الگوریتم اجماع چیست؟

در این مقاله به بررسی مفهوم الگوریتم اجماع می پردازیم و انواع مختلف آنها از جمله اثبات کار، اثبات سهام، اثبات فضا و ... را معرفی خواهیم کرد.

نوشته شده در مفاهیم تخصصی 13 دقیقه مدت مطالعه · >
الگوریتم اجماع

در این مقاله به بررسی مفهوم اجماع در فناوری رمز ارز می پردازیم و انواع مختلف الگوریتم های اجماع را معرفی خواهیم کرد. این الگوریتم ها عبارتند از اثبات کار، اثبات سهام، اثبات اعتبار و اثبات فضا.

اجماع چیست؟

کلمه اجماع به طور کلی به معنی توافق افراد بر سر یک موضوع خاص است. اصطلاح اجماع در فناوری رمز ارز نیز تا حدود زیادی همین معنی را دارد.

فرض کنید با چهار نفر از دوستان خود صحبت می کنید که به رستوران بروید یا سینما. حالا همینجا یک الگوریتم اجماع ساده ایجاد می شود. یعنی اگر 3 نفر از 5 نفر به رستوران رای بدهند، تصمیم گرفته می شود که به رستوران بروید.

حالا اگر دو نفری که به سینما رفتن رای داده اند ولی تصمیم پایانی بر خلاف میل آنها است، می توانند 2 نفر دیگر را با خود بیاورند تا حداکثر تعداد رای را بدست بیاورند. قطعا این عادلانه نیست. در عوض می توان این قانون را گذاشت که هر کس برای داشتن حق رای، باید یک پازل یا معما را حل کند یا مقداری پول بدهد. بدین شکل، کسی دیگر نمی تواند به راحتی حق رای داشته باشد و در نتیجه آرا دستکاری کند.

الگوریتم اجماع بلاکچین

این مثال ساده خیلی شبیه به الگوریتم های اجماع رمز ارزی است. برای مثال، کامپیوترها (ماینرها) در الگوریتم اثبات کار باید مسائل پیچیده ریاضی را حل کنند تا حق پردازش تراکنش داشته باشند. یا در الگوریتم اثبات سهام، کامپیوترها (اعتبارسنج ها) برای پردازش تراکنش باید مقداری رمز ارز سپرده گذاری کنند. هدف واحد تمامی الگوریتم های اجماع، جلوگیری از دستکاری در نتیجه رای گیری است.

طبیعتا در دنیای واقعی یک الگوریتم اجماع ساده برای تصمیم گیری کافی است. چون می توان به دوستان خود اعتماد کرد که صادق هستند و در نتیجه رای گیری دستکاری نمی کنند. اما وقتی صحبت از رمز ارزها باشد، رای گیری درباره موضوعات خیلی مهم تری خواهد بود. همچنین چون هر کسی می تواند ماینر یا اعتبارسنج باشد، باید از یک الگوریتم اجماع قدرتمند استفاده کرد تا مطمئن شد که تمامی آنها در انجام تراکنش ها صادق هستند.

تقریبا تمامی الگوریتم های اجماع رمز ارزی در چهار دسته کلی قرار می گیرند:

  1. اثبات کار
  2. اثبات سهام
  3. اثبات اعتبار
  4. اثبات فضا

اثبات کار (PoW)

با اینکه بیت کوین اولین رمز ارزی بوده که از الگوریتم اثبات کار استفاده کرده است، اما اولین استفاده از الگوریتم اثبات کار به دهه 90 میلادی برمی گردد. این الگوریتم در اصل توسط دو مهندس کامپیوتر به نام سینتیا داورک و مانتی نوئر ساخته شد تا برای مقابله با اسپم های ایمیلی به کار گرفته شود.

اثبات کار بیت کوین خیلی ساده است. کامپیوترهایی به نام “ماینر” (استخراج کننده) برای حدس زدن اعداد بسیار تصادفی با یکدیگر رقابت می کنند. ماینری که زودتر از همه بتواند اعداد درست را حدس بزند، پاداش بلاک دریافت می کند. این پاداش به شکل رمز ارز BTC (بیت کوین) است. علاوه بر این، تمامی کارمزدهای پرداخت شده موجود در بلاک مربوطه، به او تعلق می گیرد. (نوعی الگوریتم اجماع به نام “اثبات سوزاندن” وجود دارد که شامل سوزاندن رمز ارزهای ساخته شده در مکانیزم اثبات کار است. برای آشنایی با این الگوریتم می توانید به مقاله مربوطه مراجعه کنید).

