راه پرداخت
راه پرداخت؛ رسانه فناوری‌های مالی ایران

معرفی ۹ مکانیسم اجماع کارآمد در بلاکچین که احتمالاً نمی‌شناسید

احتمالا در مورد فناوری بلاکچین (Blockchain) یا دفتر کل توزیع‌‌شده (Distributed Ledger) بسیار شنید‌ه‌اید. فناوری مدرنی که نخستین بار در سال ۱۹۹۱ توسط استوارت ‌هابر (Stuart Haber) و اسکات استورنتا (W. Scott Stornetta) توصیف شد و اکنون وعده و وعید‌های بسیاری پیرامون تحول صنعت با تکیه بر این فناوری نوظهور وجود دارد.

اگر به تعاریف ارائه ‌شده برای بلاکچین نگاهی بیاندازید، خواهید دید که اغلب آن را پایگاه داد‌ه‌ای مبتنی بر مکانیسم اجماع توصیف کرده‌اند که با رکورد مداوم حجم بالایی از داده‌ها و لینک کردن آن‌ها به داده‌های قبلی، دنیای اطلاعات را تحت تاثیر قرار داده است. اگرچه مفهوم بلاکچین و تعاریف مقدماتی آن جزو مباحثی است که بسیار مورد بررسی قرار گرفته است، اما به مکانیسم‌های اجماع (Consensus Mechanisms ) آن که با ‌عنوان الگوریتم‌های اجماع نیز شناخته می‌شوند، چندان پرداخته نشده است.

قبل از این‌که به موضوع این مقاله، با ‌عنوان معرفی انواع مکانیسم‌های اجماع بپردازیم، بهتر است با ماهیت این الگوریتم‌ها و لزوم استفاده از آن‌ها در زنجیره بلوک آشنا شویم.

مهم‌ترین ویژگی فناوری بلاکچین که آن را از سایر پایگاه‌های داده متمایز می‌کند، غیرمتمرکز بودن آن است. به این مفهوم که در این فناوری، نیاز نیست تمام داده‌ها در یک سرور مرکزی ذخیره‌سازی ‌شده و پردازش شوند و هر کاربری می‌تواند داده‌های خود را در سیستمی‌ جداگانه وارد بلاکچین کند.

به سرور‌هایی که این داده‌ها را ذخیره‌سازی کرده و به نوعی زنجیره بلوک را پشتیبانی می‌کنند گره (Node) گفته می‌شود. اما نکته قابل توجه، دسترسی به اطمینان در خلال این گره‌ها برای کاربران است که با توجه به عدم وجود شخص ثالث در فناوری دفتر کل توزیع‌‌شده، نیازمند فرایند اجماع است.

 

چیستی مکانیسم اجماع

فرایند اجماع برای شبکه‌ای از گره‌ها، با فرض وجود گره‌های نامعتبر در میان آن‌ها طراحی ‌شده است و اهمیت بسیار زیادی در سیستم‌های توزیع‌‌شده و چندعاملی دارد. مکانیسم‌هایی که تضمین می‌کنند که هر یک از اعضای بلاکچین، یک کپی به‌روزرسانی‌شده از دفترکل در اختیار دارد. ضمن این‌که اول امنیت و سپس چارچوب اقتصادی پروتکل رمزنگاری را تحت تاثیر قرار می‌دهد. مکانیسمی که برای بلاکچین‌های مختلف، به شکل‌های گوناگونی ارائه می‌شود.

 

شناسایی مکانیسم غالب

شناسایی مکانیسم غالب از میان انواع مختلفی از مکانیسم‌های اجماع اندکی دشوار است. درست مثل این‌که جعبه‌ای از شکلات‌های رنگی با طعم‌های مختلف به شما بدهند و مجبورتان کنند یکی را انتخاب کنید! در حقیقت، هر یک از مکانیسم‌های اجماع برای کاربرد و هدفی خاص طراحی و ایجاد ‌شده‌اند و نمی‌توان یکی را بر دیگری برتری داد.

ضمن این‌که با توجه به این‌که مکانیسم‌های اجماع هنوز در نخستین مراحل تولد خود هستند، شناسایی مکانیسم غالب و متداول در سال‌های آتی اندکی دشوار است. ایجاد مکانیسم‌های اجماع بر اساس طراحی مکانیسم صورت می‌پذیرد که فرایندی دو مرحله‌ای است:

  • در نظر گرفتن نتیجه مطلوب
  • عملکرد معکوس به منظور ایجاد بازی که بازیگران را برای تحقق هدفی مطلوب تشویق می‌کند.

در مورد انواع مکانیسم‌های اجماع، اگرچه تعداد این مکانیسم‌ها زیاد است و ‌روزبه‌روز نیز به تنوع آن‌ها افزوده می‌شود، اما سعی داریم به ۱۰ مورد از مهم‌ترین و شاید پرکاربرد‌ترین آن‌ها اشار‌ه‌ای داشته باشیم. ضمن این‌که در ادامه، سعی ‌شده تا برخی از مفاهیم پیچیده با مقایسه با یک کلاس درس (به‌عنوان شبکه یا زنجیره) ‌عنوان شوند تا برای مخاطبین ملموس‌تر باشند.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات کار (Proof of Work)

پروتکل گواه اثبات کار یا POW، در حقیقت همان مکانیسم اجماع مورد استفاده در ارز رمزنگاری‌‌شده بیت‌کوین است که به دلیل شهرت بیت‌کوین و تداول استفاده از آن در تراکنش‌های مجازی، بیش از مکانیسم‌های اجماع دیگر در مقالات و سایت‌ها معرفی ‌شده است. اگرچه مفهوم گواه اثبات کار، قبل از ایجاد بیت‌کوین توسط ساتوشی ناکاموتو نیز وجود داشته است، اما پس از استفاده از آن در بیت‌کوین، تقریبا هرکسی حداقل یک‌بار نام این الگوریتم را شنیده است.

