الگوریتم اجماع در بلاکچین چه نقشی دارد و انواع مختلف مدل‌های اجماع چیست

تأمین امنیت بلاکچین‌ها برعهده الگوریتم اجماع است. کسانی که با فناوری بلاکچین آشنا هستند، می‌دانند که تراکنش‌ها فقط در صورت تأیید شرکت کنندگان در معاملات تأیید می‌شوند.

الگوریتم اجماع در بلاکچین چه نقشی دارد و انواع مختلف مدل‌های اجماع چیست

در دو سال گذشته، ما چیزهای زیادی در مورد چگونگی تغییر شکل بلاکچین در دنیای تجارت و معاملات مالی شنیدیم. با این وجود مهمترین جنبه‌های بلاکچین سرعت، کاربرد و امنیت آن است. یک دفتر عمومی برای عملکرد در مقیاس جهانی به امنیتی کارآمد نیاز دارد.

الگوریتم اجماع در بلاکچین چه نقشی دارد و انواع مختلف مدل‌های اجماع چیست

تأمین امنیت بلاکچین‌ها برعهده الگوریتم اجماع است. کسانی که با فناوری بلاکچین آشنا هستند، می‌دانند که تراکنش‌ها فقط در صورت تأیید شرکت کنندگان در معاملات تأیید می‌شوند. در این مقاله، ما در مورد اینکه الگوریتم اجماع چیست بحث خواهیم کرد و انواع مختلف مکانیسم‌های اجماع را به شما معرفی می‌کنیم.

توضیح مختصری در مورد الگوریتم اجماع در بلاکچین

یک الگوریتم اجماع مانند اثبات کار بیتکوین (Bitcoin’s PoW) است، که به استخراج کنندگان برای حل معماهای پیچیده ریاضی رمزنگاری، نیاز دارد. استخراج کنندگان در ازای حل این معادلات پاداش مشخصی در قالب بیت کوین از شبکه دریافت می‌کنند. درک این نکته مهم است که هر بلاکی که به شبکه اضافه می‌شود باید از یک سری قوانین اجماع پیروی کند.

به عنوان مثال، قوانین اجماع بیت کوین اجازهٔ ثبت دوباره یک تراکنش را نمی‌دهد. اولین ماینری که بتواند تراکنش را به بلاک اضافه کند مورد تأیید و بقیه رد می‌شوند. ترکیبی از الگوریتم‌های اجماع PoW و قوانین اجماع یک شبکه قوی و قابل اعتماد را ارائه می‌دهد. این قوانین اطمینان حاصل می‌کنند که همه گره‌های شبکه در مورد تأیید وضعیت کلی بلاکچین به توافق رسیده اند.

یک پروتکل اجماع دارای 3 ویژگی اساسی است که براساس آن می‌توان کارایی آن را تعیین کرد.

بدون وجود یک واسطه مرکزی، شبکه کاربران شرکت کننده‌ای که این سیستم را توسعه می‌دهند باید در مورد صحت آنچه به دفتر اضافه می‌شود توافق کنند. این کار با استفاده از مجموعه‌ای از قوانین از پیش تعریف شده است، انجام می‌گیرد. برای اکثر گره‌های شبکه باید اجماع حاصل شود.

تنها هدف پروتکل اجماع این است که گره‌ها بتوانند بین خود ارتباط برقرار کنند و مجموعه مشترکی از معامله معتبر را که می‌تواند به دفتر حساب توزیع شده اضافه شود، ارائه دهند. این کار برای جلوگیری از افزودن معاملات و بلاک‌های دروغین توسط ماینرهای مخرب طراحی شده است. نوع مکانیزم مورد استفاده به نوع شبکه بستگی دارد. بیایید در مورد چند مکانیزم بحث کنیم.

✅ بیشتر بخوانید ……… 🔻🔻🔻🔻🔻🔻

اثبات کار (Proof-of-Work (PoW

همانطور که قبلاً در مورد آن بحث کردیم، PoW در حال حاضر رایج‌ترین و یکی از قوی‌ترین سازوکارهای اجماع برای فناوری بلاکچین است. ماینر قبل از اضافه کردن بلاک به زنجیره، باید معاملات پیچیده ریاضی را در بلاک جدید حل کند. پس از حل معما، راه حل به سایر ماینرها ارسال می‌شود و توسط آنها تأیید می‌شود.