مزایای الگوریتم اجماع اثبات کار

مهمترین فایده اثبات کار این است که دستکاری در تراکنش ها را دشوار می کند. یعنی اگر کسی بخواهد تراکنش ها را دستکاری کند، باید تمامی دستگاه های ماینر متصل به شبکه که در سراسر جهان هستند را بطور همزمان هک کند. یا اینکه ماینری بسازد که قدرت ساخت یک زنجیره از بلاک های شامل تراکنش های بد را داشته باشد.

هرچه تعداد ماینرهای متصل به شبکه بیشتر شود، سختی دستکاری در تراکنش ها نیز دشوار تر می شود. حتی میزان سختی استخراج هم بر اساس میزان قدرت محاسباتی موجود در شبکه افزایش می یابد. بدین شکل، امنیت بلاکچین بیت کوین هر بار قدرتمند تر می شود.

نواقص اثبات کار

با اینکه الگوریتم اثبات کار امنیت بسیار بالایی دارد، اما بدون نقص نیست. مشکل اصلی این الگوریتم، مصرف انرژی بالای آن است. به همین خاطر، برخی پروژه های رمز ارزی الگوریتم های اثبات کار جدیدی را طراحی کرده اند که در عین ایمن بودن، مصرف انرژی کمتری دارند. یکی از این پروژه ها، دوج کوین است.

اثبات کار جانبی

دوج کوین از الگوریتم اثبات کار جانبی (Auxiliary PoW) استفاده می کند. با استفاده از این الگوریتم می توان دو رمز ارز اثبات کار را به طور همزمان و بدون نیاز به انرژی اضافی استخراج کرد. تنها کافی است جزئیات الگوریتم دو رمز ارز مربوطه با یکدیگر مشابه باشند.

الگوریتم اجماع اثبات انتقال

استکس (Stacks) پروژه دیگری است که از یک الگوریتم اثبات کار جدید به نام “اثبات انتقال” استفاده می کند. در این الگوریتم، ماینرها مقداری بیت کوین را در بلاکچین استکس می گذارند تا بتوانند بلاک بسازند و پاداش خود را به شکل رمز ارز STX دریافت کنند. در عین حال، اعضای شبکه استکس با قرار دادن STX خود در بلاکچین استکس می توانند مقداری از بیت کوین های ماینرها را دریافت کنند.

از آنجا که گزارشات انتقال بیت کوین از ماینرها به اعضای شبکه استکس در بلاکچین بیت کوین ذخیره می شود، استکس می تواند از توانایی امنیتی این بلاکچین بهره مند شود.

اثبات پوشش

در نوع دیگری از الگوریتم های اثبات کار، نیاز به توان محاسباتی به طور کامل حذف شده است. یکی از آنها، الگوریتم “اثبات پوشش” هلیوم است. هلیوم یک پروژه رمز ارزی است که قصد دارد زیرساخت اینترنت را به شکل غیر متمرکز در بیاورد.

جهت تحقق این امر، هلیوم نرم افزار و سخت افزار متن باز مورد نیاز برای ساخت و اجرای دستگاه های هات اسپات را تامین می کند. این دستگاه ها امواج 5G و رادیویی با فرکانس پایین ارسال کرده و می توانند شبکه هایی کاملا همتا به همتا ایجاد کنند. هات اسپات های هلیوم در واقع بررسی می کنند که هات اسپات های دیگر در حال انجام کار خود باشند. یعنی به خوبی در حال پوشش دهی شبکه باشند. پاداش آنها نیز به شکل رمز ارز HNT است.

الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS)

تاریخچه اثبات سهام با بیت کوین آغاز شده است! دقیق تر بگوییم، در سال 2011 یکی از کاربران Bitcoin Talk مکانیزمی را پیشنهاد داد که در آن از بیت کوین های هولد شده به عنوان حق پردازش تراکنش ها استفاده می شود.

امروزه ده ها رمز ارز اثبات سهام وجود دارد، اما تعداد کمی از آنها از نسخه اصلی اثبات سهام استفاده می کنند. نسخه اصلی این الگوریتم بسیار ساده بوده و شامل قفل کردن رمز ارز برای تبدیل شدن به اعتبارسنج است. اعتبارسنج ها مشغول ساخت بلاک (شامل تراکنش ها) می شوند و به ازای آن مقداری پاداش بلاک به اضافه تمامی کارمزدهای پرداختی موجود در بلاک را دریافت می کنند.

نحوه انتخاب شدن یک اعتبارسنج برای انجام این کار، کاملا تصادفی نیست. چون به میزان رمز ارز قفل شده اعتبارسنج نیز بستگی دارد.