گواه اثبات کار، الزامی‌ برای تعریف یک محاسبه پیچیده و گران‌قیمت کامپیوتری با ‌عنوان استخراج یا ماین کردن (Mining) است که برای ایجاد گروهی از تراکنش‌های جدید و غیرقابل اعتماد در بلاکچین صورت می‌گیرد.

در خلال این ماین کردن، علاوه بر تایید مشروعیت تراکنش‌ها و ایجاد ارز‌های رمزنگاری‌‌شده جدید، به اولین کاربر حل کننده مساله نیز جایز‌ه‌ای تعلق می‌گیرد که می‌تواند کاربران بسیاری را تحت ‌عنوان ماینر (Miner) به سمت بلاکچین جذب کند.

یک مکانیسم اجماع مبتنی بر قدرت محاسباتی کامپیوتر، که به نامتمرکز بودن قدرت و توزیع تغییرات مهم در سیستم کمک می‌کند.

فرایند‌هایی که در این مکانیسم صورت می‌گیرند به شرح زیر هستند:

  • ورود تراکنش به دفتر کل توزیع‌‌شده
  • تایید مشروعیت تراکنش توسط ماینر‌ها
  • حل مساله ریاضی نامتقارن گواه اثبات کار توسط ماینر‌ها
  • تعلق گرفتن جایزه به اولین ماینری که مساله را حل کرده است
  • تایید نهایی تراکنش و ثبت در بلاکچین عمومی‌

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات سهام (Proof of Stake)

گواه اثبات سهام یا POS، مکانیسمی برای نیل به توافق جمعی در سیستم‌های پولی مبتنی بر بلاکچین است که نحوه عملکردی کاملا متفاوت از گواه اثبات کار دارد. در این مکانیسم، برخلاف گواه اثبات کار، گره ایجاد کننده بلوک بعدی به شکل کامل تصادفی نیست و کاربران (یا گره‌ها) می‌توانند با انجام برخی کارها و کسب برخی امتیازها، شانس خود برای پیروزی در این رقابت را افزایش دهند.

در حقیقت، در مکانیسم اجماع گواه اثبات سهام، هما‌ن‌طور که از نام آن نیز می‌توان حدس زد، هرچه میزان سهام یا پول کاربران در شبکه بیشتر باشد، شانس انتخاب شدن آن‌ها برای یافتن پاسخ معمای ریاضی شبکه نیز بیشتر است.

اگر در گواه اثبات کار، گرهی موفق‌تر است که دارای توان محاسباتی بالاتر یا کامپیوتر بهتری است، در این مکانیسم کاربرای برنده‌اند که پول بیشتری در شبکه دارند. به دلیل ماهیت این مکانیسم، می‌توان انتظار داشت که در گواه اثبات سهام، خبری از ماینرها نیست و این تنها سازندگان بلوک هستند که در آن مشغول فعالیت‌اند.

اگرچه دو مکانیسم فوق دارای اهمیت بالایی هستند و پرداختن به آن‌ها نیازمند زمان و مقالات بیشتری است، اما باتوجه به ازدیاد مطالب علمی در مورد این دو مکانیسم در سایت‌ها، با اشاره‌ای بسیار کوتاه و مختصر به این دو قصد داریم بخش اعظمی از این مقاله را به سایر مکانیسم‌های اجماع مورد استفاده در بلاکچین یا حتی شبکه‌های غیربلاکچینی اختصاص دهیم.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات زمان سپری ‌شده (Proof of Elapsed Time)

فصل امتحانات پایان ترم است و دانش‌آموزان خود را برای آزمون پایان‌ترم ریاضی آماده کرده‌اند. امتحان شروع می‌شود و پس از گذشت مدت زمانی مشخص، توجه همه به صدای مراقب امتحانات در سالن جلب می‌شود: «۳۰ دقیقه تا پایان وقت زمان باقی است. » درست یک ساعت پس از این جمله، همه بیرون از سالن امتحانات هستند و در مورد سوالات و نمرات احتمالی خود صحبت می‌کنند.

اگرچه این تصویر برای همه ما آشنا است، اما کمتر کسی می‌تواند نحوه استفاده از آن در فناوری مدرن و شاید پیچید‌ه‌ای همچون بلاکچین را درک کند.

مکانیسم اجماع گواه اثبات زمان سپری ‌شده یا POET نیز به شکلی مشابه عمل می‌کند. در حقیقت، گواه اثبات زمان سپری ‌شده، بر اساس زمان باقیمانده از یک زمان مشخص مانند زمان امتحان عمل می‌کند و برای شروع نیز از یک بلاکچین مجاز (Permissioned Blockchain) استفاده می‌کند.

به این مفهوم که تمامی‌ گره‌های موجود در بلاکچین استفاده کننده از این مکانیسم، قابل شناسایی و تایید ‌شده برای شبکه هستند. درست همانند اعضای یک کلاس که یکدیگر را می‌شناسند و همگی برای شبکه (کلاس یا مدرسه) قابل تایید هستند (شما نمی‌توانید قبل از ثبت‌نام در کلاس و کسب مجوز از سوی آن وارد امتحانات پایان فصل شوید.)

