نانس چیست؟ توضیح کاربرد Nonce در بلاک‌چین به زبان ساده

تصور کنید پازلی پیچیده‌ را حل می‌کنید که هر بار تنها با یک عدد خاص قفل آن باز می‌شود و تنها با آزمون و خطا قادر به یافتن آن عدد هستید. در دنیای بلاک‌چین و مکانیزم‌های اجماع نیز چنین عددی وجود دارد که با نام «نانس» شناخته می‌شود. نانس (Nonce) از اجزای کلیدی فناوری بلاک‌چین است که نقشی اساسی در امنیت و عملکرد شبکه‌های غیرمتمرکز ایفا می‌کند.

این عدد کوچک که مخفف عبارت «Number used only once» (عددی که تنها یک‌بار استفاده می‌شود) است، به‌عنوان ابزار رمزنگاری عمل می‌کند و در فرآیندهایی مانند استخراج (ماینینگ) و تأیید تراکنش‌ها کاربرد دارد. انتخاب نانس نیازمند محاسبات پیچیده‌ای است که قلب پروتکل‌های بلاک‌چین را تشکیل می‌دهد. در این مقاله از بلاگ صرافی ارز دیجیتال او ام پی فینکس، یاد می‌گیریم نانس چیست، در بلاک‌چین‌های مختلف چه کاربردی دارد و تفاوت آن با مفاهیم مشابهی مانند هش را در چه زمینه‌هایی باید جستجو کرد.

عدد نانس Nonce در بلاک چین چیست؟

نانس در بلاک‌چین یک عدد یکتا و غیرتکراری است که در فرآیند استخراج (ماینینگ) برای یافتن یک بلوک معتبر استفاده می‌شود. این عدد که معمولا از صفر شروع شده و به‌صورت تصاعدی افزایش می‌یابد، در الگوریتم‌های اجماع مبتنی بر اثبات کار (Proof of Work) نقش اصلی را ایفا می‌کند. در بلاک‌چین‌هایی مانند بیت‌کوین، ماینرها برای افزودن یک بلوک جدید به زنجیره، باید نانسی پیدا کنند. این نانس، وقتی با داده‌های بلوک ترکیب می‌شود، یک هش (Hash) تولید می‌کند.

بیشتر بخوانید: تابع هش و هشینگ چیست و چگونه کار می‌کند؟

این هش باید با معیارهای خاصی (مثلاً شروع با تعداد مشخصی صفر) مطابقت داشته‌باشد. این فرآیند نیازمند محاسبات سنگین و تکراری است. ماینرها باید نانس‌های مختلف را آزمایش کنند تا به نتیجه مطلوب برسند. نانس به‌عنوان یک متغیر کلیدی عمل می‌کند که امکان تنظیم سختی استخراج را فراهم می‌سازد. هرچه سختی بیشتر باشد، یافتن نانس مناسب زمان‌برتر و پرهزینه‌تر است. این ویژگی، امنیت بلاک‌چین را تضمین می‌کند. تغییر در یک بلوک نیازمند محاسبه مجدد نانس و در نتیجه بازنویسی کل زنجیره است.

کهکشان سلامت او‌ام‌پی فینکس

با نصب اپلیکیشن اوام‌پی فینکس، علاوه بر بهره‌مندی از امکانات متعدد برای خرید و فروش ارز دیجیتال، می‌توانید با قدم زدن، امتیاز باشگاه مشتریان کسب کرده و از جوایز این بخش استفاده کنید.

نصب اپلیکیشن اندروید

نانس در بلاک‌چین‌های مختلف

بلاک‌چین‌های گوناگون از نانس به شیوه‌های متفاوتی استفاده می‌کنند. این تفاوت‌ها بستگی به الگوریتم اجماع و طراحی پروتکل آن‌ها دارد. این بخش به بررسی بلاک‌چین‌های اصلی که از نانس بهره می‌برند، می‌پردازد. نقش نانس در هر یک از آن‌ها را توضیح می‌دهد. هر یک از این بلاک‌چین‌ها از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند. اما تفاوت‌های ظریفی در کاربرد نانس وجود دارد. این تفاوت‌ها نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری نانس در تأمین امنیت و کارایی شبکه‌های غیرمتمرکز است.

