تفاوت شانس و تصادفی بودن (Randomness) در ارز دیجیتال چیست؟

بررسی تفاوت شانس و تصادفی بودن در ارز دیجیتال به ما کمک می‌کند درک بهتری نسبت به ارزهای دیجیتال و بیت کوین پیدا کنیم. چند سالی است که رمزارزها در صدر اخبار دنیای تکنولوژی و اقتصاد هستند. هنوز هم ابهامات و تردیدهای زیادی در مورد این پدیده وجود دارد. بسیاری بر این باورند که الگوریتم‌های استخراج بیت کوین بر پایه شانس طراحی شده است و ماینرهای خوش‌شانس زودتر ثروتمند می‌شوند. چنین فرضی درست نیست؛ زیرا تفاوت مهمی بین شانس و تصادفی بودن وجود دارد. اگر می‌خواهید بدانید معماری شبکه‌های رمزارزی چگونه با استفاده از تصادفی بودن بنا شده، با ما همراه باشید.

تاریخچه علم تصادفی بودن

تصادفی بودن (Randomness) اتفاقات بخشی از زندگی همه ما است. بسیاری از آیین‌های سنتی نیز پر از رسم‌هایی هستند که بر پایه تصادفی بودن اتفاقات شکل گرفته‌اند. تاس‌ یکی از مشهورترین مثال‌ها برای تصادفی بودن اتفاقات است که نقش پررنگی در بسیاری از فرهنگ‌ها دارد. از قرن شانزدهم انسان توانست تفاوت‌های شانس و تصادفی بودن را درک کند. علم ریاضی اصلی‌ترین عامل این تغییر مهم بود.

جرولامو کاردانو (Gerolamo Cardano) ریاضی‌دان برجسته‌ای بود که البته به قمار اعتیاد داشت. این ریاضی‌دان ایتالیایی کتابی با عنوان بازی‌های شانس (Book on Games of Chance) نوشت. او در این کتاب راهکارهایی برای مقابله سیستماتیک با شانس و تصادف ارائه کرد. کاردانو نمی‌خواست اسرارش در اختیار عموم قرار بگیرد. به همین دلیل کتاب بازی‌های شانس صد سال پس از مرگش به چاپ رسید.

کاردانو به انسان‌ها کمک کرد درک درستی از شانس، تصادف و فضای نمونه پیدا کنند. احتمال وقوع یک رویداد شامل تقسیم تعداد سناریوهای بروز آن اتفاق به کل رویدادهای ممکن است. تعداد کل رویدادهای ممکن را با عبارت فضای نمونه (sample space) معرفی می‌کنند. برای مثال احتمال نمایش عدد ۲ پس از تاس انداختن یک‌ششم یا 0.17 درصد است.

گالیله (Galileo) و پاسکال (Pascal) راه کاردانو را دنبال کردند. گالیله ریاضی‌دان و دانشمندان طغیانگری بود و در مقابل باورهای خرافی جنگید. پاسکال نیز قدم‌های مهمی در مسیر علم شانس و تصادف برداشت. شرط پاسکال (Pascal’s wager) و مثلث پاسکال (Pascal’s triangle) مهم‌ترین دستاوردهای این دانشمند است. بسیاری بر این باورند که پژوهش‌ها و دستاوردهای این سه دانشمند پایه و اساس انقلاب صنعتی و افزایش گرایش مردم به علم و نوآوری بوده است. علوم مختلفی مثل انتگرال، دیفرانسیل، نجوم و فیزیک نیز حاصل نتایج تحقیقات این سه دانشمند است.

فهرست نقاط عطف قابل توجه در سفر تصادفی ما:

• فضای نمونه
• جایگشت‌ها و ترکیب‌ها
• مثلث پاسکال
• قانون اعداد بزرگ
• قانون اعداد کوچک
• قضیه بیز در احتمال شرطی
• انحراف معیار و توزیع نرمال
• بازگشت به میانگین (Regression Toward the Mean)
• تئوری مسیر تصادفی (Random Walk)
• شبیه سازی مونت کارلو
• شبه تصادفی

در میان این موضوعات، دو مورد اهمیت بیشتری دارد: شبیه‌سازی مونت کارلو (Monte Carlo simulation) و شبه تصادفی (Pseudorandomness). امروزه از این مباحث در علوم مختلف استفاده می‌شود.

اختراع کامپیوترها مبحثی جدید در علم احتمال تصادفی باز کردند که «شبیه‌سازی کامپیوتری» نام داشت. به کمک کامپیوترها راهی برای پیش‌بینی آینده و انجام آزمایش‌های تکراری و متعدد فراهم شده بود. در اوایل قرن بیستم اختراع قضیه شبیه‌سازی مونت کارلو نقطه عطفی در تاریخ بشر بود. به کمک این مدل انسان‌ها احتمالات و تصادفات را پیش‌بینی و ترسیم می‌کردند. جان فون نویمان (John von Neumann) و آلن تورینگ (Alan Turing) پیشگامان این حوزه بودند. امروزه از این علم در مکانیک سیالات، هوش مصنوعی، پردازش داده‌های مالی و … استفاده می‌شود.

محبوبیت روز‌افزون روش‌های مونت کارلو باعث خلق قاعده شبه تصادفی شد. شبه تصادفی به فرآیندی گفته می‌شود که به نظر تصادفی می‌آید اما در واقعیت چنین چیزی نیست. مبحث شبه تصادفی در سال‌های گذشته یکی از عناصر اصلی پیدایش حوزه‌ای جدید در دنیای تکنولوژ‌ی، اقتصاد و حتی سیاست بوده است. این حوزه جدید و جذاب همان کریپتو یا رمزنگاری است.

