سختی شبکه بیت‌کوین چیست و چگونه تغییر می‌کند؟

تصور کنید علی که تازه با دنیای بیت‌کوین آشنا شده است، شنیده که «سختی شبکه بیت‌کوین» افزایش یافته و حالا استخراج بیت‌کوین برای ماینرها دشوارتر شده است. از خودش می‌پرسد سختی شبکه یعنی چه و چرا اینقدر مهم است؟ مریم در اخبار دیده که بعد از ورود ماینرهای جدید، Difficulty بیت‌کوین بالا رفته و کنجکاو است بداند این سختی شبکه بیت‌کوین چیست و چگونه تغییر می‌کند.

اگر شما هم این سوالات را دارید، نگران نباشید. در این مقاله قرار است به زبان ساده با مفهوم سختی شبکه (Difficulty) در ارزهای دیجیتال (به‌ویژه بیت‌کوین) آشنا شویم و ببینیم چرا تغییر می‌کند و چه اهمیتی برای ماینرها و شبکه بلاک‌چین دارد. با ما همراه باشید تا قدم‌به‌قدم به پاسخ این سوالات برسیم.

سختی شبکه (Difficulty) چیست؟

سختی شبکه در دنیای ارزهای دیجیتال، معیاری است که نشان می‌دهد استخراج یک بلاک جدید چقدر دشوار است. به بیان ساده، شبکه بیت‌کوین برای اینکه یک بلاک ساخته شود، معمایی ریاضی طرح می‌کند. این معما باید توسط ماینرها (استخراج‌کنندگان) حل شود و هرچه سختی شبکه بیشتر باشد، حل این معما و پیدا کردن هش معتبر برای بلاک جدید سخت‌تر و زمان‌برتر است. سختی شبکه بیت‌کوین یک مقدار عددی است که به طور مستقیم به قدرت پردازش کل شبکه (مجموع توان محاسباتی یا همان هش‌ریت) مرتبط است.

در ابتدای راه‌اندازی بیت‌کوین، سختی شبکه عدد پایینی داشت و حتی با یک کامپیوتر شخصی هم می‌شد شانس پیدا کردن بلاک را داشت. اما امروز که هزاران ماینر با دستگاه‌های قدرتمند در حال فعالیت هستند، سختی شبکه به شدت افزایش یافته است. این افزایش سختی باعث می‌شود که میانگین زمان ایجاد هر بلاک تقریباً ثابت بماند (در بیت‌کوین حدود ۱۰ دقیقه برای هر بلاک). به عبارتی دیگر، سختی شبکه نوعی مکانیزم تنظیم‌کننده است که شبکه بلاک‌چین به کمک آن اطمینان حاصل می‌کند که بلاک‌ها نه خیلی سریع و نه خیلی کند تولید شوند. اگر قدرت پردازش ماینرها بالا برود و بلاک‌ها زودتر از ۱۰ دقیقه پیدا شوند، شبکه با بالا بردن سختی، کار حل معما را سخت‌تر می‌کند تا سرعت تولید بلاک به حالت عادی برگردد. برعکس، اگر تعداد ماینرها کم شود و حل بلاک طولانی‌تر از ۱۰ دقیقه شود، سختی شبکه کاهش می‌یابد تا دوباره زمان ایجاد بلاک‌ها منظم شود.

چرا سختی شبکه مهم است؟

شاید بپرسید هدف از وجود سختی شبکه چیست و چرا اینقدر اهمیت دارد؟ سختی شبکه نقش تضمین‌کننده ثبات و امنیت در بلاک‌چین را بر عهده دارد. با یک مثال ساده این موضوع را توضیح می‌دهیم: فرض کنید شبکه بیت‌کوین را مانند یک مسابقه حل پازل در نظر بگیریم. قرار است هر ۱۰ دقیقه یک برنده داشته باشیم که پازل را حل کرده و بلاک جدید را اضافه کند. اگر ناگهان تعداد شرکت‌کننده‌ها (ماینرها) دو برابر شود و همه خیلی سریع‌تر پازل‌ها را حل کنند، چه اتفاقی می‌افتد؟ اگر هیچ تنظیمی در کار نباشد، بلاک‌ها سریع‌تر از ۱۰ دقیقه ساخته می‌شوند و این می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند؛ مثلاً عرضه بیت‌کوین از کنترل خارج شود یا تراکنش‌ها خیلی سریع‌تر (یا ناهمگون) ثبت شوند. اما شبکه بیت‌کوین با مفهوم سختی شبکه جلوی این بی‌نظمی را می‌گیرد. سختی شبکه به صورت خودکار تنظیم می‌شود تا تعادل برقرار شود – درست مثل این که سطح سختی پازل‌ها را بالا ببریم تا با وجود شرکت‌کنندگان بیشتر، همچنان حدود ۱۰ دقیقه طول بکشد تا پازل حل شود.

