الگوریتم اجماع بلاکچین چیست؟

الگوریتم اجماع یک مکانیزم است که به کاربران یا کامپیوترها اجازه می‌دهد تا در یک فضای توزیع‌شده، با یکدیگر هماهنگ شده و به اجماع برسند. این الگوریتم باید اطمینان حاصل کند که همه عوامل سیستم می‌توانند روی یک چیز توافق کنند، حتی اگر برخی از آنها موفق به انجام این کار نشوند. به‌عبارت‌دیگر، سیستم باید در برابر عیب مقاوم  ((fault-tolerant باشد.

در یک سیستم متمرکز، قدرت یک فرد بیشتر از کل سیستم است. در اکثر موارد، آن‌ها می‌توانند تغییرات دلخواه خود را  ایجاد کنند – هیچ سیستم مدیریتی پیچیده‌ای برای دستیابی به اجماع بین مدیران مختلف وجود ندارد.

اما در یک سیستم غیرمتمرکز، داستان کاملاً فرق می‌کند. فرض کنید که از یک پایگاه داده (دیتابیس) توزیع‌شده استفاده می‌کنیم – چگونه می‌توان بر سر این‌که چه ورودی‌هایی اضافه شود به توافق رسید؟

حل این مسئله در شبکه‌ای که غریبه‌ها به یکدیگر اعتماد ندارند، شاید مهم‌ترین پیشرفتی است که راه را برای بلاکچین هموار کرده است. در این مقاله، به این موضوع می‌پردازیم که الگوریتم‌های اجماع برای عملکرد رمزارزها و دفتر‎‌های توزیع‌شده (بلاکچین)، چقدر حیاتی هستند.

الگوریتم‌های اجماع و رمزارزها

در ارزهای رمزنگاری‌شده، مانده‌حساب کاربران در یک پایگاه داده (دیتابیس) یا بلاکچین ثبت می‌شود. این ضروری است که هر کس (یا به‌طور دقیق‌تر، هر گره یا نود) یک نسخه مشابه از دیتابیس را در اختیار داشته باشد. در غیر این صورت، شما با اطلاعاتی ضدونقیض مواجه خواهید شد و در حرکت در راستای هدف اصلی شبکه بلاکچین ناکام خواهید بود.

رمزنگاری کلید عمومی Public-key cryptography))، تضمین می‌کند که کاربران نمی‌توانند رمزارزهای یکدیگر را خرج کنند. اما هنوز هم باید یک مرجع حقیقت (source of truth) وجود داشته باشد که فعالان شبکه به آن اعتماد کرده تا مشخص کنند که آیا رمزارزهای آن‌ها هم اکنون خرج شده است یا خیر.

ساتوشی ناکاماتو (Satoshi Nakamoto )، خالق بیت‌کوین، یک سیستم اثبات کار Proof of Work)) را برای هماهنگی گره‌های شبکه پیشنهاد داد. در این بخش، برخی از خصوصیات مشترک بسیاری از الگوریتم‌های اجماع موجود را بررسی خواهیم کرد.

کاربرانی که می‌خواهند بلاک‌ تولید کنند (اعتبارسنج‌ها) در وهله اول، نیاز است که استیک ( یک نوع ودیعه) تأمین کنند. استیک نوعی دارایی است که یک اعتبارسنج باید در شبکه قفل کند، تا آن‌ها را از ایفای نقش مخرب در شبکه باز دارد. اگر آن‌ها تقلب کنند، استیک خود را از دست می‌دهند.

خب، پس چرا آن‌ها روی سرمایه خودشان ریسک کنند؟ خوب، در این سیستم پاداش هم داریم. پاداش معمولاً به شکل رمزارز بومی پروتکل است و از کارمزدهای(فی) پرداخت‌شده توسط سایر کاربران، رمزارزهای تازه تولیدشده، یا هر دو تشکیل‌شده است.

آخرین چیزی که نیاز داریم شفافیت است. باید بتوانیم وقتی کسی تقلب می‌کند، او را شناسایی دهیم. در حالت ایدئال، تولید بلاک باید برای آن‌ها هزینه‌بر باشد، اما برای  کسی که بلاک‌ها را تائید اعتبار می‌کند باید ارزان باشد. این امر باعث می‌شود اعتبارسنج‌ها توسط کاربران عادی چک شوند.

