الگوریتم اجماع چیست؟ معرفی مکانیزم های اجماع در بلاک چین و ارز دیجیتال

الگوریتم یا مکانیزم اجماع (Consensus Algorithm) در بلاک چین امکان هماهنگی اطلاعات و کاربران را در یک شرایط توزیع شده فراهم می‌کند. این سازوکار باید اطمینان حاصل کند که حتی اگر برخی از عوامل شکست بخورند، سایر بخش‌های سیستم می‌توانند در مورد یک منبع واحد حقیقت به توافق برسند. به‌ عبارت دیگر مکانیزم یا پروتکل اجماع باید توانایی تحمل خطا داشته باشد.

مقدمه‌ای بر مکانیزم اجماع ؛ چرا بلاک چین به آن نیاز دارد؟

بلاک چین به زبان ساده یک مدل پایگاه داده (محل ذخیره‌سازی داده) است. در بررسی تخصصی ارزهای دیجیتال رمزنگاری شده ممکن است از عبارت دفتر کل توزیع شده (DLT –> Distributed Ledger Technology) نیز برای اشاره به این تکنولوژی استفاده کنند. بلاک چین از خصوصیات منحصربه‌فردی بهره برده و در آن قوانین معینی در ارتباط با نحوه اضافه شدن داده وجود دارد. غیر ممکن بودن دست‌کاری یا تغییر داده بعد از ذخیره شدن در دیتابیس، دلیل جذابیت آن برای توسعه‌دهندگان سیستم‌های مالی است.

ساختار بلاک چین با پایگاه داده‌های متداول متفاوت است و اغلب در شبکه‌های غیر متمرکز استفاده می‌شود، هر چند اجباری به این منظور وجود ندارد و ممکن است یک نتورک متمرکز نیز برای امنیت بیشتر از آن استفاده کند. در صورت به کار بردن آن در یک سیستم غیر متمرکز، استفاده از یک مکانیزم اجماع و الگوریتم اجماع ضروری می‌شود، اما چرا؟ هر نود شبکه نسخه‌ای از آن را در اختیار دارد. در صورتی که گره‌ها نتوانند درباره وضعیت پایگاه داده به توافق (اجماع) برسند و مثلا موجودی یک آدرس در هر کدام چیزی متفاوت باشد، سنگ روی سنگ بند نخواهد شد!

در یک پایگاه داده عادی، دیتا به صورت جدول ذخیره می‌شود، اما در بلاک چین دیتا به مرور زمان در قالب بلاک‌ها اضافه خواهد شد. هر بلاک متشکل از مقداری داده است. نکته بسیار مهم و تعیین‌کننده در امنیت بالای بلاک چین اینجاست؛ محتوای هر بلاک شامل بخشی از محتوای بلاک قبلی است. به همین دلیل کوچکترین تغییر سبب می‌شود تغییر به صورت ویروسی در سرتاسر پایگاه داده پخش و کل ماهیت آن عوض شود. به لطف استفاده از مکانیزم اجماع این اتفاق برای همه گره‌ها محرز خواهد شد. علت این است که آن‌ها از یک الگوریتم اجماع برای رسیدن به توافق درباره آخرین وضعیت پایگاه داده استفاده می‌کنند.

الگوریتم اجماع چیست؟

الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm) مکانیزمی است که به کاربران یا دستگاه‌ها اجازه می‌دهد در یک محیط توزیع شده به هماهنگی برسند. یک مکانیزم اجماع باید اطمینان حاصل کند که همه عوامل در یک سیستم می‌توانند در مورد یک منبع حقیقت به توافق دست پیدا کنند، حتی اگر برخی از عوامل از دسترس خارج شوند. به‌ عبارت دیگر این سیستم باید تحمل خطا را داشته باشد.

در یک سیستم متمرکز، یک موجودیت واحد قدرت کنترل سیستم را در دست دارد. در اکثر موارد، آن‌ها می‌توانند هر تغییراتی که می‌خواهند ایجاد کنند. در اینجا یک سیستم حاکمیتی برای دستیابی به اجماع میان تعدادی از مدیران وجود ندارد. به عبارت واضح‌تر دموکراسی برقرار نیست. از طرفی با غیر متمرکز شدن یک سیستم دغدغه نحوه کنترل آن ظهور می‌کند؛ در نهایت قرار است حرف کدام مدیر اجرایی شود؟ اگر هر یک نظری متفاوت درباره وضعیت شبکه داشته باشد، عملا دیگر نمی‌توان از آن استفاده کرد. الگوریتم اجماع می‌خواهد در شبکه‌های غیر متمرکز این مشکل را حل و راهی برای دستیابی به توافق به مدیران ارائه کند.

در شبکه‌های غیر متمرکز هر عضو (مدیر) را یک گره یا نود خطاب می‌کنیم. در اینجا دموکراسی برقرار است و یک موجودیت خاص نمی‌تواند بدون در نظر گرفتن بقیه اقدام به تصمیم‌گیری و دست‌کاری سیستم کند. شبکه از دست به دست هم دادن مجموعه‌ای از گره‌ها تشکیل و توسط آن‌ها اداره می‌شود. الگوریتم اجماع اطمینان حاصل می‌کند تا داده بعد از توافق گره های بلاک چین به آن اضافه شود.

