كيف يحدث التعدين؟

 عند إجراء معاملات جديدة على سلسلة البلوكشين، تُرسَل إلى مجمَّع يُسمَّى مجمَّع الذاكرة. ووظيفة المُعدِّن التحقق من صحة هذه المعاملات المعلقة وترتيبها في كُتَل. يمكن اعتبار الكتلة صفحة من سجلات سلسلة البلوكشين، تُسجَّل فيها عدة معاملات (إلى جانب بياناتٍ أخرى).

وبالأخص، تكون عقدة التعدين مسؤولة عن جمع المعاملات غير المؤكدة من مجمَّع الذاكرة وتجميعها في كتلةٍ مرشحة. وبعد ذلك، يحاول المُعدِّن تحويل هذه الكتلة المرشحة إلى كتلة صحيحة ومؤكدة. ولكن لكي يفعل ذلك، عليه أن يجد حلاً لمشكلة رياضية معقدة. يستلزم ذلك كثيراً من الموارد الحاسوبية، ولكن كل كتلة يتم تعدينها بنجاح ستقدم للمُعدِّن مكافأة كتلة تتألف من عملات رقمية جديدة، إضافةً إلى رسوم المعاملات. لنلقي نظرةً عن قرب على عملية التعدين.

خطوة الأولى: تجزئة المعاملات

أول خطوة لتعدين إحدى الكُتَل هي أخذ المعاملات المعلقة من مجمَّع الذاكرة وإرسالها، واحدة تلو الأخرى، باستخدام دالة التجزئة. كلَّما أرسلنا أحد البيانات باستخدام دالة التجزئة، نولِّد ناتجاً ثابت الحجم يُعرَف بقيمة التجزئة. تتكون قيمة تجزئة كل معاملة، في سياق التعدين، من سلسلة من الأرقام والحروف تقوم بدور المُعرِّف. تمثِّل قيمة تجزئة المعاملة جميع المعلومات التي تتضمنها تلك المعاملة.

إلى جانب تجزئة كل معاملة وإدراجها على حدة، يضيف المُعدِّن أيضاً معاملة مخصصة، يُرسل لنفسه من خلالها مكافأة الكتلة. يُشار إلى هذه المعاملة بمعاملة coinbase وهي ما ينشئ عملات جديدة تماماً. تكون معاملة coinbase في معظم الحالات أول معاملة مسجلة في أي كتلة جديدة، وتتبعها جميع المعاملات المعلقة التي يريد المُعدِّن تدقيقها.

الخطوة الثانية: إنشاء شجرة Merkle

بعد تجزئة كل معاملة، تترتب قيم التجزئة فيما يُعرف بشجرة Merkle. تُعرف شجرة Merkle أيضاً بشجرة التجزئة، وتتكوَّن من خلال ترتيب قيم تجزئة المعاملة في أزواج ثم تجزئتها. ثم تترتب نواتج التجزئة الجديدة في أزواج وتتجزأ مرة أخرى، وتتكرر العملية حتى تنشأ قيمة تجزئة واحدة. يُطلق على قيمة التجزئة الأخيرة أيضاً قيمة التجزئة الجذرية (أو جذر شجرة Merkle) وهي باختصار قيمة التجزئة التي تمثِّل جميع قيم التجزئة السابقة المستخدمة لتوليدها.

الخطوة الثالثة: العثور على قسم تخزين كتلة صحيح (قيمة تجزئة الكتلة)

يقوم قسم تخزين الكتلة بدور المُعرِّف لكل كتلة على حدة، مما يعني أنَّ لكل كتلة قيمة تجزئة فريدة. عند إنشاء كتلة جديدة، يجمع المُعدِّنون قيمة تجزئة الكتلة السابقة مع قيمة التجزئة الجذرية للكتلة المرشحة لتوليد قيمة تجزئة كتلة جديدة. ولكنهم إلى جانب هذين العنصرين، يحتاجون أيضاً إلى إضافة رقم عشوائي يُعرَف بالرمز الخاص.

إذاً فعندما يحاول المُعدِّن تدقيق كتلته المرشحة، عليه جمع قيمة التجزئة الجذرية وقيمة تجزئة الكتلة السابقة والرمز الخاص وإرسالهم جميعاً باستخدام دالة التجزئة. والهدف منهم إنشاء قيمة تجزئة تُعتبر صحيحة.

لا يمكن تغيير قيمة التجزئة الجذرية وقيمة تجزئة الكتلة السابقة، لذا على المُعدِّنين تغيير قيمة الرمز الخاص عدة مرات حتى يجدوا قيمة تجزئة صحيحة.

لا بد أن يكون الناتج (قيمة تجزئة الكتلة) أقل من قيمةٍ مستهدفة محددة يحددها البروتوكول حتى يُعد صحيحاً. في تعدين البيتكوين، ينبغي أن تبدأ قيمة تجزئة الكتلة بعددٍ محدد من الأصفار. وهذا ما نطلق عليه صعوبة التعدين.

