الگوریتم Equihash یک الگوریتم اثبات کار نامتقارن و مبتنی بر مسئله تاریخ تولد است. الکس بیریوکوف و دیمیتری خوراتوویچ این الگوریتم را در دانشگاه لوکزامبورگ ایجاد کردند. این الگوریتم حافظه محور بوده و اثبات کار را از طریق حافظه سخت انجام می دهد، یعنی مقدار استخراج از طریق اثبات کار عمدتا توسط مقدار حافظه (RAM) قابل دسترس شخص تعیین می شود.
به عبارت دیگر، حافظه سخت به وضعیتی اطلاق می شود که در آن زمان لازم برای تکمیل یک مسئله محاسباتی معین با توجه به میزان حافظه مورد نیاز برای نگهداری داده ها تعیین می شود.
در این مطلب، نقش مهم الگوریتم Equihash در امنیت شبکه های بلاک چین و اثربخشی مقاوم بودن آن در برابر اسیک و همچنین پیاده سازی و اصلاحات مختلف این الگوریتم را در میان پروژه های برجسته بلاک چین بررسی خواهیم کرد.
چرا الگوریتم Equihash مهم است
درک این که چگونه الگوریتم Equihash به یک الگوریتم هش محبوب تبدیل شده است، نیاز به تجزیه و تحلیل مسائلی دارد که شبکه های بلاک چین قبل از ایجاد این الگوریتم با آنها روبرو بوده اند. چالش های ذکر شده در زیر هنوز هم برای Equihash وجود دارند. با این وجود، بکارگیری این الگوریتم به کاهش تهدید هایی که سایر الگوریتم های هش با آنها روبرو هستند، کمک کرده است.
شبکه بیت کوین و معرفی اسیک ها
هنگامی که بیت کوین در سال 2009 راه اندازی شد، اولین ریگ های استخراج از پردازنده های مرکزی (CPU) چند هسته ای استاندارد برای استخراج (50 بیت کوین در هر بلاک) استفاده می کردند. پردازنده های مرکزی بهترین روش برای استخراج بیت کوین و ارزهای رمزپایه مبتنی بر اثبات کار بودند. لذا از الگوریتم هش SHA-256 برای استخراج اکثر این ارزها استفاده شد.
با ورود اولین ریگ های استخراج مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (اسیک) به بازار در سال 2013، روش استخراج نیز تغییر کرد. از آنجا که این دستگاه ها مخصوص استخراج ارزهای رمزپایه طراحی و ساخته شده بودند، سرعت آنها بسیار بالاتر از CPU و GPU بود. البته، آنها خیلی گران بودند، به همین دلیل افراد ثروتمند و مزرعه های استخراج بزرگ به تدریج کنترل شبکه بیت کوین را در اختیار گرفتند. این کار نه تنها استقلال صنعت استخراج، بلکه کنترل عرضه بیت کوین و سایر ارزهای مبتنی بر الگوریتم SHA-256 را تهدید کرد.
سناریوهای متمرکزسازی
همانطور که جیمی سونگ در مقاله خود نوشته است، بیت کوین در معرض دو نوع متمرکز سازی استخراج قرار دارد: متمرکز سازی تولید و متمرکز سازی نرخ هش.
متمرکز سازی تولید گسترش یافته، چون شرکت بیت مین تولید کننده اصلی ریگ های استخراج اسیک است. سونگ خاطرنشان می کند که وابستگی اجباری به یک شرکت منجر به اثرات موجی در شبکه بلاک چین می شود. این اثرات بیشتر به دلیل مشکلات احتمالی مانند درهای پشتی، نقص های شرکت تولید کننده، محدودیت خرید و تاخیرهای حمل و نقل بوجود می آیند.