در این الگوریتم اگر دو ماینر به صورت همزمان معادلات یک بلاک را حل کنند همه چیز به بلاک بعدی منتقل می‌شود. هر کدام از آنها که بتواند بلاک بعدی را حل کند گره معتبر می‌شود. بقیه ماینرها نیز راه حل آن را تأیید کرده و بلاک آن ماینر را به شبکه اضافه می‌کنند. بلاک ماینر بازنده نیز به عنوان بلاک عقیم شناخته می‌شود و در شبکه مسدود می‌گردد.

شبکه اصلی بلاکچین با تأیید هر معامله با استفاده از مکانیزم اثبات کار (PoW) در برابر ثبت تکراری تراکنشها ایمن می ماند. معاملات پس از تأیید توسط گره‌ها، نهایی و تأیید می‌شوند. اگر کسی بخواهد یک معامله را کپی کند، در شبکه پذیرفته نمی‌شود. پس از تأیید معامله، نمی‌توانید دوباره آن را اضافه کنید.

اثبات سهام (Proof-of-Stake (PoS

اثبات سهام یک رویکرد جایگزین برای PoW است که برای استخراج به محاسبات کمتری نیاز دارد. اگرچه این نیز یک الگوریتم است و هدف آن همانند PoW است، اما روند کار در اینجا کاملاً متفاوت است. در PoW، یک ماینر با حل معادلات ریاضی و ایجاد بلاک‌های جدید پاداش می‌گیرد. در الگوریتم اثبات سهام، سازنده یک بلاک جدید بسته به میزان دارایی توکن و زمان قفل شدن این دارایی روی بلاکچین برای اعتبارسنجی انتخاب می‌شود. در مکانیسم PoS، هیچ پاداشی برای ایجاد بلاک جدید وجود ندارد. با این حال سهامداران از کارمزدهای شبکه بهره مند می‌شوند. سازوکار PoS مزایا و معایب خاص خود را دارد و اجرای آن کاملاً پیچیده است.

گواهی اثبات سهام (DPoS)

DPoS با PoS بسیار متفاوت است. در اینجا دارندگان توکن‌ها به تنهایی در مورد اعتبار بلاک‌ها تصمیم نمی‌گیرند. آن‌ها با سهم‌گذاری توکن‌ها اجازه رأی دادن به نمایندگان را پیدا می‌کنند. سهامداران نمایندگان را انتخاب می‌کنند تا کار اعتبارسنجی را برای آنها انجام دهند. در یک سیستم DPoS، معمولاً بین 21 تا 100 نماینده انتخاب شده وجود دارد. نمایندگان منتخب بصورت دوره‌ای تغییر می‌یابند و برای تحویل بلاک‌های خود حکمی اختصاص می‌یابد.

تعداد اعتبارسنجهای کمتر، به آنها این امکان را می‌دهد تا خود را به طور کارآمد سازماندهی کرده و اسلات های زمانی مشخصی را برای انتشار بلاک‌ها ایجاد کنند. اگر نمایندگان بطور مرتب بلاکهای خود را از دست بدهند یا معاملات نامعتبر را منتشر کنند، دارندگان توکن می‌توانند آنها را برکنار کنند و نماینده دیگری را جایگزین آنها نمایند. برخلاف PoW و PoS، در DPoS استخراج کنندگان می‌توانند برای توسعه بلاک‌ها همکاری کنند. با تلاش مشترک و فرآیندی تا حدی متمرکز، DPoS توانسته است مقیاس‌پذیری را بهبود بخشد. این امر باعث شده این الگوریتم سریعتر از هر الگوریتم اجماع دیگری باشد.

الگوریتم اجماع تحمل گسل بیزانس (Byzantine Fault Tolerance (BFT

نام BFT از راه حلی برای “مسئله ژنرالهای بیزانس” گرفته شده است، معضلی منطقی که محققان لزلی لمپورت، رابرت شوستاک و مارشال پیس در یک مقاله دانشگاهی آن را توضیح دادند. BFT برای رفع مسئله گره سرکش یا غیر قابل اعتماد استفاده می‌شود. اگر هر عضوی از انجمن اطلاعات ناسازگار در مورد معاملات را برای دیگران ارسال کند، قابلیت اطمینان بلاکچین از بین می‌رود و هیچ مرجع مرکزی وجود ندارد که بتواند برای اصلاح آن وارد عمل شود.

