الگوریتم اجماع در بلاکچین چیست؟ - مقایسه 10 مکانیزم اجماع

مقدمه

الگوریتم های اجماع یا (Consensus Mechanism) انواع متفاوتی دارند که برای اعتبارسنجی در بلاکچین های مختلف استفاده می شوند. اما قبل از بررسی و معرفی انواع الگوریتم های اجماع بهتر است ابتدا نقش آن ها در بلاکچین ها را متوجه شویم و بدانیم چرا بلاکچین ها از الگوریتم های اجماع استفاده می کنند. 

الگوریتم اجماع چیست ؟ و چرا در بلاک چین اهمیت دارد؟

ارزهای دیجیتال و به طور کلی بلاکچین ها یک ماهیت غیرمتمرکز دارند. به این معنا که توسط یک شخص یا یک ارگان خاص مدیریت نمی شوند ،بی شک غیرمتمرکز بودن بلاک‎‎‎چین ها جذاب ترین ویژگی آن هاست و باعث می شود کاربران به طور یکسان و عادلانه ای در بلاکچین فعالیت داشته باشند. این غیرمتمرکز بودن باعث می شود مدیریت یک بلاکچین بر عهده کاربران یک شبکه باشد. الگوریتم اجماع نیز به همین معناست؛ یعنی اجماع یا توافق بر سر یک مسئله توسط کاربران یک بلاکچین. 

بلاکچین به معنای زنجیره ای از بلاک هاست. و مجموع این بلاک هاست که یک بلاکچین را تشکیل می دهد. بلاک درواقع حاوی اطلاعات تراکنش های کاربران یک شبکه است. بنابراین بلاکچین چیزی جز یک پایگاه اطلاعات گسترده نمی‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎باشد. همانطور که درمقاله بلاکچین گفته شد؛ زمانی که یک بلاک در بلاکچین ذخیره می شود؛ نمی توان تغییری دراین اطلاعات به وجود آورد، آن را حذف کرد و یا به هرنحوی دستکاری کرد، بنابراین اگر یک بلاک که حاوی اطلاعات مخرب باشد در بلاکچین قرار گیرد، مشکلات جبران ناپذیری برای بلاکچین به وجود خواهد آمد.

به همین دلیل است که هیچ بلاکی قبل از این که توسط کاربران تایید و اعتبارسنجی شود، در بلاکچین ذخیره و ثبت نخواهد شد. این اعتبارسنجی و تایید اطلاعات توسط الگوریتم های اجماع انجام می شود، که هرکدام از الگوریتم ها، به روش خاص خود این فرآیند را تایید می کنند. 

ساتوشی ناکاموتو (خالق ناشناس بیتکوین)، در وایت پیپر بیتکوین یک الگوریتم اجماع به نام الگوریتم اثبات کار (PoW) برای بلاکچین بیتکوین معرفی کرد. از آن روز تاکنون اثبات کار یکی از کاربردی ترین و ایمن ترین الگوریتم های اجماع بوده است. اما با گذشت زمان، افراد مختلف الگوریتم های جدیدی را پیشنهاد کردند تا بتوانند برخی از مشکلات الگوریتم اثبات کار(PoW) را برطرف کنند. هرکدام از این الگوریتم ها چندین مزیت و عیب دارند که در ادامه به معرفی و بررسی هرکدام می پردازیم.

انواع الگوریتم های اجماع 

تاکنون تعداد زیادی از این الگوریتم ها معرفی و پیشنهاد شده، حتی برخی از بلاکچین ها از ترکیبی از این الگوریتم ها استفاده می کنند. برای مثال بلاکچین سولانا (Solana)، الگوریتم های اثبات کار(PoW) و اثبات تاریخچه (PoH) را برای بلاکچین خود ترکیب کرده است. مشهورترین الگوریتم های اجماع که بلاکچین های قدرتمند از آن استفاده می کنند به شرح زیراست :

الگوریتم اثبات کار(PoW)،الگوریتم اثبات سهام(PoS)، الگوریتم اثبات سهام واگذار شده(DPoS)، الگوریتم اثبات زمان(PoET)، الگوریتم اثبات تاریخچه(PoH)، الگوریتم اثبات فعالیت(PoA)، الگوریتم اثبات حضور(PoA)، الگوریتم اثبات ظرفیت(PoC)، الگوریتم اثبات سوختگی(PoB)، الگوریتم اثبات اهمیت(PoI) و الگوریتم اثبات هویت (PoA).

