فناوری بلاکچین تحولی شگرف در جهان ایجاد کرده و راهکاری غیرمتمرکز و امن برای ذخیره و انتقال اطلاعات ارائه داده است. این فناوری نه تنها شیوه انجام تراکنشها را متحول کرده، بلکه مجموعهای از الگوریتمهای اجماع را نیز به همراه آورده است. الگوریتمهای اجماع نقشی حیاتی در تضمین یکپارچگی و امنیت شبکههای بلاکچین ایفا میکنند. در این مقاله به بررسی انواع الگوریتم های اجماع بلاکچین، مفهوم آنها، مزایا، معایب و دلایلی که باعث اهمیت بالای آنها در فناوری بلاکچین میشود، خواهیم پرداخت. برای اطلاع از آخرین اخبار بلاکچین از بلاکچین نیوز پیپر کلیک کنید.
مفهوم الگوریتمهای اجماع بلاکچین
الگوریتم اجماع بلاکچین یک روش یا پروتکل است که به شبکه بلاکچین اجازه میدهد تا تصمیمگیریهای مشترک را بدون نیاز به یک نهاد مرکزی انجام دهد. در واقع، این الگوریتمها تضمین میکنند که همه اعضای شبکه (که به آنها "نود" یا "گره" گفته میشود) به توافق مشترکی در مورد وضعیت موجود شبکه برسند و همه تراکنشها به درستی ثبت و تایید شوند.
در بلاکچین، تمام دادهها در قالب "بلاکها" ذخیره میشوند و هر بلاک به بلاک قبلی مرتبط است. برای اینکه بلاک جدیدی به زنجیره اضافه شود، باید همه اعضای شبکه (که به آنها نود گفته میشود) تایید کنند که این بلاک معتبر است. این تایید و فرآیند رسیدن به توافق به کمک الگوریتمهای اجماع انجام میشود.
دلایل اهمیت الگوریتمهای اجماع در فناوری بلاکچین
الگوریتمهای اجماع از تسلط بازیگران مخرب بر شبکه جلوگیری میکنند و اطمینان میدهند که تراکنشها معتبر هستند و شبکه به درستی عمل میکند.
این الگوریتمها با اطمینان از اینکه تمامی نودها بر سر اعتبار تراکنشها توافق دارند، از متمرکز شدن شبکه جلوگیری میکنند.
با نمایش تمام تراکنشها در بلاکچین، امکان پیگیری و جلوگیری از فعالیتهای کلاهبرداری را فراهم میکنند.
الگوریتمهای اجماع به نودها کمک میکنند سریعاً بر سر اعتبار تراکنشها توافق کنند و بلاکهای جدید را در زمان مناسب به بلاکچین اضافه کنند.
این الگوریتمها اساس امنیت، کارایی و شفافیت در فناوری بلاکچین هستند و نقش کلیدی در عملکرد موفقیتآمیز این فناوری ایفا میکنند.
پیشنهاد مطالعه: بلاکچین چیست؟
انواع الگوریتمهای اجماع در بلاکچین
در این بخش به بررسی انواع اصلی الگوریتمهای اجماع در بلاکچین میپردازیم.
الگوریتم اثبات کار (Proof of Work - PoW)
اثبات کار یک الگوریتم اجماع است که در بسیاری از شبکههای بلاکچین برای اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره استفاده میشود. PoW اولین بار توسط خالق بیتکوین، ساتوشی ناکاموتو، معرفی شد تا شبکه را ایمن کرده و از دوبار خرج کردن (Double-Spending) جلوگیری کند.
الگوریتم PoW ماینرها را ملزم میکند که مسائل ریاضی پیچیدهای به نام هشها را حل کنند تا تراکنشها را اعتبارسنجی کرده و بلاکهای جدید به زنجیره اضافه کنند. تابع هش مورد استفاده در الگوریتم PoW به گونهای طراحی شده که حل آن از نظر محاسباتی دشوار باشد، به این معنی که نیاز به توان محاسباتی زیادی دارد تا مسئله حل شده و یک بلاک به زنجیره اضافه شود.
ماینرها با یکدیگر رقابت میکنند تا این مسئله را حل کنند و اولین کسی که آن را حل کند، با ارز دیجیتال جدید پاداش میگیرد.
امنیت PoW
امنیت این الگوریتم از این واقعیت ناشی میشود که حل مسئله هش دشوار است، به این معنی که برای حمله به شبکه هزینه زیادی لازم است. مهاجم باید کنترل بخش قابلتوجهی از توان محاسباتی شبکه، که به آن نرخ هش (Hash Rate) گفته میشود، را به دست آورد تا حملهای را ترتیب دهد. این نوع حمله به عنوان حمله 51 درصد شناخته میشود و انجام آن دشوار است زیرا نیاز به منابع عظیمی دارد.