اما به طور دقیق منظور از «نظر متفاوت هر مدیر» و از هم پاشیدن نتورک غیر متمرکز در صورت تفاوت نظرات آ‌ن‌ها چیست؟ تصور کنید هر گره موجودی یک حساب (کیف پول) را متفاوت نشان می‌دهد. دیگر سنگ روی سنگ بند نخواهد شد! به این ترتیب هر گره می‌تواند از قدرت خود سوء استفاده و اقدام به دست‌کاری موجودی کیف پول‌ها کند، همان اتفاقی که برای جلوگیری از آن به بیت کوین و سپس دیگر رمز ارزهای غیر متمرکز پناه آورده‌ایم. به لطف مکانیزم اجماع موجودی یک کیف پول فقط در صورت نظر موافق (اغلب) گره‌ها تایید خواهد شد، وگرنه فاقد اعتبار است.

غلبه بر این چالش بی‌اعتمادی غریبه‌ها (گره‌ها) نسبت به یکدیگر شاید مهم‌ترین پیشرفتی بود که راه را برای بلاک چین هموار کرد. در این مطلب نگاهی خواهیم داشت به این که چرا و چگونه الگوریتم‌ های اجماع برای عملکرد ارزهای دیجیتال و دفتر کل‌های توزیع شده حیاتی هستند. اما قبل از آن باید منظور از دفتر کل توزیع شده (بلاک چین) را بدانیم. بلاک چین به عنوان فناوری زیربنایی بیت کوین و دیگر ارزهای دیجیتال چیست؟

کاربردهای الگوریتم های اجماع در بلاک چین

در ارزهای دیجیتال که سیستمی غیر متمرکز دارند، تراز حساب (موجودی) کاربران در یک پایگاه داده بلاک چینی ثبت می‌شود. ضروری است که همه (یا به عبارت دقیق‌تر هر گره یا نود) یک کپی یکسان از این پایگاه داده داشته باشد (چند مدیر وجود دارد و سیستم متمرکز نیست). در غیر این صورت خیلی زود با مجموعه دیتای متناقضی مواجه می‌شوید که کل هدف یک شبکه ارز دیجیتال را تضعیف می‌کند.

رمزنگاری کلید عمومی تضمین می‌کند که کاربران نمی‌توانند سکه‌های یکدیگر را خرج کنند. اما همچنان باید یک منبع واحد حقیقت وجود داشته باشد که مشارکت‌کنندگان شبکه با تکیه به آن بتوانند تعیین کنند که آیا منابع مالی قبلا خرج شده‌ است یا نه. به این ترتیب از مشکل دابل اسپندینگ که شبکه‌های رمز ارزی غیر متمرکز را تهدید می‌کند جلوگیری خواهد شد. منظور از دابل اسپندینگ، دو مرتبه خرج کردن مقداری ارز دیجیتال است. اگر به خاطر ضعف الگوریتم اجماع چنین اتفاقی در سطح وسیع داخل یک بلاک چین رخ بدهد، شبکه رسما نابود خواهد شد و ارزش رمز ارز بومی آن بعد از فاش شدن ماجرا به سمت صفر شدن حرکت می‌کند.

ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto)، خالق بیت کوین، یک سیستم اثبات کار (PoW) به عنوان الگوریتم اجماع برای هماهنگ کردن شرکت‌کنندگان یا همان نودها در شبکه‌ای غیر متمرکز پیشنهاد داد. در بخش بعدی برخی از ویژگی‌های مشترک بسیاری از الگوریتم‌ های اجماع موجود را مورد بررسی قرار می‌دهیم. گفتنی است بیت کوین از الگوریتم اجماع PoW استفاده می‌کند. اتریوم نیز در ابتدا مبتنی بر همین مکانیزم بود، اما در تابستان 1401 به الگوریتم اجماع PoS مهاجرت کرد.

در ابتدا از کاربرانی که تمایل به ساخت و اضافه کردن بلاک‌ها را دارند، در خواست می‌شود تا یک استیک ارائه کنند. آن‌ها را اعتبار‌سنج می‌نامیم که وظیفه‌شان تایید تراکنش‌ها و اضافه کردن داده نتیجه به بلاک چین است. این استیک نوعی ارزش است که اعتبار‌سنج‌ها باید ارائه کنند. به عبارتی آن‌ها چیزی در گرو شبکه قرار می‌دهند تا از رفتار غیر صادقانه جلوگیری شود؛ اگر یک نود دست از پا خطا کند و مثلا در پی دابل اسپندینگ باشد، استیک ارائه شده از بین خواهد رفت. به زبان ساده اگر آن‌ها تقلب کنند، دارایی که در گرو سیستم قرار داده‌اند را از دست می‌دهند. استیک می‌تواند شامل قدرت محاسباتی، ارز دیجیتال یا حتی شهرت باشد. الگوریتم اجماع می‌خواهد از بروز این دسته حوادث و یکپارچه ماندن شبکه غیر متمرکز اطمینان پیدا کند.