از سوی دیگر، سختی شبکه با امنیت شبکه هم ارتباط دارد. هرچه سختی بالاتر باشد، به این معنی است که برای دستکاری شبکه (مثلاً انجام حمله ۵۱٪) نیاز به قدرت محاسباتی بسیار عظیم‌تری است. بنابراین سختی شبکه بالاتر نشان‌دهنده مشارکت بیشتر ماینرها و امنیت بالاتر شبکه است. شبکه‌ای که سختی خیلی پایینی دارد، یعنی ماینرهای کمی در آن فعالند و از لحاظ امنیتی آسیب‌پذیرتر است. به طور خلاصه، سختی شبکه مهم است چون:

• زمان‌بندی ثابت بلاک‌ها: با تنظیم سختی، شبکه تضمین می‌کند بلاک‌ها با نرخ منظم (مثلاً ۱۰ دقیقه) تولید شوند و از نوسانات شدید جلوگیری می‌کند.
• حفظ عرضه کنترل‌شده: در بیت‌کوین، پاداش استخراج هر بلاک تعداد مشخصی بیت‌کوین است. اگر بلاک‌ها خیلی سریع‌تر تولید شوند، بیت‌کوین‌های جدید سریع‌تر از حد انتظار وارد گردش می‌شوند. سختی شبکه جلوی این اتفاق را می‌گیرد تا عرضه بیت‌کوین طبق برنامه از پیش‌تعیین‌شده پیش برود.
• تضمین امنیت و عدم تقلب: سختی بالا به معنای حضور ماینرهای زیاد و رقابت شدید است. همین امر شبکه را غیرقابل‌نفوذتر می‌کند، چون اجرای حملات نیازمند قدرت پردازش (هزینه) بسیار بیشتری خواهد بود.

عوامل موثر بر سختی شبکه

حالا که فهمیدیم سختی شبکه چیست و چرا مهم است، بیایید ببینیم چه عواملی باعث تغییر سختی شبکه می‌شوند. به طور کلی مهم‌ترین عامل، تغییر در قدرت پردازشی یا همان هش‌ریت شبکه است. هر تغییری که باعث افزایش یا کاهش شدید مجموع توان محاسباتی ماینرهای فعال در شبکه شود، روی سختی شبکه تاثیر مستقیم می‌گذارد:

• تعداد ماینرها: وقتی افراد یا شرکت‌های بیشتری دستگاه‌های ماینینگ خود را به شبکه وصل می‌کنند، قدرت پردازش کل شبکه بالا می‌رود. ماینرهای بیشتر یعنی احتمال اینکه بلاک‌ها سریع‌تر پیدا شوند. شبکه طی مکانیسم تنظیم سختی، در دوره بعدی سختی را افزایش می‌دهد تا سرعت تولید بلاک دوباره به تعادل برسد. برعکس، اگر برخی ماینرها دستگاه‌هایشان را خاموش کنند یا از شبکه خارج شوند (مثلاً به خاطر کاهش سودآوری یا قانون‌گذاری)، توان پردازشی افت می‌کند و شبکه در واکنش، سختی را کاهش می‌دهد تا بلاک‌ها بیش از حد کند نشوند. به عنوان مثال، زمانی که در یک کشور بزرگ، فعالیت ماینرها ممنوع اعلام شد و بسیاری از مزارع استخراج خاموش شدند، قدرت پردازش شبکه بیت‌کوین ناگهان افت شدیدی کرد. نتیجه این بود که سختی شبکه بیت‌کوین در تعدیل دوره بعد به شکل محسوسی کاهش یافت. این اتفاق نشان داد که سختی شبکه می‌تواند همان‌طور که بالا می‌رود، در شرایط خاص پایین هم بیاید.
• پیشرفت فناوری و تجهیزات ماینینگ: عامل مهم دیگر، قدرت سخت‌افزارهای استخراج است. در سال‌های اولیه، ماینرها از CPU و سپس GPU برای استخراج استفاده می‌کردند. بعدها دستگاه‌های مخصوص ASIC وارد بازار شدند که هش‌ریت بسیار بالاتری دارند. هر بار که فناوری سخت‌افزاری جهش می‌کند (مثلاً یک دستگاه ASIC جدید با قدرت دو برابر نسل قبل عرضه می‌شود)، به طور بالقوه هش‌ریت شبکه بالا می‌رود چون ماینرهای قدیمی تجهیزات خود را ارتقا می‌دهند. این افزایش قدرت پردازش طی زمان به افزایش سختی شبکه منجر می‌شود. بنابراین می‌توان گفت سختی شبکه بازتابی از سطح فناوری ماینینگ هم هست. به عنوان نمونه، در دوره‌ای که ASICهای قدرتمند به بازار آمدند، سختی شبکه بیت‌کوین رشد چشمگیری را تجربه کرد. از سوی دیگر، اگر فناوری استخراج تغییر کند (مثلاً الگوریتم استخراج عوض شود یا اتفاقی مانند هاوینگ (نصف شدن پاداش) رخ دهد که سودآوری را کاهش دهد)، ممکن است برخی ماینرها دستگاه‌های قدیمی خود را خاموش کنند و سختی شبکه افت کند.
• قیمت و سودآوری استخراج: قیمت خود بیت‌کوین یا ارز دیجیتال مورد نظر هم به شکل غیرمستقیم بر سختی تاثیر دارد. وقتی قیمت بیت‌کوین بالا می‌رود، استخراج آن سودآورتر می‌شود و افراد بیشتری تشویق به ماینینگ می‌شوند؛ این امر در بلندمدت تعداد ماینرها و هش‌ریت را بالا می‌برد و به افزایش سختی شبکه می‌انجامد. برعکس در دوره‌هایی که قیمت بیت‌کوین افت شدیدی دارد، سود ماینرها کاهش می‌یابد. ممکن است برخی دستگاه‌های کم‌بازده خاموش شوند چون هزینه برق از درآمد پیشی می‌گیرد. در نتیجه هش‌ریت پایین آمده و سختی شبکه افت می‌کند. برای نمونه، ترکیب دو عامل افزایش سختی شبکه و افت قیمت بیت‌کوین در سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۶ میلادی باعث شد سودآوری استخراج بسیار کم شود و بسیاری از ماینرهای کوچک از شبکه خارج شوند. کاهش تعداد ماینرها نیز به دنبال خود سختی شبکه را پایین آورد و در آن زمان حتی مزرعه‌های بزرگی تعطیل شدند. این مثال به ما یادآوری می‌کند که سختی شبکه همیشه هم رو به افزایش نیست؛ بلکه تابعی است از مشارکت و رقابت میان ماینرها و شرایط بازار.

سختی شبکه چگونه تغییر می‌کند و تنظیم می‌شود؟

تا اینجا دانستیم که سختی شبکه بسته به شرایط ممکن است بالا یا پایین برود. اما سختی شبکه دقیقاً چگونه و چه زمانی تغییر می‌کند؟ پاسخ این سوال را باید در قوانین پروتکل بیت‌کوین (یا هر بلاک‌چین دیگری) جست‌وجو کنیم. در شبکه بیت‌کوین، تغییر سختی از پیش برنامه‌ریزی‌شده و منظم است:

فاصله زمانی تعدیل سختی بیت‌کوین: شبکه بیت‌کوین هر ۲۰۱۶ بلاک یک‌بار سختی شبکه را تنظیم می‌کند. با توجه به اینکه میانگین زمان استخراج هر بلاک ۱۰ دقیقه است، ۲۰۱۶ بلاک تقریباً برابر با ۱۴ روز (دو هفته) می‌شود. پس می‌توان گفت حدود هر دو هفته یک‌بار، شبکه بیت‌کوین سختی جدیدی را برای دوره‌ی بعدی تعیین می‌کند.

