الگوریتم اجماع چیست ؟ و بررسی انواع آن

0

الگوریتم های اجماع یک عنصر مهم و اساسی در یک شبکه توزیع شده، مسئول حفظ صداقت و امنیت شبکه هستند.

اولین الگوریتم اجماع که در ارزهای رمزپایه ایجاد شد، الگوریتم اثبات کار بود. که توسط ساتوشی ناکاماتو طراحی  و در بیت کوین بعنوان راهی برای غلبه بر خطاهای بیزانس(نودهای خرابکار که قصد تقلب در سیستم را دارند) اجرا شد.

الگوریتم اجماع مکانیزمی است که توسط آن عضوهای شبکه بلاک چین به یک توافق جمعی می رسند. سیستم های غیر متمرکز مانند بلاک چین بصورت توزیع شده ساخته می شوند و از آنجا که به یک سازمان متمرکز و مرکزی وابسته نیستند، عضوهای شبکه توزیع شده باید در مورد اعتبار معاملات توافق کنند. جایی که در آن الگوریتم اجماع اجرا می شود، این ضمانت وجود دارد که از قوانین پروتکل پیروی می شود و انجام معاملات نیازمند اعتماد به شخصی یا اشخاصی ندارد زیرا در هر صورت معاملات بصورت مطمئن اجرا می شوند.

قبل از این که وارد جزئیات الگوریتم های اجماع شویم نیاز است که بدانیم تفاوت یک الگوریتم و یک پروتکل در چیست.


مقایسه الگوریتم در مقابل پروتکل


کلمه الگوریتم و پروتکل معمولاً به عنوان دو کلمه مشابه و جایگزین یکدیگر استفاده می شوند. اما آن ها شبه یکدیگر نیستند. به تعبیر ساده، ما یک پروتکل را بعنوان قوانین اصلی یک بلاک چین و الگوریتم مکانیزمی که از طریق آن ها این قوانین رعایت می شوند، تعریف می کنیم.

فناوری بلاک چین علاوه بر این که در سیستم های مالی مورد استفاده قرار گرفته است، همچنین می تواند برای طیف گسترده ای از مشاغل کاربرد داشته باشد. علاوه بر زمینه فعالیت، شبکه بلاک چین بر مبنای یک پروتکل که نحوه عملکرد سیستم را مشخص می کند، ساخته می شود. بنابراین همه قسمت های مختلف سیستم و همه عضو های شبکه باید قوانین یک پروتکل اصولی را رعایت کنند.

پروتکل تعیین می کند که چه قوانینی وجود دارد و الگوریتم به سیستم می گوید که برای رعایت این قوانین و تولید نتایج مورد نظر چه اقداماتی باید انجام شود. بعنوان مثال، الگوریتم های اجماع یک بلاک چین همان چیزی است که اعتبارسنجی معاملات در بلاک ها را تعیین می کند. بنابراین بیت کوین و اتریوم پروتکل هستند در حالی که اثبات کار الگوریتم اجماع آن ها است.

برای فهم بهتر یک آشپزخانه را تصور کنید.

پروتکل در آن آشپزخانه شرایط و قوانین است. مانند:

چاقو می برد، شعله گاز برای پختن است، ماهیتابه برای سرخ کردن خوب است و…

یک الگوریتم در همان آشپزخانه:

ابتدا پیاز را خرد کنید، سپس روغن را در ماهیتابه داغ کنید، پیاز را داخل ماهیتابه بریزید و…

انواع مختلفی از الگوریتم های اجماع وجود دارد، که از رایج ترین آن ها می توان به “اثبات کار” و “اثبات سهام” اشاره کرد. هر کدام از الگوریتم های اجماع مزایا و معایبی دارند و برای برقراری امنیت، کارایی و مقیاس پذیری شبکه تلاش می کنند.


بررسی چند نمونه از الگوریتم های اجماع


اثبات کار (PoW)  

اولین الگوریتم اجماعی که به وجود آمد، اثبات کار بود، که توسط بیت کوین و بسیاری از ارزهای دیگر استفاده می شود. فرایند ماینینگ یا استخراج نقش اساسی در الگوریتم اثبات کار دارد. در اثبات کار، استخراج کنندگان یا ماینرهای شبکه برای حل معماهای ریاضی با یکدیگر به رقابت می پردازند اولین نفری که موفق شود آن معما را حل کند می تواند تراکنش را به بلاک اضافه کند و پاداش آن بلاک را دریافت کند. زمانی که یکی از ماینرها معما را حل کرد، راه حل را برای عضوهای دیگر شبکه ارسال می کند تا ماینرها درست بودن پاسخ را تایید کنند و معتبر بودن تراکنش به توافق جمعی شبکه برسد.

در اثبات کار قدرت محاسباتی (hash rate) مطرح است. هر ماینری که قدرت محاسباتی بیشتری داشته باشد در حل معادلات و دریافت پاداش موفق تر است.

الگوریتم اثبات کار امروزه قابل اطمینان ترین و امن ترین نوع الگوریتم اجماع است. اما با این حال یکی از بزرگترین مشکلات آن مقیاس پذیر نبودن آن است. بیت کوین و همچنین سایر بلاک چین های مبتنی بر اثبات کار از نظر تعداد انجام معمالات در ثانیه عملکرد محدودی دارند. این مشکل عدم مقیاس پذیری امکان استفاده از رمزارزها را در مقیاس های بزرگتر محدود می کند.