الخطوة الرابعة: بث الكتلة المُعدَّنة

وكما رأينا، على المُعدِّنين تجزئة قسم تخزين الكتلة مراراً وتكراراً بقيم مختلفة للرمز الخاص. ويكرِّرون ذلك الأمر حتى يجدوا قيمة تجزئة كتلة صحيحة. ثم يبث المُعدِّن، الذي وجدها، كتلته إلى الشبكة. ستتحقق جميع العُقَد مما إذا كانت الكتلة وقيمة تجزئتها صحيحتين، وإذا كانتا كذلك، ستضيف الكتلة الجديدة إلى نسختها من سلسلة الكتل.

تصبح الكتلة المرشحة في هذه المرحلة كتلةً مؤكدة، وينتقل جميع المُعدِّنين إلى تعدين الكتلة التالية. يستبعد جميع المُعدِّنين الذين لم يعثروا على قيمة تجزئة صحيحة في الوقت المناسب كتلتهم المرشحة ويبدأ سباق التعدين من جديد.

تعديل صعوبة التعدين

يعدل البروتوكول صعوبة التعدين بانتظام، بما يضمن أن يظل معدل إنشاء الكتل الجديدة ثابتاً. وهذا هو ما يجعل إصدار عملات جديدة أمراً ثابتاً ومتوقعاً. تتعدل الصعوبة بما يتناسب مع كمية قوة الحوسبة (معدل التجزئة) المكرَّسة للشبكة.

وهكذا، ففي كل مرة ينضم مُعدِّنون جدد إلى الشبكة وتزداد المنافسة، تزداد صعوبة التجزئة، مما يمنع انخفاض متوسط وقت الكتلة. وفي المقابل، إذا قرر كثيرٌ من المُعدِّنين مغادرة الشبكة، ستقل صعوبة التجزئة، مما يجعل تعدين كتلة جديدة أسهل. وتحافظ هذه التعديلات على ثبات وقت الكتلة، بغض النظر عن قوة التجزئة الإجمالية الخاصة بالشبكة.

ماذا إذا تم تعدين كتلتين في الوقت نفسه؟

أحياناً يبث مُعدِّنان كتلتين صالحتين في الوقت نفسه ويصبح لدى الشبكة في النهاية كتلتان متنافستان. ثم يبدأ المُعدِّنون في تعدين الكتلة التالية حسب الكتلة التي حصلوا عليها أولاً. مما يسبِّب انقسام الشبكة (مؤقتاً) إلى نسختين مختلفتين من سلسلة البلوكشين.

وستستمر المنافسة بين هاتين الكتلتين حتى تعدين الكتلة التالية على أيٍّ منهما. وعند تعدين كتلة جديدة، تُعتبر الكتلة التي سبقتها هي الرابحة. وتُعرف الكتلة المستبعدة بالكتلة المهمَلة أو الكتلة الباطلة، مما يقود جميع المُعدِّنين الذين اختاروا هذه الكتلة إلى تعدين السلسلة الخاصة بالكتلة الرابحة.

هل يمكن تعدين جميع العملات الرقمية؟

عملة البيتكوين هي أشهر وأوضح الأمثلة على العملات الرقمية القابلة للتعدين، ولكن ليست جميع العملات الرقمية قابلة للتعدين. يقوم تعدين البيتكوين على خوارزمية إجماع اسمها دليل العمل (PoW).

دليل العمل (PoW)

دليل العمل (PoW) هو آلية الإجماع الأصلية لسلسلة البلوكشين التي أنشأها ساتوشي ناكاموتو، وقدَّمها الدليل الفني للبيتكوين في عام 2008. باختصار، يحدد دليل العمل كيف تتوصل شبكة البلوكشين إلى إجماع بين مختلف المشاركين الموزَّعين دون وساطة خارجية. وهو يفعل ذلك بأن يتطلب قوة حوسبة كبيرة لتثبيط أصحاب النوايا السيئة.

يُدقِّق المعدِّنون المعاملات على الشبكة التي تستخدم دليل العمل كما رأينا. ويتنافس المُعدِّنون على الفوز بالحق في تعدين الكتلة التالية بحل ألغاز تشفير معقدة باستخدام أجهزة تعدين متخصصة. يمكن لأول معدِّن يتوصل إلى حل صحيح أن يبث كتلة معاملاته إلى سلسلة البلوكشين ويحصل على مكافأة الكتلة.

تختلف كمية العملات الرقمية في مكافأة الكتلة من سلسلة بلوكشين لأخرى. كان المُعدِّنون في سلسلة بلوكشين البيتكوين، على سبيل المثال، يحصلون حتى ديسمبر 2021 على مكافأة كتلة قدرها 6.25 BTC. وتنخفض كمية عملات BTC في مكافأة الكتلة بمقدار النصف كل 210,000 كتلة (كل أربع سنوات تقريباً) بفعل آلية التنصيف.