نحوه محاسبه سختی جدید: شیوه محاسبه به این صورت است که شبکه مدت زمانی که استخراج ۲۰۱۶ بلاک قبلی طول کشیده را با زمان ایده‌آل (۲۰۱۶×۱۰ دقیقه = ۲۰۱۶۰ دقیقه) مقایسه می‌کند. سپس نسبت این دو را به سختی فعلی اعمال می‌کند تا سختی جدید به دست بیاید. به طور خلاصه:

• اگر ۲۰۱۶ بلاک قبلی سریع‌تر از ۲۰۱۶۰ دقیقه (دو هفته) استخراج شده باشند (مثلاً در ۱۲ روز استخراج تمام بلاک‌ها انجام شده)، یعنی بلاک‌ها خیلی سریع پیدا شده‌اند. در این حالت شبکه سختی را افزایش می‌دهد. هرقدر بلاک‌ها سریع‌تر از زمان هدف پیدا شده باشند، درصد افزایش سختی بیشتر خواهد بود. البته پروتکل بیت‌کوین محدودیتی دارد که در هر دوره دو هفته‌ای سختی نمی‌تواند بیش از ۴ برابر (یا کمتر از یک‌چهارم) تغییر کند، تا تغییرات بیش از حد ناگهانی نباشد.
• اگر ۲۰۱۶ بلاک قبلی کندتر از ۲۰۱۶۰ دقیقه پیدا شده باشند (مثلاً ۱۶ روز طول کشیده باشد)، شبکه نتیجه می‌گیرد که سختی خیلی بالا بوده و ماینرهای کمی حضور داشته‌اند. بنابراین در تنظیم بعدی، سختی را کاهش می‌دهد تا بلاک‌ها کمی سریع‌تر شوند و به نرخ مطلوب برگردند.

به این ترتیب، یک چرخه خودکار وجود دارد که شبکه به کمک آن خودش را وفق می‌دهد. این همان قابلیتی است که ساتوشی ناکاموتو (خالق بیت‌کوین) در وایت‌پیپر بیت‌کوین به آن اشاره کرده که برای جبران تغییر سرعت سخت‌افزارها و تعداد ماینرها، سختی شبکه متناسب با میانگین زمان بلاک تنظیم می‌شود. به کمک این مکانیزم، بیت‌کوین یک سیستم پویا و انعطاف‌پذیر است؛ یعنی چه ماینرها چند برابر شوند و چه شبکه با خروج ماینرها مواجه شود، در بلندمدت باز هم میانگین هر بلاک ۱۰ دقیقه باقی می‌ماند و نظم شبکه حفظ می‌شود.

در شبکه‌های دیگر چگونه است؟ بیشتر ارزهای دیجیتال مبتنی بر استخراج (Proof-of-Work) مکانیزمی برای تنظیم سختی دارند، اما فاصله زمانی یا شیوه دقیق تنظیم ممکن است متفاوت باشد. برای مثال، برخی آلت‌کوین‌ها هر بلاک یا هر تعداد بلاک کمتری سختی را تنظیم می‌کنند (تا در شبکه‌های کوچک‌تر که نوسانات هش‌ریت شدید است سریع‌تر واکنش نشان دهند). اما در ارزهای دیجیتال مبتنی بر اثبات سهام (Proof-of-Stake) مانند اتریوم کنونی، دیگر مفهومی به نام سختی استخراج وجود ندارد. اتریوم تا قبل از سال ۲۰۲۲ که از PoW به PoS مهاجرت نکرده بود، سختی شبکه داشت و حتی مکانیزمی به نام «بمب سختی» در آن تعریف شده بود که سختی را به‌تدریج آنقدر بالا می‌برد تا استخراج عملاً ناممکن شود و شبکه مجبور به مهاجرت به اثبات سهام شود. اما اکنون در شبکه اتریوم، تولید بلاک‌ها از طریق سهام‌گذاری انجام می‌شود و دیگر سختی شبکه مطرح نیست. در مقابل، شبکه‌هایی مثل لایت‌کوین یا زی‌کش که همچنان با استخراج PoW کار می‌کنند، سختی شبکه را مشابه بیت‌کوین به طور دوره‌ای تنظیم می‌کنند (معمولاً هر چند دقیقه یا هر چند ده بلاک بسته به طراحی شبکه).