نانس در بلاکچین بیت‌کوین

در بیت‌کوین، نانس بخش جدایی‌ناپذیری از فرآیند استخراج است. ماینرها برای ایجاد یک بلوک جدید، باید نانسی پیدا کنند. این نانس، وقتی با داده‌های بلوک (مانند تراکنش‌ها و هش بلوک قبلی) ترکیب می‌شود، هشی تولید می‌کند که با سطح سختی شبکه مطابقت داشته‌باشد. این سطح سختی به‌صورت دوره‌ای تنظیم می‌شود. هدف این تنظیم، ثابت نگه‌داشتن زمان تولید بلوک‌ها (حدود ۱۰ دقیقه) است. نانس در بیت‌کوین معمولا یک عدد ۳۲ بیتی است. ماینرها آن را به‌صورت تصادفی یا متوالی تغییر می‌دهند تا به هش موردنظر برسند. این فرآیند که به «آزمایش و خطا» معروف است، نیازمند توان محاسباتی عظیمی است. به همین دلیل، ماینرها از سخت‌افزارهای پیشرفته‌ای مانند ASIC استفاده می‌کنند.

نانس در بلاکچین اتریوم کلاسیک

اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic) که نسخه‌ای از اتریوم با حفظ الگوریتم اثبات کار ( POW ) است، از نانس به روشی مشابه بیت‌کوین اما با تفاوت‌هایی در الگوریتم استخراج استفاده می‌کند. در اتریوم کلاسیک، از الگوریتم Etchash (نسخه‌ای اصلاح‌شده از Ethash) استفاده می‌شود. این الگوریتم برای مقاومت در برابر سخت‌افزارهای ASIC طراحی شده‌است. نانس در این بلاک‌چین نیز برای تولید هش بلوک استفاده می‌شود. اما به‌دلیل تفاوت در طراحی الگوریتم، فرآیند یافتن نانس به حافظه بیشتری نیاز دارد. به همین دلیل، کارت‌های گرافیک (GPU) برای استخراج مناسب‌تر هستند. این ویژگی باعث می‌شود استخراج در اتریوم کلاسیک نسبت به بیت‌کوین غیرمتمرکزتر باشد. زیرا ماینرهای کوچک‌تر نیز می‌توانند در آن مشارکت کنند.

نانس در بلاکچین لایت‌کوین

لایت‌کوین که به‌عنوان «نقره دیجیتال» در مقابل «طلای دیجیتال» بیت‌کوین شناخته می‌شود، از نانس در الگوریتم استخراج Scrypt استفاده می‌کند. برخلاف الگوریتم SHA-256 بیت‌کوین، Scrypt به حافظه بیشتری نیاز دارد. به همین دلیل، در برابر استفاده از سخت‌افزارهای ASIC تاحدی مقاوم است. نانس در لایت‌کوین برای یافتن هشی که با معیارهای سختی شبکه مطابقت دارد، به‌کار می‌رود. اما به‌دلیل سرعت بالاتر تولید بلوک‌ها (تقریباً هر ۲.۵ دقیقه یک بلوک)، محاسبات نانس در این شبکه سریع‌تر انجام می‌شود.

این ویژگی باعث می‌شود تراکنش‌ها در لایت‌کوین با سرعت بیشتری تأیید شوند. این سرعت برای کاربردهای روزمره مناسب‌تر است. نانس در لایت‌کوین همچنان نقش امنیتی مشابهی با بیت‌کوین دارد، اما طراحی Scrypt باعث شده‌است که استخراج آن برای کاربران عادی با تجهیزات کمتر نیز امکان‌پذیر باشد.