الگوریتم اثبات کار (PoW)

Proof Of Work یا به اختصار PoW به معنای اثبات کار است. اثبات کار (PoW) پس از گذشت سال ها، هنوز هم به عنوان ایمن ترین پروتکل اجماع شناخته می شود. این الگوریتم اولین بار توسط ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر (توضیحات پروژه) بیتکوین معرفی شد. پس از آن بلاکچین های دیگر نیز از این الگوریتم جهت ایمن کردن شبکه خود استفاده کردند. 

الگوریتم اثبات کار (PoW)، به حل یک معمای محاسباتی اشاره دارد. شرکت کنندگان برای اعتبارسنجی تراکنش ها در اثبات کار(PoW)، نیاز به ماینر هایی (دستگاه های استخراج) با قدرت پردازش بالا خواهند داشت. 

نحوه ی کار آن به این صورت است که ماینر ها باید یک معادله پیچیده و محاسباتی را حل کنند و جواب آن را پیدا کنند. اولین ماینر که جواب این معادله را پیدا کند، پاداشی به عنوان حفظ انگیزه برای ادامه این کار به او پرداخت می شود(پاداش بلوکی). زمانی که تعدادی معادله که متعلق به تراکنش های مختلف است، با موفقیت حل شد. دریک بلاک قرار گرفته و درنهایت در بلاکچین ذخیره می شود. 

الگوریتم اثبات کار(PoW)، امنیت بسیار بالایی دارد. به این جهت که اخلال یا دستکاری در تراکنش ها و یا هک کردن سیستم اثبات کار(PoW)، نیاز به داشتن بیش از 51 درصد از قدرت محاسباتی شبکه خواهد داشت. هزینه ی این کار چیزی بیش از 1 میلیارد دلار تخمین زده شده است، بنابراین یک کار غیرممکن خواهد بود. 

اما این سیستم مشکلاتی هم دارد؛ دستگاه های استخراج بسیار پر هزینه هستند و این امر باعث می‎‎‎‎‎‎شود تمام افراد نتوانند دراین الگوریتم شرکت کنند که دراینصورت بلاکچین دیگر غیرمتمرکز نخواهد بود. به علاوه، این دستگاه ها انرژی بالایی مصرف می کنند، طبق گزارشات به دست آمده، نزدیک به 0.22 درصد از کل انرژی مصرفی جهان متعلق به دستگاه های ماینر است. مشکل دیگری که درسیستم اثبات کار (PoW) وجود دارد، کاهش مقیاس پذیری می باشد. به عنوان نمونه بلاکچین بیتکوین امنیت بسیار بالایی دارد اما مقیاس پذیری آن دارای مشکل است به طوری که این شبکه می تواند تنها 7 تراکنش درثانیه را پردازش کند. 

بلاکچین های بیت‎‎‎‎‎‎کوین (Bitcoin)، بیت‎‎‎‎‎‎کوین کش (Bitcoin Cash)، دوج‎‎‎‎‎‎کوین (Dogecoin)، لایت کوین (LiteCoin)، مونرو (Monero)، دش (Dash)، زد کش (Zcash) از جمله بلاکچین هایی هستند که برای حفظ امنیت شبکه خود از الگوریتم اثبات کار (PoW) استفاده می‎‎‎‎‎‎کنند.

الگوریتم اثبات سهام (PoS)

Proof Of Stake یا به اختصار PoS به معنای اثبات سهام است. این الگوریتم پس از اثبات کار می تواند دومین الگوریتم کاربردی و ایمن برای بلاکچین ها درنظر گرفته شود. دراین سیستم کاربران نیازی به خریدن دستگاه های گران قیمت نخواهند داشت بنابراین مصرف انرژی به شدت کاهش یافته و یک پروتکل دوستدار طبیعت شناخته می شود. 