به طور خلاصه، سختی شبکه بیت‌کوین به شکل دوره‌ای (حدود ۲ هفته یک‌بار) بر اساس عملکرد دوره قبلی تنظیم می‌شود. این روند تضمین می‌کند سیستم در شرایط متغیر پایدار بماند. سایر بلاک‌چین‌های PoW نیز اصولاً از همین ایده استفاده می‌کنند، هرچند پارامترها ممکن است فرق کند.

تاثیر سختی شبکه بر ماینرها و استخراج

سختی شبکه مستقیماً بر فعالیت و درآمد ماینرها اثر می‌گذارد. ماینرها کسانی هستند که با صرف هزینه (خرید دستگاه و مصرف برق) در رقابت استخراج شرکت می‌کنند. هرچه سختی شبکه بالاتر باشد، شانس یک ماینر برای یافتن بلاک نسبت به قبل کمتر می‌شود (مگر اینکه قدرت دستگاه‌های خود را افزایش دهد). به عبارت دیگر، وقتی سختی بیشتر می‌شود، سهم هر ماینر از پاداش بلاک کاهش می‌یابد مگر آنکه سرمایه‌گذاری بیشتری در قدرت پردازش بکند.

برای روشن‌تر شدن این موضوع، سناریوی ساده‌ای را در نظر بگیریم: فرض کنید شما و ۹ نفر دیگر، هر کدام با یک دستگاه یکسان در حال استخراج یک رمزارز با سختی مشخص هستید. احتمال موفقیت هر نفر (پیدا کردن بلاک) حدود ۱۰٪ است. حال اگر سختی شبکه دو برابر شود (مثلاً چون تعداد ماینرها دو برابر شده‌اند یا دستگاه‌ها قوی‌تر شده‌اند)، حالا شاید ۲۰ نفر مثل شما در شبکه باشند. در این وضعیت احتمال موفقیت شما تقریباً نصف (۵٪) می‌شود. یعنی در سختی بالاتر، یا باید دستگاه قوی‌تری تهیه کنید یا قبول کنید که درآمدتان کمتر شود. پس سختی شبکه و درآمد ماینرها رابطه معکوس دارد: هرچه سختی بالاتر برود (با فرض ثابت بودن قیمت کوین و سایر شرایط)، درآمد ماینرها کاهش می‌یابد؛ زیرا حل کردن معمای بلاک سخت‌تر شده و به طور متوسط زمان یا تلاش بیشتری برای یافتن بلاک نیاز است.

به همین دلیل، ماینرها همواره سعی می‌کنند همگام با افزایش سختی شبکه، توان پردازشی خود را بالا ببرند. تاریخچه شبکه بیت‌کوین نشان می‌دهد که سختی شبکه معمولاً روندی صعودی داشته (با شیب‌های تند و کند در دوره‌های مختلف) و ماینرها نیز برای باقی ماندن در رقابت، از CPU به GPU و سپس به ASIC مهاجرت کرده‌اند و مرتب دستگاه‌های جدیدتر خریده‌اند. زمانی که سختی شبکه رشد می‌کند، ماینرهای با دستگاه‌های قدیمی‌تر و ضعیف‌تر معمولاً حذف می‌شوند چون هزینه برق و عملیات برایشان دیگر صرفه اقتصادی ندارد. این یک سیکل طبیعی در صنعت استخراج است که باعث می‌شود ماینینگ به مرور در دست ماینرهای حرفه‌ای‌تر و مجهزتر متمرکز شود.

در نقطه مقابل، کاهش سختی شبکه می‌تواند یک خبر خوش موقت برای ماینرهایی باشد که باقی مانده‌اند. مثلاً پس از خروج ماینرهای چینی در مثال بالا، وقتی سختی شبکه افت کرد، ماینرهای دیگری که هنوز فعال بودند مدتی بلاک‌ها را آسان‌تر پیدا می‌کردند و درآمدشان به نسبت قبل بالاتر رفت چون رقابت کمتر شده بود. البته این وضعیت معمولاً طولانی نمی‌ماند؛ یا ماینرهای جدیدی جذب می‌شوند و دوباره سختی را بالا می‌برند، یا آن دسته از ماینرهای باقی‌مانده خودشان توان پردازشی بیشتری اضافه می‌کنند تا از موقعیت استفاده کنند که آن هم به افزایش سختی در دوره‌های بعد منجر می‌شود. در واقع سختی شبکه معمولاً خود را با شرایط به تعادل جدیدی می‌رساند.

