ما هو Proof of Work (PoW)

ملاحظة: هذا المستند هو ترجمة آلية للنسخة الإنجليزية الأصلية.

ما هو Proof of Work (PoW)

Proof of Work (PoW) آلية توافق يتنافس فيها مشاركون يُسمَّون المُعدِّنين (miners) على حلّ ألغاز رياضية صعبة حوسبيًا. أول مُعدِّن يجد حلًا صالحًا يكسب الحق في إضافة الكتلة التالية من المعاملات إلى البلوك تشين ويتلقّى مكافأة بالعملة المشفرة الأصلية للشبكة. اللغز نفسه ليس له معنى متأصّل -- غرضه الوحيد هو إثبات أن المُعدِّن بذل جهدًا حوسبيًا حقيقيًا (وبالتالي كلفة كهرباء وعتاد حقيقية) لإنتاج الكتلة. هذا الإنفاق للموارد هو "العمل (work)" في Proof of Work، وهو ما يجعل البلوك تشين مقاومًا للعبث.

قُدِّم Proof of Work بواسطة Bitcoin عام 2008 ويبقى أحد أكثر نماذج الأمن اختبارًا ميدانيًا في الوجود. لأكثر من خمسة عشر عامًا، أمّن PoW الخاص بـ Bitcoin تريليونات الدولارات من القيمة دون هجوم 51% ناجح واحد. ومع أن العديد من البلوك تشينات الأحدث انتقلت إلى Proof of Stake لكفاءته في الطاقة وسرعته، يواصل PoW خدمة الأساس لـ Bitcoin وعدّة شبكات أخرى. في مجال الذكاء الاصطناعي للعملات المشفرة، يكون PoW ذا صلة لأن بعض الشبكات المركّزة على الذكاء الاصطناعي تستخدم آليات شبيهة بـ PoW لتحفيز الحوسبة المفيدة -- مستبدلةً ألغاز التجزئة عديمة المعنى بأحمال عمل ذكاء اصطناعي منتِجة مثل تدريب النماذج أو الاستدلال.

باختصار: يؤمّن Proof of Work البلوك تشين باشتراط أن ينفق المُعدِّنون طاقة وحوسبة حقيقية لإنتاج الكتل، مما يجعل العبث بدفتر الأستاذ باهظ التكلفة على المهاجمين.

كيف يعمل Proof of Work

عملية التعدين

التعدين هو فعل التنافس على حلّ لغز PoW. تتكرّر العملية باستمرار:

1. وصول المعاملات. يبثّ المستخدمون المعاملات إلى الشبكة. يجمع المُعدِّنون هذه المعاملات في كتلة مرشّحة.
2. تحديد اللغز. يجب على المُعدِّن إيجاد قيمة (تُسمَّى nonce) بحيث عند دمجها مع محتويات الكتلة وتمريرها عبر دالة تجزئة تشفيرية، يستوفي الناتج شرطًا محدّدًا -- عادةً يجب أن تبدأ التجزئة بعدد معيّن من الأصفار. ولأن دوال التجزئة أحادية الاتجاه (لا يمكنك عكس هندسة المدخل من المخرج)، فإن الطريقة الوحيدة لإيجاد nonce صالح هي التجربة والخطأ.
3. تنافس المُعدِّنين. يجرّب كل مُعدِّن على الشبكة قيم nonce مختلفة بأسرع ما يسمح به عتاده. المعدّل الذي يستطيع المُعدِّن عنده اختبار القيم يُسمَّى معدّل التجزئة (hash rate). المُعدِّن بمعدّل تجزئة أعلى له فرصة أعلى تناسبيًا في إيجاد الحل أولًا.
4. إيجاد حل. أول مُعدِّن يجد nonce صالحًا يبثّ الكتلة المكتملة إلى الشبكة. تتحقّق العُقد الأخرى من الحل (وهو ما يستغرق جزءًا من الثانية فقط، رغم أن إيجاده استغرق دقائق)، وتؤكّد أن جميع المعاملات في الكتلة صالحة، وتضيف الكتلة إلى نسختها من السلسلة.
5. مكافأة الفائز. يتلقّى المُعدِّن الناجح مكافأة الكتلة (رموز مسكوكة حديثًا) إضافةً إلى رسوم المعاملات من الكتلة. ثم تُعاد العملية للكتلة التالية.