برای حل این مسئله، PoW در حال حاضر BFT را از طریق قدرت پردازش خود ارائه می‌دهد. از طرف دیگر، PoS به یک راه حل مشخص‌تر نیاز دارد. گره‌ها به طور منظم رأی می‌دهند تا معامله واقعی را شناسایی کنند. به نظر می‌رسد استفاده از نسخه PoS که با BFT کار می‌کند نویدبخش‌ترین روش تصویب معاملات در بلاکچین است.

الگوریتم اجماع تحمل خطای بیزانس عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT

هالیپرلجر (Hyperledger) از دو الگوریتم اجماع پشتیبانی می‌کند. الگوریتم تحمل خطای عملی بیزانسی (PBFT) و (SIEVE)، که آماده مدیریت کد غیرقابل تعیین زنجیره‌ای است. PBFT اولین راه حل برای دستیابی به اتفاق نظر در صورت شکست بیزانس بود. استلار (Stellar) و ریپل (Ripple) نیز از سازوکار PBFT استفاده می‌کنند. در سازوکار PBFT، هر “ژنرال” یک حالت داخلی را مدیریت می‌کند که وضعیت اطلاعاتی مداومی دارد.

“ژنرال” پس از دریافت پیام، با توجه به وضعیت اطلاعات داخلی خود یک فرایند محاسبه شروع می‌کند. این فرایند محاسبه از “ژنرال” نظرش در مورد پیام را می‌پرسد. پس از نتیجه گیری، ژنرال تصمیم خود را با سایر ژنرالهای سیستم به اشتراک می‌گذارد. تصمیم اجماع بر اساس تعداد کل تصمیمات ارسالی توسط همه ژنرال‌ها گرفته می‌شود.

الگوریتم اجماع غربال یا سیو SIEVE

سازوکار اجماع SIEVE توسط هایپر لجر فابریک (Hyperledger Fabric) استفاده می‌شود که به شبکه اجازه می‌دهد تا درخواست‌های غیر قطعی احتمالی را شناسایی و حذف کند و همچنین در مورد خروجی معاملات پیشنهادی به توافق برسد.

اثبات وزن (Proof-of-Weight (PoW

PoW طبقه بندی گسترده‌ای از الگوریتم‌های اجماع است که بر اساس مدل اجماع الگوراند (Algorand) ساخته شده است. PoS، بر اساس درصد توکن های قفل شده در شبکه اجازه ایجاد بلاک بعدی را می‌دهد که به نوعی وزن شخص در شبکه محسوب می‌شود. فایلکوین براساس میزان حجمی که در شبکه برای ذخیره داده‌های IPFS ارائه می‌شود صلاحیت افراد برای ایجاد بلاک بعدی را ارزیابی می‌کند. تعداد کمی از سیستم‌ها شامل اندازه گیری وزن برای اثبات اعتبار هستند.

لیست گره‌های منحصر به فرد (Unique Node Lists (UNL

ریپل از الگوریتم‌های اجماع “زیر شبکه‌های جمعی قابل اعتماد” موسوم به “لیست گره‌های منحصر به فرد” (UNL) برای مقابله با تأخیر زیاد استفاده می‌کند. این لیست معمولاً سیستم‌های تحمل گسل بیزانس BFT را مشخص می‌کند. برای دستیابی به اتفاق نظر، یک گره باید از UNL خود به جای کل شبکه تراکنش را ارسال کند. این مکانیسم اجازه می‌دهد شبکه با وجود 20 درصد گره مخرب به کار خود بدون مشکل ادامه دهد.

اثبات سوزاندن (Proof-of-Burn (PoB

در اثبات سوزاندن، به جای صرف هزینه برای تجهیزات گران قیمت رایانه‌ای، سکه‌ها را با ارسال آنها به آدرسی که غیرقابل بازیابی هستند، “می‌سوزانید”. شما می‌توانید از طریق سیستم مبتنی بر فرآیند انتخاب تصادفی، امتیاز مادام العمر خود را بدست آورید. استخراج کنندگان می‌توانند پول بومی یا هر واحد پول دیگری را بسوزانند. هرچه تعداد سکه‌هایی که می‌سوزانید بیشتر باشد، احتمال اینکه برای استخراج بلاک بعدی انتخاب شوید بیشتر می‌شود. اگر سهم شما در سیستم از بین رفت، در نهایت، می‌توانید سکه‌های بیشتری بسوزانید تا احتمال انتخاب شدنتان برای ایجاد بلاک بعدی را افزایش یابد. PoB جایگزین مناسبی برای PoW است، اگرچه این پروتکل منابع را هدر می‌دهد. اسلیمکوین (Slimcoin) تنها سکه‌ای است که از این الگوریتم اجماع استفاده می‌کند. البته باید خاطر نشان کرد شبکه اسلیمکوین از ترکیبی از PoW، PoS و PoB استفاده می‌کند.

