الگوریتم اجماع بلاکچین چیست؟ این یکی از سوالاتی است که اکثر کاربران دنیای ارز دیجیتال با آن مواجه هستند. به طور کلی الگوریتم اجماع موضوعی در علوم کامپیوتر بوده که برای رسیدن به توافق روی یک مقدار داده در بین فرآیند‌ها یا سیستم‌های توزیع شده، استفاده می‌شود.
به همین دلیل فلسفه طراحی الگوریتم اجماع بلاک چین نیز به منظور مطمئن شدن چندین کاربر یا گره در یک شبکه به وجود آمد. حل این مسأله که آن را به عنوان مشکل اجماع می‌شناسند، در سیستم‌های محاسباتی توزیع شده و چند عاملی مانند آنچه در شبکه‌های بلاک چین دیده می‌شود، اهمیت زیادی دارد.
برای آشنایی بیشتر با الگوریتم اجماع بلاک چین و نحوه عملکرد آن مطلب امروز را به این مبحث اختصاص داده‌ایم. اما اگر با دنیای ارزهای دیجیتال آشنایی ندارید پیشنهاد می‌کنیم پیش از مطالعه این مطلب به سایت www.digiex24.com مراجعه نموده و اطلاعات بیشتری در خصوص انواع رمز ارزها و بازار آنها به دست‌آورید.
عملکرد الگوریتم‌های اجماع
وجود الگوریتم اجماع در سیستم‌های بدون خطا و در مقیاس بزرگ، بسیار مهم و حیاتی است؛ زیرا مجموعه‌ای از ماشین‌ها یا سرور‌های توزیع‌شده را قادر می‌سازد تا به عنوان یک گروه منسجم کار کرده و روی وضعیت سیستم توافق کند، حتی در صورتی که خرابی یا قطعی وجود داشته باشد. الگوریتم برای رسیدن به چنین هدفی، تعداد ماشین‌های عضوی که باید به توافق برسند را تعیین می‌کند.
از آنجایی که طراحی الگوریتم اجماع بلاک چین به گونه‌ای شکل گرفته تا بتواند یک مشکل توافقی را حل کند، بنابراین به صورت پیش فرض دارای یک برنامه‌ریزی خاص بوده که تنها گروهی از گره‌ها می‌توانند پاسخگو باشند و سایر فرایندها و سیستم‌ها غیرقابل دسترسی هستند. همچنین ممکن است در طی فرایند انتقال برخی از ارتباطات قطع شوند و یا از بین بروند، با این وجود گره‌های موجود باید بتوانند پاسخ دهند.
به عنوان مثال گاهی امکان دارد یک الگوریتم برای این که بتواند به توافق روی یک واحد داده یا وضعیت شبکه دسترسی پیدا کند، نیازمند حداقل 51 درصد از گره‌های موجود برای پاسخ‌دهی باشد. این بدین معناست که در این الگوریتم حتی با حداقل منابع نیز می‌توان به توافق‌ها دسترسی داشت، حتی اگر منابع دیگر با مشکل مواجه شده باشند. به علاوه این مکانیزم موجب شده تا یکپارچگی تصمیاتی که توسط گره‌های موافق انجام گرفته نیز حفظ شود.
بررسی کاربرد الگوریتم اجماع بلاکچین
الگوریتم اجماع در سیستم‌های کامپیوتری توزیع شده یا غیرمتمرکز، کاربرد‌های زیادی دارد. یکی از رایج‌ترین کاربرد‌های این الگوریتم‌ها در بلاک چین است که البته ابتدا باید با بلاک چین آشنا باشید.
به بیانی دیگر بلاک چین دفتر کل توزیع شده‌ای است که ارتباط زیادی با ارز دیجیتال بیت کوین دارد. این پایگاه داده غیرمتمرکز به طور جمعی توسط رایانه‌ها یا گره‌های توزیع شده در یک شبکه همتا به همتا، مدیریت می‌شود و هر همتا یا گره یک کپی از دفتر کل را برای جلوگیری از یک نقطه شکست نگهداری می‌کند و در ادامه نیز هرگونه به روز‌رسانی یا اعتبارسنجی در شبکه به طور همزمان در همه نسخه‌ها صورت می‌گیرد که این امر امنیت سوابق داده‌ها را تضمین و اعتماد را در سیستم ایجاد می‌کند؛ بدون این که به شخص ثالث قابل اعتماد متمرکز نیاز باشد.
بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که شبکه‌های بلاک چین برای این که بتوانند بین گره‌های توزیع شده به توافق برسند، بر الگوریتم‌های اجماع تکیه دارند. در واقع این مکانیزم اجماع مانند بسیاری از الگوریتم‌های دیگر نظیر اثبات سهام یا اثبات کار می‌تواند امنیت شبکه را تامین کند.
همچنین می‌تواند موجب جلوگیری از اعتبارسنجی تراکنش‌ها توسط کاربران غیرمجاز شود. به علاوه در این مکانیزم این امکان فراهم شده تا زمانی که هیچ گره‌ای مسئول نیست نیز بتوان به توافق انجام شده دست پیدا کرد.
الگوریتم‌های اجماع به گونه‌ای برنامه ریزی شده‌اند تا بتوانند تراکنش‌های توزیع شده در یک پایگاه داده را قبول یا رد کنند. همچنین می‌توان از این مکانیزم به جهت همگام سازی داده‌ها در شبکه‌های غیرمتمرکز و اطمینان از ثبات و واضح بودن تراکنش‌ها استفاده کرد.
الگوریتم‌های اجماع، کپی‌های ماشین حالت را همگام‌سازی کرده و هماهنگی بین آنها را برقرار می‌کنند که معمولاً برای رسیدن به اعتماد و امنیت در سراسر یک شبکه کامپیوتری غیرمتمرکز مانند بلاک چین استفاده می‌شوند و برای نگهداری سوابق، بسیار مفید هستند. علاوه بر بلاک چین و ارزهای دیجیتال، این الگوریتم‌ها از بسیاری از سیستم‌های محاسباتی و دیجیتالی دنیای واقعی نیز پشتیبانی می‌کنند که از جمله این سیستم‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تکرار ماشین‌های حالت
- پیج رنک گوگل
- تعادل بار
- شبکه‌های برق هوشمند
- همگام‌سازی ساعت
- کنترل هواپیما‌های بدون سرنشین
معرفی انواع الگوریتم اجماع
الگوریتم‌های اجماع در نمونه‌های مختلف وجود دارند که به شرح زیر هستند:
-
الگوریتم اثبات کار
الگوریتم PoW یا همان اثبات کار یکی از قدیمی‌ترین انواع الگوریتم‌های اجماع محسوب می‌شود. این الگوریتم برای اولین بار در سال ۱۹۹۳ معرفی و در سال ۲۰۰۸ توسط بنیانگذار بیت کوین ساتوشی ناکاموتو راه‌اندازی شد. ایده اصلی الگوریتم اثبات کار برای این بود که گره‌ها معما‌های پیچیده ریاضی را حل کنند و تخمین‌های زیادی را در سریع‌ترین زمان ممکن داشته باشند.
در بلاک چین‌های ارزهای دیجیتال که مبتنی بر الگوریتم اثبات کار هستند نیز، استخراج‌کنندگان یا اعتباردهنده‌ها که آنها را به عنوان گره‌های مشارکت‌کننده نیز می‌شناسند، باید کاری که انجام داده و ارسال کرده‌اند را ثابت کنند تا در نهایت حق اضافه کردن تراکنش‌های جدید به بلاک چین را داشته باشند.
برای این منظور، آنها باید یک مسأله پیچیده ریاضی را از یک بلوک خاص حل نمایند. این کار با دریافت داده‌ها از هدر بلوک به عنوان ورودی، و اجرای مداوم این داده‌ها از طریق یک تابع رمزنگاری قابل انجام است. با هر بار انجام شدن این فرآیند تغییراتی در داده‌های ورودی انجام خواهد شد به شکلی که در داده‌های ورودی یک عدد دلخواه به نام nonce تولید می‌گردد.
این نسخه بلاک چین حدس و گمان برای یافتن راه حل است. در نهایت، زمانی که ماینر راه‌حلی را پیدا کرده تا منجر به اجماع شود، در ارز دیجیتال پاداش دریافت می‌کند. با این حال، همه این اقدامات نیاز به تکرار‌های متعدد دارند که مقدار قابل توجهی از توان محاسباتی را مصرف می‌کنند. به همین دلیل است که الگوریتم اثبات کار یک مکانیزم اجماع ناکارآمد به شمار می‌رود.
اما با این وجود، الگوریتم اثبات کار همچنان محبوب بوده؛ زیرا امنیت شبکه را حفظ می‌کند و تقریباً در برابر حملات سایبری مانند حملات DDoS مقاوم است. همچنین قدیمی‌ترین الگوریتم اجماع است که می‌تواند به خوبی روی بلاک چین‌ها کار کند.
