqda. Blokcheyn sanoati rivojlanishda davom etar ekan, davom etayotgan tadqiqot va ishlanmalar hashga asoslangan isbot tizimlarining samaradorligi, xavfsizligi va barqarorligini oshirishga hamda muqobil konsensus mexanizmlarini o'rganishga qaratilgan. Ushbu tizimlarni tushunish blokcheyn texnologiyasining kelajagiga qiziquvchi yoki unda ishtirok etuvchilar uchun juda muhimdir.