مقدمه - رمزارزها
الگوریتم اجماعی/گروهی مکانیزمی است که کاربران یا سیستم هایی را که در یک محیط پراکنده هستند با هم هماهنگ میکند. برای اینکار باید در یک مورد خاص، از توافق عناصر دخیل در سیستم اطمینان حاصل کند، حتی اگر برخی از عناصر عمل نکنند. به عبارت دیگر، سیستم باید مقاوم در برابر خطا باشد. در یک ساختار متمرکز، یک موجودیت واحد، بر سیستم سلطه دارد. در اکثر موارد، آنها می توانند به دلخواه تغییراتی را اعمال کنند - هیچ سیستم حکومتی پیچیده ای برای دستیابی به اجماع بین بسیاری از مدیران وجود ندارد، اما در یک ساختار غیر متمرکز، داستان جور دیگری است. فرض کنید با یک پایگاه داده پراکنده سر و کار داریم - حال چگونه می توان بین ورودی هایی جدید آن هماهنگی ایجاد کرد؟ غلبه بر این چالش در محیطی که غریبه ها به یکدیگر اعتماد ندارند، شاید مهمترین پیشرفتی بود که راه را برای بلاک چِین هموار کرد. در این مقاله، به اهمیت الگوریتم های اجماعی در رمز ارزها و دفاترِ کلِ توزیع شده خواهیم پرداخت.
الگوریتم های اجماع و رمز ارزها
در رمز ارزها، موجودی کاربران در پایگاه داده ی بلاک چین ثبت می شود. ضروری است که همه (یا به طور دقیق تر، هر گره) یک کپی یکسان از پایگاه داده نگه دارد. در غیر این صورت، به زودی با اطلاعات متناقضی روبرو می شوید که کل هدف شبکه رمز ارز را تضعیف می کند. رمزنگاری کلید عمومی نمیگذارد تا کاربران سکه های یکدیگر را خرج کنند. اما هنوز باید یک منبع قابل اعتماد که بتواند هزینه ی خرج شده را تصدیق کند وجود داشته باشد. ساتوشی ناکاموتو، سازنده ی بیت کوین، سیستم Proof of Work را برای هماهنگی کاربران پیشنهاد کرد. به نحوه عملکرد PoW در ادامه خواهیم پرداخت - در حال حاضر ، برخی از ویژگی های مشترک بسیاری از الگوریتم های اجماع موجود را بررسی می کنیم. در وهله اول، نیاز داریم کاربرانی که مایل به اضافه کردن بلوک هستند (ما آنها را اعتبارسنج می نامیم) سهامی را عرضه کنند. سهام نوعی ارزش است که اعتبارسنجان باید عرضه کنند، که آنها را از رفتار ناشایست باز می دارد. اگر آنها تقلب کنند، سهام خود را از دست می دهند. قدرت محاسباتی، رمز ارز یا حتی شهرت شان از بین می رود. چرا ریسک به خطر انداختن منابع خود را به جان میخرند؟ خوب، مزیتی نیز وجود دارد. این کار معمولاً از رمز ارز بومی پروتکل تشکیل شده است و شامل هزینه هایی است که توسط سایر کاربران ، واحدهای رمز ارز تازه تولید شده یا هر دو پرداخت می شود. آخرین چیزی که نیاز داریم شفافیت است. زمانی که فردی در حال تقلب است باید بتوانیم او را شناسایی کنیم. در حالت ایده آل، تولید بلوک برای آنها گران تمام می شود، اما تشخیص آنها برای هرکسی ارزان است. کاربران عادی اعتبارسنج ها را کنترل می کنند.