اثبات فعالیت (Proof-of-Activity (PoA

PoA به عنوان یک ساختار انگیزشی جایگزین برای استخراج کنندگان بیت کوین اختراع شد. این روش هر دو الگوریتم PoW و PoS را ترکیب می‌کند. در PoA، ماینرها برای حل معما با رویکرد PoW شروع به کار می‌کنند. اگر بلاک‌های استخراج شده هیچ معامله‌ای نداشته باشند، سیستم به PoS تغییر می‌یابد. براساس اطلاعات بلاک، گروهی از اعتبار سنج‌ها برای امضای بلاک جدید اختصاص داده شده‌اند.

اگر یک اعتبارسنج سکه بیشتری داشته باشد، بیشترین شانس را برای انتخاب دارد. به محض اینکه اعتبار سنجها انتخاب شدند باید سعی کنند الگو را به یک بلاک تبدیل می‌کنند. اگر اعتبار سنج‌ها نتوانند بلاک را تکمیل کنند، گروه جدیدی از اعتبار سنجها جایگزین آن‌ها می‌شوند. این روند تا زمانی که یک بلاک مقدار صحیح امضاها را دریافت کند ادامه می‌یابد. در این الگوریتم جوایز بلاک بین استخراج کننده و اعتبارسنج تقسیم می‌شود. PoA مانند PoW، به انرژی زیادی نیاز دارد. دیکرد (Decred) تنها سکه‌ای است که از اثبات فعالیت برای اعتبار سنجی استفاده می‌کند.

اثبات ظرفیت (Proof-of-Capacity (PoC

این مکانیزم الگوریتم اجماع با سایرین متفاوت است. در اینجا کاربر با ارائه فضای دیسک سخت خود را اجازه اعتبارسنجی را کسب می‌کند. هرچه فضای دیسک سخت بیشتری داشته باشد، احتمال اینکه بلاک بعدی را استخراج کندبیشتر می‌شود. با استخراج بلاک پاداش بلاک را دریافت خواهد کرد. قبل از استخراج در PoC، این الگوریتم تعداد زیادی مجموعه داده را ایجاد می‌کند که به عنوان “نمودار” شناخته می‌شوند و آنها را روی دیسک سخت کاربر ذخیره می‌کند. هرچه تعداد نمودارها بیشتر باشد، شانس بیشتری برای یافتن بلوک بعدی دارد. برای استفاده از این مکانیزم باید هزینه‌های زیادی را صرف فضای هارد دیسک کرد. بارستکوین (Burstcoin) تنها ارز رمزنگاری است که از نوعی اثبات ظرفیت استفاده می‌کند.

نتیجه

الگوریتم‌های اجماع مورد استفاده توسط سیستم عامل‌های مختلف بلاکچین عمدتاً توسط نوع برنامه‌هایی که پلتفرم برای یکپارچگی زنجیره ارائه می‌دهد، هدایت می‌شود. این سیستم عامل‌ها با استفاده از پیچیدگیهای محاسباتی در بین تعداد بسیار زیادی از همتایان غیرقابل اعتماد به توافق رسیده‌اند. در حالی که بلاک چین های تأیید شده یک مدل با مقیاس کمتر اما بالاتر را انتخاب می‌کنند که تراکنش‌های سریعتر را تضمین کند. در زمان انتخاب مدل اجماع مناسب برای یک شبکه خاص به موارد مختلفی باید توجه کرد. مواردی مانند کارکرد شبکه مورد نظر، روابط بین شرکت کنندگان و جنبه‌های عملی و غیر عملی باید در نظر گرفته شود. ما امیدواریم که این مقاله چشم انداز فعلی الگوریتم اجماع و مدل‌های مختلف آن را روشن کند.