اما مکانیسم اجماع گواه اثبات زمان سپری ‌شده یک تفاوت عمده با مثال زمان امتحان دارد و آن، تصادفی بودن زمان باقیمانده برای هریک از اعضا یا گره‌های بلاکچین است. هریک از اعضای شرکت‌کننده در شبکه زمان تصادفی متفاوتی برای انتظار دریافت می‌کنند و هر گرهی که زمان‌اش قبل از بقیه به اتمام برسد می‌تواند بلوک بعدی بلاکچین را ایجاد کند. چیزی شبیه بازی کشیدن چوب کبریت خودمان، با این تفاوت که این‌بار، هرکس که اول از همه چوب کبریت شکسته را پیدا کند برنده می‌شود!

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات زمان سپری ‌شده در عمل: این مکانیسم اجماع نخستین بار در سال ۲۰۱۶ توسط اینتل (Intel) معرفی شد و می‌تواند در پلتفرم ‌هایپر لجر سوتوث (Hyperledger Sawtooth) مورد استفاده قرار گیرد. پلتفرمی‌ برای ایجاده، پیاده‌سازی و اجرای دفاتر کل توزیع‌‌شده.

تفاوت آن با گواه اثبات سهام: در نظر گرفتن زمان استراحت برای گره‌ها که منجر به ارتقای بهره‌وری در مصرف انرژی می‌شود.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات قدرت (Proof of Authority)

بلاکچین فناوری مدرن، کارآمد و روبه‌رشدی است، اما با این حال، محدودیت‌هایی را نیز دارد. به‌عبارت بهتر، فناوری بلاکچین نیز همانند بسیاری از سیستم‌های دیگر، بده‌بستان‌های خاص خودش را دارد. ویتالیک بو‌ترین (Vitalik Buterin) از این موضوع تحت ‌عنوان تریلمای مقیاس‌پذیری یاد می‌کند. تریلما به مفهوم سه گانه غیر ممکن، سه مشخصه مقیاس‌پذیری، غیرمتمرکز بودن و امنیت

را در بر می‌گیرد که به‌عنوان سه ضلع یک مثلث، به سختی در کنار هم قرار می‌گیرند. کافی است این سه مشخصه را همانند استراحت کافی، زندگی اجتماعی و نمرات خوب برای یک دانش‌آموز در نظر بگیرید که عملا دست‌یابی به هرسه آن‌ها در کنار هم غیرممکن است و معمولا، تنها دو مورد از این سه مشخصه را می‌توان به‌صورت هم‌زمان پوشش داد. البته با توجه به رشد فزاینده برنامه‌های کاربردی توزیع‌‌شده (dApps) در بستر ارز‌های رمزنگاری‌‌شده‌ای نظیر اتریوم و امثال آن، به نظر می‌رسد که راهکار‌های کوتاه مدت مبتنی بر مقیاس‌پذیری از اهمیت بالاتری برخوردار باشند.

 

سرمایه اقتصادی در قبال سرمایه اجتماعی

 برخلاف مکانیسم اجماع گواه سهام، که سهم هر گره در آن بر اساس ارزش پولی آن مشخص می‌شود، گواه اثبات قدرت، سهم گره‌ها را بر مبنای هویت واقعی هر یک از آن‌ها تعیین می‌کند. درحقیقت، چرخه‌ای که در گواه اثبات سهام جریان دارد، ارزیابی ریسک‌ها متوجه یک سهم توسط اعضای شبکه است و آن‌چه که در مرکز توجه قرار دارد، سرمایه مالی موجود در سیستم است. در حالی که مکانیسم اجماع گواه اثبات قدرت، ماهیت گره‌ها را مورد توجه قرار داده و میزان انگیزه گره‌ها برای ریسک‌پذیری مالی را ارزیابی می‌کند.

برای درک بهتر این مکانیسم، افردی را متصور شوید که مجموع دارایی‌های خود در سطح شبکه را گرد آورده‌اند و ارزش این دارایی، رقمی‌ مانند یک میلیارد دلار است. بدیهی است که اگر کل این سرمایه در اختیار یکی از گره‌ها قرار گیرد، شانس بیشتری برای موفقیت خواهد داشت. آن یک گره، دقیقا همان عضوی است که از آن با ‌عنوان گره ارزیابی یاد می‌شود و این گره‌های ارزیاب، تنها اعضایی هستند که قادرند اعتبار یک بلوک را تعیین کنند. این مکانیسم را می‌توان به مثابه فرایند تایید اعتبار توسط ادمین در سیستم‌های متمرکز کنونی نیز قلمداد کرد که طبیعتا در مورد بلاکچین‌های خصوصی کاربرد بیشتری دارند تا بلاکچین‌های عمومی‌.

به ‌عبارت بهتر، اساس مکانیسم اجماع گواه اثبات قدرت، اعتماد کل سیستم به تعداد محدود و مشخصی از اعضا است و به همین دلیل نیز وجود فرایند‌هایی استاندارد و قابل اعتماد برای شناسایی و انتخاب این اعتبارسنج‌ها الزامی‌ است.