انواع الگوریتم‌های اجماع:

• اثبات کار (PoW)

اثبات کار (PoW) پدرخوانده الگوریتم‌های اجماع بلاکچین است. این الگوریتم نخستین بار در بیت‌کوین پیاده‌سازی شد، اما مفهوم واقعی آن از مدتی قبل وجود داشته بود. در اثبات کار، اعتبارسنج‌ها (که به آن‌ها ماینر گفته می‌شود) تا زمانی که راه‌حل خاصی ارائه دهند، داده‌هایی را که می‌خواهند اضافه کنند، به هش تبدیل می‌کنند.

هش یک رشته  تصادفی از حروف و اعداد است که هنگام اجرای داده‌ها از طریق یک تابع هش ایجاد می‌شود. اگر  همان داده‌ها را دوباره از طریق هش اجرا کنید، همیشه همان خروجی مشابه را مشاهده خواهید کرد. اما، اگر حتی اطلاعات جزئی را تغییر دهید، هش حاصل‌شده کاملاً متفاوت خواهد بود.

با نگاه به خروجی، نمی‌توانید بگویید چه اطلاعاتی در این تابع قرارگرفته است. بنابراین آن‌ها برای اثبات اینکه شما بخشی از داده را از قبل می‌دانستید، مفید هستند. می‌توانید هش خود را به کسی بدهید و وقتی بعداً داده‌ها را فاش کردید، آن شخص می‌تواند آن را از طریق تابع اجرا کند تا مطمئن شود که خروجی یکسان است.

در اثبات کار، پروتکل شرایط خاصی را برای اعتباربخشی بلاک‌ها ایجاد می‌کند. به‌عنوان‌مثال، ممکن است فقط بلاکی که هش آن با 00 شروع می‌شود ، معتبر باشد. تنها راهی که ماینر می‌تواند یک هش مطابق آن ایجاد کند، دادن ورودی‌های مختلف است. آن‌ها می‌توانند یک پارامتر را در داده‌های خود بارها تغییر بدهند و نتایج مختلفی به دست بیاورند، تا زمانی که به هش صحیح برسند.

در بلاکچین‌های معروف، این فرآیند بسیار پیچیده تنظیم شده است. برای رقابت با سایر ماینرها، به یک انبار مملو از سخت‌افزار مخصوص هشینگ (ASICs) نیاز دارید تا بتوانید یک بلاک  معتبر تولید کنید.

در ماینینگ، استیک شما هزینه این دستگاه‌ها و برق موردنیاز برای اجرای آن‌ها است. ASIC ها فقط برای یک منظور ساخته‌شده‌اند، بنابراین هیچ کاربردی غیر از استخراج رمزارز ندارند. تنها راه شما برای برگشت سرمایه استخراج است، که اگر با موفقیت یک بلاک  جدید را به بلاکچین اضافه کنید، سود قابل‌توجهی به همراه خواهد داشت.

برای شبکه،  تائید این‌که که شما بلاک صحیح را ایجاد کردید، بسیار ساده است . حتی اگر برای به دست آوردن هش صحیح، تریلیون‌ها ترکیب را امتحان کرده باشید، آن‌ها فقط باید داده‌های شما را یک‌بار از طریق یک تابع اجرا کنند. اگر داده‌های شما یک هش معتبر تولید کند، پذیرفته‌شده و شما پاداش خود را دریافت می‌کنید. در غیر این صورت، شبکه آن را رد کرده و شما برای هیچ و پوچ، وقت و برق را هدر خواهید داد.

اثبات سهام (PoS)

اثبات سهام  (PoS) در اوایل راه‌اندازی بیت‌کوین به‌عنوان جایگزینی برای اثبات کار پیشنهاد شد. در یک سیستم PoS ، ماینر، سخت‌افزارهای تخصصی یا مصرف گسترده انرژی وجود ندارد. تمام آنچه نیاز دارید یک کامپیوتر معمولی است.

در PoS، شما به‌جای یک منبع خارجی (مانند برق یا سخت‌افزار) از یک منبع داخلی استفاده می‌کنید. قوانین در هر پروتکل متفاوت است  اما به‌طورکلی باید یک مقدار حداقلی از وجوه را نگه‌داری کنید تا واجد شرایط استیکینگ شوید.