یکی از انتقاداتی که به الگوریتم اثبات کار (PoW) وارد میشود، مصرف بالای انرژی آن است، زیرا ماینرها برای حل مسئله هش به مقدار قابل توجهی توان محاسباتی نیاز دارند. این موضوع باعث نگرانیهایی در مورد تأثیرات زیستمحیطی شبکههای بلاکچینی که از PoW استفاده میکنند، شده است. با این حال، برخی معتقدند که این مصرف انرژی برای تأمین امنیت شبکه و جلوگیری از حملات ضروری است.
الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake - PoS)
اثبات سهام یک الگوریتم اجماع است که در شبکههای بلاکچین برای اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره استفاده میشود. برخلاف اثبات کار (PoW)، که نیازمند حل مسائل ریاضی پیچیده توسط ماینرها است، PoS بر اعتبارسنجهایی (Validators) تکیه دارد که مقدار مشخصی ارز دیجیتال را نگهداری میکنند تا تراکنشها را اعتبارسنجی کرده و بلاکهای جدید را به زنجیره اضافه کنند.
در شبکه PoS، اعتبارسنجها برای اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره بر اساس میزان ارز دیجیتالی که نگهداری میکنند، انتخاب میشوند. این مقدار به عنوان سهم (Stake) آنها شناخته میشود. هرچه سهم بزرگتر باشد، احتمال انتخاب شدن برای اضافه کردن یک بلاک به زنجیره بیشتر است. اعتبارسنجها تشویق میشوند که به صورت صادقانه عمل کنند، زیرا در صورت اعتبارسنجی تراکنشهای تقلبی یا تلاش برای حمله به شبکه، خطر از دست دادن سهم خود را خواهند داشت.
مقایسه PoS و PoW
یکی از مزایای الگوریتم اثبات سهام (PoS) نسبت به اثبات کار (PoW)، مصرف انرژی کمتر آن است. PoW نیازمند استفاده ماینرها از مقادیر زیادی توان محاسباتی برای حل مسائل ریاضی پیچیده است، در حالی که PoS فقط از اعتبارسنجها میخواهد که ارز دیجیتال نگهداری کنند. این ویژگی باعث میشود PoS سازگارتر با محیط زیست و ارزانتر برای اجرا باشد.
مزایای PoS
یکی دیگر از مزایای PoS این است که به غیرمتمرکز بودن شبکه کمک میکند. در شبکههای PoW، ماینرهایی که بیشترین نرخ هش (Hashrate) را دارند، کنترل بیشتری بر شبکه دارند، که میتواند به متمرکز شدن منجر شود. در یک شبکه PoS، اعتبارسنجهایی که بیشترین سهم (Stake) را دارند، کنترل بیشتری دارند. اما برای یک اعتبارسنج یا گروهی از آنها، دشوار است که کنترل شبکه را به دست آورند، زیرا باید مقدار قابل توجهی ارز دیجیتال را تحت کنترل خود داشته باشند.
معایب PoS
یکی از معایب بالقوه PoS این است که ممکن است به وضعیتی منجر شود که "ثروتمندان ثروتمندتر شوند"، جایی که اعتبارسنجهایی با بزرگترین سهم به کسب ارز دیجیتال بیشتری ادامه میدهند و این موضوع مشارکت اعتبارسنجهای کوچکتر در شبکه را دشوارتر میکند. با این حال، برخی از شبکههای PoS مکانیسمهایی را برای حل این مشکل اجرا کردهاند، مانند انتخاب تصادفی اعتبارسنجها یا محدود کردن مقدار ارز دیجیتالی که یک اعتبارسنج میتواند نگهداری کند.
پیشنهاد مطالعه: بیت کوین چیست؟
الگوریتم اثبات سهام نمایندگیشده (Delegated Proof of Stake - DPoS)
اثبات سهام نمایندگیشده یک الگوریتم اجماع است که در برخی از شبکههای بلاکچین برای اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره استفاده میشود. DPoS نسخهای از اثبات سهام (PoS) است که به گروه کوچکتری از اعتبارسنجها، که به عنوان نمایندگان یا شاهدان شناخته میشوند، متکی است تا تراکنشها را اعتبارسنجی کرده و بلاکهای جدید را به زنجیره اضافه کنند. در یک شبکه DPoS، دارندگان توکن به نمایندگانی رأی میدهند تا آنها را در فرآیند اعتبارسنجی نمایندگی کنند. نمایندگان مسئولیت اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره را بر عهده دارند. نمایندگان تشویق میشوند که بهصورت صادقانه عمل کنند، زیرا در صورت اعتبارسنجی تراکنشهای تقلبی یا تلاش برای حمله به شبکه، خطر از دست دادن موقعیت و پاداش خود را دارند.