اعتبارسنج‌ها (validators)، اعضایی هستند که اصطلاحا دارای اشتهار در شبکه هستند و در ضمن، تنها گره‌هایی هستند که می‌توانند بلوک‌ها را ارزیابی و اعتبارسنجی کنند. باتوجه به این‌که بخش اعظمی‌ از سرمایه در اختیار این گره‌ها قرار دارد، طبیعی است که می‌توانند پست خود در تایید بلوک‌ها را موقتا و بدون اجازه ر‌ها کرده و جریمه یا خسارت ناشی از آن را به دلیل حجم بالای دریافتی از سیستم در ازای اعتبارسنجی جبران کنند. از همین رو، تعداد این اعتبارسنج‌ها در هر بلاکچین، معمولا تعداد محدودی است تا انگیزه کافی برای ماندن در این پست و عدم ترک آن را داشته باشند. در حالت کلی، برای کنترل این اعتبارسنج‌ها در بلاکچین، لازم است برخی نکات مورد توجه قرار گیرند:

  • اطمینان از فرایندی استاندارد و قوی برای شناسایی اعتبارسنج‌ها
  • کمیابی اعتبارسنج‌ها به منظور ترغیب آن‌ها برای اعتبارسنجی
  • و وجود پروسه‌ای قابل اطمینان برای سازمان‌دهی قدرت اعتبارسنج‌ها

مکانیسم اجماع گواه اثبات قدرت در عمل

 همان‌طور که ‌عنوان شد، فرایند گواه اثبات قدرت، به دلیل ماهیت آن در انتخاب چندین گره محدود به‌عنوان اعتبارسنج شبکه، به مدلی متمرکز تبدیل می‌شود که بیشتر برای بلاکچین‌های خصوصی و کنسرسیومی‌، نظیر گروهی از بانک‌ها یا شرکت‌های بیمه مناسب است. پروژه‌های کووان (Kovan)، رینک‌بای (Rinkeby)، گیوِث (Giveth)، تاموچین (TomoChain)، رابلیکس (Rublix)، سوآرم سیتی (Swarm City)، کلونی (Colony) و گو چین (Go Chain)، از جمله پروژه‌هایی هستند که از این مکانیسم اجماع استفاده کرده‌اند.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات ظرفیت (Proof of Capacity)

با بررسی تعدادی از مکانیسم‌های اجماع می‌توان به این نتیجه رسید که اغلب این الگوریتم‌ها، به نوعی نمونه توسعه یافته یکی از دو مکانیسم گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام هستند.

مکانیسم اجماع گواه اثبات ظرفیت، در حقیقت نوعی ‌هارد فورک (hard forks) یا معادل فارسی آن انشعاب سخت است که در مکانیسم رایج و مشهور گواه اثبات کار صورت گرفته است. در حقیقت، تغییرات یا انشعاباتی که در یک مکانیسم صورت می‌گیرد، سبب تولید ارز‌های رمزنگاری‌‌شده ‌شده جدیدی می‌شود که می‌تواند حتی نسبت به ارز رمزنگاری‌‌شده پایه از قابلیت‌ها و مزایای بیشتری نیز برخوردار باشد. ‌هاردفورک صورت گرفته روی بیت‌کوین، منجر به تولید ارز رمزنگاری‌‌شده جدید بیت‌کوین‌کش ‌شده یا اتریوم کلاسیک، در حقیقت ‌هاردفورکی از ارز اتریوم است. به همین دلیل نیز اخیرا، شاهد ظهور آلت‌کوین‌های بسیاری هستیم که می‌توانند در صورت اثبات مزایای خود، بیت‌کوین را به‌عنوان اولین ارز رمزنگاری‌‌شده مبتنی بر اجماع گواه اثبات کار، علیرغم کاربران و علاقه‌مندان بسیاراش، از میدان به در کنند.

حاکمیت تاریخی ارز رمزنگاری‌‌شده بیت‌کوین می‌تواند با ایجاد ارز‌های رمزنگاری‌‌شده جدید و ارائه راهکار‌های بهتر و کارآمدتر برای حل مشکلات کنونی، پایان بپذیرد و این فرصتی مغتنم برای رقابت در صنعت است که در خلال ماهیت متن‌باز این رمزنگاری‌ها ایجاد ‌شده است.

بیایید سراغ مقایسه با کلاس درس خودمان برویم.

تعدادی دانش‌آموز را متصور شوید که در یک مدرسه در حال تحصیل هستند. زنگ آخرین ساعت درسی نیز به صدا درمی‌آید و دانش‌آموزان، دسته دسته و با آرامش به سمت اتوبوس‌های سرویس مدرسه حرکت می‌کنند تا به خانه بروند. هر اتوبوس، از تعداد معینی صندلی تشکیل ‌شده است و می‌تواند برای مثال، ۵۰ الی ۱۰۰ دانش‌آموز را به خانه ببرد. این فرایند هر ‌روز تکرار می‌شود و دانش‌آموزان، هر ‌روز در این صندلی‌های می‌نشینند و راننده با صرف انرژی زمان آن‌ها را به مقصد می‌رساند.

فرایند ایاب و ذ‌هاب این دانش‌آموزان، دقیقا به مثابه همان چیزی است که از آن با ‌عنوان پلات کردن (plotting) یاد می‌شود. اولین گام از فرایند اجماع مبتنی بر گواه اثبات ظرفیت، که تمامی‌ راهکار‌های ممکن برای الگوریتم هش (hashing algorithm) قبل از آغاز فرایند استخراج توسط ماینر‌ها را در بر می‌گیرد. مرحله دوم استخراج کردن یا ماینینگ است، ضمن این‌که انرژی موردنیاز برای اجرای این فرایند‌ها نیز به مثابه انرژی مورداستفاده توسط راننده برای رانندگی است.

طی این الگوریتم، ماینر‌ها بخش‌هایی از داده‌ها را که پلات نامیده می‌شوند ایجاد کرده و در ‌هارددیسک ذخیره‌سازی می‌کنند. اکنون در هر بخش از این ‌هارددیسک، یک پلات قرار دارد و در کنار هر پلات نیز یک هش که با آدرس عمومی‌ (Public Key) افراد در ارتباط است.