-
الگوریتم اثبات کار با تأخیر
الگوریتم اثبات کار با تأخیر یا dPoW یک نسخه اصلاح شده از الگوریتم اجماع اثبات کار است. در این روش اجماع، شبکه بلاک چین عکس‌های دوره‌ای فوری را تهیه و سپس به عنوان بخشی از فرآیند تأیید اسناد رسمی در یک بلوک در شبکه می‌نویسد که این فرآیند به ایجاد یک نسخه پشتیبان از کل سیستم در بلاک چین کمک می‌کند.
البته باید توجه داشت که این مورد، یک الگوریتم اجماع نیست؛ زیرا برای دستیابی به اجماع در بلوک‌های جدید استفاده نمی‌شود. در عوض، این یک مکانیزم امنیتی بوده که زنجیره‌های بلوکی را در برابر حملات ۵۱ درصدی مقاوم می‌کند.
-
الگوریتم اثبات سهام
الگوریتم اثبات سهام یا PoS جایگزینی برای الگوریتم اثبات کار در نظر گرفته می‌شود. برخلاف الگوریتم اثبات کار، این الگوریتم به منابع سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری تخصصی کمتری برای استخراج ارزهای دیجیتال نیاز دارد، تنها به این دلیل که شامل حل مشکلات محاسباتی پیچیده نمی‌شود. در عوض، اعتبارسنجی‌های رمزنگاری، برخی از سکه‌های خود را در کیف پول قفل یا نگهداری می‌کنند. سپس با کشف بلوکی که می‌تواند به بلاک چین اضافه شود، بلوک‌ها را اعتبارسنجی خواهد کرد.
اعتبارسنجی‌ها نیز، متناسب با شرط‌بندی‌هایی که بر اساس بلوک‌های اضافه شده به بلاک چین انجام داده‌اند، یا سود دریافت می‌کنند و یا سهام‌شان را افزایش می‌دهند و از آنجایی که اصل این الگوریتم مبتنی بر انگیزه است، انرژی محاسباتی کمتری نسبت به الگوریتم اثبات کار مصرف می‌شود.
با دارا بودن این مزایا و ویژگی‌ها، الگوریتم سهام یک نقض اساسی دارد؛ این که میزان ظرفیت استخراج هر کدام از اعتبارسنجی‌ها وابسته به تعداد توکن‌های آن است. یعنی هر ماینری که در شروع کار سکه‌های بیشتری داشته باشد، بیش از سایرین می‌تواند مکانیزم اجماع را کنترل کند.
این در حالی است که تعداد کمی از ماینرها می‌توانند سکه‌های زیادی را خریداری کنند. در نتیجه این امر موجب گشته تا عملکرد مکانیزم کمرنگ شده و تمرکز سیستم نیز کاهش یابد.
-
الگوریتم اثبات سهام واگذار شده
این الگوریتم یک نسخه کارآمدتر از نمونه قبلی محسوب می‌شود و بر اساس یک سیستم رای‌گیری است که نمایندگان برای دستیابی به اجماع در طول تولید و اعتبارسنجی بلوک‌ها، به تأیید‌کننده‌های مورد علاقه خود رای می‌دهند. همچنین باید گفت نمایندگان علاوه بر این که در اعتبارسنجی تراکنش‌ها نقش دارند، می‌توانند موجب بهبود یکپارچگی، شفافیت شوند و قابلیت اطمینان شبکه بلاک چین را بالا ببرند.
سیستم رای‌گیری این الگوریتم و قدرت رای نمایندگان، به شهرت و تعداد سکه‌های ذخیره شده آنان بستگی دارد. ضمنا این مکانیزم مقیاس‌پذیرتر از PoW یا PoS به شمار می‌رود؛ زیرا می‌تواند تراکنش‌های بیشتری را در ثانیه پردازش کند و زمان‌های تأیید سریع‌تری را ارائه دهد.
-
الگوریتم اثبات صلاحیت
الگوریتم اجماع اثبات صلاحیت یا PoA یک جایگزین کارآمدتر و مقیاس‌پذیرتر برای الگوریتم PoW است. در الگوریتم اثبات صلاحیت اعتبارسنجی‌های بلوک به جای سکه‌ها، اعتبار و هویت خود را به خطر می‌اندازند.