تفاوت اصلی اثبات سهام با اثبات کار

بر خلاف ماینرها، اعتبارسنج ها نیازی به سیستم های قدرتمند ندارند. چون قرار نیست درگیر محاسبات پر مصرف شوند. آنها فقط تراکنش ها را پردازش می کنند و نیازی به قدرت محاسباتی بالا ندارند. یعنی حتی با یک لپ تاپ مناسب هم می توانند در شبکه اثبات سهام فعالیت کنند.

البته بسیاری از رمز ارزهای اثبات سهام، افراد را مجبور به تهیه سخت افزار قدرتمند می کنند. همچنین در برخی از آنها، اعتبارسنج ها به دلیل عدم فعالیت منظم یا تلاش برای دستکاری در تراکنش ها جریمه می شوند. منظور از جریمه، سوزانده شدن بخشی از رمز ارزهای استیک شده توسط اعتبارسنج است. این نوع جریمه به “اسلشینگ” (Slashing) معروف است و درجه آن می تواند از صفر تا صد درصد باشد.

یکی از معدود رمز ارزهایی که از الگوریتم اثبات سهام استاندارد استفاده می کند، هلیوم است. اعتبارسنج های هلیوم باید 10 هزار HNT استیک کنند و حداقل 5 ماه آنها را قفل نگه دارند. یعنی برای تبدیل شدن به یک اعتبارسنج هلیوم باید حدود 400 هزار دلار سرمایه داشت. این سخت گیری شاید باعث افزایش امنیت هلیوم شود، اما اعتبارسنج های جدید به سختی می توانند فعالیت خود را آغاز کنند. به همین دلیل، بسیاری از رمز ارزهای اثبات سهام از الگوریتم “اثبات سهام نمایندگی شده” استفاده می کنند.

اثبات سهام نمایندگی شده

یکی از این رمز ارزها، سولانا است. اما ابتدا باید موضوعی را روشن کنیم. بر خلاف تصور خیلی از افراد، سولانا از الگوریتم اثبات تاریخچه استفاده نمی کند. بلکه اثبات تاریخچه بخشی از الگوریتم اثبات سهام نمایندگی شده آن است.

در اثبات سهام نمایندگی شده، افراد نمایندگی مقداری از رمز ارزهای خود را به اعتبارسنج ها واگذار کرده تا بخشی از پاداش استیکینگ آنها را دریافت کنند. این افراد (که به تفویض کننده معروف هستند) تشویق می شوند که سرمایه خود را به اعتبارسنج های سالم و با کیفیت بدهند. چون در غیر اینصورت، ممکن است رمز ارزهای خود را به دلیل اسلشینگ از دست بدهند.

البته تفویض کننده ها معمولا تمایل دارند اعتبارسنج های موجود در ابتدای لیست ها (وب سایت یا کیف پول) را انتخاب کنند. این موضوع باعث ایجاد مشکلات امنیتی و متمرکزسازی شده است. چون بدین شکل، قدرت در دست چند استخر محدود قرار می گیرد. همین باعث شده تا رمز ارزهایی مثل الگوراند، الگوریتم های اثبات سهام جدیدی ابداع کنند.

الگوریتم اجماع اثبات سهام خالص

الگوریتم استفاده شده توسط الگوراند، “اثبات سهام خالص” نام گرفته است. در این الگوریتم، هزاران نود مشغول تایید بلاک هایی می شوند که توسط زیرمجموعه کوچک تری از نودها به نام نودهای ریلی (Relay) ساخته شده اند. نودهای ریلی شبیه به اعتبارسنج ها هستند، اما بلاک ها را اعتبارسنجی نمی کنند.

در الگوراند و بسیاری از دیگر رمز ارزهای اثبات سهام نمایندگی شده، لازمه “حداقل میزان استیک” وجود ندارد. دوره قفل دارایی نیز در آنها بیش از چند روز نیست. این عوامل باعث شده تا ورود به الگوریتم اثبات نمایندگی شده آسان باشد.

الگوریتم اثبات سهام به هر شکلی که باشد، مزایای بسیاری را خواهد داشت. یکی از مهمترین مزایای این الگوریتم، وزن کم آن است. این ویژگی به رمز ارزهای اثبات سهام کمک می کند تا بتوانند ده ها هزار تراکنش در ثانیه پردازش کنند.

اما مشکل اصلی اثبات سهام این است که نسبت به اثبات کار، امنیت بسیار کمتری ایجاد می کند. چون ساختار آن به شکلی است که هر شخص با خرید مقدار زیادی رمز ارز می تواند در آن دستکاری کند. قطعا بدست آوردن نیروی محاسباتی خیلی سخت تر از خرید رمز ارز است.