برای یک سرمایه‌گذار یا علاقه‌مند عادی که شاید خودش ماینر نباشد، دانستن تاثیر سختی شبکه از این جهت مفید است که می‌تواند تصویر بهتری از وضعیت شبکه و سلامت اکوسیستم به او بدهد. وقتی سختی شبکه بیت‌کوین به بالاترین حد تاریخی خود می‌رسد، یعنی هیچ‌گاه به اندازه امروز شبکه شلوغ نبوده و ماینرها تا این حد رقابت نکرده‌اند. این می‌تواند نشانه مثبتی از اعتماد و مشارکت بسیار در شبکه باشد. برعکس، اگر سختی شبکه افت شدیدی کند، ممکن است ناشی از رویدادی باشد که تعداد زیادی ماینر را از مدار خارج کرده (مثلاً ممنوعیت‌ها یا افزایش شدید هزینه‌ها). چنین افتی از یک سو برای باقی ماینرها فرصت است، اما اگر ادامه‌دار باشد ممکن است نگرانی‌هایی از بابت امنیت شبکه ایجاد کند. خوشبختانه تا کنون شبکه بیت‌کوین نشان داده که حتی در مواجهه با این نوسانات هم پایدار می‌ماند و پس از مدتی تعادل جدیدی شکل می‌گیرد.

نتیجه‌گیری

سختی شبکه یکی از مفاهیم کلیدی در بلاک‌چین‌های مبتنی بر استخراج است که تضمین می‌کند شبکه همیشه در حال تطبیق با شرایط جدید است. ما دیدیم که سختی شبکه بیت‌کوین چیست، چرا وجود دارد و چگونه محاسبه و تنظیم می‌شود. به زبان ساده، سختی شبکه مثل یک مربی سخت‌گیر است که حواسش به سرعت پیشرفت مسابقه است و هر زمان ببیند کار خیلی آسان شده، مسابقه را سخت‌تر می‌کند و هر وقت ببیند رقابت کند شده، کار را کمی آسان‌تر می‌کند. این سازوکار باعث شده که شبکه بیت‌کوین بیش از یک دهه بدون وقفه به کار خود ادامه دهد و با وجود تغییرات عظیم در تعداد کاربران و ماینرها، همچنان قوانینش پایدار بماند.

برای تازه‌کاران دنیای ارز دیجیتال، شاید سختی شبکه موضوع فنی به نظر برسد، اما دانستن آن به شما کمک می‌کند تا بلاک‌چین را بهتر درک کنید. می‌دانید که چرا با ورود افراد جدید، استخراج دشوارتر می‌شود و چرا زمان ایجاد هر بلاک تقریباً ثابت باقی می‌ماند. همچنین اگر قصد ورود به حوزه ماینینگ دارید، حتماً باید به مفهوم سختی شبکه توجه ویژه داشته باشید، چون مستقیماً بر هزینه‌ها و درآمدهای شما تاثیر می‌گذارد.

در پایان، سختی شبکه را می‌توانیم نمادی از قدرت، سلامت و امنیت شبکه بدانیم. هرچه شبکه قوی‌تر (سختی بالاتر) باشد یعنی افراد بیشتری در تامین امنیت و انجام عملیات آن سهیم هستند. اگر هم سختی پایین باشد یعنی شبکه نوپا است یا ماینرها کمتری دارد. بیت‌کوین به عنوان اولین ارز دیجیتال، اکنون سخت‌ترین شبکه را از نظر Difficulty در اختیار دارد و همین نشان‌دهنده سطح بالای امنیت آن است. پس دفعه بعد که شنیدید سختی شبکه بیت‌کوین تغییر کرده، می‌دانید که این عدد صرفاً یک شاخص فنی نیست بلکه داستانی از تغییرات درون شبکه و اکوسیستم ماینرها را روایت می‌کند.

سوالات پرتکرار (FAQ)