اما چرا اعتبارسنج‌ها تمایل دارند منابع خود، اعم از قدرت محاسباتی، ارز دیجیتال یا شهرت را در معرض ریسک قرار بدهند؟ دلیل این است که بر اساس نحوه کار الگوریتم اجماع هر شبکه رمز ارزی، پاداشی هم وجود دارد. این پاداش معمولا در قالب ارز دیجیتال بومی پروتکل پرداخت می‌شود. مثلا نودهای اعتبارسنج بیت کوین، همین رمز ارز را پاداش می‌گیرند. جایزه فعالیت صادقانه اعتبارسنج‌ها از طریق کارمزدهای پرداخت شده توسط دیگر کاربران (برای انجام تراکنش بر بستر شبکه)، کوین‌های تازه عرضه شده در شبکه یا هر دو این موارد پرداخت می‌شود.

نکته آخر این است که ما به شفافیت نیاز داریم. باید قادر به تشخیص کاربران در حال تقلب باشیم. به صورت ایده آل، تولید بلاک‌های جدید (تایید تراکنش‌ها و اضافه کردنشان به بلاک چین) باید برای آن‌ها پرهزینه باشد، اما برای هر کسی که می‌خواهد آن‌ها را تایید کند ارزان تمام شود. این امر ضمانت می‌کند که کاربران عادی اعتبارسنج‌ها را کنترل می‌کنند.

انواع الگوریتم های اجماع

بیت کوین به عنوان اولین رمز ارز که دارای شبکه‌ای غیر متمرکز است، برای رسیدن به اجماع از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کند. این الگوریتم چندان بهینه نیست و نیاز به قدرت پردازشی بسیار زیادی دارد، به همین دلیل متخصصان بلاک چین از سال‌ها قبل برای ارائه جایگزین‌های بهتر تلاش کرده‌اند. در حال حاضر الگوریتم های اجماع متعددی علاوه بر PoW وجود دارند که معروف‌ترین و پراستفاده‌ترین اثبات سهام (PoS) است. کاردانو به عنوان مهترین رقیب اتریوم از آن استفاده می‌کند. توسعه‌دهندگان پروژه اتریوم از ابتدای راه‌اندازی آن مشغول برنامه‌ریزی و فراهم کردن بستر برای مهاجرت از PoW به PoS بودند و در نهایت این کار را بعد از 6 سال انجام دادند.

اثبات کار و اثبات سهام بیش از بقیه الگوریتم های اجماع مورد بحث قرار گرفته‌اند. اما الگوریتم‌های متعدد و متنوع دیگری هم وجود دارد که مزایا و معایب خودشان را دارند:

• الگوریتم اجماع ترکیبی کار و سهام (Hybrid PoW/PoS Consensus)
• اثبات اعتبار (Proof of Authority)
• اثبات فعالیت (Proof of Activity)
• الگوریتم اثبات کار با تاخیر (Delayed Proof of Work)
• اثبات ظرفیت یا اثبات فضا (Proof of Capacity/Proof of Space)
• اثبات سهام استیجاری (Leased Proof of Stake Consensus)
• اثبات تاریخچهچه (Proof of History)
• اثبات سوزاندن (Proof of Burn)
• اثبات سهام نمایندگی شده (Delegated Proof of Stake)
• اثبات زمان سپری شده (Proof Of Elapsed Time)
• اثبات اهمیت (Proof of Importance)

در ادامه هر کدام از این مکانیزم های اجماع را با توضیحی مختصر به شما معرفی می‌کنیم.

اثبات کار (PoW)

الگوریتم اثبات کار (PoW) پیشگام الگوریتم‌ های اجماع بلاک چین است. این الگوریتم اولین مرتبه در بیت کوین پیاده‌سازی شد، اما مفهوم آن از مدت‌ها قبل وجود داشت. در این الگوریتم اجماع، اعتبارسنج‌ها (که به آن‌ها ماینر گفته می‌شود) داده‌هایی که می‌خواهند اضافه کنند (بلاک‌های حاوی تراکنش‌ها) را تا زمانی که به یک راه حل مناسب و قابل قبول توسط پروتکل برسند، هش می‌کنند.

هش یک رشته به ظاهر تصادفی از حروف و اعدادی است که وقتی داده‌ را داخل یک تابع هش اجرا می‌کنید ایجاد می‌شود. اگر دوباره همان داده‌ را از طریق همان تابع هش اجرا کنید، همیشه با خروجی یکسانی مواجه خواهید شد. با این حال یک تغییر بسیار جزئی، منجر به ایجاد یک هش کاملا متفاوت می‌شود.

احتمالا با بررسی خروجی، نمی‌توانید بگویید که چه اطلاعاتی وارد تابع شده است. به عبارتی از روی خروجی تابع هش الگوریتم اجماع نمی‌توان ورودی را تشخیص داد. به همین دلیل آن‌ها برای اثبات اینکه شما از قبل از محتویات تکه‌ای داده با خبر بوده‌اید مفید هستند. می‌توانید هش را به شخصی بدهید و وقتی بعدا دیتا را فاش کردید، آن فرد قادر است داده را به تابع ارسال و از یکسان بودن خروجی اطمینان پیدا کند.