اثبات فعالیت؛ ترکیب اثبات کار با اثبات سهام

نوع دیگری از الگوریتم اجماع به نام اثبات فعالیت (Proof of Activity) وجود دارد که حاصل ترکیب اثبات کار با اثبات سهام است. البته خیلی از افراد معتقدند که اثبات فعالیت خود یک الگوریتم مجزا و غیر وابسته است. برای آشنایی با این الگوریتم می توانید به مقاله مربوطه مراجعه کنید.

اثبات اعتبار (PoA)

الگوریتم اثبات اعتبار برای اولین بار در سال 2017 توسط دکتر گاوین وود (موسس پولکادات و یکی از موسسان اتریوم) معرفی شد. بر خلاف دیگر الگوریتم ها، در اثبات اعتبار نیازی به داشتن قدرت محاسباتی یا سرمایه رمز ارزی نیست. بلکه نودهای آن باید خود را به یک هویت فردی یا سازمانی ربط بدهند تا بتوانند بلاک ایجاد کنند. منطق الگوریتم اثبات اعتبار این است که “نودها رفتار مخرب نخواهند داشت تا اعتبار خود در پروژه مربوطه یا انجمن آن را حفظ کنند”. نودهایی که قصد خرابکاری داشته باشند، در پایان به دادگاه احضار می شوند. چون هویت آنها برای همه آشکار است.

جالب اینجاست که نودهای اثبات اعتبار لزوما همیشه پاداش بلاک یا کارمزد تراکنش دریافت نمی کنند. بلکه به حفظ صداقت و اعتبار خود تشویق می شوند.

بسیاری از رمز ارزهای مدرن، در ابتدا از اثبات اعتبار استفاده کرده اند و سپس به اثبات سهام یا اثبات کار منتقل شده اند. یکی از این رمز ارزها که در میانه انتقال است، رونین (Ronin) نام دارد. رونین یک راهکار مقیاس پذیری لایه 2 برای اتریوم بوده که به طور اختصاصی برای اکسی اینفینیتی ساخته شده است.

نودهای رونین توسط شرکت هایی همچون یوبی سافت، بایننس و Sky Mavis اجرا می شوند. هر وقت توکن RON در صرافی غیر متمرکز Katana بین تامین کنندگان نقدینگی توزیع شد، الگوریتم رونین به اثبات سهام یا اثبات کار تغییر پیدا می کند.

مشکل اصلی اثبات اعتبار

رمز ارزهای اثبات اعتبار، از سرعت بالایی برخوردارند و برخی از آنها از نسخه اثبات کار خود نیز سریع تر هستند. چون مانعی در برابر پردازش تراکنش ها وجود ندارد و خبری از استیکینگ یا ماینینگ نیست. با این حال، اثبات اعتبار یک مشکل بزرگ دارد. مشکل این است که بلاکچین های اثبات اعتبار تقریبا همیشه نیازمند کسب اجازه هستند و شکل متمرکز به خود گرفته اند. چون نودها باید هویت خود را به یک نهاد مرکزی ثابت کنند. این نهادها در واقع تایید می کنند که نود مربوطه صلاحیت پردازش تراکنش را دارد یا خیر.

به همین دلیل است که برخی از این نوع رمز ارزها، الگوریتم های اثبات اعتبار جدیدی را ساخته اند. در این الگوریتم های جدید، نهادهای ثالث بدون نیاز به اجازه می توانند در تامین امنیت و غیر متمرکزسازی بلاکچین مشارکت داشته باشند.

اثبات اعتبار نمایندگی شده

یکی از این رمز ارزها، تتا (Theta) است که از نوعی اثبات اعتبار نمایندگی شده استفاده می کند. بلاکچین تتا شامل 16 “نود اعتبارسنج سازمانی” است که توسط شرکت های فناوری بزرگ، از جمله گوگل و سونی اجرا می شوند. این شرکت ها حداقل 2 میلیون THETA استیک کرده اند تا بتوانند نود اجرا کنند. علاوه بر این، 3 هزار و چهارصد و چهل “نود مراقب” در شبکه تتا حضور دارند که فرایند پردازش تراکنش توسط نودهای اعتبارسنج را بررسی می کنند. برای اجرای یک نود مراقب باید حداقل هزار عدد THETA استیک کرد.

پروژه هایی مثل استلار نیز روش های مشابهی را دنبال کرده اند. پروتکل اجماع استلار (SCP) شامل انواع مختلفی نود است که امنیت بلاکچین را حفظ می کنند.

