با انواع مدل‌های فناوری دفترکل دیجیتالی و عملکرد هر یک آشنا شوید

پیش از این که به بررسی دقیق‌تر انواع فناوری دفترکل دیجیتالی بپردازیم، ابتدا لازم است تا به نکته‌ مهمی اشاره کنیم. دیده شده که دو اصطلاح فناوری دفترکل دیجیتالی (یا همان DLT) و بلاکچین معمولا به طور متناوب و گاهی به اشتباه به جای یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. درحالی که این دو اصطلاح تمایزهای آشکاری با یکدیگر دارند.

برای تشخیص به کار بردن صحیح و غلط این اصطلاحات لازم است تفاوت آن‌ها را به خوبی درک کنیم. حدود 700 سال پیش در کشور ایتالیا سیستم ثبت دو وجهی (بدهی/ اعتبار) برای اولین بار روی کاغذ مورد استفاده قرار گرفت. این سیستم تا زمان گسترش اینترنت و کامپیوترها متداول‌ترین شیوه‌ ثبت اطلاعات بود.

ایده‌ بلاکچین پس از کسب شهرت و محبوبیت بیت‌کوین در سال 2008 مطرح شد. اما نکته‌ جالب اینجاست که در سال 1991 استوارت هبر (Stuart Haber) و اسکات استورنتا (W. Scott Stornetta) این فناوری را مفهوم‌سازی کرده بودند. این دو نفر در حال تلاش برای ایجاد یک سیستم رمزنگاری امن و ضدجعل بودند که از زنجیره‌ای از بلوک‌های داده با برچسب‌های انحصاری شکل گرفته بود و تشابه بسیاری با مدل فناوری بلاکچین امروزی داشت.

فناوری دفترکل دیجیتالی یک اصطلاح وسیع و جامع است و برای تعریف فناوری پایگاه‌داده‌ی دیجیتالی که در اکوسیستم‌های مختلف پیاده‌سازی شده، به کار می‌رود. بلاکچین یکی از محبوب‌ترین حالت‌های فناوری دفترکل دیجیتالی است. فناوری دفترکل دیجیتالی متشکل از گره‌هایی در زیرلایه‌های شبکه است.

در این فناوری اعضای شبکه برای رسیدن به یک نتیجه‌ مشترک و واحد، از فرآیند‌های مختلفی برای رسیدن به اجماع استفاده می‌کنند. بنابراین فناوری دفترکل دیجیتالی علاوه بر دیجیتالی‌سازی کل اکوسیستم، با خود ویژگی‌های دیگری نظیر پویایی، تغییرناپذیری، امنیت و غیرمتمرکز بودن را نیز به ارمغان آورد.

 

بلاکچین

بلاکچین ساده‌ترین و رایج‌ترین نمونه از فناوری دفترکل دیجیتالی است. در این فناوری هر یک از بلوک‌های داده با داده‌ شناسایی خود که با یک هش (hash) شناخته می‌شود، به یکدیگر متصل می‌شوند. در این نمونه فناوری، 4 مرحله اصلی وجود دارد. هر یک از اعضای شبکه که قصد انجام یک تراکنش را داشته باشد، باید این مراحل را سپری کند. این چهار مرحله به این صورت تعریف می‌شوند:

ابتدا شخص تراکنش مورد نظر خود را در شبکه وارد می‌کند. در بخش بعدی این تراکنش باید توسط دیگر گره‌های موجود در شبکه مورد تایید واقع شود که این کار مستلزم رسیدن به یک توافق عام (به عنوان مثال توافق PoW در بیت‌کوین) است.

در مرحله‌ بعدی و پیش از ذخیره مقدار تراکنش و امضاهای دیجیتالی فرستنده و گیرنده، مکانیزم انطباق از صورت گرفتن قطعی و نهایی تراکنش اطمینان حاصل می‌کند. در نهایت درست پیش از ذخیره اطلاعات در یک بلوک، یک کد داده که مربوط به بلوک‌های پیشین است به این بلوک جدید تعلق می‌گیرد. درنتیجه این کد مشترک باعث ایجاد ارتباطی زنجیره‌وار بین بلوک جدید با بلوک پیشین خود می‌شود. بسته به نوع فناوری دفترکل دیجیتالی بلاکچین‌ها، سایر افراد و اعضای شبکه ممکن است قادر به مشاهده تراکنش‌ها نباشند.