مقایسه DPoS و PoS
یکی از مزایای DPoS نسبت به PoS این است که کارآمدتر است. در PoS، همه اعتبارسنجها باید در فرآیند اعتبارسنجی شرکت کنند که در صورتی که برخی از اعتبارسنجها آنلاین نباشند یا فعالانه شرکت نکنند، میتواند منجر به ناکارآمدی شود. اما در DPoS، تنها نمایندگان انتخابشده در فرآیند اعتبارسنجی شرکت میکنند، که باعث میشود این فرآیند سریعتر و کارآمدتر باشد.
مزایای DPoS
یکی دیگر از مزایای DPoS این است که ضمن فراهم کردن سرعت بالای پردازش تراکنشها، به غیرمتمرکز بودن شبکه نیز کمک میکند. در یک شبکه PoS، اعتبارسنجهایی که سهم بیشتری دارند، کنترل بیشتری بر شبکه دارند که میتواند به متمرکز شدن منجر شود. در یک شبکه DPoS، دارندگان توکن حق دارند درباره اینکه چه کسی به عنوان نماینده انتخاب شود، نظر دهند که این میتواند منجر به شبکهای غیرمتمرکزتر شود.
معایب DPoS
یکی از معایب بالقوه DPoS این است که ممکن است باعث تمرکز قدرت در دست گروه کوچکی از نمایندگان شود. اگر گروه کوچکی از نمایندگان مقدار قابلتوجهی از قدرت رأیدهی را کنترل کنند، ممکن است با یکدیگر تبانی کرده و شبکه را دستکاری کنند. با این حال، برخی از شبکههای DPoS مکانیسمهایی را برای مقابله با این مشکل اجرا کردهاند، مانند محدود کردن تعداد نمایندگانی که یک موجودیت میتواند کنترل کند.
الگوریتم اثبات سهام اجارهای (Leased Proof of Stake - LPoS)
اثبات سهام اجارهای یک الگوریتم اجماع است که در برخی از شبکههای بلاکچین برای اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره استفاده میشود. LPoS نسخهای از اثبات سهام (PoS) است که به دارندگان توکنهای کوچکتر اجازه میدهد با اجاره دادن توکنهای خود به اعتبارسنجهای بزرگتر در فرآیند اعتبارسنجی مشارکت کنند. در یک شبکه LPoS، دارندگان توکن، توکنهای خود را به یک اعتبارسنج اجاره میدهند. اعتبارسنج از این توکنها برای افزایش سهم خود استفاده میکند و شانس بیشتری برای انتخاب شدن جهت اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره به دست میآورد. مالکیت توکنها در دست دارنده آنها باقی میماند و او به نسبت مقدار توکنهای اجاره دادهشده، سهمی از پاداشهای کسبشده توسط اعتبارسنج دریافت میکند.
مزایای LPoS
یکی از مزایای LPoS این است که به دارندگان توکنهای کوچکتر اجازه میدهد بدون نیاز به نگهداری مقدار قابلتوجهی توکن، در فرآیند اعتبارسنجی شرکت کرده و پاداش کسب کنند. این ویژگی به ترویج غیرمتمرکز بودن کمک میکند و گروه متنوعتری از شرکتکنندگان را در شبکه ممکن میسازد. مزیت دیگر LPoS این است که میتواند امنیت شبکه را افزایش دهد. با امکان مشارکت تعداد بیشتری از دارندگان توکن در فرآیند اعتبارسنجی، LPoS میتواند جلوگیری از کنترل شبکه توسط یک اعتبارسنج یا گروهی از اعتبارسنجها را سختتر کرده و مانع دستکاری تراکنشها شود.
معایب LPoS
یکی از معایب بالقوه LPoS این است که نسبت به سایر الگوریتمهای اجماع ممکن است پیچیدهتر باشد. دارندگان توکن باید از ریسکها و پاداشهای مرتبط با اجاره دادن توکنهای خود به یک اعتبارسنج آگاه باشند، و اعتبارسنجها نیز باید مدیریت توکنهای اجارهشده را به شکلی مسئولانه انجام دهند.
الگوریتم اثبات اعتبار (Proof of Authority - PoA)
اثبات اعتبار یک الگوریتم اجماع است که در برخی از شبکههای بلاکچین برای اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره استفاده میشود. برخلاف سایر الگوریتمهای اجماع مانند اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS)، PoA به گروهی از اعتبارسنجهای مورد اعتماد متکی است، نه به یک شبکه غیرمتمرکز از نودها. در یک شبکه PoA، گروهی از اعتبارسنجها بهعنوان مراجع معتبر تعیین میشوند و مسئولیت اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به زنجیره را بر عهده دارند. اعتبارسنجها معمولاً بر اساس شهرت و تخصص خود انتخاب میشوند و انگیزه دارند که بهطور صادقانه عمل کنند، زیرا اعتبار و شهرت آنها در معرض خطر است.