اثبات فضا

الگوریتم اثبات فضا برای اولین بار در سال 2013 توسط پروفسور استفان زیمباسکی معرفی شد. این الگوریتم از همان ابتدا به منظور جایگزین کردن اثبات کار ساخته شده بود. در این نوع الگوریتم، ماینرها به جای نیروی محاسباتی باید از فضای ذخیره سازی برای کسب فرصت ساخت بلاک استفاده کنند.

اثبات فضا و زمان

البته هیچ کدام از رمز ارزهای فعلی دقیقا از نسخه اثبات فضای اصلی استفاده نمی کنند و نزدیک ترین نمونه به آن، “اثبات فضا و زمان” شبکه چیا است. در این الگوریتم، فارمرها نرم افزار چیا را در فضای ذخیره سازی سیستم خود نصب می کنند. سپس یک سری اعداد رمزنگاری شده توسط نرم افزار در پلات های هارد ساخته می شوند.

چیا هر چند وقت یکبار برخی از هاردهای یک فارمر را بررسی می کند تا ببیند که یک پلات خاص در آنها وجود داشته باشد. اگر پلات وجود داشته باشد، فارمر می تواند بلاک تولید کند و به پاداش (XCH) برسد. اینکه فامر بتواند فرصت ساخت بلاک کسب کند، تا حدودی به میزان فضای ذخیره سازی سیستم او (نسبت به کل فضای ارائه شده در چیا) بستگی دارد.

علاوه بر چیا، رمز ارزهای دیگری هم از اثبات فضا استفاده می کنند. اکثر آنها در حال ارائه خدمات ذخیره سازی غیر متمرکز هستند و تغییرات موثری در این الگوریتم ایجاد کرده اند. برای مثال، نسخه اثبات فضای فایل کوین در واقع شامل 2 الگوریتم اجماع است:

  1. اثبات رونوشت: بررسی می کند که داده ها به درستی در ماینر آپلود شده اند.
  2. اثبات زمان فضا: بررسی می کند که داده های مربوطه همچنان توسط ماینر در حال نگهداری باشند.

فایل کوین در کنار اثبات فضا، از اثبات سهام نیز استفاده می کند. یعنی ماینرهای آن باید مقداری رمز ارز FIL استیک کنند. این مقدار به درصد فضای ارائه شده آنها بستگی دارد. در صورتی که ماینرها در ذخیره سازی داده به خوبی عمل نکنند، حجم زیادی از دارایی استیک شده خود را از دست می دهند.

الگوریتم اجماع SPORA

یک نمونه الگوریتم اثبات فضای پیشرفته تر توسط آرویو استفاده می شود. نام این الگوریتم، “اثبات های فشرده دسترسی تصادفی” یا SPORA است. هدف از ساخت این الگوریتم، تشویق کردن ماینرها به ذخیره سازی بیشترین داده ممکن در طولانی ترین زمان ممکن است.

برای تحقق این هدف، ماینرهای آرویو باید اثبات کنند که همچنان مقداری داده مربوط به یک بلاک از قبل انتخاب شده (به صورت تصادفی) را ذخیره کرده اند. به این بلاک، “بلاک فراخوانی” (Recall Block) می گویند. در غیر اینصورت، ماینر نمی تواند یک بلاک جدید ایجاد کند. انتخاب شدن یک ماینر برای ساخت بلاک، به میزان فضای ارائه شده، نیروی محاسباتی و سرعت اینترنت آن بستگی دارد.

در کنار تمامی قابلیت های خوب اثبات فضا، این الگوریتم نقاط ضعفی هم دارد. مشکل اصلی اثبات فضا این است که رمز ارزهای وابسته به فضای ذخیره سازی می توانند با ریسک متمرکزسازی مواجه شوند. چون افراد و سازمان های ثروتمند با داشتن فضای ذخیره سازی زیاد، به راحتی می توانند چنین شبکه هایی را در دست بگیرند.

مطالب مرتبط

شبکه ی لایتنینگ چیست

شبکه لایتنینگ چیست و چگونه کار می کند

نوشته شده در مفاهیم تخصصی
  ·   4 دقیقه مدت مطالعه
سازمان خودگردان غیرمتمرکز DAO

سازمان خودگردان غیرمتمرکز (DAO) چیست؟

نوشته شده در مفاهیم تخصصی
  ·   7 دقیقه مدت مطالعه
انجام تراکنش‌های بیت کوین

تراکنش های بیت کوین چگونه انجام می شوند؟

نوشته شده در مفاهیم تخصصی
  ·   6 دقیقه مدت مطالعه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

مطلب بعدی: وب 3 وب 3 چیست؟
×