عملیات استخراج رمز ارز در قلب الگوریتم اجماع اثبات کار است. در اینجا، پروتکل شرایطی را برای معتبر حساب کردن یک بلاک تعیین می‌کند. به عنوان مثال ممکن است پروتکل اعلام کند فقط بلاکی که هش آن با 00 شروع می‌شود معتبر است. تنها راه برای یک ماینر به منظور ایجاد بلاکی که با ترکیب مورد نظر پروتکل مطابق باشد، ورودی‌های بروت فورس (Brute-Force) است؛ آن‌ها می‌توانند تا زمانی که به هش درست برسند، با تغییر یک پارامتر در داده‌ (بلاک)، خروجی متفاوتی ایجاد کنند. این کار تا زمان رسیدن به نتیجه‌ای قابل قبول ادامه دارد. به همین دلیل بین ماینرها در شبکه بیت کوین یا سایر بلاک چین‌های مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات کار رقابت وجود دارد؛ هر گره که زودتر به جواب برسد، برنده پاداش خواهد بود.

در بلاک چین های بزرگ، فشار رقابت به شکلی باورنکردنی بالا است. برای رقابت با سایر ماینرها به یک انبار پر از سخت افزار ویژه هشینگ (دستگاه اسیک ماینر) نیاز دارید تا شانس ایجاد یک بلاک معتبر را داشته باشید. به عبارتی توان محاسباتی مورد نیاز برای یافتن هش‌های مناسب (به خاطر سخت شدن شرایط توسط پروتکل) به اندازه‌ای در الگوریتم اجماع آن بالا رفته که دیگر با کامپیوترهای دسکتاپ و لپ تاپ خانگی نمی‌توان اعتبارسنجی کرد و به دستگاه‌های تخصصی این کار یعنی اسیک ماینرها نیاز داریم.

در زمان ماینینگ، استیک شما (چیزی که برای تضمین رفتار صادقانه در گرو شبکه قرار می‌دهید) هزینه این دستگاه‌ها و برق مورد نیاز برای راه‌اندازی آن‌ها است. اسیک‌ها (ASIC) برای یک هدف، فقط پردازش تراکنش‌های ارزهای دیجیتال، ساخته شده‌اند و خارج از دنیای کریپتوکارنسی کاربرد ندارند. تنها راه ممکن برای بازگرداندن سرمایه اولیه خود ماینینگ است. اگر موفق به اضافه کردن یک بلاک جدید به بلاک چین شوید، پاداش قابل توجهی دریافت خواهید کرد.

تایید این موضوع که آیا شما واقعا یک بلاک مناسب ایجاد کرده‌اید، برای شبکه یک امر بدیهی محسوب می‌شود. حتی اگر برای رسیدن به هش درست چندین تریلیون ترکیب را امتحان کرده باشید، تنها نیاز دارند که داده‌های شما را یک بار داخل تابع اجرا کنند. اگر داده‌ شما یک هش معتبر ایجاد کند، شبکه آن را قبول خواهد کرد و جایزه پرداخت خواهد شد. در غیر این صورت شبکه آن را رد می‌کند و شما وقت و برق خود را بیهوده تلف کرده‌اید.

اثبات سهام (PoS)

الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) در اولین سال‌های ظهور بیت کوین به‌ عنوان جایگزینی برای اثبات کار پیشنهاد شد. در سیستم اثبات سهام مفاهیمی مثل ماینرها، سخت افزارهای تخصصی یا مصرف انرژی انبوه وجود ندارد. برای راه‌اندازی یک نود فقط به یک کامپیوتر معمولی نیاز دارید. اگر بخواهید بدون نیاز به راه‌اندازی گره و تبدیل شدن به یک فول نود، پاداش دریافت کنید، داشتن یک گوشی هوشمند هم کفایت می‌کند.

البته نیاز به قرار دادن استیک همچنان وجود دارد. در الگوریتم اجماع اثبات سهام لازم نیست یک منبع خارجی (مثل برق یا سخت افزار) برای قرار دادن در گرو شبکه ارائه دهید. در عوض از یک منبع داخلی یعنی ارز دیجیتال بومی همان شبکه استفاده می‌کنید. قوانین هر پروتکل متفاوت است، اما به طور کلی برای این که واجد شرایط استیکینگ باشید، باید حداقل مقدار دارایی مشخص شده‌ای را هولد کنید. به عبارتی آن چه شما در الگوریتم اجماع اثبات سهام به عنوان گرو قرار می‌دهید مقداری از رمز ارز خود شبکه است.