تعديل الصعوبة

إذا انضمّ مزيد من المُعدِّنين إلى الشبكة وزاد إجمالي معدّل التجزئة، فستُوجَد الكتل أسرع من المقصود. للحفاظ على فاصل كتل ثابت، تعدّل شبكات PoW دوريًا الصعوبة (difficulty) -- الشرط المحدّد الذي يجب أن تستوفيه التجزئة. عندما يرتفع معدّل التجزئة، تزيد الصعوبة، مشترطةً مزيدًا من الأصفار في بداية التجزئة. وعندما ينخفض معدّل التجزئة، تنقص الصعوبة. تعدّل Bitcoin الصعوبة كل 2,016 كتلة (كل أسبوعين تقريبًا) للحفاظ على متوسط زمن كتلة قدره عشر دقائق.

الطاقة والعتاد

PoW مكلف عمدًا. يعتمد نموذج الأمن على حقيقة أن إنتاج كتلة صالحة يتطلّب موارد من العالم الواقعي -- الكهرباء والعتاد المتخصّص. يستخدم معظم تعدين PoW اليوم ASICs (Application-Specific Integrated Circuits)، وهي رقائق مخصّصة مصمّمة للتجزئة فقط. مُعدِّنات ASIC أكفأ آلاف المرّات في التجزئة من وحدات CPU أو GPU العامة الغرض، مما يعني أن تعدين PoW على الشبكات الكبرى عملية صناعية كثيفة رأس المال.

كلفة الطاقة هي الجانب الأكثر انتقادًا في PoW. تستهلك Bitcoin وحدها طاقة تضاهي طاقة بعض الدول المتوسّطة الحجم. يجادل المؤيّدون بأن هذا الإنفاق للطاقة هو ثمن تأمين شبكة نقدية دون إذن ومقاومة للرقابة بلا سلطة مركزية. ويجادل المنتقدون بأن الأمن نفسه يمكن تحقيقه بكفاءة أكبر عبر Proof of Stake.

الجانب	التفصيل
العتاد	ASICs لسلاسل PoW الكبرى؛ وحدات GPU لبعض السلاسل الأصغر
الكهرباء	الكلفة التشغيلية المهيمنة؛ تحدّد ربحية التعدين
التبريد	يولّد عتاد التعدين حرارة كبيرة؛ التبريد الصناعي مطلوب على نطاق واسع
التوزيع الجغرافي	يميل المُعدِّنون إلى التجمّع حيث تكون الكهرباء أرخص (الطاقة الكهرومائية، الغاز العالق، الطاقة الشمسية)

النهائية في PoW

يوفّر PoW نهائية احتمالية (probabilistic finality). لا تكون الكتلة غير قابلة للعكس مطلقًا أبدًا، لكن كلفة عكسها تزيد أُسّيًا مع كل كتلة لاحقة تُضاف فوقها. بعد ست تأكيدات (نحو ساعة على Bitcoin)، سيتطلّب عكس معاملة من المهاجم أن يتفوّق على الشبكة النزيهة بأكملها طوال تلك المدة -- وهو احتمال غير مجدٍ اقتصاديًا على سلاسل PoW الناضجة. يختلف هذا النموذج الاحتمالي عن النهائية الحتمية التي تقدّمها العديد من أنظمة PoS، حيث تُعتبَر الكتل غير قابلة للعكس بعد جولة تأكيد واحدة.