اثبات سهام (PoS)

الگوریتم اجماع اثبات سهام در سال 2011 به وجود آمد. اگرچه اثبات سهام و اثبات کار اهداف مشترکی دارند، اما تفاوتهای اساسی بین آن دو وجود دارد. به خصوص در نحوه اعتبارسنجی بلاک های جدید. برخلاف الگوریتم اثبات کار که به استخراج کننده هایی که مسئله ریاضی را حل و بلاک جدید را تولید کنند پاداش تعلق می گیرد، در اثبات سهام تولیدکننده بلاک جدید، از میان تجمع کاربرانی که مقدار معینی رمزارز را در گرو شبکه گذاشته اند انتخاب می شود. این به این معنیست که در سیستم  اثبات سهام معمایی برای حل شدن وجود ندارد  و در نتیجه خبری هم از پاداش نیست. در عوض، اعتبارسنج ها (ماینرها) از هر تراکنش مقداری کارمزد دریافت می کنند. از آنجا که در اثبات سهام نیازی به حل معادلات ریاضی نیست، انرژی کم تری نیز مصرف می شود. جریمه تلاش برای آسیب رساندن به شبکه این است که احتمال دارد فرد سرمایه خودش را (ارزهای گرو گذاشته شده) که ممکن است تا ده ها هزار دلار هم باشد، از دست بدهد. 

اتریوم در حال حاضر مبتنی بر اثبات کار است. اما قصد دارد در آینده، شبکه را از اثبات کار به اثبات سهام تغییر دهد.

اثبات سهام محول شده (DPoS)  

الگوریتم اثبات سهام محول شده از نظر بسیاری بعنوان یک نسخه کارآمدتر و دموکراتیک تر از مکانیزم قبلی یعنی اثبات سهام، است.

اثبات سهام و اثبات سهام محول شده هر دو بعنوان جایگزینی برای الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده می شوند. از آن جا که اثبات کار از مقدار زیادی کار محاسباتی برای تأمین امنیت شبکه استفاده می کند، اثبات سهام و اثبات سهام محول شده به منابع کمتری نیاز دارند و از نظر طراحی، پایدارتر و سازگار با محیط زیست هستند.

اثبات سهام محول شده، الگوریتم اجماعی است که توسط Daniel Larimer در سال 2014 ساخته شد.

اعتبار سنج ها (ماینرها) قادر به رای دادن به چند نماینده هستند که از طرف آن ها شبکه را ایمن می کنند. این نمایندگان وظیفه اعتبارسنجی بلاک های جدید را دارند. بلاک چین هایی که از اثبات سهام محول شده استفاده می کنند در مقایسه با اثبات کار و اثبات سهام مقیاس پذیر تر هستند. این یعنی قادر به پردازش معاملات بیشتری در هرثانیه هستند.

در حال حاضر ارزهای  Lisk، Steem، EOS و BitShares از این الگوریتم استفاده می کنند.

اثبات اعتبار (PoA)

اثبات اعتبار یک الگوریتم اجماع مبتنی بر شهرت است که یک راه حل عملی و کارآمد برای به اجماع رسیدن در شبکه را ارائه می دهد. این الگوریتم در سال 2107 توسط  گاوین وود پیشنهاد شد.

برخلاف اثبات سهام که مقداری ارز در شبکه بعنوان تضمین درست کار کردن نودها گرو نگه می دارد، الگوریتم اثبات اعتبار توسط نودهای معتبر که بعنوان اشخاص قابل اعتماد انتخاب می شوند، معاملات را ایمن می کند. مدل اثبات اعتبار به تعداد محدودی از اعتبارسنج های بلاک متکی است و این محدود بودن اعتبارسنج ها همان چیزی است که آن را به یک سیستم مقیاس پذیر تبدیل می کند. الگوریتم اجماع POA ممکن است در سناریوهای مختفلی استفاده شود به عنوان مثال در زنجیره های تأمین، استفاده از مدل اثبات اعتبار یک راه حل موثر و معقول تلقی می شود.

اثبات حاصل از سوزاندن ارز (PoB)

 الگوریتم اثبات سوزاندن ارز مانند یک الگوریتم اثبات کار است اما با کاهش میزان مصرف انرژی. در PoB به جای سرمایه گذاری بر روی تجهیزات گران قیمت ماینینگ، اعتبارسنج ها با ارسال مقداری ارز به آدرسی که غیرقابل برگشت است، اصطلاحاً سکه ها را می سوزانند. بنابراین در اینجا سوزاندن ارز به معنای اعتبارسنجی در ازای ضرر کوتاه مدت و تعهد بلند مدت در شبکه است. هر چه تعداد ارز بیشتری سوزانده شود، شانس انتخاب جهت اعتبارسنجی بلاک بعدی بیشتر است. پس قدرت استخراج به سمت کسانی می رود که مایل هستند ارز بیشتری بسوزانند.  

نتیجه گیری

همانطور که در قبل گفته شد، الگوریتم های اجماع برای حفظ صداقت و امنیت شبکه رمزارزها بسیار مهم هستند. آن ها وسیله ای برای به توافق رسیدن عضوها در شبکه هستند، که صحت تراکنش های انجام شده در شبکه را تایید می کنند. ما در این مقاله سعی کردیم شما را با چند نمونه از الگوریتم های اجماع آشنا کنیم. پیشنهاد می شود برای بررسی دقیق تر به مقاله ی تخصصی هر کدام از الگوریتم های اجماع مراجعه کنید.

امکان نظردهی غیر فعال شده.