نانس چیست؟

در دنیای ارزهای دیجیتال و بلاکچین، اصطلاحات زیادی به گوش می‌رسد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها نانس (Nonce) است. نانس یک عدد تصادفی یا شبه‌تصادفی است که تنها یک بار در یک فرآیند خاص استفاده می‌شود. این مفهوم به‌ویژه در ماینینگ ارزهای دیجیتال، مانند بیت‌کوین، نقش کلیدی دارد. ماینرها با تغییر مقدار نانس سعی می‌کنند هش معتبری را پیدا کنند که مطابق با قوانین شبکه باشد. درک مفهوم نانس و نحوه عملکرد آن در بلاکچین، می‌تواند به شناخت بهتر فرآیند استخراج و امنیت تراکنش‌های دیجیتال کمک کند.

بیشتر بخوانید: حمله ۵۱ درصد

نانس (Nonce) چیست؟

نانس (Nonce) در علم رمزنگاری و بلاکچین به عددی تصادفی یا شبه‌تصادفی گفته می‌شود که فقط یک‌بار در یک فرآیند خاص استفاده می‌شود. در استخراج ارزهای دیجیتال، نانس بخشی از هدر بلاک است که ماینرها با تغییر آن سعی می‌کنند مقدار هش موردنظر شبکه را پیدا کنند. این عدد به یافتن یک هش معتبر کمک می‌کند که مطابق با سختی شبکه باشد. علاوه بر ماینینگ، Nonce در پروتکل‌های امنیتی برای جلوگیری از حملات تکراری (Replay Attack) نیز به کار می‌رود و نقش مهمی در حفظ امنیت تراکنش‌ها و داده‌های دیجیتال دارد.

بررسی عملکرد عدد نانس در بلاکچین

ماینینگ یا استخراج ارزهای دیجیتال، فرآیندی است که طی آن، ماینرها بلاک‌های جدیدی را به بلاکچین اضافه می‌کنند. برای این کار، آن‌ها باید مسئله‌ای ریاضی را حل کنند که همان مسئله اثبات کار (Proof of Work) است. این مسئله شامل یافتن یک مقدار مناسب برای نانس است که در ترکیب با سایر داده‌های بلاک، یک مقدار هش معتبر تولید کند.

بیشتر بخوانید: پیام‌رسان‌های مبتنی بر بلاک چین

تأثیر نانس در تولید هش معتبر
هر بلاک در بلاکچین دارای مجموعه‌ای از داده‌ها است که شامل موارد زیر می‌شود: اطلاعات تراکنش‌ها، هش بلاک قبلی و نانس (یک عدد متغیر که ماینرها تغییر می‌دهند). ماینرها از یک الگوریتم هشینگ مانند SHA-256 در بیت‌کوین استفاده می‌کنند تا مقدار هش بلاک را محاسبه کنند. اما این هش باید یک شرط مهم را برآورده کند: مقدار هش باید از یک مقدار مشخص که به آن هدف سختی شبکه (Target Difficulty) گفته می‌شود، کمتر باشد. برای یافتن چنین هشی، ماینرها مقدار Nonce را بارها تغییر داده و مجدداً هش را محاسبه می‌کنند تا به عددی دست یابند که شرایط شبکه را برآورده کند. این فرآیند نیازمند قدرت پردازشی بالا و مصرف انرژی زیاد است، چرا که ممکن است ماینرها میلیون‌ها مقدار نانس را آزمایش کنند تا به جواب درست برسند.