طرق التعدين المختلفة للعملات الرقمية

لا توجد طريقة واحدة فقط لتعدين العملات الرقمية. فالمعدات تتغير والعملية تتغير مع ظهور أجهزة وخوارزميات إجماع جديدة. يستخدم المُعدِّنون عادةً وحدات كمبيوتر متخصصة لحل معادلات التشفير المعقدة. لنلقي نظرةً على طريقة عمل بعضٍ من أكثر طرق التعدين شيوعاً.

التعدين باستخدام وحدات المعالجة المركزية

يتضمن التعدين باستخدام وحدات المعالجة المركزية (CPU) استخدام وحدة معالجة مركزية خاصة بأحد أجهزة الكمبيوتر لإجراء دوال التجزئة المطلوبة من دليل العمل. في بداية عهد البيتكوين، كانت تكلفة التعدين منخفضة والعوائق أمام الدخول إلى عالم التعدين قليلة، وكان يمكن لوحدة المعالجة المركزية العادية تحمل صعوبة التعدين، لذا كان بوسع أي شخص أن يحاول تعدين عملة BTC وأي عملات رقمية أخرى.

ولكن عندما بدأ مزيدٌ من الناس في التعدين وزاد معدل تجزئة الشبكة، أصبح التعدين المربح أصعب وأصعب. وعلاوة على ذلك، أدى ظهور أجهزة التعدين المتخصصة ذات القوة الحاسوبية الأكبر إلى جعل التعدين باستخدام وحدات المعالجة المركزية شبه مستحيل. واليوم لم يعُد التعدين باستخدام وحدات المعالجة المركزية خياراً عملياً لأن جميع المُعدِّنين يستخدمون أجهزة متخصصة.

التعدين باستخدام وحدات معالجة الرسومات

وحدات معالجة الرسومات (GPU) مصممة لمعالجة مجموعة واسعة من التطبيقات بالتوازي، وبينما تُستخدَم عادةً لألعاب الفيديو أو إنشاء الرسومات، فيمكن استخدامها أيضاً للتعدين.

تتسم وحدات معالجة الرسومات بأنها رخيصة نسبياً وأكثر مرونةً من جهاز دارة أيزك شائع الاستخدام للتعدين. ويمكن تعدين بعض العملات الرقمية البديلة باستخدام وحدات معالجة الرسومات، لكن الكفاءة تعتمد على صعوبة التعدين والخوارزمية.

التعدين باستخدام دارة أيزك

الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (دارة أيزك) مصممة لتخدم غرضاً محدداً، وهي تشير في مجال العملات الرقمية إلى جهاز متخصص مصمم للتعدين. يتسم التعدين باستخدام دارة أيزك بكفاءته الشديدة، ولكنه مكلف.

التعدين منافسة، ولكي تُعدِّن بشكلٍ مربح، تحتاج إلى أجهزة تعدين تنافسية. وبما أن أجهزة تعدين أيزك من بين أكثر تقنيات التعدين تطوراً، فتكلفة الوحدة أعلى كثيراً من وحدات المعالجة المركزية أو وحدات معالجة الرسوم. كما أن التطورات المستمرة في تكنولوجيا دارات أيزك سرعان ما تجعل النسخ الأقدم منها غير مربحة، مما يعني الحاجة إلى استبدالها بصورةٍ متكررة، وهو ما يجعل التعدين باستخدام دارة أيزك أحد أكثر طرق التعدين تكلفةً، حتى دون حساب تكاليف الكهرباء.

مجمعات التعدين

ومع منح مكافأة الكتلة إلى أول مُعدِّنٍ ناجح، تصبح احتمالية العثور على قيمة التجزئة الصحيحة ضعيفة للغاية. فالمعدِّنين الذين لديهم نسبة صغيرة من قوة التعدين تكون فرصتهم في اكتشاف الكتلة التالية بمفردهم ضئيلة للغاية. وتوفِّر مجمَّعات التعدين حلاً لهذه المشكلة.

مجمَّعات التعدين هي عبارة عن مجموعات من المُعدِّنين الذين يجمِّعون مواردهم (قوة التجزئة) معاً لزيادة احتمالية الفوز بمكافآت الكتلة. عندما يعثر المجمَّع بنجاحٍ على كتلةٍ، يقسم المُعدِّنون المكافأة بالتساوي على جميع مَن في المجمَّع حسب مقدار العمل الذي أسهم به كلٌّ منهم.

قد تفيد مجمَّعات التعدين المُعدِّنين الأفراد من حيث تكاليف الأجهزة والكهرباء، ولكنَّ سيطرتها على التعدين تثير المخاوف من الهجوم بنسبة 51% على الشبكة.