بعد از آن باید دارایی‌های خود را داخل یک کیف پول قفل کنید. در زمان استیک ارز دیجیتال نمی‌توانید آن‌ها را جابجا کنید. در صورت اصرار برای خارج کردن دارایی از حالت قفل، در بهترین حالت تمام سودی که از روز شروع استیک گذاری به دست آورده‌اید کسر خواهد شد. در بدترین حالت باید جریمه بیشتری پرداخت کنید. در اینجا معمولا در مورد این که کدام تراکنش‌ها در بلاک بعدی قرار خواهند گرفت با سایر اعتبارسنج‌ها توافق می‌کنید. به این صورت روی بلاکی که انتخاب خواهد شد شرط بندی می‌کنید. پروتکل یکی را در نهایت انتخاب خواهد کرد.

اگر بلاک شما انتخاب شود، بسته به استیک خود، قسمتی از کارمزد‌های تراکنش‌های درون آن را دریافت خواهید کرد. هر چه دارایی‌های بیشتری قفل کنید، پاداش بیشتری نیز به‌ دست خواهید آورد. اما اگر با پیشنهاد تراکنش‌های نامعتبر به فکر تقلب باشید، بخشی (یا تمام) دارایی استیک شده را از دست خواهید داد. از این نظر، مکانیزم مشابهی با الگوریتم اجماع اثبات کار در اثبات سهام وجود دارد؛ صادقانه عمل کردن سود بیشتری نسبت به رفتار غیر صادقانه و متقلبانه دارد.

به ‌طور کلی سکه‌های تازه ایجاد شده به عنوان بخشی از پاداش اعتبارسنج‌ها وجود ندارند. بنابر این ارز دیجیتال اصلی بلاک چین باید به روش دیگری صادر شود. این کار ممکن است از طریق عرضه اولیه سکه (ICO) انجام شود، یا این که ابتدا پروتکل از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده و سپس به الگوریتم اثبات سهام مهاجرت کند.

تا امروز الگوریتم اثبات سهام خالص فقط در ارزهای دیجیتال دارای شبکه‌های کوچک استفاده شده است. بنابراین مشخص نیست که این الگوریتم واقعا می‌تواند جایگزین مناسبی برای اثبات کار باشد یا خیر. اما استفاده از PoS تغییر یافته مشکلی نداشته است. به عنوان مثال کاردانو، بزرگترین بلاک چین مبتنی بر این الگوریتم اجماع از یک اثبات سهام به نام اوروبوروس (Ouroboros) استفاده می‌کند. از طرفی تیم توسعه اتریوم نیز با آزمون و خطاهای زیاد از قابل اعتماد بودن PoS مطمئن شده و سپس تصمیم به مهاجرت به آن گرفت.

هنگامی که الگوریتم اجماع اثبات سهام در شبکه‌ای با ارزش زیاد راه‌اندازی می‌شود، سیستم تبدیل به میدان نظریه بازی و مشوق‌های مالی خواهد شد. هر کسی که روش «هک کردن» یک سیستم اثبات سهام را بلد باشد، احتمالا تنها در صورتی این کار را انجام می‌دهد که بتواند از آن سود ببرد، بنابراین تنها راه برای پی بردن به امکان‌پذیر بودن عمل این است که روی یک شبکه زنده کار را انجام بدهد.

الگوریتم اجماع ترکیبی کار و سهام (Hybrid PoW/PoS)

در حالی که تعداد شبکه‌هایی که به دنبال مهاجرت از PoW به PoS هستند روز به روز بیشتر می‌شود، برخی توسعه‌دهندگان تصمیم گرفته‌اند تا ترکیبی از مکانیزم‌های اثبات کار و اثبات سهام را به کار گیرند. شبکه‌ای که از این نوع مکانیزم ترکیبی استفاده می‌کند، در واقع بلاک‌ها را به کمک ماینرهای PoW تولید کرده و آن‌ها را توسط نودهای اعتبارسنج PoS تایید می‌کند. در نتیجه می‌توان گفت الگوریتم اجماع Hybrid با ترکیب قدرت پردازشی ماینرها و فرآیند رای‌گیری سهام‌داران، سطح امنیت و ثبات قابل تحسینی برای شبکه ایجاد خواهد کرد. از میان برترین شبکه‌های رمز ارزی که الگوریتم ترکیبی دارند، می‌توان به دش و دیکرد اشاره کرد.

اثبات اعتبار (PoA)

الگوریتم اجماع اثبات اعتبار مبتنی بر شهرت است و یک راه حل عملی و کارآمد برای شبکه‌های بلاک چینی ارائه می‌کند. این اصطلاح در سال 2017 توسط گاوین وود (Gavin Wood)، موسس و بنیان‌گذاری پولکادات و یکی از بنیان‌گذاران اتریوم، پیشنهاد شد. در اثبات اعتبار از ارزش هویت‌ها استفاده می‌شود و اعتبارسنج‌ها به جای استیک کردن ارز دیجیتال شبکه (مثل PoS) یا استیک کردن قدرت محاسباتی (مثل PoW) متکی بر شهرت‌شان هستند.