لماذا تهمّ لمشاريع الذكاء الاصطناعي للعملات المشفرة

مع أن معظم مشاريع الذكاء الاصطناعي للعملات المشفرة مُنشَرة على سلاسل PoS، يبقى PoW ذا صلة في سياق الذكاء الاصطناعي لعدّة أسباب:

آليات شبيهة بـ PoW للحوسبة المفيدة

أكثر تقاطع مثير بين PoW والذكاء الاصطناعي هو مفهوم Proof of Work المفيد (useful Proof of Work) -- استبدال لغز التجزئة الاعتباطي بمهمة حوسبية منتِجة. استكشفت عدّة شبكات هذه الفكرة:

• يستخدم Bittensor آلية تُسمَّى Yuma Consensus حيث ينتج "المُعدِّنون" مخرجات ذكاء اصطناعي (استدلالات نماذج، تضمينات embeddings، أو نتائج ML أخرى) ويصنّف "المدققون" هذه المخرجات للجودة. لا يُهدَر العمل الحوسبي على ألغاز التجزئة؛ بل ينتج أدوات تعلّم آلة مفيدة. يُكافأ المُعدِّنون بناءً على جودة عملهم في الذكاء الاصطناعي كما يحكم عليها المدققون.
• تتطلّب الشبكات المركّزة على حوسبة الذكاء الاصطناعي أحيانًا من المشاركين إثبات عمل GPU حقيقي (مثل تدريب مقطع نموذج أو إكمال دفعة استدلال) كدليل على المشاركة، مستعيرةً فلسفة PoW مع استبدال اللغز عديم المعنى بعمل ذي معنى.

تحافظ هذه التصاميم الهجينة على مبدأ PoW -- "أثبت أنك أدّيت عملًا حقيقيًا لتكسب المكافآت" -- مع إعادة توجيه العمل نحو مهام ذكاء اصطناعي منتِجة. لكنها تُدخل أيضًا تحدّيات جديدة: تقييم جودة عمل الذكاء الاصطناعي ذاتي ومعقّد مقارنةً بالتحقق من تجزئة بسيطة، مما يخلق أسطح هجوم جديدة حول تصنيف المدققين.

Bitcoin كسياق بنية تحتية

لا تعمل العديد من مشاريع الذكاء الاصطناعي للعملات المشفرة على Bitcoin لكنها تشير إليه كسياق. شبكة PoW الخاصة بـ Bitcoin هي أكثر البلوك تشينات لامركزيةً وأطولها تشغيلًا، وتبني بعض مشاريع الذكاء الاصطناعي خدمات مجاورة: حلول طبقة ثانية على Bitcoin، أو تحليلات مدعومة بالذكاء الاصطناعي لمعاملات Bitcoin، أو أدوات تحسين التعدين. يساعد فهم PoW على وضع هذه المشاريع في سياقها.

اعتبارات الطاقة

تدريب الذكاء الاصطناعي والاستدلال هما بحدّ ذاتهما عمليتان كثيفتا الطاقة. مشروع ذكاء اصطناعي للعملات المشفرة يعمل على سلسلة PoW يضاعف كلفة الطاقة: يستهلك حمل عمل الذكاء الاصطناعي وحدات GPU، وتستهلك آلية التوافق بشكل منفصل عتاد التعدين. هذا أحد أسباب اختيار معظم السلاسل المركّزة على الذكاء الاصطناعي لـ PoS -- فهو يتجنّب مضاعفة البصمة الطاقية. عند مراجعة مشروع على سلسلة PoW، تستحق مقايضة الطاقة الملاحظة.

أين يظهر هذا في بطاقات مشاريع DecAIHub

عندما تُظهر بطاقة مشروع DecAIHub Consensus: PoW، فهذا يشير إلى أن شبكة البلوك تشين الأساسية للمشروع تستخدم Proof of Work للتوافق. هذا وصف واقعي لمعمارية الشبكة.

عمليًا، يظهر PoW بتواتر أقلّ من PoS في بطاقات مشاريع DecAIHub لأن معظم السلاسل المركّزة على الذكاء الاصطناعي تستخدم Proof of Stake. وعندما يظهر PoW، يرتبط عادةً بـ:

• مشاريع مبنية على Bitcoin أو مجاورة له.
• شبكات تستخدم آليات شبيهة بـ PoW لحوسبة الذكاء الاصطناعي (حيث يكون "العمل" مهمةً مفيدةً لا لغز تجزئة).
• شبكات أقدم لم تنتقل إلى PoS.

يسجّل حقل Consensus الآلية، لا حكمًا. المشروع الذي يستخدم PoW ليس أفضل أو أسوأ في جوهره من مشروع يستخدم PoS -- يوجد الحقل لوصف البنية التحتية.