معمولاً یک شبکه بلاک چین مبتنی بر اثبات صلاحیت توسط تعداد محدودی از گره‌های اعتبارسنجی ایمن می‌شود. این گره‌ها طرف‌های قابل اعتمادی هستند که به طور داوطلبانه انتخاب شده‌اند تا تراکنش‌ها را تأیید و به عنوان تعدیل‌کننده سیستم عمل کنند و در نهایت به ایجاد یک مکانیزم مقیاس‌پذیرتر از الگوریتم اثبات کار، کمک نمایند.
از آنجایی که هویت واقعی این گره‌های تعدیل‌کننده شناخته شده و قابل اعتماد است، به همین جهت این الگوریتم برای کاربرد‌های لجستیکی نظیر زنجیره تأمین یا شبکه‌های تجاری بسیار مناسب خواهد بود. در این صورت این امکان برای کاربران فراهم می‌شود تا ضمن حفظ حریم خصوصی و ایمن کردن تراکنش‌های خود، از تمام مزایای فناوری بلاک چین استفاده کنند.
-
الگوریتم اثبات سوختگی
الگوریتم اثبات سوختگی یا PoB یکی دیگر از انواع الگوریتم اجماع بلاک چین بوده که به عنوان یک جایگزین پایدار برای الگوریتم‌های PoW و PoS در حال آزمایش است. این الگوریتم را می‌توان مشابه PoW دانست، با این تفاوت که انرژی محاسباتی بسیار کمتری را به دلیل عدم نیاز به منایع سخت‌افزاری مصرف می‌کند. در عوض، ماینرها برای دستیابی به اجماع، سکه‌ها را در بلاک چین سوزانده و یا سرمایه‌گذاری می‌کنند.
در ادامه نیز سکه‌ها به آدرسی فرستاده می‌شوند که قابل بازیابی نبوده و آنها را غیرقابل دسترس و بی‌فایده می‌کند که این نشان دهنده تعهد ماینرها به شبکه است و به آنها حق استخراج سکه‌های جدید و اعتبارسنجی تراکنش‌های جدید در شبکه را می‌دهد.
بدین ترتیب هرچقدر یک ماینر، سکه‌های بیشتری بسوزاند، قدرت استخراج بیشتری دارد که شانس او را برای تبدیل شدن به اعتبارسنجی بلاک بعدی افزایش می‌دهد. قابل ذکر است که سوزاندن سکه در PoB موجب کاهش عرضه سکه و افزایش ارزش آنها می‌شود و امنیت شبکه را از طریق سرمایه‌گذاری سکه‌های سوخته بهبود می‌بخشد.
-
الگوریتم اجماع ترکیبی PoS/PoW
الگوریتم ترکیبی PoS/PoW توانسته نقاط ضعف الگوریتم‌های PoW و PoS را متعادل کند که این کار با ماینر‌هایی PoW شروع شده و بلاک‌های جدیدی را برای افزودن به بلاک چین ایجاد خواهد کرد. پس از ایجاد بلاک‌ها، استخراج‌کنندگان PoS به تأیید یا رد آنها رای می‌دهند و در طول این فرآیند، آنها بخشی از توکن‌های خود را مانند الگوریتم PoS به اشتراک می‌گذارند.
اما برخلاف PoS، تعداد کل آرا در این الگوریتم ترکیبی بررسی نمی‌شود. در عوض، پنج رای به طور تصادفی انتخاب شده تا کارایی بلوک جدید مشخص گردد. اگر سه رای از پنج رای مثبت باشد، اجماع حاصل می‌شود و بلوک به زنجیره بلوکی اضافه خواهد شد. سیستم پاداش‌دهی نیز به طور متناسب، ۶۰ درصد به استخراج‌کنندگان PoW، ۳۰ درصد به ماینر‌های PoS توزیع شده و ۱۰ درصد را باقی مانده به بهبود سیستم اختصاص می‌دهد
جمع بندی
در دنیا رمز ارزهای دیجیتال، فرآیند اجماع به یکی از اصلی‌ترین اجزای بلاک چین‌ها تبدیل شده است که وجود آن اهمیت زیادی دارد. البته الگوریتم‌های اجماع در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارند و تنها در رمز ارزهای دیجیتال و بلاک چین‌ها استفاده نمی‌شوند. به طور کلی الگوریتم اجماع بلاک چین به گونه‌ای طراحی شده تا بین اعضای شبکه توافق ایجاد کرده و سیستم بتواند کارایی و عملکرد اصلی خود را حفظ کند.