مزایای PoA
یکی از مزایای PoA این است که کارآمدتر از سایر الگوریتمهای اجماع است. در حالی که PoW نیازمند مقدار زیادی توان محاسباتی برای اعتبارسنجی تراکنشها است که میتواند پرهزینه و زمانبر باشد، و PoS نیازمند سهام قابل توجهی برای مشارکت در فرآیند اعتبارسنجی است که میتواند به متمرکز شدن منجر شود، PoA به گروه کوچکتری از اعتبارسنجهای مورد اعتماد متکی است که این امر فرآیند را سریعتر و کارآمدتر میکند. مزیت دیگر PoA این است که میتواند برای شبکههای بلاکچین خصوصی یا سازمانی مناسبتر باشد. در این نوع شبکهها، ممکن است امکانپذیر یا مطلوب نباشد که یک شبکه غیرمتمرکز از نودها تراکنشها را اعتبارسنجی کنند. PoA رویکردی کنترلشده و متمرکزتر برای اعتبارسنجی فراهم میکند که ممکن است در این زمینهها مناسبتر باشد.
معایب PoA
یکی از معایب بالقوه PoA این است که امنیت کمتری نسبت به سایر الگوریتمهای اجماع دارد. از آنجا که PoA به یک گروه کوچکتر از اعتبارسنجها متکی است، شبکه در صورت به خطر افتادن یا رفتار مخرب یکی یا چند نفر از اعتبارسنجها آسیبپذیرتر خواهد بود. با این حال، برخی از شبکههای PoA مکانیسمهایی را برای مقابله با این مشکل اجرا کردهاند، مانند الزام به تأیید تراکنشها توسط چندین اعتبارسنج.
پیشنهاد مطالعه: مقایسه بین بیت کوین و اتریوم
الگوریتم تحمل خطای بیزانس (Byzantine Fault Tolerance - BFT)
تحمل خطای بیزانس مفهومی در علوم کامپیوتر است که به توانایی یک سیستم در عملکرد صحیح و دستیابی به اجماع حتی در صورت وقوع خرابی یا رفتار مخرب برخی از اجزای آن اشاره دارد. در زمینه فناوری بلاکچین، BFT یک الگوریتم اجماع است که به شبکه توزیعشده از نودها امکان میدهد در مورد اعتبار تراکنشها به توافق برسند و یکپارچگی بلاکچین را حتی در مواجهه با حملات مخرب یا خرابیهای سیستمی حفظ کنند. BFT برای مقابله با "مسئله ژنرالهای بیزانسی" طراحی شده است. این مسئله یک سناریوی نظری است که در آن گروهی از ژنرالها باید حملهای به یک شهر را هماهنگ کنند، اما برخی از ژنرالها خیانتکار هستند و ممکن است اطلاعات نادرستی به دیگران ارسال کنند. در یک شبکه بلاکچین، مسئله ژنرالهای بیزانسی میتواند به صورت نودهایی که رفتار مخرب دارند یا به درستی ارتباط برقرار نمیکنند، ظاهر شود.
BFT چگونه این مسئله را حل میکند؟
BFT این مشکل را با الزام یک درصد مشخص از نودها برای توافق بر سر اعتبار تراکنشها قبل از اضافه شدن آنها به بلاکچین حل میکند. در یک الگوریتم BFT سنتی، این درصد برابر با دو سوم کل نودهای شبکه است. اگر دو سوم نودها بر سر اعتبار یک تراکنش توافق کنند، آن تراکنش به بلاکچین اضافه میشود. در غیر این صورت، تراکنش رد میشود.