برای این کار، شما وجوه خود را در یک کیف پول قفل می‌کنید (در زمان استیکینگ قابل جابجایی نیستند). به‌طورمعمول شما با سایر اعتبارسنج‌ها بر سر این‌که کدام تراکنش‌ها وارد بلاک بعدی شوند، موافقت می‌کنید. به عبارتی ، شما روی بلاکی که انتخاب خواهد شد شرط می‌بندید و پروتکل یکی از آن‌ها را انتخاب می‌کند.

اگر بلاک  شما انتخاب شود، بسته به سهام خود، بخشی از کارمزد تراکنش را دریافت خواهید کرد. هرچه بودجه بیشتری در شبکه قفل کرده باشید، درآمد بیشتری کسب می‌کنید. اما اگر با پیشنهاد تراکنش‌های نامعتبر سعی در تقلب داشته باشید، بخشی (یا همه) سهام خود را از دست خواهید داد. بنابراین، ما مکانیسمی مشابه PoW داریم – عمل صادقانه سودآورتر از عمل غیر صادقانه است.

به‌طورکلی، چیزی تحت عنوان سکه‌های تازه تولیدشده به‌عنوان بخشی از پاداش اعتبارسنج‌ها وجود ندارد. بنابراین، ارز بومی بلاکچین باید به روش دیگری صادر شود. این کار می‌تواند از طریق توزیع اولیه (به‌عنوان‌مثال ، ICO یا IEO) یا با اجرای پروتکل با PoW ،قبل از انتقال به PoS انجام شود.

تا به امروز، اثبات سهام خالص فقط در ارزهای رمزنگاری کوچک‌تر پیاده‌سازی شده است. بنابراین، هنوز مشخص نیست که این سیستم می‌تواند به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای PoW عمل کند یا خیر. اگرچه ازنظر تئوری مثبت به نظر می‌رسد، اما در عمل بسیار متفاوت خواهد بود.

هنگامی‌که PoS بر روی شبکه‌ای با دارایی زیاد پیاده شود، سیستم به صحنه نظریه بازی و مشوق‌های مالی تبدیل می‌شود. هرکسی که چگونگی هک کردن یک سیستم PoS را بلد باشد ، تنها زمانی که از آن سود ببرد، این کار را انجام خواهد داد.

ما به‌زودی شاهد آزمایش PoS در مقیاس وسیع خواهیم بود – Casper به‌عنوان بخشی از به‌روزرسانی به شبکه اتریوم 2.00 پیاده‌سازی خواهد شد.

سایر الگوریتم‌های اجماع

اثبات کار و اثبات سهام مطرح‌ترین الگوریتم‌های اجماع هستند. اما انواع زیاد دیگری نیز وجود دارد، که همه دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.

جمع بندی :

مکانیزم‌های دستیابی به اجماع برای عملکرد سیستم‌های توزیع‌شده (بلاکچین‌ها) بسیار حیاتی هستند. بسیاری بر این باورند که بزرگ‌ترین نوآوری در بیت‌کوین، استفاده از اثبات کار به‌منظور قادر ساختن کاربران برای توافق بر سر حقایق مشترک بوده است.

امروزه، الگوریتم‌های اجماع نه‌تنها از سیستم‌های پول دیجیتال، بلکه از بلاکچین‌هایی که به برنامه نویسان امکان اجرای کد در یک شبکه توزیع‌شده می‌دهند نیز، پشتیبانی می‌کنند. آن‌ها سنگ بنای فناوری بلاکچین بوده و برای بقای طولانی‌مدت شبکه‌های موجود بسیار حیاتی هستند.

از بین همه الگوریتم‌های اجماع، اثبات کار همچنان گزینه غالب است. گزینه دیگری که قابل‌اطمینان‌تر و ایمن‌تر باشد هنوز ارائه نشده است. گفته می‌شود، تحقیقات و پیشرفته‌ای بسیار زیادی برای پیدا کردن جایگزین برای PoW در حال انجام است، و به‌احتمال‌زیاد در سال‌های آینده شاهد تعداد بیشتری از آن‌ها خواهیم بود.