انواع الگوریتم اجماع
پروف آو ورک (PoW- Proof of Work)
پروف آو ورک (PoW) بنیان گذار الگوریتم های اجماعی/ گروهی بلاک چِین است که اولین بار در بیت کوین پیاده سازی شد، اما طرح اصلی آن مدتی است که مطرح شده است. در پروف آو ورک، اعتبارسنجان (که به آنها ماینر گفته می شود) داده هایی را که می خواهند اضافه کنند را تا زمانی که به راه حل خاصی برسند هش میکنند. هش-hash، رشته ای به ظاهر تصادفی از حروف و اعداد است که بعد از وارد کردن دیتا (داده) به یک تابعِ هش ایجاد می شود. اگر دوباره داده های یکسانی به تابع بدهید، همواره خروجی یکسانی خواهید داشت. اما اگر جزئی را تغییر دهید، هش شما کاملاً متفاوت خواهد بود. با نگاه به خروجی، نمی توان گفت چه اطلاعاتی به تابع وارد شده است. بنابراین اثبات می شود که شما بخشی از داده را قبل از ورود آن به تابع می دانستید. میتوانید هشِ آن را به کسی بدهید و بعداً وقتی که داده ها را هم به او دادید، آن شخص می تواند آن ها را به تابع بدهد تا مطمئن شود خروجی یکسان است. پروتکل پروف آو ورک، شرایطی را وضع میکند تا بلاک معتبر باشد. به طور مثال، ممکن است فقط بلوکی که هش آن با دو صفر شروع می شود معتبر باشد. تنها راهی که ماینر می تواند هشی ایجاد کند تا با این ترکیب تطابق داشته باشد این است که به ورودی ها حمله ی فراگیر کند. ماینرها می توانند پارامتری را در داده های خود تغییر دهند تا برای هر ظن تابع خروجی متفاوتی تولید کنند تا این که به هش درست برسند.
در بلاکچین های بزرگ، موانع شدیدتر است. برای رقابت با سایر ماینرها، شما نیاز به معدنی پر از سخت افزارهای ویژه ی هش (ASIC) دارید تا شانس تولید یک بلوک معتبر را به دست آورید. سهام شما، هنگام استخراج، هزینه این ماشین ها و برق مورد نیاز برای کار آنها است. ASIC ها تنها برای یک هدف ساخته شده اند، بنابراین به غیر از استخراج رمز ارزها کاربردی ندارند. ماینیگ (استخراج) تنها راه شما برای جبران سرمایه ی اولیه تان است. این کار در صورتی سود قابل توجهی خواهد داشت که شما بلوک جدیدی را با موفقیت به بلاک چِین اضافه کنید. برای شبکه اهمیتی ندارد که تأیید کند که شما واقعاً بلوک مناسبی ایجاد کرده اید یا نه. حتی اگر تریلیون ها ترکیب را برای به دست آوردن هش مناسب امتحان کرده باشید، آنها فقط داده های شما را یک بار به تابع میدهند. اگر داده های شما یک هش معتبر ایجاد کند، پذیرفته می شود و منفعت خواهید کرد. در غیر این صورت، شبکه آن را رد می کند و شما وقت و برق خود را بیهوده هدر داده اید.