نقش نانس در امنیت شبکه بلاکچین
نانس و فرآیند اثبات کار (PoW) به جلوگیری از حملات امنیتی و حفظ یکپارچگی بلاکچین کمک می‌کنند. برخی از مزایای استفاده از Nonce عبارتند از: مقاومت در برابر حمله ۵۱٪ که در آن اگر یک ماینر مخرب بخواهد بلاک‌های تقلبی ایجاد کند، نیاز دارد که مقدار نانس را سریع‌تر از کل شبکه تغییر داده و هش معتبر تولید کند، که در بیشتر موارد از نظر محاسباتی غیرممکن است. ایجاد اجماع غیرمتمرکز که همه ماینرها به‌طور همزمان در تلاش هستند تا یک بلاک معتبر پیدا کنند. این رقابت باعث می‌شود که بلاکچین بدون نیاز به یک مرجع مرکزی به فعالیت خود ادامه دهد. تأمین امنیت تراکنش‌ها که تغییر اطلاعات در یک بلاک قدیمی مستلزم تغییر تمامی بلاک‌های بعدی است، که با توجه به ماهیت سخت‌افزارهای استخراج و قدرت هشینگ شبکه، از نظر عملی غیرممکن است.

نانس در سایر کاربردهای بلاکچین
نانس فقط در ماینینگ استفاده نمی‌شود. برخی دیگر از کاربردهای آن در بلاکچین عبارتند از: نانس در تراکنش‌ها که در برخی از بلاکچین‌ها مانند اتریوم، هر حساب دارای یک مقدار Nonce است که تعداد تراکنش‌های ارسال‌شده از آن حساب را مشخص می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که تراکنش‌ها تکراری ارسال نشوند و از حملات تکراری (Replay Attacks) جلوگیری شود. نانس در قراردادهای هوشمند که در برخی از قراردادهای هوشمند، نانس به‌عنوان یک متغیر تصادفی استفاده می‌شود تا از پیش‌بینی‌پذیری جلوگیری شده و امنیت قرارداد تضمین شود.

ماینرها چطور عدد نانس را پیدا می‌کنند؟

ماینرها برای یافتن عدد نانس از یک فرآیند آزمون و خطا به نام اثبات کار (Proof of Work) استفاده می‌کنند. در این فرآیند، آن‌ها مقدار Nonce را بارها تغییر داده و هش بلاک را محاسبه می‌کنند تا زمانی که یک هش معتبر به دست آید. هش معتبر باید مقدار کوچکتری نسبت به مقدار مشخص‌شده توسط هدف سختی شبکه (Target Difficulty) داشته باشد. ماینرها ابتدا نانس را از یک مقدار مشخص (معمولاً صفر) شروع کرده و با افزایش تدریجی آن، هش‌های جدیدی را ایجاد می‌کنند. از آنجایی که توابع هشینگ مانند SHA-256 غیرقابل پیش‌بینی هستند، تنها راه یافتن مقدار صحیح، امتحان کردن میلیون‌ها یا حتی میلیاردها مقدار نانس مختلف است.

هر ماینری که بتواند اولین هش معتبر را بیابد، بلاک جدید را به شبکه اضافه کرده و پاداش بلاک (Block Reward) دریافت می‌کند. پس از این، مقدار سختی شبکه تنظیم شده و فرآیند ماینینگ برای بلاک بعدی آغاز می‌شود. این مکانیزم نه‌تنها امنیت شبکه را حفظ می‌کند، بلکه باعث می‌شود که هیچ فرد یا گروهی نتواند به‌راحتی بلاک‌های جعلی ایجاد کند. با توجه به رقابت شدید میان ماینرها، استفاده از سخت‌افزارهای قدرتمند مانند ASIC و کارت‌های گرافیک (GPU) برای افزایش شانس موفقیت در حل معمای نانس ضروری است.

نقش عدد Nonce در استخراج ارزهای دیجیتال

عدد نانس یکی از اجزای کلیدی در فرآیند استخراج ارزهای دیجیتال است و نقشی اساسی در یافتن بلاک‌های جدید و تأمین امنیت شبکه بلاکچین دارد. در استخراج ارزهای دیجیتال مبتنی بر الگوریتم اثبات کار (Proof of Work)، ماینرها باید مسئله‌ای ریاضی را حل کنند تا یک بلاک معتبر ایجاد کنند. این مسئله شامل یافتن مقدار مناسبی برای عدد نانس است که در ترکیب با سایر داده‌های بلاک، یک مقدار هش معتبر تولید کند. مقدار هش تولیدشده باید از مقدار مشخص‌شده در سختی شبکه کمتر باشد تا بلاک جدید مورد تأیید قرار گیرد. از آنجایی که خروجی توابع هشینگ مانند SHA-256 کاملاً غیرقابل پیش‌بینی است، ماینرها مجبورند با تغییر نانس، هش‌های متعددی را آزمایش کنند تا به مقدار موردنظر برسند.