بلاک چین‌های مبتنی بر این الگوریتم اجماع توسط گره‌های اعتبارسنجی که مستبدانه به عنوان موجودیت‌های قابل اعتماد انتخاب شده‌اند، امن نگه داشته می‌شوند‌! این روش از نحوه اعتبارسنجی کاملا دموکراتیک مورد نظر ساتوشی ناکاموتو خالق بیت کوین فاصله گرفته است. در شبکه‌های غیر متمرکزی که از اثبات اعتبار به عنوان الگوریتم اجماع استفاده می‌شود، تکیه بر تعداد محدودی اعتبارسنج است. این اتفاق منجر به کاهش خاصیت عدم تمرکز و بهبود مقیاس‌پذیری می‌شود.

اثبات سوزاندن (PoB)

ورژن‌های متعددی از این الگوریتم اجماع توسعه یافته، اما در فضای ارزهای دیجیتال، الگوریتم اجماع اثبات سوزاندن معرفی شده توسط آین استوارت (Iain Stewart)، شناخته شده‌ترین است. PoB به عنوان یک جایگزین پایدارتر برای PoW پیشنهاد شد. اساساً مکانیزم اجماع اثبات سوزاندن شبیه اثبات کار است، اما در مقایسه با آن مصرف انرژی بسیار پایین‌تری دارد.

فرآیند اعتبارسنجی بلوک‌ها در شبکه‌های بلاک چینی مبتنی بر این الگوریتم اجماع نیازی به استفاده از منابع محاسباتی قدرتمند و دستگاه‌های اسیک ماینر با مصرف برق بالا ندارد. در عوض ارزهای دیجیتال، از روی عمد، به عنوان راهی برای سرمایه گذاری منابع در بلاک چین (نوعی استیک) سوزانده می‌شوند، به لطف این روش نیازی به منابع خارجی نیست و شبیه اثبات سهام از منبعی داخلی (رمز ارز شبکه) استفاده می‌شود. در اینجا گره‌ها به وسیله سوزاندن کوین‌ها و نشان دادن تعهدشان نسبت به شبکه، حق استخراج و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را به دست می‌آورند.

اثبات سهام نمایندگی شده (DPoS)

به عقیده برخی متخصصان بلاک چین، DPoS ورژن کارآمدتر و دموکراتیک‌تر PoS است. الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده توسط دانیل لاریمر (Daniel Larimer)، خالق ایاس، در سال 2014 متولد شد. در بلاک چین‌های مبتنی بر آن یک سیستم رأی‌گیری وجود دارد و در آن گره‌های استیک کننده (ارز دیجیتال بومی سیستم) کار خود را به اشخاص ثالث برون‌سپاری می‌کنند. به عبارت دیگر گره‌ها چند نماینده انتخاب می‌کنند تا از طرف آن‌ها امنیت شبکه را با تایید تراکنش‌ها تامین کنند. به خاطر کاهش تعداد گره‌های مسئول ایجاد بلاک‌ها، سرعت افزایش پیدا می‌کند.

اثبات فعالیت (PoA)

در سیستم‌های اثبات فعالیت (Proof of Activity) که مخفف آن هم PoA است و نباید با اثبات اعتبار (Proof of Authority) اشتباه گرفته شود، ماینرها با قدرت پردازشی دستگاه‌های خود برای حل کردن معادلات ریاضی بسیار پیچیده رقابت می‌کنند. پس از استخراج بلاک جدید از طریق این فرآیند، اطلاعات هدر (Header) برای شبکه ارسال خواهد شد. سپس یک سری نود اعتبارسنج به صورت تصادفی انتخاب شده تا سلامت بلاک را بررسی کنند. نودهایی که دارایی بیشتری استیک کرده باشند، شانس بهتری برای انتخاب شدن دارند.

پس از تایید شدن بلاک توسط نودهای اعتبارسنج، بلاک جدید به پایگاه داده اضافه شده و تراکنش‌های موجود در آن نهایی می‌شوند. پاداش استخراج بلاک نیز طبق درصدهای از پیش تعیین شده بین نودهای ماینر و اعتبارسنج تقسیم خواهد شد. سیستم اثبات فعالیت که در واقع یک نوع سیستم ترکیبی اثبات کار و اثبات سهام است که به منظور کاهش انرژی مصرفی روش PoW و افزایش امنیت روش PoS طراحی شده است.

اثبات تاخیر کار (DPoW)

اثبات تاخیر کار مکانیزمی ترکیبی است که به یک بلاک چین اجازه می‌دهد از مزایای امنیتی و قدرت پردازشی بلاک چین دیگری برخوردار شود. در این مکانیزم، گروهی از نودها وظیفه انتقال داده از بلاک چین اول به بلاک چین دوم را بر عهده می‌گیرند؛ در نتیجه برای حمله به هر کدام از این بلاک چین‌ها، باید به صورت همزمان به هر دو رخنه کرد. این روش اولین بار توسط پروژه کومودو (Komodo) که به بلاک چین بیت کوین متصل شده، مورد استفاده قرار گرفت.