مقایسه BFT با PoW و PoS
الگوریتم اجماع | ویژگیها | مزایا | معایب |
---|---|---|---|
Proof of Work (PoW) | نیاز به توان محاسباتی بالا و حل مسائل پیچیده ریاضی برای ایجاد بلاکهای جدید | امنیت بالا و مقاوم در برابر حملات | مصرف انرژی بالا، نیاز به تجهیزات سختافزاری قدرتمند |
Proof of Stake (PoS) | نیاز به سهام قابل توجه برای شرکت در فرآیند اعتبارسنجی و تولید بلاکهای جدید | مصرف انرژی کمتر از PoW، مقیاسپذیری بالا | ریسک تمرکز در بین دارندگان سهام بزرگ |
Byzantine Fault Tolerance (BFT) | استفاده از گروه کوچکتری از نودها برای توافق در مورد اعتبار تراکنشها بدون نیاز به توان محاسباتی یا سهام بالا | کارآمدتر و سریعتر از PoW و PoS، مقاوم در برابر نودهای خرابکار | نیاز به مدیریت دقیق نودها، میتواند در شبکههای بزرگ پیچیدهتر شود |
معایب BFT
یکی از معایب بالقوه BFT این است که به سطح بالاتری از اعتماد میان شرکتکنندگان شبکه نیاز دارد. اگر درصد قابلتوجهی از نودها رفتار مخرب داشته باشند یا ارتباط درستی برقرار نکنند، شبکه ممکن است نتواند به اجماع برسد و یکپارچگی بلاکچین را حفظ کند. با این حال، BFT معمولاً در شبکههای بلاکچین خصوصی یا سازمانی استفاده میشود که در آنها شرکتکنندگان شناختهشده و مورد اعتماد هستند.
الگوریتم تحمل خطای بیزانس عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance - PBFT)
این الگوریتم اجماعی نسخهای پیشرفته از الگوریتم تحمل خطای بیزانسی (BFT) است که سطح بالایی از تحمل خطا را در سیستمهای توزیعشده فراهم میکند. PBFT معمولاً در شبکههای بلاکچین سازمانی و سایر سیستمهای توزیعشده که نیاز به اجماع بالا دارند، استفاده میشود. PBFT فرآیند اجماع را به مجموعهای از مراحل تقسیم میکند که برای هر تراکنش تکرار میشوند. هر مرحله شامل یک نود متفاوت در شبکه است، و هر نود وظیفه دارد که اعتبار تراکنش را پیش از ارسال آن به نود بعدی تأیید کند. این الگوریتم اجماع الزام میکند که تعداد مشخصی از نودها درباره اعتبار یک تراکنش به توافق برسند تا آن تراکنش به بلاکچین اضافه شود. PBFT به دلیل طراحی دقیق خود، امنیت بالا و قابلیت اطمینان، برای محیطهایی که اجماع سریع و مقاوم در برابر خطا ضروری است، بسیار مناسب است. در الگوریتم PBFT، تعداد نودهایی که سیستم میتواند خرابی آنها را تحمل کند، با استفاده از فرمول زیر تعیین میشود:
f = (n-1)/3
در این فرمول، f حداکثر تعداد نودهای خراب یا مخرب و n تعداد کل نودهای شبکه است.
PBFT به گونهای طراحی شده است که تحمل خطا داشته باشد، به این معنی که حتی اگر برخی از نودهای شبکه خراب شوند یا رفتار مخربی داشته باشند، سیستم میتواند به عملکرد صحیح خود ادامه دهد. این الگوریتم با اجازه دادن به نودها برای ارتباط با یکدیگر و دستیابی به اجماع در مورد اعتبار تراکنشها، به این هدف میرسد. اگر یک نود خراب شود یا رفتار مخربی از خود نشان دهد، سایر نودها میتوانند مشکل را شناسایی کرده و آن نود را از فرآیند اجماع حذف کنند. این ویژگی، PBFT را به یک راهکار قوی برای سیستمهای توزیعشده تبدیل میکند که نیاز به قابلیت اطمینان و امنیت بالا دارند.
مزایای PBFT
یکی از مزایای PBFT این است که میتواند حتی در شبکههایی با تعداد زیادی نود، توان عملیاتی بالا و زمان تأخیر کم را ارائه دهد. PBFT همچنین به دلیل سطح بالای امنیت خود شناخته شده است، زیرا میتواند بدون به خطر انداختن یکپارچگی بلاکچین، تا f نود معیوب را تحمل کند.
معایب PBFT
با این حال، PBFT دارای محدودیتهایی نیز هست. این الگوریتم نیاز دارد که تعداد مشخصی از نودها به اجماع برسند، که ممکن است برای شبکههای کوچک مناسب نباشد. علاوه بر این، PBFT به قدرت محاسباتی بیشتری نسبت به برخی دیگر از الگوریتمهای اجماع نیاز دارد، که میتواند آن را از نظر مصرف انرژی کمبازدهتر کند.