تفاوت شانس و تصادفی بودن در ارز دیجیتال و الگوی اثبات کار

برای درک تفاوت شانس و تصادفی بودن در ارز دیجیتال بهتر است به سراغ بیت کوین برویم. یکی از نوآوری‌های شبکه بیت کوین استفاده از الگوریتم اثبات کار (Proof-of-Work) است. الگوی PoW سبب شده اعضای این شبکه بدون اعتماد به کسی به اجماع برسند. فعالیت work در الگوی اثبات کار جست‌وجوی خروجی برای تابع هش (Hash) است. طراحی Bitcoin با استفاده از یک تابع هش رمزنگاری‌شده با نام SHA256 صورت گرفته است. توابع هش رمزنگاری‌شده یک طرفه هستند؛ یعنی با مشاهده خروجی نمی‌توان ورودی را حدس زد. دلیل این موضوع تصادفی بودن خروجی تابع است.

این موضوع اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا اگر تابع هش به صورت شبه تصادفی عمل نکند و کاملاً بر حسب شانس پیش رود، ورودی‌ها مشخص خواهد شد و دیگر شبکه بیت کوین قابل اعتماد نیست. بنابراین حیات Bitcoin وابسته به تفاوت شانس و تصادفی بودن در ارز دیجیتال است. می‌توان گفت الگوی اثبات کار بیت کوین بر سه اصل استوار است:

• الف) جست‌وجو برای جواب تابع در یک فضای فوق‌العاده بزرگ انجام می‌شود.
• ب) راه میانبری وجود ندارد.
• ج) تنها راه رسیدن به جواب جست‌وجوی تصادفی است.

از نظر علمی این جست‌وجو را روش تکراری احتمالی نامحدود (unbounded probabilistic iterative procedure) می‌نامند. در نتیجه میزان تصادفی بودن تابع هش نشان از قدرت شبکه دارد. طبق مکانیزم اثبات کار، ماینرهایی که توان پردازشی بیشتری در اختیار دارند، قدرت هش بالاتری به دست می‌آورند و شانس بیشتری برای حل تابع خواهند داشت.

الگوهای PoW به دو دسته عمده تقسیم می‌شوند:

• محاسبه محدود (Compute-Bound): در این روش سرعت پردازنده برای یافتن تابع تصادفی محدود می‌شود.
• حافظه محدود (Memory-bound): در این روش دسترسی حافظه برای یافتن تابع تصادفی محدود می‌شود.

مزایا و معایب تصادفی بودن الگوریتم اجماع شبکه بیت کوین

هیچ سند رسمی و مشخصی وجود ندارد که اجباری بودن قاعده تصادفی برای مکانیزم اثبات کار را نشان دهد. با این حال تجربه نشان می‌دهد تصادفی بودن بخش مهمی از این الگوریتم است. لازم به ذکر است که استفاده از قواعد شبه‌تصادفی باعث شده مقیاس‌پذیری شبکه بیت کوین به شدت کاهش پیدا کند. از طرفی این قوانین به نفع ماینرهای قدرتمند و سرمایه‌داران است. هر کس که ماینر یا ثروت بیشتری داشته باشد، شانس بالاتری برای به دست آوردن بلاک‌های BTC خواهد داشت.

از مزایای الگوی PoW می‌توان به سهولت در عضویت یا خروج از شبکه نام برد. ماینرها می‌توانند ۵ دقیقه بعد از یافتن بلاک جدید از شبکه خارج و چند روز بعد دوباره وارد فرآیند ماینینگ شوند. با این حال شانس آنها هیچ تغییری نمی‌کند و مدت ماندن در شبکه نقشی در احتمال استخراج بلاک جدید ندارد.

به نظر می‌رسد به جز قواعد تصادفی، راه‌های دیگری هم برای حل تابع هش وجود دارد. فاکتورسازی اعداد صحیح (integer factorization) یا لگاریتم گسسته (discrete logarithm) از جمله راهکارهای علم ریاضی برای حل این تابع است.

به طور کل می‌توان گفت تا زمانی که انسان وجود داشته باشد، عدم قطعیت و تصادفی بودن نیز وجود دارد. کامپیوترهای شبیه‌ساز، اصول مونت‌کارلو و … به انسان‌ها کمک می‌کند که تصادفی بودن را به نفع خودش تغییر دهد. بیت کوین و بسیاری از رمزارزها با استفاده از همین علم، ساختار و معماری جدیدی را بنا کرده‌اند که منجر به پیدایش یک اکوسیستم غیرمتمرکز و ایمن شده است. اگر تصادفی بودن را از الگوی اثبات کار حذف کنیم، عملاً هسته اصلی شبکه بیت کوین یا سایر بلاکچین‌ها را از بین برده‌ایم. اگر BTC به ارزی رایج یا اصطلاحاً «پول آینده» تبدیل شود، شاهد مهم‌ترین تأثیر علم تصادف در طول تاریخ پیدایش بشر خواهیم بود.

خلاصه مطلب

تفاوت شانس و تصادفی بودن در ارز دیجیتال به ما نشان می‌دهد که دنیای ارزهای دیجیتال بسیار پیچیده‌تر و علمی‌تر از چیزی است که در نگاه اول به نظر می‌رسد. بیت کوین فقط با چند خط کد ساده طراحی نشده است؛ بلکه قواعد ریاضی و علم تصادفی بودن نقش مهمی در توسعه این رمزارز داشته است. زمانی که پیچیدگی‌های ارزهای دیجیتال را درک می‌کنیم، راحت‌تر می‌توانیم به آنها اعتماد کنیم. شاید زمان دقیقی برای پذیرش BTC به عنوان ارز رایج مشخص نباشد، اما همه می‌دانند که این اتفاق یک رویداد شبه‌تصادفی است و بالأخره روزی رخ خواهد داد.