بلاکچین‌هایی که از عدد نانس استفاده می‌کنند

علاوه بر بیت‌کوین، اتریوم کلاسیک و لایت‌کوین، بلاک‌چین‌های دیگری نیز هستند که از نانس در پروتکل‌های خود استفاده می‌کنند. به‌ویژه آن‌هایی که از الگوریتم اثبات کار بهره می‌برند. برای مثال، دوج‌کوین (Dogecoin) از الگوریتم Scrypt مشابه لایت‌کوین استفاده می‌کند و نانس در آن برای تأیید بلوک‌ها حیاتی است. همچنین، بلاک‌چین‌هایی مانند ریون‌کوین (Ravencoin) و زی‌کش (Zcash) که به‌ترتیب از الگوریتم‌های X16Rv2 و Equihash استفاده می‌کنند، نانس را به‌عنوان بخشی از فرآیند استخراج به‌کار می‌برند.

این بلاک‌چین‌ها از نانس برای اطمینان از یکتایی بلوک‌ها و جلوگیری از حملات سایبری مانند حمله ۵۱٪ استفاده می‌کنند. در برخی بلاک‌چین‌های جدیدتر که از اثبات کار ترکیبی یا الگوریتم‌های خاص استفاده می‌کنند، نانس ممکن‌است نقش متفاوتی داشته‌باشد، اما همچنان به‌عنوان ابزار رمزنگاری برای تضمین امنیت عمل می‌کند. استفاده گسترده از نانس در این شبکه‌ها نشان‌دهنده اهمیت آن در حفظ یکپارچگی و غیرمتمرکز بودن بلاک‌چین است.

نانس در مقابل هش، Nonce در رمزنگاری چیست؟

برای درک بهتر نانس، مهم است که آن را با مفهوم هش (Hash) مقایسه و نقش آن را در رمزنگاری روشن کنیم. هش یک تابع رمزنگاری است که داده‌های ورودی (مانند تراکنش‌ها و نانس) را به یک رشته با طول ثابت تبدیل می‌کند. در بلاک‌چین، هش نتیجه فرآیند محاسباتی است که نانس بخشی از ورودی آن است. به‌عبارت دیگر، نانس یک متغیر ورودی است که ماینرها آن را تغییر می‌دهند. این تغییر برای تولید هشی است که با شرایط خاصی (مانند تعداد صفرهای ابتدایی) مطابقت داشته‌باشد. در رمزنگاری، نانس به‌معنای «عددی که تنها یک‌بار استفاده می‌شود» است.

به‌غیر از بلاک‌چین، عدد نانس در پروتکل‌های امنیتی مانند احراز هویت و امضای دیجیتال نیز کاربرد دارد. برای مثال در سیستم‌های رمزنگاری، نانس برای جلوگیری از حملات بازپخش (Replay Attacks) استفاده می‌شود. در این حملات، هکر سعی می‌کند یک تراکنش یا پیام را دوباره ارسال کند. تفاوت اصلی نانس و هش در این است که نانس یک عدد قابل‌تغییر و ورودی است، درحالی‌که هش نتیجه ثابت یک فرآیند رمزنگاری است.

فرق نانس صفر و نانس معتبر چیست؟

در فرآیند استخراج بلاک‌چین، دو مفهوم «نانس صفر» و «نانس معتبر» مطرح می‌شوند. نانس صفر به نانسی اشاره دارد که به‌عنوان نقطه شروع در فرآیند استخراج استفاده می‌شود. یعنی ماینرها از عدد صفر شروع به آزمایش می‌کنند. این عدد به‌صورت پیش‌فرض در الگوریتم وارد می‌شود. ماینرها با افزایش تدریجی آن، هش‌های مختلف را محاسبه می‌کنند. در مقابل، نانس معتبر نانسی است که وقتی با داده‌های بلوک ترکیب می‌شود، هشی تولید می‌کند.