هرچه بیشتر بهتر! این خصلت ذاتی الگوریتم اجماع گواه اثبات ظرفیت است. همان‌طور که در سرویس مدرسه، تعداد صندلی‌های بیشتر برای دانش‌آموزان بهتر است، در این مکانیسم نیز ظرفیت بالاتر به منزله کارایی بهتر است.

درست همانند گواه اثبات کار، این الگوریتم نیز مبتنی بر ارز‌ش‌دهی به انجام کار و پایبندی به مقررات از سوی ارائه دهنده خدمات است، با این تفاوت که در گواه اثبات ظرفیت، همان‌طور که از نام آن نیز برمی‌آید، گرهی برنده است که بتواند داشتن ظرفیت بالا برای ذخیره‌سازی و بازیابی اطلاعات را ثابت کند. علیرغم این‌که این مکانیسم نیز دارای هزینه‌هایی برای خرید و نگهداری دستگاه‌های ذخیره‌سازی داده است، اما به دلیل کاهش استفاده از انرژی و به‌عبارتی سبز بودن، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

 

مزایای گواه اثبات ظرفیت

  • پربازده: مصرف انرژی به مراتب پایین‌تر نسبت به تراکنش‌های مبتنی بر بیت‌کوین
  • ارزان: عدم نیاز به نرم‌افزار‌های تخصصی استخراج
  • توزیع‌‌شده: دسترسی به فضای ذخیره‌سازی بیشتر

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات ظرفیت در عمل: برست‌کوین (Burstcoin) اولین ارز رمزنگاری‌‌شده‌ای است که از مکانیسم اجماع گواه اثبات کار برای اعتبارسنجی شبکه خود استفاده کرده است. ارزی که بلوک آن در سال ۲۰۱۴ ایجاد شد و سازند‌ه‌اش نیز درست مثل ساتوشی ناکاموتو، پس از مدتی غیبش زد.

مکانیسم اجماع

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات فعالیت (Proof of Activity)

آن‌چه که در همه مکانیسم‌های اجماع یکی است، تلاش آن‌ها برای اثبات چیزی است. به‌عنوان مثال، هدف از مکانیسم اجماع گواه اثبات کار، در حقیقت اثبات کار سخت‌افزار‌های استخراج برای حل مسائلی است که در بلاکچین مطرح می‌شوند. ضمن این‌که، در گواه اثبات سهام نیز هدف، اثبات میزان سرمایه‌ای است که گره‌ها برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها نیاز دارند.

اما گواه اثبات فعالیت چه چیزی را ثابت می‌کند؟

  • پاسخ کوتاه: فعالیت!
  • پاسخ کامل: دخالت مستقیم در روند استخراج و امضای بلوک بعدی در بلاکچین.

علیرغم اکثر مکانیسم‌های اجماع دیگر، گواه اثبات کار قصد اختراع دوباره چرخ (reinvent the wheel) را ندارد و مدل توسعه یافته مکانیسم‌های اجماع گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام به شمار نمی‌رود. اگر به ماهیت این الگوریتم دقت کنید، خواهید دید که گواه اثبات فعالیت، در حقیقت تلفیقی از دو مکانیسم گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام است. به‌عبارت بهتر، گواه اثبات فعالیت فرایند استخراج خود را از گواه اثبات کار آغاز کرده و با رفتن به بلوک بعدی، به گواه اثبات سهام انتقال می‌دهد.

 

وجه تمایز مکانیسم اجماع گواه اثبات فعالیت

تفاوت عمد‌ه‌ای که گواه اثبات فعالیت با گواه اثبات کار دارد، ذخیره‌سازی تنها یک هدر یا سرآیند در بلوک است. این در حالی است که در گواه اثبات کار، موارد دیگری نظیر ریشه تراکنش (transaction root) و نانس (nonce) نیز در بلوک‌ها ذخیره‌سازی می‌شود.

برای ارزیابی و اعتبارسنجی بلوک‌ها نیز از یک گروه تصادفی اعتبارسنجی استفاده می‌شود تا بلوک‌ها را ارزیابی کرده و امضا کنند. استفاده از مکانیسم گواه اثبات سهام، دقیقا در این مرحله به منصه ظهور می‌رسد، چرا که گره‌هایی با کیف پول بیشتر (سهام بیشتر)، شانس بیشتری برای انتخاب شدن به‌عنوان اعتبارسنج دارند. هزینه‌های استخراج نیز میان گره‌های ماینر و گره‌های اعتبارسنج یا امضا کننده تقسیم می‌شود.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات فعالیت در عمل

 ارز دیجیتال خودگردان (Autonomous Digital Currency) دیکرِد (Decred)، پروژ‌ه‌ای است که در سال ۲۰۱۶ بر اساس این مکانیسم اجماع راه‌اندازی ‌شده است.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات سوزاندن (Proof of Burn)

اگرچه در مورد سایر مکانیسم‌های اجماع می‌توان نحوه فرایند استخراج و اثبات را با استفاده از نام آن‌ها حدس زود، اما در مورد گواه اثبات سوزاندن ماجرا کمی‌ پیچیده می‌شود. ارز‌های رمزنگاری‌‌شده یا همان سکه‌ها، کاملا دیجیتال هستند و درک مفهوم سوزاندن در مورد آن‌ها اندکی دشوار است.

مکانیسم اجماع

سوزاندن در مکانیسم اجماع گواه اثبات سوزاندن، در حقیقت به مفهوم ارسال سکه‌ها به یک آدرس غیرقابل برگشت و غیرقابل استفاده (Eater addresses) است که به دلیل ماهیت رمزنگاری تصادفی آن، امکان شناسایی‌اش برای هیچ گرهی، حتی ماینر‌ها میسر نیست.