پیشنهاد مطالعه: هویت غیرمتمرکز در بلاکچین چیست؟
الگوریتم تحمل خطای بیزانس نمایندگیشده (Delegated Byzantine Fault Tolerance - dBFT)
این الگوریتم اجماع مزایای الگوریتمهای تحمل خطای بیزانسی (BFT) و اثبات سهام نمایندگیشده (DPoS) را با هم ترکیب میکند. dBFT معمولاً در شبکههای بلاکچینی استفاده میشود که به سطح بالایی از اجماع و توان عملیاتی نیاز دارند. مانند BFT و PBFT، dBFT نیز به گونهای طراحی شده است که تحمل خطا داشته باشد. این بدان معناست که حتی اگر برخی از نودهای شبکه خراب شوند یا رفتار مخربی داشته باشند، سیستم میتواند به عملکرد صحیح خود ادامه دهد. در dBFT، اجماع از طریق فرآیند رأیگیری حاصل میشود، جایی که هر نود در شبکه میتواند در مورد اعتبار یک تراکنش رأی دهد. این ویژگی به dBFT اجازه میدهد تا از شبکههای پیچیده و غیرمتمرکز پشتیبانی کند و همچنان امنیت و کارایی بالایی ارائه دهد.
برخلاف BFT و PBFT، الگوریتم dBFT از یک مدل نمایندگیشده استفاده میکند، جایی که شرکتکنندگان شبکه قدرت رأیدهی خود را به تعداد کمتری از نودهای مورد اعتماد، معروف به اعتبارسنجها، واگذار میکنند. اعتبارسنجها مسئولیت تأیید تراکنشها و دستیابی به اجماع در مورد اعتبار آنها را بر عهده دارند. dBFT از یک سیستم چرخشی (Round-Robin) استفاده میکند که در آن اعتبارسنجها به نوبت تراکنشها را اعتبارسنجی میکنند. انتخاب اعتبارسنجها بر اساس شهرت و سهم آنها در شبکه انجام میشود. اعتبارسنجها انگیزه دارند که رفتار صادقانه داشته باشند، زیرا هرگونه رفتار مخرب میتواند به از دست دادن شهرت و سهم آنها منجر شود.
مزایای dBFT
dBFT میتواند به دلیل نیاز به تعداد کمی اعتبارسنج برای دستیابی به اجماع، توان عملیاتی بالا و زمان تأخیر کم را ارائه دهد.
اعتبارسنجها بر اساس شهرت و سهم خود انتخاب میشوند، نه بر اساس قدرت محاسباتی، که این امر خطر متمرکز شدن شبکه را کاهش میدهد.
معایب dBFT
dBFT نیازمند سطح بالایی از اعتماد به اعتبارسنجهای انتخابشده است، که میتواند منجر به آسیبپذیری شود اگر تعداد زیادی از اعتبارسنجها توسط یک موجودیت کنترل شوند.
dBFT برای همه انواع شبکههای بلاکچین مناسب نیست، زیرا ممکن است در برخی کاربردها نیازی به چنین سطح بالایی از اجماع نباشد.
الگوریتم گراف جهتدار غیرمدور (Directed Acyclic Graph - DAG)
DAG یک نوع ساختار داده است که اغلب در فناوری دفاتر کل توزیعشده و سیستمهای بلاکچین استفاده میشود. برخلاف معماریهای سنتی بلاکچین که دادهها را به صورت خطی و در یک توالی زمانی از بلاکها سازماندهی میکنند، DAG روشی منعطفتر و کارآمدتر برای ذخیره و اعتبارسنجی دادهها ارائه میدهد. DAG شامل گرهها (Vertices) و یالها (Edges) است، که در آن هر گره نماینده یک تراکنش و هر یال نشاندهنده رابطه بین تراکنشها است. در DAG، تراکنشها مانند بلاکچین سنتی به صورت زنجیرهای خطی سازماندهی نمیشوند، بلکه در یک ساختار پیچیدهتر مرتب میشوند که در آن هر تراکنش به چندین تراکنش دیگر مرتبط است. این ساختار باعث میشود که تراکنشها به صورت موازی پردازش شوند و سیستم عملکرد بالاتر و تأخیر کمتری داشته باشد. DAG اغلب در شبکههایی استفاده میشود که به مقیاسپذیری و سرعت بالا نیاز دارند.
مزایای سیستمهای مبتنی بر DAG
سیستمهای مبتنی بر DAG مزایای قابل توجهی در مقایسه با ساختارهای سنتی بلاکچین دارند. یکی از مهمترین این مزایا مقیاسپذیری بالا و توان عملیاتی زیاد آنها است. در این سیستمها، تراکنشها میتوانند به صورت همزمان پردازش شوند، به شرطی که تضادی میان آنها وجود نداشته باشد. این ویژگی امکان اعتبارسنجی همزمان چندین تراکنش را فراهم کرده و باعث افزایش کارایی کلی سیستم میشود.