در ادامه به معرفی انواع بلاکچین‌ها و ویژگی‌های بارز هر یک می‌پردازیم:

1- بلاکچین کنسرسیوم و متحد (Federated Blockchain): محدودکنندگی بیشتر، دسترسی محدود، مقیاس‌پذیری بسیار مناسب، شفافیت و حفظ حریم خصوصی بالا (به عنوان مثال کنسرسیوم R3)

2- بلاکچین خصوصی و نیازمند مجوز (Permissioned/Private ): در این نوع از بلاکچین‌ها دسترسی می‌تواند به صورت عمومی و یا خصوصی تعریف شود. اما اجازه‌ تایید تراکنش‌ها، انجام توافق و تغییر داده‌ها فقط برای افراد معین و محدودی فراهم می‌شود. بانک‌چین (Bankchain) نمونه‌ای از این بلاکچین است.

3- بلاکچین عمومی و بدون نیاز به مجوز (Permissionless/Public ): این فناوری یک شبکه‌ی عمومی متن‌باز و شفاف است که در آن کسی به عنوان شخص ثالث شناخته نمی‌شود. این نوع بلاکچین با حداقل هزینه قابل راه‌اندازی بوده و نیازی به تعمیر و نگه‌داری ندارد. با این حال عمومیت آن باعث می‌شود تا روند پردازش آن آهسته باشد. بیت‌کوین بهترین نمونه برای این نوع از بلاکچین‌ها است.

4- بلاکچین هیبریدی (Hybrid ): این نوع از بلاکچین‌ها ترکیبی از شبکه‌های عمومی و خصوصی هستند. بلاکچین‌های هیبریدی از انعطاف‌پذیری خاصی در خصوص تعیین داده‌های خصوصی و همچنین داده‌های قابل ذخیره‌سازی در دفترکل عمومی برخوردارند. این شبکه‌های دوگانه از مقیاس‌پذیری بهتری برخوردار بوده و اجماع و توافق در آن‌ها نیازمند مشارکت تمامی گره‌های شبکه نیست. هایپرلجر (Hyperledger) یک نمونه از این شبکه‌های بلاکچین هیبریدی است.

محبوب‌ترین بلاکچین‌ها متعلق به ارزهای رمزنگاری شده بیت‌کوین و اتریوم است. با این حال ایراداتی چون محدودیت تعداد تراکنش در هر ثانیه در فناوری دفترکل دیجیتالی بلاکچین در کنار فقدان مقیاس‌پذیری و همچنین عدم امکان تعویق یا لغو کامل یک تراکنش برای ماینرها از ایرادات بزرگ این شبکه‌ها به حساب می‌آیند. بر همین اساس از مکانیزم‌های اجماع و توافق متفاوتی برای تایید تراکنش‌های شبکه استفاده می‌شود.

 

هش‌گراف (HASHGRAPH)

بلاکچین و هش‌گراف به عنوان زیرمجموعه‌هایی از فناوری دفترکل دیجیتالی، اهداف مشابهی با یکدیگر دارند. هر دوی این فناوری‌ها به دنبال ایجاد یک سیستم پولی همتا به همتا و شفاف هستند که نیازی به یک قدرت نظارتی مرکزی نداشته باشد. با این وجود هش‌گراف و بلاکچین در چگونگی انجام این کار تفاوت‌هایی اساسی و بنیادی با یکدیگر دارند.

در واقع به نوعی هش‌گراف در تلاش است تا محدودیت‌های فناوری دفترکل دیجیتالی بلاکچین را بهبود بخشیده و برطرف سازد. هش‌گراف برای تایید تراکنش‌های موجود روی شبکه تنها به مکانیسم اجماع و توافق متکی است. این توافق از طریق روش‌هایی چون رای گیری مجازی و همچنین تکنیک‌های شایعه (Gossip techniques) حاصل می‌شود.

در این حالت فناوری هش‌گراف قادر است تا مقیاس‌پذیری بالاتر و نیاز به ذخیره‌سازی پایین‌تری را نسبت به بلاکچین ارائه کند. برخلاف فناوری بلاکچین، دفترکل هش‌گراف این امکان را فراهم می‌کند که چندین تراکنش به صورت همزمان بر روی پشته‌های موازی ذخیره شوند. این تراکنش‌ها در یک برچسب زمانی (timestamp) با عنوان رویداد (Event) ذخیره می‌شوند. تفاوت اصلی و عمده در پیاده‌سازی این دو فناوری دفترکل دیجیتالی در مکانیسم اجماع و توافق آن‌ها خلاصه می‌شود.