این آدرس‌های غیرقابل برگشت، سلول‌هایی برای ذخیره‌سازی سکه‌هایی هستند که گره‌ها برای افزایش شانس خود برای تولید بلوک بعدی قربانی می‌کنند و در نقطه پایانی تراکنش‌های گواه اثبات سوزاندن قرار گرفته‌اند. سکه‌های سوزانده ‌شده، یا به‌عبارت دیگر سرمایه‌های کوتاه مدت کاربران، مجوز ادامه فعالیت کاربران در بلاکچین و استمرار فرایند استخراج را به آن‌ها می‌دهند و به همین دلیل نیز هرکس که دارای سرمایه بیشتر و سکه‌های سوزانده ‌شده بیشتری باشد، شانس موفقیت بیشتری نیز در شبکه دارد.

علیرغم این‌که هیچ تضمینی برای انتخاب شدن بر اساس سکه‌های سوزانده ‌شده وجود ندارد، اما احتمال موفقیت و دستیابی به سرمایه‌های کلان با شانس به‌دست آمده از سوزاندن چند سکه، انگیزه لازم برای ادامه فرایند را در کاربران ایجاد می‌کند.

سکه‌های بیشتر، شانس بیشتر – درست مثل مکانیسم اجماع گواه اثبات سهام، در این مکانیسم نیز نهنگ‌هایی موفق‌تر هستند که سهام و سکه‌های بیشتری برای سوزاندن دارند. با این حال، فرایند سوزاندن سکه‌ها دارای تاریخ انقضا است و نمی‌توان با یک‌بار سوزاندن، هرچند رقم بالایی باشد، برای مدت زمانی طولانی از شانس تولید بلوک برخوردار بود. در حقیقت، پس از مدت زمان نسبتا کوتاهی مجبور خواهید بود تا برای بقا، سکه‌های جدیدتر و بیشتری را روانه ناکجا آباد کنید.

مکانیسم اجماع گواه اثبات سوزاندن در عمل: پلتفرم اسلیم‌کوین (Slimcoin)، از جمله پروژه‌هایی است که از گواه اثبات سوزاندن به‌عنوان الگوریتم اجماع خود استفاده کرده است. ضمن این‌که کانترپارتی (Counterparty) نیز از این مکانیسم، برای سوزاندن توکن‌های دانه (seed tokens) استفاده می‌کند. کاربران این پلتفرم، بیت‌کوین‌های خود را به‌عنوان توکن‌های دانه می‌سوزانند تا در ازای آن، توکن‌های کانترپارتی با ‌عنوان ایکسسیپی (XCP) را دریافت کنند.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات سهام اعطایی (Delegated Proof of Stake)

مکانیسم‌های اجماع مدرن، ما را در یک چرخه دموکراتیک قرار می‌دهند. همان‌طور که می‌توان حدس زد، گواه اثبات سهام اعطایی که به اختصار DPoS نیز خوانده می‌شود، مدل تغییریافته و پیچیده‌تری از گواه اثبات سهام است که در آن، اعتبارسنجی تراکنش‌ها به گروهی خاص متکی است تا به نمایندگی از سوی کل گره‌های موجود در شبکه، بلوک‌ها را ارزیابی کنند.

تعداد این نمایندگان منتخب معمولا بین ۲۱ الی ۱۰۰ گره است که سازمان‌دهی و کنترل شبکه را تسهیل کرده و توزیع شرایط در خلال شبکه را ممکن می‌سازند. نمونه‌ای کوچک ‌شده از کنگره ایالات متحده آمریکا (United States Congress) با ۵۳۵ نماینده، که در صورت تاخیر در ارائه گزارش توسط هریک از نمایندگان منتخب یا بروز اشتباه از سوی وی، دیگر اعضا می‌توانند در مورد صلاحیت و باقی ماندن وی در شبکه رای‌گیری کنند.

بیایید به سراغ مقایسه خود با کلاس درس برویم.

احتمالا حداقل برای یک‌بار هم که ‌شده، در کلاس‌های درس مجبور ‌شده‌اید تا کاری را به‌صورت گروهی انجام دهید. پیداکردن جایگاه در میان اعضای گروه، هرچند کوچک، اندکی دشوار است و برای این‌که بتوانید مسئولیت‌های محول ‌شده به خود را به درستی به انجام برسانید، نیاز به بررسی و صرف انرژی زیادی دارید. اکنون تصور کنید که این گروه‌بندی را حذف کرده و از شما بخواهند تا همان فرایند‌ها و مسئولیت‌ها را در یک گروه بزرگ در مقیاس‌ کلاس انجام دهید. بدیهی است که کار پیچیده‌تر از قبل خواهد شد و این‌بار انرژی بسیاری بیشتری را نیاز خواهید داشت.

این دقیقا همان چیزی است که در مورد نمایندگان مجلس کشور‌ها نیز جریان دارد. عد‌ه‌ای به‌عنوان نماینده انتخاب می‌شوند و در مورد صحت و تاثیر‌گذاری برخی از شرایط و قوانین تصمیم‌گیری می‌کنند. ضمن این‌که کنترل بخش‌های مهمی‌ از شبکه در اختیار آن‌ها است. روندی دموکراتیک که می‌تواند علاوه بر ارتقای بهره‌وری در انرژی، هزینه‌ها و خطا‌های سیستم را نیز بکاهد؛ هرچند که این امر، قدرت را به عد‌ه‌ای خاص متمرکز می‌کند.