مزیت دیگر این سیستمها توانایی مدیریت شاخهها (فورکها) در شبکه است. در بلاکچینهای سنتی، زمانی که دو بلاک به طور همزمان ایجاد شوند، تنها یکی از آنها در زنجیره پذیرفته میشود و ممکن است بلاک دیگر، که قبلاً معتبر تلقی شده بود، رد شود و فورک در زنجیره ایجاد گردد. اما در سیستمهای مبتنی بر DAG، فورکها به طور خودکار حل میشوند، زیرا تراکنشها بر اساس روابطشان با سایر تراکنشها در گراف اعتبارسنجی میشوند. این ویژگی باعث پایداری بیشتر و کارایی بالاتر شبکه میشود.
مثال
یکی از نمونههای بارز سیستمهای مبتنی بر DAG، IOTA است؛ یک فناوری دفتر کل توزیعشده که برای دستگاههای اینترنت اشیا (IoT) طراحی شده است. در IOTA، تراکنشها به صورت گرههایی در یک DAG نمایش داده میشوند و هر تراکنش باید دو تراکنش قبلی را تأیید کند تا اعتبارسنجی شود. این ساختار باعث ایجاد سیستمی کارآمدتر و مقیاسپذیرتر میشود، زیرا امکان پردازش همزمان چندین تراکنش را فراهم میکند.
معایب سیستمهای مبتنی بر DAG
با وجود مزایای قابل توجه، سیستمهای مبتنی بر DAG دارای محدودیتهایی نیز هستند. یکی از چالشهای اصلی این سیستمها نیاز به یک مکانیزم اجماع پیچیده برای تعیین ترتیب تراکنشها در گراف است. این فرآیند ممکن است زمانبر و پیچیده باشد و نیاز به طراحی و پیادهسازی دقیقتری داشته باشد. علاوه بر این، سیستمهای مبتنی بر DAG ممکن است برای تمامی انواع کاربردهای بلاکچین مناسب نباشند، زیرا معماری پیچیدهتری نسبت به سیستمهای سنتی بلاکچین نیاز دارند. این ویژگی میتواند باعث افزایش هزینهها و دشواری در پیادهسازی شود.
الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity - PoC)
اثبات ظرفیت یک مکانیزم اجماع است که در برخی شبکههای بلاکچین برای اعتبارسنجی تراکنشها و حفظ یکپارچگی بلاکچین استفاده میشود. PoC شباهتهایی به اثبات کار (PoW) دارد، زیرا در هر دو نیاز به حل یک معمای محاسباتی برای اضافه کردن بلاکهای جدید به بلاکچین وجود دارد. با این حال، تفاوت اصلی PoC در نحوه استفاده از فضای ذخیرهسازی کامپیوتر به جای توان محاسباتی است. در یک سیستم PoC، شرکتکنندگان بخشی از فضای هارد دیسک کامپیوتر خود را به عنوان "پلات" اختصاص میدهند. پلات در واقع یک بخش از دادههای پیشمحاسبهشده است که میتواند برای تولید یک راهحل به معمای محاسباتی استفاده شود. زمانی که یک بلاک جدید باید به بلاکچین اضافه شود، سیستم پلاتهای شرکتکنندگان را جستجو میکند تا راهحلی برای معما پیدا کند. اولین شرکتکنندهای که راهحل معتبر را پیدا کند، میتواند بلاک جدید را به بلاکچین اضافه کرده و به عنوان پاداش، ارز دیجیتال دریافت کند. این روش مصرف انرژی کمتری نسبت به PoW دارد و به دلیل استفاده از فضای ذخیرهسازی به جای قدرت پردازشی، کارآمدتر است.
مزایای PoC
استفاده از فضای ذخیرهسازی به جای توان محاسباتی در PoC این مکانیزم را به یک روش اجماع کممصرفتر از نظر انرژی در مقایسه با PoW تبدیل میکند. از آنجا که شرکتکنندگان نیازی به انجام مداوم محاسبات پیچیده ندارند، PoC برق کمتری مصرف میکند و اثرات زیستمحیطی کمتری دارد. این ویژگی PoC را به گزینهای سازگارتر با محیطزیست برای شبکههای بلاکچین تبدیل کرده است.
معایب PoC
با این حال، PoC دارای معایبی نیز هست. یکی از نقاط ضعف این مکانیزم آسیبپذیری آن در برابر برخی از انواع حملات، مانند پیشمحاسبه و حملات سیبیل (Sybil)، است. در یک حمله پیشمحاسبه، مهاجم میتواند تعداد زیادی پلات از پیش محاسبه کند و از آنها برای حل سریع معمای محاسباتی و اضافه کردن بلاکهای جدید به بلاکچین استفاده کند. این امر به مهاجم مزیتی ناعادلانه نسبت به دیگر شرکتکنندگان میدهد. در یک حمله Sybil، مهاجم میتواند چندین هویت جعلی ایجاد کند تا شانس خود را برای پیدا کردن راهحل معما افزایش دهد. برای کاهش این خطرات، برخی از سیستمهای PoC اقدامات امنیتی اضافی را اجرا کردهاند. به عنوان مثال، ممکن است از شرکتکنندگان خواسته شود که با انجام یک پروتکل چالش-پاسخ، ثابت کنند که یک مهاجم Sybil نیستند. این روشها به بهبود امنیت PoC کمک میکنند و از سوءاستفاده در شبکه جلوگیری میکنند.