همانطور که پیش از این نیز اشاره شد، بلاکچین قدرت‌های بسیاری را در اختیار ماینرها قرار می‌دهد. در این فناوری ماینرها قدرت انتخاب یک تراکنش برای تایید آن را دارند. در سمت دیگر فناوری هش‌گراف تراکنش‌ها را براساس ترتیب دریافت آن‌ها تایید کرده و به طرز قابل توجهی مدت زمان لازم برای تایید هر تراکنش را کاهش می‌دهد.

هنگامی که یک رویداد آغاز می‌شود، هر یک از گره‌های شبکه به صورت تصادفی و با استفاده از پروتکل شایعه از بین همسایگان خود گره‌های دیگری را برای انتقال اطلاعات انتخاب می‌کنند. در این حالت تنها در عرض چند دقیقه تراکنش در سرتاسر شبکه پخش شده و کل گره‌ها از آن اطلاع می‌یابند.

درنهایت پیش از اضافه شدن تراکنش به دفترکل، هر گره از طریق رای‌گیری مجازی آن را مورد تایید قرار می‌دهد. در فناوری هش‌گراف اعتبارسنجی تراکنش‌ها تنها از طریق مکانیسم اجماع حاصل شده و هیچ نیازی به اثبات دیگری در آن نیست.

از این رو دفترکل دیجیتالی هش‌گراف از لحاظ محاسباتی بسیار ساده‌تر و سریع‌تر عمل می‌کند. در این مکانیسم تمامی گره‌ها از هر تراکنشی اطلاع داشته و می‌توانند پس از تغییرات لازم آن تراکنش را رها کنند. این بدان معناست که در دفترکل هش‌گراف نیازی به ذخیره‌سازی دائمی تراکنش‌ها در شبکه وجود ندارد و از همین رو نیاز به ذخیره‌سازی به شدت کاهش می‌یابد.

فناوری هش‌گراف توسط لیمون برد (Leemon Baird)، هم‌بنیان‌گذار و معاون ارشد بخش فناوری سوئیرلدز (Swirlds ) ابداع شده است. فناوری هش‌گراف از اوت سال 2018 برای استفاده‌ همگان به صورت عمومی دردسترس قرار گرفته است.

هش‌گراف مشتقات و بازیکنان قابل توجهی را نیز ایجاد کرد. یکی از بازیکنان مهم آن پلتفرم هش‌گراف هدرا (Hedera) نام دارد. این پلتفرم امکان مقیاس‌پذیری و امنیت بسیار بالا را به ارمغان می‌آورد. در وایت‌پیپر هدرا ادعا شده که سرعت آن بین 200 هزار تراکنش در ثانیه تا 500 هزار تراکنش در ثانیه است. برنامه‌های کاربردی بسیاری روی این پلتفرم ایجاد شده که این ادعا را تایید می‌کنند.

 

گراف جهت‌دار غیرمدور (DAG)

گراف جهت‌دار غیرمدور (Directed Acyclic Graph یا همان DAG) یکی دیگر از جایگزین‌های فناوری دفترکل دیجیتالی بلاکچین با قابلیت مقیاس‌پذیری بالا است. در این فناوری برای دست‌یابی به یک مکانیسم اجماع کارآمد از ساختار داده متفاوتی استفاده می‌شود.

هرچه تعداد تراکنش‌های یک شبکه بیشتر شود، سرعت آن نیز افزایش خواهد یافت. در فناوری DAG تمامی گره‌ها دارای عملکرد دوگانه هستند. این گره‌ها علاوه بر تایید یک تراکنش، قادر به نمایندگی از طرف یک تراکنش تایید شده نیز هستند.

در این فناوری هر گره می‌تواند آغازگر یک تراکنش باشد. اما برای تایید شدن این تراکنش، هر گره باید دو تراکنش قبلی در دفترکل را نیز تایید کند. درنتیجه دنباله‌ای از تراکنش‌ها به وجود می‌آیند که به اصطلاح یک انشعاب (branch ) نامیده می‌شود.