اثبات ظرفیت یا اثبات فضا (PoC/PoSpace)

در الگوریتم اجماع اثبات فضا یا اثبات ظرفیت، فضای خالی هارد درایو کاربر برای استخراج مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماینرهای PoC طی فرآیندی به نام پلاتینگ (Plotting) لیستی از تمام هش‌های ممکن را تولید می‌کنند. این لیست‌ها یا پلات‌ها در هارد درایو کاربر ذخیره می‌شوند و بنابراین ماینر هر چقدر فضای بیشتری در اختیار داشته باشد، می‌تواند هش‌های بیشتری ذخیره کند. ذخیره کردن هش‌های بیشتر هم به این معناست که شانس پیدا کردن ترکیب صحیح هش‌ها و دریافت پاداش استخراج افزایش خواهد یافت.

این مکانیزم اجماع به سخت افزار گران قیمت نیاز ندارد و به افراد عادی اجازه می دهد تا در فرآیند استخراج بلاک‌های جدید شرکت شرکت کنند. از طرف دیگر مصرف انرژی آن هم بسیار پایین‌تر از سایر روش‌های استخراج است. البته باید افزود که نگرانی‌هایی در مورد ضعف امنیتی این الگوریتم اجماع و توانایی مقابله آن با حملات سایبری نیز وجود دارد. از جمله مهمترین پروژه‌های مبتنی بر آن فایل کوین است.

اثبات سهام استیجاری (LPoS)

در بلاک چین‌هایی که از اثبات سهام استیجاری استفاده می‌کنند، کاربر دارایی خود را به نودهایی که قصد دارند در فرآیند تولید بلاک شرکت کنند، قرض می‌دهد. کاربران در لحظه قادر خواهند بود دارایی خود را از یک نود پس بگیرند و آن را به نود دیگری قرض بدهند. این ویژگی از این لحاظ اهمیت دارد که هر نود می‌تواند درصد دلخواهی از پاداش بلاک را با سرمایه گذاران تقسیم کند. در روش اثبات سهام استیجاری، کسانی که مقدار دارایی کافی برای شرکت در سیستم‌های PoS ندارند، می‌توانند دارایی خود را با دارایی افراد دیگر ترکیب کرده و شانس بیشتری برای دریافت پاداش به دست بیاورند.

پروتکل‌های LPoS بیشتر برای شبکه‌هایی مناسب هستند که برای راه‌اندازی نود کامل یا اعتبارسنج آنان باید سخت افزار و دانش فنی پیشرفته‌ای داشته باشید؛ زیرا به سرمایه گذاران کوچک اجازه می‌دهد تا با انتخاب نودهایی که بهترین عملکرد را دارند، هم سود بیشتری کسب کنند و هم موجب بهبود عملکرد کلی شبکه شوند.

در پایان باید افزود که شیوه فعالیت مکانیزم LPoS تا حد زیادی به اثبات سهام نمایندگی شده شباهت دارد، اما تفاوت اصلی آن‌ها این است که نودهای اعتبارسنج بر اساس میزان دارایی یا سرمایه دریافت شده انتخاب شده و کاربران به صورت مستقیم روی فرآیند تولید بلاک تاثیر می‌گذارند.

اثبات تاریخچه (PoH)

این الگوریتم اجماع توسط بنیاد سولانا توسعه پیدا کرده، و امکان اضافه کردن برچسب‌های زمانی (Timestamps) به بلاک چین را فراهم می‌کند. این برچسب‌ها به بلاک چین اجازه می‌دهند تا بدون نیاز به همکاری نودها، فاصله زمانی بین تراکنش‌ها را تایید کند.

در مکانیزم اجماع اثبات تاریخچه، خروجی (Output) یک تراکنش به عنوان ورودی (Input) هش بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد و در نتیجه همه نودهای بلاک چین می‌توانند ترتیب وقایع و تراکنش‌ها را مشاهده کنند. علاوه بر این، روش برچسب زمانی از تابع تاخیر قابل تایید (Verifiable Delay Function) یا VDF استفاده می‌کند.

این نوع تابع توسط یک هسته از CPU هم قابل حل شدن است و به همین خاطر انرژی مورد نیاز برای تایید تراکنش‌های بلاک چین به شدت کاهش پیدا خواهد کرد. در ضمن بد نیست بدانید الگوریتم PoH در حال حاضر توسط بلاک چین سولانا به کار گرفته شده و مقیاس‌پذیری بی‌نظیری برای آن به ارمغان آورده است.

اثبات زمان سپری شده (PoET)

این مکانیزم اجماع بیشتر در شبکه‌های بلاک چینی که از اعضای خود درخواست احراز هویت می‌کنند،‌ کاربرد دارد. در PoET قدرت پردازشی نودهای مورد اطمینان برای ایجاد زمان‌های تصادفی تولید بلاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش در سال 2016 توسط اینتل توسعه یافت و بر مبنای یک سری دستورات خاص که تحت عنوان نرم‌افزارهای افزودنی نگهبان اینتل (SGX) شناخته می‌شوند، اجرا می‌شود.