مزایای گواه اثبات سهام اعطایی: مقیاس‌پذیری، بهره‌وری در انرژی و تراکنش‌های ارزان قیمت

معایب گواه اثبات سهام اعطایی: نیمه متمرکز

در حقیقت، به دلیل انتخاب تعداد محدودی گره به‌عنوان نماینده، این مکانیسم ماهیتا به روشی نیمه متمرکز تبدیل می‌شود و حاکی از تریلمای مقیاس‌پذیری ویتالیک بو‌ترین است.

مکانیسم اجماع گواه اثبات سهام اعطایی در عمل: بیت‌شیرز (BitShares)، ای‌او‌اس (EOS) و ستیم‌ایت (Steemit)، همگی از گواه اثبات سهام اعطایی استفاده کرده‌اند. نکته قابل توجه این است که تمامی‌ از پروژه‌ها، زاییده ذهن دنیل لاریمر (Daniel Larimer)، برنامه‌نویس و کارآفرین ارز‌های رمزنگاری‌‌شده هستند.

 

مکانیسم اجماع تحمل‌پذیری خطای بیزانس (Byzantine Fault Tolerance)

هزاران سال پیش …

«مجموعه‌ای از ژنرال‌های بیزانس شهری را برای حمله ناگهانی به آن محاصره کرده‌اند. اما زمان دقیق حمله، موضوع مهمی‌ است که لازم است تمامی‌ ژنرال‌ها در مورد آن به اجماع برسند. در صورتی که هماهنگی لازم در مورد زمان و نحوه حمله در میان ژنرال‌ها صورت نپذیرد، محاصره شکست خواهد خورد…»

مکانیسم اجماع

مشکل ژنرال‌های بیزانس (Byzantine Generals problem) معضلی کلاسیک است که نوعی از مکانیسم اجماع را برای سیستم‌های مبتنی بر رمزنگاری ارائه می‌کند. مکانیسمی‌ محبوب تحت ‌عنوان تحمل‌پذیری خطای بیزانس یا BFT، که درست مانند مثال محاصره ژنرال‌های بیزانس، برای اعتبارسنجی و تایید نهایی به عد‌ه‌ای خاص وابسته است. افرادی که همان ژنرال‌ها، یا در مورد دفتر کل توزیع‌‌شده، اعتبارسنج‌ها هستند.

اما یک مشکل بزرگ‌تر دیگر هم برای ژنرال‌های بیزانس وجود داشت: هریک از این ژنرال‌ها در بخشی از مرز دشمن ساکن می‌شدند و متاسفانه در عصر بیزانس، گوشی تلفن همراه وجود نداشت! ژنرال‌ها برای نهایی‌سازی و هماهنگی پایانی در مورد استراتژی‌های خود امکان ارتباط با یکدیگر را نداشتند. تنها راهکار ارتباطی موجود، پیام‌رسان‌هایی بودند که با صرف زمان و انرژی بسیاری، داده‌های مورد نظر را در میان ژنرال‌ها منتقل می‌کردند.

اکنون کافی است تصور کنید که یکی از این پیام‌رسان‌ها لو می‌رفت و به دست دشمن می‌افتاد. اگر اطلاعات و نقشه‌های او را دست‌کاری می‌کردند چه؟ بدیهی است که اطمینان از اطلاعاتی که به این روش منتقل می‌شدند کار بسیار دشواری بود و می‌توانست کل نیرو‌ها را به کام مرگ بکشاند.

علی‌رغم این‌که مقیاس‌پذیری و بهره‌وری ارائه ‌شده توسط مکانیسم تحمل‌پذیری خطای بیزانس قابل ملاحظه است، اما این مکانیسم نیز جزو الگوریتم‌هایی است که برای شبکه‌های متمرکز و نیمه متمرکز طراحی و ساخته ‌شده است.

مکانیسم اجماع تحمل‌پذیری خطای بیزانس: نسخه‌های زیادی از این مکانیسم ارائه ‌شده‌اند که دو نسخه زیر، از جمله رایج‌ترین آن‌ها هستند:

  • تحمل‌پذیری خطای بیزانس کاربردی (Practical Byzantine Fault Tolerance)

که در پروژه ‌هایپرلجر فابریک (Hyperledger Fabric) مورد استفاده قرار گرفته است. مکانیسمی‌ که از کمتر از ۲۰ اعتبارسنج برای ارزیابی اجماع شبکه استفاده می‌کند.

  • توافق بیزانس یکپارچه (Federated Byzantine Agreement)

که در شبکه‌های استلر (Stellar) و ریپل (Ripple) مورد استفاده قرار گرفته و از هر کدام از ژنرال‌ها (گره‌ها) می‌خواهد تا اعتماد لازم برای هر یک از زنجیره‌های مربوطه را تامین کنند.

مزایا:

  • هزینه‌های پایین تراکنش
  • توان عملیاتی بالا
  • مقیاس‌پذیری شبکه
  • و بهره‌وری بالا

معایب:

  • متمرکز
  • نیازمند مجوز

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات اهمیت (Proof of Importance)

همان‌طور که مشاهده کردید، امکان گردآوری الگوریتم‌های اجماع مختلف در یک شبکه غیرمتمرکز به منظور ترغیب کاربران به پیروی از مجموعه‌ای از مقررات وجود دارد. در این‌جا، هیچ‌گونه یکسان‌سازی وجود ندارد و هر یک از مکانیسم‌های اجماع مورد بحث، دارای معایب و مزایای مخصوص خود هستند که با توجه به فعالیت‌های تشویقی شبکه برای کاربران، می‌توانند موفقیت‌آمیز یا غیرموفقیت‌آمیز باشند.