این هش باید با معیارهای سختی شبکه (مثلاً تعداد مشخصی صفر در ابتدای هش) مطابقت داشته‌باشد. یافتن نانس معتبر هدف اصلی فرآیند استخراج است. زیرا این نانس به ماینر اجازه می‌دهد بلوک را به بلاک‌چین اضافه کند و پاداش دریافت کند. تفاوت کلیدی در این است که نانس صفر صرفاً یک نقطه شروع است و هیچ تضمینی برای معتبر بودن آن وجود ندارد. درحالی‌که نانس معتبر نتیجه محاسبات سنگین و آزمایش‌های متعدد است. این تمایز نشان‌دهنده اهمیت محاسبات پیچیده در حفظ امنیت بلاک‌چین است.

مزایا و معایب عدد نانس در بلاکچین

استفاده از نانس در بلاک‌چین مزایا و معایب خاص خود را دارد. این مزایا و معایب بر کارایی و امنیت شبکه تأثیر می‌گذارد.

نقاط قوت عدد نانس چیست؟

نانس یکی از ارکان اصلی امنیت در بلاک‌چین‌های مبتنی بر اثبات کار است. استفاده از نانس امکان ایجاد یک فرآیند رقابتی برای استخراج را فراهم می‌کند. این فرآیند از دستکاری غیرمجاز در بلاک‌چین جلوگیری می‌نماید. برای تغییر یک بلوک، مهاجم باید نانس معتبر جدیدی پیدا کند. این کار نیازمند توان محاسباتی عظیمی است. این ویژگی بلاک‌چین را در برابر حملات مقاوم می‌کند. علاوه‌براین، نانس به‌دلیل یک‌بارمصرف بودن، از تکرار تراکنش‌ها یا حملات بازپخش جلوگیری می‌کند. نانس همچنین امکان تنظیم پویای سختی استخراج را فراهم می‌کند. این امکان به بلاک‌چین اجازه می‌دهد با تغییرات تعداد ماینرها یا قدرت محاسباتی سازگار شود. این ویژگی در بلاک‌چین‌هایی مانند بیت‌کوین باعث شده‌است که زمان تولید بلوک‌ها تقریبا ثابت بماند.

نقاط ضعف عدد نانس چیست؟

با وجود مزایای فراوان، استفاده از نانس در بلاک‌چین معایبی نیز دارد. مهم‌ترین عیب، مصرف انرژی بالای فرآیند استخراج است. این مصرف به‌دلیل محاسبات مکرر برای یافتن نانس معتبر ایجاد می‌شود. این موضوع در بلاک‌چین‌هایی مانند بیت‌کوین باعث انتقادهای زیست‌محیطی شده‌است. علاوه‌براین، وابستگی به نانس در الگوریتم‌های اثبات کار باعث شده‌است که استخراج به‌تدریج متمرکزتر شود. زیرا تنها افرادی با دسترسی به سخت‌افزارهای پیشرفته (مانند ASIC) می‌توانند به‌طور مؤثر رقابت کنند. این امر می‌تواند اصل غیرمتمرکز بودن بلاک‌چین را تضعیف کند. همچنین در برخی بلاک‌چین‌ها، محدوده ۳۲ بیتی نانس ممکن‌است در آینده با افزایش پیچیدگی محاسبات کافی نباشد.

نانس: ستون فقرات امنیت بلاک‌چین

نانس، این عدد به‌ظاهر ساده، در واقع یکی از مهم‌ترین اجزای فناوری بلاک‌چین است. این عدد امنیت، یکپارچگی و کارایی شبکه‌های غیرمتمرکز را تضمین می‌کند. نانس در الگوریتم‌های اثبات کار نقشی محوری دارد. همچنین از حملات سایبری و دستکاری داده‌ها جلوگیری می‌کند. با وجود مصرف انرژی بالا و چالش‌های تمرکزگرایی، نانس همچنان به‌عنوان ابزار رمزنگاری قدرتمند شناخته می‌شود. این ابزار تعادل بین امنیت و کارایی را حفظ می‌کند. با پیشرفت فناوری و ظهور الگوریتم‌های جدید مانند اثبات سهام، ممکن است نقش نانس در آینده تغییر کند. اما در حال حاضر، این عدد کوچک قلب تپنده بسیاری از بلاک‌چین‌های پیشرو است.

سوالات متداول درباره عدد نانس چیست؟