PoET در اصل یک لاتاری زمانی است که به صورت تصادفی یک زمان انتظار متفاوت برای هر نود شبکه در نظر می‌گیرد و هر نودی که زمان انتظار کمتری دریافت کرده باشد، حق استخراج را دریافت خواهد کرد. این نوع انتخاب تصادفی باعث می‌شود هر کدام از شرکت‌کنندگان شانس برابری دریافت حق استخراج و دریافت پاداش داشته باشند. مکانیزم اثبات زمان سپری شده بسیار کارآمد، کم‌مصرف و مقیاس‌پذیر بوده و در پروژه ساتوث (Sawtooth) شرکت هایپرلجر (Hyperledger) هم پیاده‌سازی شده است.

اثبات اهمیت (PoI)

این الگوریتم اجماع اولین بار توسط بلاک چین NEM مورد استفاده قرار گرفت و ماینرها را بر اساس فرآیندی به نام هاروستینگ (Harvesting) انتخاب می‌کند. از میان عوامل تاثیرگذار در انتخاب ماینر با این فرآیند، می‌توان به تعداد و حجم تراکنش‌های 30 روز گذشته، میزان سرمایه استیک شده و میزان فعالیت در شبکه اشاره کرد. هر ماینر با توجه به عوامل ذکر شده امتیازی دریافت خواهد کرد و طبیعتا امتیاز بالاتر به معنای افزایش شانس انتخاب شدن آن ماینر خواهد بود.

اثبات اهمیت را می‌توان نسخه تکامل یافته مکانیزم اجماع اثبات سهام دانست که به جای این که فورا حق تولید بلاک و دریافت پاداش را در اختیار ثروتمندترین کاربران قرار دهد، فعالیت و حمایت کلی افراد از شبکه را در نظر می‌گیرد. بنابراین در بلاک چینی از که الگوریتم PoI استفاده می‌کند، افرادی که بیشترین سرمایه گذاری را انجام داده‌اند، لزوما شانس بیشتری در دریافت حق تولید بلاک نخواهند داشت.

کدام الگوریتم اجماع محبوب‌تر است؟

اثبات کار و اثبات سهام هنوز هم به عنوان محبوب‌ترین الگوریتم‌های اجماع شناخته می‌شوند، ولی امروزه پروژه‌های مختلفی را شاهد هستیم که با الگوریتم‌های جدید و اختصاصی عرضه می‌شوند. از طرف دیگر مصرف انرژی فوق العاده بالای بلاک چین‌های مبتنی بر PoW هم باعث شده تا توسعه‌دهندگان بیش از پیش به دنبال جایگزینی برای آن باشند. یکی از دلایل اصلی تغییر الگوریتم اجماع اتریوم به اثبات سهام، اتلاف انرژی بالای آن بوده است. متاسفانه با وجود مصرف انرژی زیاد، مقیاس‌پذیری شبکه‌های مبتنی بر این مکانیزم اجماع نیز بسیار پایین است.

بنابراین می‌توان پیش بینی کرد که طی چند سال آینده، بیشتر شبکه‌های بلاک چینی به سمت مکانیزم‌های کم‌مصرف‌تر مانند اثبات سهام خواهند رفت تا در کنار کاهش اثرات زیست محیطی، کارمزد انجام تراکنش را کاهش داده و سرعت تکمیل شدن سفارشات کاربران را هم افزایش دهند. همچنین اگر مکانیزم هایی نظیر اثبات تاریخچهچه سولانا که به طور اختصاصی توسط یک شبکه استفاده می‌شوند کارایی خود را بیشتر ثابت کنند، نسخه‌های ویرایش شده و بهبود یافته آن‌ها توسط بلاک چین‌های بیشتری به کار خواهند رفت.

سخن پایانی ؛ نقش مهم الگوریتم اجماع در بلاک چین

ساختارهای مخصوص رسیدن به اجماع برای سیستم‌های غیر متمرکز حیاتی هستند. خیلی از افراد معتقدند بزرگ‌ترین اختراع در بیت کوین، استفاده از اثبات کار برای دادن این امکان به کاربران است که روی مجموعه حقایقی که به اشتراک گذاشته می‌شود توافق کنند. در حال حاضر الگوریتم های اجماع زیربنای سیستم‌های پولی دیجیتال و بلاک چین‌هایی هستند که امکان اجرای کدها در یک شبکه توزیع شده را برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌کنند. آن‌ها سنگ بنای فناوری بلاک چین هستند و عنصری حیاتی برای ماندگاری طولانی مدت شبکه‌های مختلف موجود محسوب می‌شوند.

الگوریتم های اجماع مختص شبکه رمز ارزها نیستند و در کل سیستم‌های غیر متمرکز به آن‌ها نیاز داریم. شبکه‌های غیر متمرکز مزایای زیادی دارند و استفاده از آن‌ها مصونیت در برابر سانسور و تحریم، جلوگیری از اختلاس، برقراری دموکراسی، جلوگیری از عرضه بی‌رویه و در ادامه کاهش ارزش هر واحد پول و امنیت بالا در برابر هک و حملات سایبری را به ارمغان آورده‌اند. اما بدون یک الگوریتم اجماع آن‌ها پایدار نخواهند بود و وجود یک مکانیزم در هسته آن‌ها به منظور دستیابی نودها به توافق درباره وضعیت سیستم حیاتی است.

تهیه شده در بیت 24