آن‌چه که گواه اثبات اهمیت به دنبال آن است، شناسایی و اثبات فاکتور‌هایی است که می‌توانند سبب ارزشمندی بیشتر برخی از گره‌ها در شبکه شوند.

بیایید مکانیسم گواه اثبات سهام را بار دیگر مرور کنیم. همان‌طور که می‌دانید، این مکانیسم تنها گره‌هایی را در اولویت قرار می‌دهد که دارای سهام بیشتری در شبکه هستند. در حقیقت، تنها چیزی که در این الگوریتم حائز اهمیت است، تعداد سکه‌هایی است که هر گره در اختیار دارد. به همین دلیل نیز در شبکه‌هایی که بر گواه اثبات سهام مبتنی هستند، انگیز‌ه‌ای برای گره‌های ضعیف‌تر باقی نمی‌ماند. از همین رو، گواه اثبات اهمیت سعی دارد تا با تغییر این روند، تعداد بیشتری از گره‌های شبکه را برای بقا و فعالیت ترغیب کند.

 

فاکتور‌های کلیدی گواه اثبات اهمیت

  • نقل و انتقالات خالص (Net transfers) یا مجموع هزینه طی ۳۰ ‌روز گذشته
  • تخصیص بخشی از ارز به تولید بلوک‌ها
  • گره‌هایی که خوشه‌بندی ‌شده و یکپارچه‌سازی ‌شده‌اند وزن بیشتری خواهند داشت.

 

کم‌ترین احتمال برای احتکار

بر خلاف مکانیسم اجماع گواه اثبات سهام، گواه اثبات اهمیت سعی می‌کند تا شانس ذخیره‌سازی سهام برای نهنگ‌ها و به‌عبارت دیگر احتکار را کاهش دهد. شبکه‌های سنتی تنها چیزی که به آن اهمیت می‌دادند، سهام و موقعیت گره‌ها بود و میزان نقل و انتقالات تهیچ ارزش در شبکه نداشتند. اما آن‌چه که اهمیت دارد، اولویت دادن انتقال‌های خالص به موقعیت گره‌ها است که درجه‌بندی بهتری از عاملان ایستگاه‌های در گردش ارائه می‌دهند.

 

ایجاد بلوک، بدون هزینه

در این مکانیسم هزینه‌های حاشیه‌ای برای ایجاد بلوک‌ها معادل صفر است و به همین دلیل نیز زمانی که که انشعاب جدیدی ایجاد می‌شود، کاربران می‌توانند آن‌ها را با استفاده از الگوریتم گواه اثبات سهام اعتبارسنجی کنند.

 

مکانیسم اجماع گواه اثبات اهمیت در عمل: پلتفرم نیو اکونومی‌ موومنت (New Economy Movement)، اولین پروژ‌ه‌ای است که مکانیسم گواه اثبات اهمیت را معرفی کرده است. در این پلتفرم حداقل توکنی که هر گره برای راه‌اندازی سهام خود نیاز دارد معادل ۱۰،۰۰۰ ایکس‌ای‌ام (XEM) است که ارزش آن بر اساس نرخ کنونی بازار، چیزی در حدود ۴،۰۰۰ دلار آمریکا است.

 

مکانیسم اجماع گراف جهت‌دار غیرمدور (Direct Acyclic Graphs)

اکثر مکانیسم‌های اجماع دارای ماهیتی مشابه هستند و تنها تفاوتی که می‌توان در آن‌ها یافت، کاربردی است که در دفاتر کل توزیع‌شده مختلف از خود نشان می‌دهند.

مکانیسم اجماع گراف جهت‌دار غیرمدور یا DAGs، مکانیسم اجماع محبوبی است که در اغلب پایگاه‌های داده غیربلاکچینی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دفتر کل توزیع‌‌شده آی‌او‌تی‌ای (IOTA)، از نوعی مکانیسم اجماع خاص با ‌عنوان تنگل (Tangle) استفاده می‌کند که نوعی گراف جهت‌دار غیرمدور است. در این مکانیسم، هر گره برای این‌که بتواند تراکنشی را ارسال کند، ناچار است دو تراکنش دیگر را اعتبارسنجی کند. ماهیت تنگل باعث ‌شده تا تعداد تراکنش‌ها به شکل فزایند‌ه‌ای افزایش یافته و به همین دلیل، سیستم بررسی و تعادل شبکه ارتقا پیدا کند.

مکانیسم اجماع

 

مزیت این دست شبکه‌ها نسبت به بلاکچین: با توجه به این‌که تراکنش‌ها در چنین شبکه‌های ناشی از تعاملات و مشارکت کاربران فعال در شبکه هستند و تامین امنیت شبکه نیز در نتیجه تایید تراکنش‌های گذشته توسط کاربران صورت می‌گیرد، عملا هیچ هزینه‌ای در شبکه وجود ندارد و کلیه تراکنش‌ها بدون کارمزد صورت می‌پذیرند. علاوه بر این، شبکه‌هایی نظیر آی‌او‌تی‌ای ناهمگام (asynchronous) هستند و نیازی نیست تا تمام تراکنش‌ها هم‌زمان انجام شوند.

 

کاربرد‌های گراف جهت‌دار غیرمدور

معاملات پولی (Monetary transactions) زیرمجموعه‌ای کوچک از تعاملات رایج بین دستگاه‌های متصل را نشان می‌دهند. تنگل مکانیسمی‌ مقیاس‌پذیر بوده و هزینه راه‌اندازی و پیاده‌سازی بسیار پایینی نیز دارد و قادر است، ساختار پایگاه داده سودمندتری نسبت به بلاکچین برای تعاملات اینترنت اشیا فراهم کند.

منبع: Medium

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.