هرچه طول یک انشعاب از تراکنش‌های تایید شده توسط یک شخص طولانی‌تر باشد، وزن بیشتری را نیز حمل خواهد کرد. لازم به ذکر است که در این فناوری الگوریتمی وجود دارد که دو تراکنش قبلی برای تایید شدن در دفترکل را به صورت تصادفی انتخاب می‌کند.

اولین پلتفرمی که برای استفاده در DAG منتشر شد، NXT نام داشت. این پلتفرم در نوامبر 2015 به صورت رسمی راه‌اندازی شد. علاوه بر این پلتفرم، IOTA Tangle و بایت‌بال (ByteBall) دو نمونه‌ مهم و قابل توجه دیگر از مشتقات این مدل از فناوری دفترکل دیجیتالی هستند.

به جز موارد اشاره شده فناوری دفترکل دیجیتالی DAG دو مزیت دیگر نیز دارد. این دو فناوری عبارتند از: (1) طرح امضای یک‌بار مصرف مقاوم در برابر محاسبات کوانتومی که به عنوان یک فایروال در برابر تلاش کامپیوترهای کوانتومی برای شکستن شبکه عمل می‌کند؛ (2) پیغام دادن تصدیق‌شده‌ی مخفی (Masked Authenticated Messaging یا همان MAM) که امکان ارتباط امن و رمزگذاری شده را در میان گره‌ها فراهم می‌کند.

 

هولوچین (HOLOCHAIN)

شرکت هولوچین مفتخر است که توانسته مرزهای فناوری دفترکل دیجیتالی را گسترش دهد. محسوس‌ترین تغییری که هولوچین در میان سایر فناوری‌های مشابه خود ایجاد کرده، حرکت از داده محوری (data-centric) به سمت یک رویکرد عامل‌محوری (agent-centric) است.

اجتناب از پروتکل اجماع جهانی باعث شده تا فناوری دفترکل دیجیتالی هولوچین مقیاس‌پذیری تقریبا بی‌حد و مرزی داشته باشد. درحالی که بلاکچین به دنبال غیرمتمرکز سازی تراکنش‌های موجود بر روی شبکه است، هولوچین قصد دارد تا تراکنش‌های بین دو گره مجزا را غیرمتمرکز کند.

هر گره مجزا در این شبکه زنجیره مربوط به خود را اجرا می‌کند. این زنجیره در شبکه خود عملکرد مستقلی داشته و در عین حال بخشی از یک شبکه بزرگتر متشکل از هزاران گره مشابه دیگر را شامل می‌شود. کاربران هولوچین می‌توانند داده‌ها را در مکانی با عنوان جدول هش توزیع شده (distributed hash table یا همان DHT) ذخیره کنند. این کار مستلزم استفاده از کلید خصوصی است. این داده‌ها به صورت توزیع‌یافته در سرتاسر نقاط جهان ذخیره می‌شوند.

غیرمتمرکز سازی واقعی در هر یک از سطوح شبکه باعث می‌شود تا هولوچین قادر به پردازش میلیون‌ها تراکنش در هر ثانیه باشد. اعتبارسنجی در سطح میکرو و انفرادی باعث می‌شود تا بار شبکه کاهش چشمگیری داشته باشد.

با توجه به این که هر گره دارای دفترکل مخصوص به خود است، هر یک از دفترکل‌های موجود در شبکه با یک شناسه ارزش خاص به نام دی‌ان‌ای (DNA) شناخته می‌شوند. در صورتی که گره‌ها پیامی را با دی‌ان‌ای خاص یک گره دریافت کرده باشند، آن پیام را به سایر قسمت‌های شبکه نیز انتقال می‌دهند.

اما اگر پیام دریافت شده حاصل یک تلاش مخرب برای افزودن اطلاعات غلط و قلابی به شبکه باشد، دی‌ان‌ای آن پیام توسط دیگر گره‌ها شناسایی نشده و تراکنش با شکست مواجه خواهد شد. در این حالت گره‌ها اطلاعات این پیام مخرب را برای سایر گره‌های دیگر در شبکه نیز ارسال می‌کنند تا از تلاش دوباره آن برای ورود به سیستم جلوگیری شود. این یک ویژگی و مزیت بزرگ برای فناوری هولوچین است تا از گزند حملات مخرب در امان باشد.