فرآیند تغییر نانس و آزمایش هش‌های مختلف، نیازمند قدرت پردازشی بالایی است. ماینرها برای این کار از سخت‌افزارهای تخصصی مانند دستگاه‌های ASIC و کارت‌های گرافیک قدرتمند (GPU) استفاده می‌کنند تا بتوانند سریع‌تر مقادیر Nonce را تغییر داده و هش‌های جدید تولید کنند. زمانی که یک ماینر اولین مقدار نانس صحیح را پیدا کند، بلاک جدیدی به بلاکچین اضافه می‌شود و آن ماینر پاداش بلاک (Block Reward) را دریافت می‌کند. علاوه بر این، سختی شبکه به‌طور دوره‌ای تنظیم می‌شود تا زمان استخراج هر بلاک تقریباً ثابت باقی بماند و از تغییرات شدید در سرعت پردازش شبکه جلوگیری شود.

نانس علاوه بر نقش کلیدی در ماینینگ، به حفظ امنیت و غیرمتمرکز بودن بلاکچین کمک می‌کند. اگر فرد یا گروهی بخواهد یک بلاک جعلی ایجاد کند، باید مقدار صحیح نانس را پیدا کرده و تمامی بلاک‌های بعدی را مجدداً محاسبه کند که از نظر محاسباتی تقریباً غیرممکن است. همچنین، فرآیند استخراج و تغییر مداوم Nonce توسط ماینرهای مختلف باعث می‌شود که کنترل شبکه در اختیار یک فرد یا گروه خاص قرار نگیرد. در نتیجه، عدد نانس نه‌تنها به عنوان یک متغیر در حل معادلات هشینگ عمل می‌کند، بلکه از طریق ایجاد چالش محاسباتی، به امنیت، پایداری و عدم تمرکز در شبکه‌های بلاکچینی کمک می‌کند.

مزایا و معایب عدد نانس در بلاکچین

مزایای عدد Nonce در بلاکچین

• افزایش امنیت شبکه با سخت‌تر کردن جعل بلاک‌ها
• جلوگیری از حملات دوبار خرج کردن (Double Spending)
• حفظ غیرمتمرکز بودن شبکه از طریق فرآیند اثبات کار
• تنظیم سختی استخراج برای حفظ تعادل در سرعت ایجاد بلاک‌ها
• تأمین انگیزه مالی برای ماینرها از طریق دریافت پاداش بلاک

معایب عدد نانس در بلاکچین

• مصرف بالای انرژی به دلیل نیاز به محاسبات پیچیده
• نیاز به سخت‌افزارهای قدرتمند و گران‌قیمت برای استخراج
• کاهش سودآوری استخراج با افزایش سختی شبکه
• ایجاد تمرکز نسبی در شبکه به دلیل قدرت بیشتر ماینرهای بزرگ
• تأثیرات زیست‌محیطی ناشی از مصرف زیاد برق در فرآیند ماینینگ

کدام بلاکچین‌ها از عدد نانس استفاده می‌کنند؟

عدد نانس به‌طور عمده در بلاکچین‌هایی که از الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) استفاده می‌کنند، کاربرد دارد. این الگوریتم نیازمند محاسبات پیچیده برای تولید هش معتبر است که در آن نقش اصلی را عدد نانس ایفا می‌کند. برخی از بلاکچین‌های معروف که از Nonce در فرآیند استخراج استفاده می‌کنند عبارتند از:

• بیت‌کوین (Bitcoin): اولین و معروف‌ترین بلاکچینی است که از الگوریتم اثبات کار و عدد نانس برای استخراج بلاک‌های جدید استفاده می‌کند.
• اتریوم (Ethereum): اتریوم نیز در نسخه قبلی خود (قبل از انتقال به اثبات سهام) از Nonce در فرآیند استخراج استفاده می‌کرد. اما از زمانی که به الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) منتقل شد، این فرآیند تغییر کرد.
• بیت‌کوین کش (Bitcoin Cash): این بلاکچین نیز مشابه بیت‌کوین از الگوریتم اثبات کار استفاده کرده و نانس را برای استخراج بلاک‌ها به‌کار می‌برد.
• لایت‌کوین (Litecoin): لایت‌کوین نیز همانند بیت‌کوین از نانس برای ایجاد هش معتبر و استخراج بلاک‌های جدید استفاده می‌کند.
• دوج‌کوین (Dogecoin): دوج‌کوین که در ابتدا به‌عنوان شوخی ساخته شد، نیز از الگوریتم اثبات کار و Nonce برای استخراج بلاک‌ها بهره می‌برد.

این بلاکچین‌ها به‌طور کلی از نانس برای ایجاد امنیت، جلوگیری از حملات و حفظ غیرمتمرکز بودن شبکه خود استفاده می‌کنند.

سایر کاربردهای عدد نانس

عدد نانس علاوه بر کاربرد اصلی‌اش در فرآیند استخراج ارزهای دیجیتال، در سایر حوزه‌ها و سیستم‌ها نیز کاربردهای متفاوتی دارد. برخی از این کاربردها عبارتند از:

• مکانیزم‌های امنیتی: در سیستم‌های مختلف، عدد Nonce برای جلوگیری از حملات تکراری (Replay Attacks) استفاده می‌شود. برای مثال، در سیستم‌های ارسال پیام یا تراکنش‌های مالی، نانس به‌عنوان یک عدد تصادفی برای هر تراکنش ایجاد می‌شود تا اطمینان حاصل شود که هر تراکنش فقط یک‌بار استفاده می‌شود و نمی‌توان آن را دوباره ارسال کرد.
• تولید اعداد تصادفی: نانس در تولید اعداد تصادفی در سیستم‌های رمزنگاری به‌کار می‌رود. این عدد تصادفی به همراه سایر داده‌ها برای تولید کلیدهای رمزنگاری یا امضای دیجیتال استفاده می‌شود.
• سیستم‌های توزیع‌شده: در شبکه‌های توزیع‌شده، Nonce برای مدیریت توالی پیام‌ها و جلوگیری از مشکلات هم‌زمانی یا شرایط رقابتی به‌کار می‌رود. این به‌ویژه در سیستم‌های بلاکچینی که نیاز به همگام‌سازی و اطمینان از ترتیب صحیح تراکنش‌ها دارند، اهمیت دارد.
• تصدیق تراکنش‌ها: در برخی از پروتکل‌های تصدیق تراکنش، Nonce برای جلوگیری از استفاده مجدد از یک امضای دیجیتال یا پیام استفاده می‌شود. این امر برای اطمینان از اعتبار تراکنش‌ها ضروری است.

این کاربردها نشان‌دهنده گستره وسیع استفاده از عدد نانس در تقویت امنیت، تصدیق و همگام‌سازی در سیستم‌های مختلف است.

سخن پایانی

عدد نانس در دنیای بلاکچین و سیستم‌های توزیع‌شده نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند. این عدد نه‌تنها در فرآیند استخراج ارزهای دیجیتال برای ایجاد امنیت و اعتبار تراکنش‌ها به‌کار می‌رود، بلکه در کاربردهای دیگری همچون جلوگیری از حملات تکراری، تولید اعداد تصادفی و همگام‌سازی سیستم‌های توزیع‌شده نیز اهمیت دارد. با توجه به رشد روزافزون تکنولوژی بلاکچین و سیستم‌های مبتنی بر آن، درک و استفاده صحیح از Nonce می‌تواند به بهبود امنیت و کارایی این سیستم‌ها کمک کند. بنابراین، نانس تنها یک ابزار برای استخراج ارزهای دیجیتال نیست، بلکه جزئی از زیرساخت‌های حیاتی در دنیای دیجیتال امروز به شمار می‌آید.

سوالات متداول