ما لا يثبته Proof of Work وحده

• PoW لا يثبت اللامركزية. يمكن أن يصبح التعدين مركّزًا في أيدي قلّة من العمليات الكبيرة، خاصةً عندما يكون العتاد المتخصّص والكهرباء الرخيصة مطلوبَين. شبكة PoW تتحكّم فيها ثلاثة مجمّعات تعدين بـ 60% من معدّل التجزئة مركزية عمليًا.
• PoW لا يثبت أن ذكاء المشروع الاصطناعي حقيقي. التشغيل على بلوك تشين PoW لا يقول شيئًا عمّا إذا كان للمشروع مكوّن ذكاء اصطناعي حقيقي. تؤمّن آلية التوافق دفتر الأستاذ؛ ولا تتحقّق من ادعاءات الذكاء الاصطناعي.
• PoW لا يثبت المسؤولية البيئية. مع أن بعض المُعدِّنين يستخدمون طاقة متجدّدة، فإن الآلية نفسها كثيفة الطاقة بالتصميم. يعتمد الأثر البيئي على مصادر الطاقة المستخدَمة، لا على تسمية الآلية.
• PoW لا يضمن أمنًا عاليًا للسلاسل الصغيرة. أمن PoW متناسب مع إجمالي معدّل التجزئة. سلسلة PoW صغيرة بمعدّل تجزئة منخفض يمكن مهاجمتها بـ 51% عبر استئجار عتاد تعدين لبضع ساعات. يعتمد ضمان أمن PoW على الكلفة المطلقة لمهاجمة الشبكة، المرتبطة مباشرةً بحجم الشبكة واستثمار المُعدِّنين.
• PoW لا يعني أن العمل مفيد. ألغاز PoW التقليدية (التجزئة) لا تنتج أي مخرج مفيد يتجاوز تأمين السلسلة. تُستهلَك الطاقة لأجل الأمن فقط. تحاول متغيّرات PoW المفيد تغيير هذا، لكنها أحدث وأقلّ اختبارًا ميدانيًا.

لا تخلط بين

• Proof of Stake (PoS) -- يحقّق PoS التوافق عبر الحصة الاقتصادية بدلًا من العمل الحوسبي. كلاهما آليتا توافق، لكنهما يستخدمان نماذج أمن مختلفة جوهريًا.
• Consensus -- التوافق هو المفهوم العام لاتفاق الشبكة. PoW طريقة محدّدة واحدة لتحقيقه.
• التعدين والتحقق -- في PoW، يُسمَّى منتجو الكتل مُعدِّنين. وفي PoS، يُسمَّون مدققين. الدوران متناظران (كلاهما ينتج كتلًا) لكن الطريقتين تختلفان كليًا.
• معدّل التجزئة وقوّة الحوسبة -- يقيس معدّل التجزئة سرعة تعدين PoW (تجزئات في الثانية). إنه ليس مقياسًا لقوّة الحوسبة العامة. المُعدِّن بمعدّل تجزئة عالٍ قد لا يملك سعة GPU لأحمال عمل الذكاء الاصطناعي.
• Proof of Work المفيد وProof of Work -- يستبدل PoW المفيد اللغز الاعتباطي بحوسبة منتِجة (مثل مهام الذكاء الاصطناعي). يستخدم PoW التقليدي ألغازًا اعتباطية. هذان تصميمان متميّزان بخصائص أمن مختلفة، رغم مشاركتهما تسمية "proof of work".

الأسئلة الشائعة

لماذا اختُرع Proof of Work؟

اقتُرح PoW لحلّ مشكلة الإنفاق المزدوج في عملة رقمية لامركزية. قبل Bitcoin، كانت النقود الرقمية تتطلّب وسيطًا موثوقًا لمنع المستخدمين من إنفاق العملات نفسها مرّتين. كانت رؤية Satoshi Nakamoto أن اشتراط عمل حوسبي حقيقي لإنتاج الكتل يجعل من غير العقلاني اقتصاديًا لأي فاعل وحيد تزوير المعاملات، لأن فعل ذلك سيكلّف أكثر مما يمكن أن يكسبه أبدًا.