برای اعتبارسنجی تراکنش ها در این سیستم، کاربران باید دارایی های دیجیتال خود را سپرده گذاری(Staking) کنند. در اثبات کار (PoW) با دریافت پاداش این انگیزه برای کاربران وجود داشت که به اعتبارسنجی بپردازند. اما در اثبات سهام(PoS)، کاربران درازای سپرده گذاری داراییی های خود، سود سالانه دریافت می کنند. و ازاین طریق انگیزه کافی خواهند داشت. این سیستم نیز امنیت نسبتا بالایی دارد، چراکه اگر کاربری بخواهد یک تراکنش را دستکاری کرده و اخلالی در شبکه به وجود آورد، دارایی های سپرده شده خود را از دست خواهد داد.

مرتبط : آموزش سپرده گذاری (Staking) و کسب درآمد غیرمنفعل. 

اثبات سهام (PoS) علاوه بر مقرون به صرفه بودن و طبیعت دوستی ،مقیاس پذیری بالاتری هم ارائه می دهد. اما مشکلی که دراین سیستم وجود دارد این است که کاربرانی که سرمایه بیشتری داشته باشند، از حق رای بیشتری هم درسیستم برخوردارند، و این مسئله می تواند منجر به متمرکزشدن بلاکچین شود.

 بلاکچین های سولانا (Solana)، کاردانو (Cardano)، پولکادات (Polkadot) و آوالانچ (Avalanche) از الگوریتم اثبات سهام (PoS) برای اعتبارسنجی تراکنش ها استفاده می‎‎‎‎‎کنند.

الگوریتم اثبات سهام واگذار شده (DPoS)

Delegated Proof Of Stake یا به اختصار DPoS به معنای اثبات سهام واگذار شده است. این روش اجماع با یک تفاوت ظریف درنحوه عملکرد مشابه اثبات سهام (PoS) است. الگوریتم اثبات سهام واگذارشده (DPoS) دارای یک فرآیند رای گیری و واگذاری اختیار است، که به عنوان ایجاد انگیزه برای کاربران نیز، استفاده میشود. این ایجاد انگیزه به ایمن سازی شبکه با وثیقه ای که کاربران دراختیار دارند کمک میکند.  

دراین روش اجماع، کاربران باید توکن های خود را برای شرکت در اثبات سهام، واگذار کنند. عملکرد اثبات سهام واگذار شده (DPoS) از این جهت با اثبات سهام (PoS) متفاوت است که نود (Node) های شبکه توسط رای گیری، انتخاب میکنند که چه کسی بلاک بعدی را استخراج کند. دراین روش اجماع، تنها افرادی که توسط رای گیری انتخاب شده اند خواهند توانست دراعتبارسنجی تراکنش ها شرکت کنند. 

الگوریتم اثبات سوختگی (PoB)

Proof Of Burn یا به اختصار PoB به معنای اثبات سوختگی است. الگوریتم اثبات سوختگی (PoB) یک جایگزین برای الگوریتم های اثبات سهام (PoS) و اثبات کار (PoW) و یک روش برای اجماع توزیع شده است. الگوریتم اثبات سوختگی (PoB) در شبکه های بلاکچین اجرا می شود تا اطمینان حاصل شود که تمام نود (Node) های شرکت کننده در شبکه بلاکچین بر سر واقعی بودن و اعتبار شبکه به اجماع و توافق برسند. درنتیجه از هرگونه خرج مضاعف جوگیری خواهد شد. 

این الگوریتم براساس پاداش دادن به ماینرها برای سوزاندن توکن ها کار می کند. و به آن ها حق نوشتن بلاک ها براساس توکن های سوزانده شده را می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎دهد. دراین روش اجماع، هرچقدر توکن های بیشتری بسوزانید شانس بیشتری برای انتخاب شدن برای استخراج بلاک بعدی خواهید داشت. سوزاندن توکن به معنای حذف یا ازبین بردن توکن ها است که به منظور جلوگیری از عدم تورم توکن ها استفاده می‎‎‎‎‎‎شود. برای سوزاندن توکن ها، ماینر ها توکن هارا به آدرس هایی منتقل می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنند که غیرواقعی است و نمیتوان آن را به چرخه بازگرداند. الگوریتم اثبات سوختگی (PoB) به مشکل مصرف انرژی در الگوریتم اثبات کار (PoW) می پردازد.

الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC)

Proof Of Capacity یا به اختصار PoC به معنای اثبات ظرفیت است، که مقداری با الگوریتم های اجماع دیگر تفاوت دارد. مکانیزم اثبات ظرفیت (PoC) به دستگاه های ماینر در شبکه اجازه می‎‎‎‎‎‎‎دهد با استفاده از فضای هارد دیسک به اعتبارسنجی تراکنش ها بپردازند. اثبات ظرفیت برخلاف اثبات کار به قدرت محاسباتی بالا احتیاجی ندارد. همچنین نیازی به سپرده گذاری (Staking) مانند روش اثبات سهام نخواهید داشت.

اثبات ظرفیت (PoC) از فضای خای روی هارد دیسک دستگاه، برای راه حل هایی درباره هش کردن ارزهای دیجیتال استفاده می‎‎‎‎‎‎کند. مزیت اصلی اثبات ظرفیت(PoC)، کارایی آن در مقابل اثبات سهام و اثبات کار است و یکی از راه حل هایی است که برای مشکل مصرف بالای انرژی در الگوریتم اثبات کار به وجود آمده است.

 Chia, Burst, Storj و SpaceMint برخی از بلاکچین هایی هستند که از الگوریتم اثبات ظرفیت (PoC) استفاده می کنند.

الگوریتم اثبات فعالیت (PoA)

Proof Of Activity یا به اختصار PoA به معنای اثبات فعالیت است. الگوریتم اثبات فعالیت (PoA) یک روش اجماع استفاده شده در بلاکچین است که برای ارزهای دیجیتال و سیستم های مشابه کاربرد دارد. اثبات فعالیت (PoA) که ترکیبی از الگوریتم های اثبات سهام و اثبات کار است، برای اطمینان از واقعی بودن تراکنش های بلاکچین و برای اطمینان از این که همه ماینر ها برسر یک مسئله اجماع و توافق داشته باشند، استفاده می شود. در این روش اجماع (PoA) که درتلاش برای ترکیب بهترین جنبه های PoW و PoS می‎‎‎‎‎‎‎باشد، فرآیند استخراج مانند یک سیستم PoW آغاز می‎‎‎‎‎‎‎‎شود، اما پس از استخراج موفقیت آمیز یک بلاک جدید، سیستم تغییر کرده تا مشابه سیستم PoS شود. 

شناخته شده ترین ارز رمزنگاری شده که از الگوریتم اثبات فعالیت استفاده می کند، دکرد (Decred) است. 

سخن پایانی 

شبکه بلاکچین از مجموعه ای از نود (Node) ها تشکیل شده که یک معماری توزیع شده را شکل می دهند. این نود (Node) ها باید به طور همزان و تراز شده اجرا شوند. پس می‎‎‎‎‎‎توان گفت الگوریتم های اجماع برای حفظ هماهنگی در بلاکچین به وجودآمده است. دراین بین الگوریتم اثبات کار (PoW) اولین و ایمن ترین روش برای اجماع در بلاکچین هاست که توسط ساتوشی ناکاموتو ابداع شد، اما اثبات کار مشکلاتی داشت و الگوریتم های دیگر به وجودآمده اند تا به طریقی این مشکلات را پوشش دهند. 

درحال حاضر اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) معتبرترین روش های اجماع به کار رفته دربلاکچین های مشهور است. بااین حال دراین مقاله انواع روش های اجماع و ویژگی های هرکدام را بررسی کردیم تا با شناخت آن ها بتوانید اطلاعات خودرا راجع به نحوه ی کار بلاکچین های گوناگون بالا ببرید. اگر نیاز به اطلاعات بیشتر یا هرگونه مشورت داشتید، می‎‎‎‎‎‎توانید درقسمت نظرات با گروه عصر متاورس درمیان بگذارید.