وضعیت فعلی استخراج با الگوریتم اثبات کار به گونه ای است که استخراج در شبکه های ارز رمزنگاری مانند بیت کوین به یک فعالیت متمرکز تبدیل شده است. یکی از دلایل این امر ظهور سخت افزارهای مخصوص استخراج مانند اسیک است. از آنجا که دستگاه های اسیک مخصوص استخراج طراحی شده اند، لذا در محاسبات بسیار قدرتمند و کارآمد هستند.این امر باعث شده تا دستگاه های اسیک در زمینه استخراج، برتر از دیگر دستگاه های استخراج باشند.
تمرکز استخراج و حمله 51 درصد
از طرفی، استخراج ارزهای رمزنگاری به طور فزاینده ای به سمت نهادهایی متمرکز شده که توانایی خرید سخت افزار اسیک را به تعداد زیاد دارند. این خود باعث ظهور مزرعه های استخراج ارز رمزنگاری در مقیاس بزرگ شده است.بنابراین، شرکت بیت مین به نرخ هش 51 درصد نزدیک خواهد شد. این همان متمرکز سازی نرخ هش است و زمانی اتفاق می افتد که یک شرکت یا گروه بیش از 50 درصد استخرهای استخراج یا ریگ های استخراج را کنترل می کند. این تمرکز سازی حمله 51 درصدی را در پی خواهد داشت.
همان طور که در حملات 51 درصدی شاهد بوده ایم، دسترسی دستگاه های قدرتمند به نرخ هش و همچنین حملات هماهنگ از طریق اجاره نرخ هش از سایت های استخراج ابری می توانند مشکلات جدی در شبکه ایجاد کنند. حمله 51 درصدی می تواند باعث اختلال قابل توجه در شبکه از جمله معکوس کردن تراکنش ها و مشکل دوبار خرج کردن شود.
الگوریتم Equihash مقاوم در برابر اسیک
با بیشتر شدن تهدید تمرکز استخراج، متخصصان حوزه رمزنویسی و توسعه دهندگان شروع به جستجو برای جایگزین های احتمالی الگوریتم SHA-256 و سایر الگوریتم های سازگار با اسیک کرده اند.
الگوریتم Equihash را می توان تلاشی برای جلوگیری از تمرکز استخراج اسیک دانست ، به همین دلیل این الگوریتم مقاوم در برابر اسیک است.
ظهور الگوریتم Equihash
این الگوریتم برای اولین بار در کنفرانس امنیت شبکه و سیستم توزیع شده (NDSS) در فوریه سال 2016 ارائه شد. پروفسور الکس بیریوکوف (رئیس گروه تحقیقاتی Cryptolux) و دکتر دیمیتری خووراتوویچ (محقق درEthereum Foundation) یک مقاله علمی در سال 2017 تحت عنوان “الگوریتم Equihash: اثبات کار نامتقارن بر اساس مسئله تاریخ تولد” منتشر کردند. آنها این الگوریتم را به عنوان راه حلی برای افزایش مقاومت در برابر اسیک ارائه دادند.
این الگوریتم به مقدار زیادی حافظه برای تولید یک اثبات نیاز دارد. اثبات ها را تقریبا می توان فوری تایید کرد. این طرح دارای ویژگی موازنه حافظه و زمان است که در صورت استفاده کم از حافظه ، مجازات های محاسباتی زیادی را اعمال می کند.
به دلیل این که الگوریتم Equihash برای تولید یک اثبات به حافظه زیادی نیاز دارد، از تمرکز اسیک جلوگیری می کند. از آنجا که حافظه یک منبع گران قیمت در محاسبات است، بهینه سازی حافظه در تراشه اسیک هزینه محاسباتی هنگفتی را برای کاربر در پی دارد. برای مثال، همانطور که بیریوکوف و خووراتوویچ اشاره کردند، اکثر دسک تاپ ها و لپ تاپ های موجود در بازار می توانند 1 گیگابایت رم را مدیریت کنند، در حالی که 1 گیگابایت حافظه روی تراشه خیلی زیاد است. بنابراین، استفاده از تراشه های اسیک در الگوریتم Equihash در مقایسه با استخراج در الگوریتم های بدون حافظه، کارایی و قدرت کمتری دارد.