هل لا يزال Bitcoin يستخدم Proof of Work؟

نعم. يستخدم Bitcoin PoW ولا توجد خطط لتغيير هذا. يعتبر مجتمع Bitcoin أن PoW أساسي لنموذج أمن الشبكة، ومقاومتها للرقابة، وطبيعتها دون إذن. ابتعدت Ethereum عن PoW عام 2022، لكن فلسفة تصميم Bitcoin تعامل PoW كميزة أساسية لا قيدًا.

هل يمكن أن يكون Proof of Work مستدامًا بيئيًا؟

يعتمد على مصدر الطاقة. عمليات تعدين PoW المُشغَّلة بالطاقة الكهرومائية أو الشمسية أو طاقة الرياح أو الغاز الطبيعي العالق لها بصمة بيئية أصغر من تلك المُشغَّلة بالفحم أو كهرباء الشبكة. تقدّر بعض الدراسات أن جزءًا كبيرًا من تعدين Bitcoin يستخدم طاقة متجدّدة أو عالقة بخلاف ذلك. لكن استهلاك الطاقة المطلق لـ PoW يبقى أعلى بأوامر مقدارية من PoS، بصرف النظر عن المصدر.

ما هو هجوم 51% على شبكة PoW؟

يحدث هجوم 51% عندما يتحكّم كيان وحيد أو مجموعة منسّقة بأكثر من نصف إجمالي معدّل التجزئة للشبكة. بأغلبية قوّة التجزئة، يمكن للمهاجم التفوّق على السلسلة النزيهة، مما يتيح الإنفاق المزدوج ومراقبة المعاملات. على شبكات PoW الكبيرة مثل Bitcoin، تصل كلفة اقتناء 51% من معدّل التجزئة إلى مليارات الدولارات، مما يجعل هذه الهجمات غير عقلانية اقتصاديًا. لكن على سلاسل PoW الأصغر، حدثت هجمات 51% عمليًا.

لماذا تستخدم بعض شبكات الذكاء الاصطناعي آليات شبيهة بـ PoW؟

تعتقد بعض الشبكات المركّزة على الذكاء الاصطناعي أن فلسفة PoW -- "أثبت أنك أدّيت عملًا حقيقيًا لتكسب المكافآت" -- ملائمة طبيعيًا لحوسبة الذكاء الاصطناعي. فبدلًا من حلّ ألغاز التجزئة، يؤدّي المشاركون مهام ذكاء اصطناعي مفيدة (تدريب مقاطع نماذج، تشغيل استدلال، تقييم المخرجات). يعيد هذا توجيه إنفاق الطاقة نحو حوسبة منتِجة مع الحفاظ على البنية التنافسية القائمة على الجدارة في PoW. Bittensor أبرز مثال على هذا النهج، إذ يستخدم Yuma Consensus لمكافأة المُعدِّنين على مخرجات ذكاء اصطناعي عالية الجودة.

مراجع خارجية

• Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System (Nakamoto, 2008) -- الورقة البيضاء الأصلية لـ Bitcoin التي قدّمت Proof of Work كآلية توافق عملية للعملة الرقمية.
• Hashcash -- A Denial of Service Counter-Measure (Adam Back, 2002) -- سلف PoW الخاص بـ Bitcoin، صُمّم في الأصل لمكافحة البريد الإلكتروني غير المرغوب فيه.
• Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index -- تقدير آني لاستهلاك Bitcoin للطاقة تديره جامعة كامبريدج.
• Bittensor Whitepaper -- يصف نهج Bittensor لـ Proof of Work المفيد لحوسبة الذكاء الاصطناعي.

انظر أيضًا

• ما هو التوافق في البلوك تشين
• ما هو Proof of Stake (PoS)
• ما هو Delegated Proof of Stake (DPoS)
• ما هو Proof of Staked Authority (PoSA)
• ما هو المدقّق (validator)
• ما هو معيار الرمز (token standard)
• ما هو نموذج الرمز (token model)
• كيفية قراءة بطاقة المشروع
• AI reality وOnchain necessity وToken necessity