در حالی که در فناوری بلاکچین با افزوده شدن بلوک‌های جدید بار محاسباتی شبکه افزایش می‌یابد، رویکرد متفاوت هولوچین باعث شده تا این روال کاملا برعکس شده و افزوده شدن هر گره به افزایش فضای محاسباتی و درنتیجه کاهش مجموع بار شبکه منجر شود. همچنین عدم نیاز به وجود ماینرها در این گونه از فناوری باعث شده تا تراکنش‌ها هیچ هزینه‌ای در بر نداشته باشند.

این ویژگی هولوچین نیز باعث شده تا در کنار به صرفه بودن آن از لحاظ مصرف انرژی، هیچگونه تجهیزات سخت‌افزاری برای اداره و مدیریت آن مورد نیاز نباشد. گره‌های مجزا در هولوچین علاوه بر پردازش تراکنش‌ها، باعث فراهم شدن یک فضای نامحدود برای توسعه‌ی دی‌اپ‌ها (dApps) نیز می‌شوند.

 

رادیکس (تمپو)

رادیکس (Radix) از جمله تازه واردان به دنیای فناوری دفترکل دیجیتالی است. این نوآوری امکان ایجاد یک دفترکل توزیع‌شده تمپو (Tempo) بدون نیاز به بلاکچین و در هر یک از شبکه‌های عمومی و خصوصی را فراهم می‌کند. پیاده‌سازی این فناوری بسیار ساده و سبک بوده و نیازی به تجهیزات سخت‌افزاری ندارد. فناوری دفترکل دیجیتالی رادیکس علاوه بر ویژگی‌ها و قابلیت‌های زیر، از برچسب‌های زمانی نیز بهره می‌برد:

• هر یک از نمونه‌های موجود در این دفترکل با نام یونیورس (Universe) و هر رویداد آن با عنوان اتم (atom) شناخته می‌شود.
• دفترکل جهانی این فناوری در میان خوشه‌ای از گره‌ها توزیع شده است. هر گره می‌تواند به اختیار خود زیرمجموعه‌ای از دفترکل اصلی با عنوان شارد (shards ) را حمل کند. این توزیع مجدد باعث چند برابر شدن مقیاس‌پذیری می‌شود.
• هر گره شامل شارد در این شبکه، دارای یک شناسه منحصربه‌فرد است.
• در این دفترکل الگوریتم‌های ویژه‌ای برای برچسب زمانی و روبدادها به کار می‌رود.
• گره‌های رادیکس برای پخش و هماهنگ‌سازی شاردها از پروتکل شایعات استفاده می‌کنند.
• گره‌ها برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها از ساعت‌های منطقی (Logical Clocks) استفاده می‌کنند.

با وجود این که پروژه رادیکس در مراحل ابتدایی توسعه خود قرار دارد، نمی‌توان به سادگی از پتانسیل‌های بالای آن چشم‌پوشی کرد. در زمان انتشار این مقاله پلتفرم رادیکس با 20 گره، موفق به پردازش 1700 تا 1800 تراکنش در هر ثانیه شده و زمان نهایی آن تنها به 5 ثانیه رسیده است. به طور خلاصه، این پروژه از زبان توسعه‌دهندگان آن به این صورت شرح داده می‌شود: «رادیکس قابلیت اجرا بر روی هر دستگاهی را دارد.

این پلتفرم مبتنی بر API بوده و از توکن نسبتا پایدار مخصوص به خود برخوردار است. رادیکس به‌اندازه‌ای از قابلیت مقیاس‌پذیری برخوردار است که همه‌ دنیا می‌توانند به طور همزمان از آن استفاده کنند.»

مقایسه انواع فناوری‌های دفترکل‌ دیجیتالی‌ مختلف حاکی از پیموده شدن مسیری طولانی در راه تحول این فناوری است. فناوری‌هایی چون هولوچین و رادیکس مفهوم غیرمتمرکز سازی را به سطح جدیدی می‌سانند.

این امر به نوبه خود باعث ایجاد چنان پتانسیل جدیدی برای ساختارشکنی در این اکوسیستم می‌شود که پیش از این حتی تصور آن نیز ناممکن بود. با ظهور و ایجاد کاربردهای جدید برای فناوری دفترکل دیجیتالی در بخش‌ها و صنایع مختلف، این تحول سرعت بیشتری نیز به خود می‌گیرد.

منبع: Medium