پروف آو استیک (PoS- Proof of Stake)
پروف آو استیک (PoS) در روزهای اولیه بیت کوین به عنوان جایگزینی برای پروف آو ورک پیشنهاد شد. در سیستم PoS، هیچ مفهومی با نام ماینر، سخت افزار تخصصی یا مصرف زیاد انرژی وجود ندارد. تنها چیزی که نیاز دارید یک کامپیوتر معمولی است. خوب، نه همه. هنوز باید کمی ریسک مالی کنید. در PoS، به جای عرضه ی یک منبع خارجی (مانند برق یا سخت افزار)، یک منبع داخلی - رمز ارز باید عرضه کرد. قوانین با تغییر پروتکلها تغییر میکند، اما در کل برای واجد شرایط شدن برای دریافت سود به ازای گرو گذاشتن ارز باید مقداری وجه داشته باشید. از آنجا، شما وجوه خود را در یک کیف پول کاملا قفل می کنید ( هنگام دریافت سود، انتقال وجه رخ نمی دهد). شما معمولاً با سایر اعتبارسنجان در مورد تراکنش هایی که در بلاک بعدی انجام می شود موافقت می کنید. به یک معنا، شما روی بلوکی که انتخاب می شود شرط بندی می کنید و پروتکل یکی را انتخاب می کند. اگر بلوک شما انتخاب شده باشد، بسته به سهام خود، بخشی از هزینه تراکنش را دریافت خواهید کرد. هرچه بودجه بیشتری بسته باشید، سود بیشتری خواهید کرد. اما اگر با عرضه ی تراکنش های نامعتبر اقدام به تقلب کنید، بخشی (یا تمام) سهام خود را از دست خواهید داد. در پروف آو ورک PoW هم مکانیسم مشابهی داریم- صادقانه عمل کردن سودآورتر از عمل غیر صادقانه است. در کل، سکه های تازه ضرب شده بخشی از پاداش اعتبارسنجان (ماینرها) نیستند. بنابراین، ارز اصلی بلاک چین باید به روش دیگری تامین شود؛ با توزیع اولیه (به عنوان مثال ، ICO یا IEO) یا با راه اندازی پروتکل با PoW قبل از انتقال به PoS. تا به امروز، Proof of Stake صرفاً در رمز ارزهای کوچکتر به کار گرفته شده است. بنابراین، معلوم نیست که بتواند جایگزینی مناسب برای PoW باشد. PoS از لحاظ نظری ممکن است مناسب به نظر برسد، اما از لحاظ عملی متفاوت تر از PoW است. هنگامی که PoS روی شبکه ای با ارزش زیاد عرضه می شود ، سیستم به میدان بازی تئوری بازی و مشوق های مالی تبدیل می شود. هرکسی که مهارت 'هک' سیستم PoS را داشته باشد احتمالاً تنها در صورت استفاده از آن می تواند این کار را انجام دهد - بنابراین ، تنها راه برای اطلاع از امکان پذیر بودن آن در یک شبکه زنده است. بزودی شاهد آزمایش PoS در مقیاس وسیع خواهیم بود - Casper به عنوان بخشی از مجموعه ارتقاء شبکه Ethereum (که در مجموع به Ethereum 2.0 معروف است) اجرا می شود.
سایر الگوریتم های اجماع
پروف آو ورک و پروف آو استیک بیشترین الگوریتم های اجماع مورد بحث هستند. اما طیف گسترده ای از انواع دیگر وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. مقالات زیر را بررسی کنید:
- Delayed Proof of Work Explained
- Leased Proof of Stake Consensus Explained
- Proof of Authority Explained
- Proof of Burn Explained
- Delegated Proof of Stake Explained
- Hybrid PoW/PoS Consensus Explained
کلام آخر
مکانیسم های همگرا/ اجماعی برای سیستم های واگرا/ توزیعی حیاتی هستند. بسیاری معتقدند که بزرگترین نوآوری در بیت کوین استفاده از Proof of Work بود تا کاربران بتوانند بر سر مجموعه ای از موارد به توافق برسند. امروزه الگوریتم های اجماعی نه تنها از سیستم های پولی دیجیتال بلکه از بلاک چین ها هم پشتیبانی می کنند و به توسعه دهندگان (طراحان و برنامه نویسان) اجازه ی اجرای کد در یک شبکه توزیع شده را میدهند. آنها در حال حاضر سنگ بنای فناوری بلاک چِین هستند و برای ماندگاری طولانی مدت شبکه های مختلف موجود بسیار مهم هستند. از بین همه الگوریتم های اجماع، پروف آو ورک همچنان پیشنهاد اصلی است. جایگزینی که قابل اطمینان تر و ایمن تر باشد هنوز پیشنهاد نشده است. گفته می شود که تحقیقات و توسعه ی فوق العاده ای برای جایگزینی PoW وجود دارد و احتمالاً در سالهای آینده شاهد تعداد بیشتری از این نوع تحقیقات و توسعه ها را شاهد خواهیم بود.