موفقیت الگوریتم Equihash
الگوریتم Equihash به این دلیل موفق است که مسئله تاریخ تولد را(که دیوید واگنر از دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی در سال 2002 آن را بررسی کرد) حل می کند. از نظر رمزنویسانی که در زمینه تحقیق و توسعه الگوریتم های هش ایمن کار می کردند، این قبلا یک عامل محدود کننده بوده است. از همه مهمتر، راه حل آنها برای بهره برداری عملی آماده بود و مقاله آکادمیک منتشر شده آنها فقط شامل استفاده آزمایشی بود.
این الگوریتم همچنین نامتقارن است. این ویژگی مهمی به حساب می آید، چون یکی از ویژگی های اصلی سیستم های اثبات کار موجود مانند بیت کوین این است که اثبات محاسبات دشوار اما تایید آنها آسان هستند. اکثر طرح های حافظه سخت، حافظه نامتقارن ارائه نمی دهند (آنها حافظه متقارن دارند)، یعنی یک تایید کننده باید به اندازه اثبات کننده حافظه استفاده کند تا یک الگوریتم اثبات تایید شود. به عبارت دیگر، تایید کننده باید تقریبا به اندازه اثبات کننده قدرت داشته باشد.
ویژگی های الگوریتم Equihash از زبان سازندگان آن
- فرایند بدون پیشرفت: برای این که از تمرکز استخراج جلوگیری شود، استخراج باید یک فرایند تصادفی باشد که در آن احتمال تولید یک الگوریتم اثبات در هر زمان مشخص مستقل از وقایع قبلی باشد.
- هزینه زیاد AT: با توجه به اینکه برای محاسبات اثبات ها به حافظه زیادی نیاز است، بهینه سازی تراشه های اسیک برای حافظه باید هزینه زیادی داشته باشند.
- اندازه کوچک اثبات و تایید فوری: اندازه های اثبات کوچک هستند و خیلی سریع تایید می شوند، به طوری که تایید کننده حداقل حافظه را استفاده می کند.
- انعطاف پذیری: برای محاسبه پیشرفت های الگوریتمی آتی و تغییرات ساختاری، متغیرهایی مانند حافظه باید تنظیم شوند.
پروژه های مهمی که از الگوریتم Equihash استفاده می کنند
این الگوریتم اولین بار به دلیل تمایل به ایجاد بلاک چین های مقاوم در برابر اسیک به کار گرفته شد. همانطور که در این نمونه ها نشان داده شده، پروژه ها واکنش متفاوتی به پیشرفت مداوم اسیک ها داشته اند. برخی از تیم های این پروژه ها با دستگاه های اسیک مخالف هستند، برخی تصمیم گرفته اند تا از این دستگاه ها پشتیبانی کنند و برخی دیگر هنوز در مورد آنها بی طرف هستند.
زیکش
زیکش در 28 اکتبر سال 2016 راه اندازی شد و اولین پروژه ای بود که از الگوریتم Equihash استفاده کرد.شرکت بیت مین در ماه مه سال 2018 آنتماینر Z9 mini (یک ریگ استخراج اسیک مبتنی بر الگوریتم Equihash برای استخراج زیکش) را روانه بازار کرد. این دستگاه جدید استخراج، همان نگرانی های مربوط به تمرکز را به وجود آورد که Equihash سعی در جلوگیری از آن داشت.
رونمایی از این دستگاه استخراج منجر به بحث های زیادی در بین جامعه زیکش درباره آینده الگوریتم های مقاوم در برابر اسیک شد. این بحث ها شامل تغییر پارامترهای پروتکل Equihash، بکارگیری نوع جدیدی از اثبات کار و یا حتی استقبال از دستگاه های اسیک بود. زوکو ویلکاکس (خالق زیکش) در مورد مسئله مقاوم در برابر اسیک موضعی بی طرف داشت.
در انتخابات سال 2018 بنیاد زیکش، رای دهندگان با 45 رای موافق و 19 رای مخالف تصمیم گرفتند که مقاوم در برابر اسیک در اولویت قرار نگیرد.طبق یک میزگرد در آگوست سال 2019، سازندگان زیکش و ناظران الکترونیک کوین کمپانی گفتند که وجود نقص BCTV14 به این معنی است که توسعه دهندگان باید بین بکارگیری Sapling یا معرفی الگوریتم های جدید مقاوم در برابر اسیک ، یکی را انتخاب کنند.
تیم زیکش در نهایت تصمیم گرفت که گزینه قبلی را دنبال کند، زیرا کار همزمان بر روی مقاوم در برابر ASIC به زمان زیاد و تخصیص منابع مهندسی نیاز داشت. به طور خلاصه، ساخت یک الگوریتم که بتواند در بلند مدت در برابر اسیک مقاوم باشد، بسیار مشکل است.
هاش کوین
هاش یک ارز رمزنگاری مبتنی بر حریم خصوصی و دارای سرویس پیام رسان فوری بوده که براساس رمزگذاری اثبات دانایی صفر ساخته شده است.
بلاک چین هاش از الگوریتم Equihash استفاده می کند. توسعه هاش در اواسط سال 2016 با استخراج اولین بلاک در نوامبر همان سال آغاز شد. نام اصلی آن”زی دش” بود که برای تاکید بر استفاده از ارتباطات خصوصی به هاش تغییر کرد .
بیت کوین گلد
بلاک چین بیت کوین گلد در ماه مه سال 2018 شاهد حمله دوبار خرج کردن بود و هکر حدود 18 میلیون دلار سرقت کرد. تا قبل از این حمله، الگوریتم Equihash بیت کوین گلد براساس پارامتر <200،9> تنظیم شده بود. اما در ژوئن همان سال، این ارز الگوریتم استخراج خود را به(144,5) Equihash یا زی هش تغییر داد.
هدف از این تغییر الگوریتم جلوگیری از حملات 51 درصد و مقاوم شدن در برابر اسیک بود. (144,5) Equihash برای اجرا حداقل به 700 مگابایت و برای اجرای کارآمد به حدود 2.5 گیگابایت حافظه نیاز دارد. این مقدار 17 برابر بیشتر از <200،9> است، یعنی الگوریتم جدید برای استخراج به حافظه خیلی زیادی نیاز دارد.
سایر ارزهای رمزنگاری که از الگوریتم Equihash استفاده می کنند عبارتند از: هورایزن، آیون،بیم، کمودو و بیت کوین پرایویت.
جمع بندی
همانطور که گفته شد، الگوریتم Equihash مبتنی بر اثبات کار است و استخراج کنندگان در ازای ایجاد یک بلاک جدید، پاداش دریافت می کنند.
اگرچه این تحقیق آسیب پذیری های بلاک چین های اثبات کار را نشان می دهد، این الگوریتم یک نقطه عطف مهمی برای پروژه هایی است که به دنبال غیرمتمرکز کردن استخراج و مقاوم شدن در برابر اسیک هستند. توجه داشته باشید که برخی از ارزهای رمزپایه اثبات کار مقاوم در برابر اسیک هستند و برخی دیگر نیستند. این به الگوریتم استخراج آنها بستگی دارد.
سلام استفاده از دستگاه دسته دوم که با این الگوریتم کار میکنن به خاطر حافظه ممکن مشکل ساز شوند؟
سلام. واقعا عالی بود. تشکر بابت مطالب خوب و اموزنده ای که ارائه میدهید.
سپاسگزاریم از این که اخبار دنیای ارز رمزنگاری را از کوین سرا دنبال می کنید.