پیشنهاد مطالعه: مطالعه آخرین و جدیدترین اخبار ارزهای دیجیتال
الگوریتم اثبات سوزاندن (Proof of Burn - PoB)
اثبات سوزاندن یک مکانیزم اجماع است که در برخی از شبکههای بلاکچین برای اعتبارسنجی تراکنشها و اضافه کردن بلاکهای جدید به بلاکچین استفاده میشود. برخلاف مکانیزمهای اجماع دیگر که از توان محاسباتی یا فضای ذخیرهسازی استفاده میکنند، PoB شرکتکنندگان را ملزم میکند که ارز دیجیتال خود را بسوزانند یا نابود کنند تا تعهد خود به شبکه را نشان دهند. برای مشارکت در یک سیستم PoB، کاربر باید مقدار مشخصی از ارز دیجیتال را به یک آدرس خاص ارسال کند که به طور دائمی نابود شود. این فرآیند که به عنوان سوزاندن شناخته میشود، ارز دیجیتال را از چرخه خارج میکند و غیرقابل بازیابی میسازد. پس از سوزاندن ارز دیجیتال، کاربر اجازه پیدا میکند که بلاکهای جدید را به بلاکچین اضافه کند و در ازای آن پاداش دریافت نماید. این مکانیزم به عنوان راهی برای نشان دادن تعهد شرکتکنندگان به شبکه عمل میکند و به آنها انگیزه میدهد تا با سوزاندن ارز دیجیتال خود در رشد و پایداری شبکه مشارکت کنند.
ایده اصلی در مکانیزم PoB این است که با سوزاندن ارز دیجیتال، کاربر یک فداکاری مالی انجام میدهد و تعهد خود را به شبکه نشان میدهد. این فرآیند احتمال حملات توسط عوامل مخرب را کاهش میدهد، زیرا برای حمله به شبکه نیاز به سوزاندن مقدار قابلتوجهی ارز دیجیتال دارند که هزینه بالایی به همراه دارد.
مزایای PoB
یکی از مزایای بالقوه PoB این است که میتواند به کاهش تورم در یک اکوسیستم ارز دیجیتال کمک کند. از آنجا که توکنها نابود میشوند و توکن جدیدی ایجاد نمیشود، عرضه کل توکنها کاهش مییابد. این ویژگی میتواند به پایدارسازی ارزش ارز دیجیتال کمک کند و اثرات تورمی را کاهش دهد.
معایب PoB
با این حال، PoB دارای معایبی نیز هست. یکی از معایب این است که ارزش توکنهای سوزاندهشده به دلیل نابودی دائمی آنها ممکن است به درستی قابل ارزیابی نباشد. این امر میتواند اندازهگیری دقیق سطح تعهد و سرمایهگذاری در شبکه را دشوار کند. علاوه بر این، فرآیند سوزاندن توکنها ممکن است به عنوان رفتاری اسرافگونه و ناسازگار با محیطزیست تلقی شود، زیرا منابع ارزشمند به طور دائمی از دست میروند.
الگوریتم اثبات هویت (Proof of Identity - PoI)
اثبات هویت یک مکانیزم اجماع است که برای تأیید هویت شرکتکنندگان در شبکه بلاکچین استفاده میشود. این نوع مکانیزم اجماع با هدف تقویت اعتماد، امنیت و اصالت در تراکنشهای بلاکچین طراحی شده است. PoI از شرکتکنندگان میخواهد که یک هویت دیجیتال ارائه دهند که به یک فرآیند تأیید هویت در دنیای واقعی متصل است. این تأیید هویت میتواند از طریق روشهای مختلفی انجام شود، از جمله:
کارتهای شناسایی صادر شده توسط دولت
دادههای بیومتریک (مانند اثر انگشت یا اسکن چهره)
مدارک هویتی قابل تأیید دیگر
این فرآیند تأیید هویت تضمین میکند که هر شرکتکننده یک فرد واقعی و قابل شناسایی است. این ویژگی به پیشگیری از فعالیتهای کلاهبرداری یا مخرب در شبکه کمک میکند و محیطی امنتر و معتبرتر برای تراکنشها ایجاد مینماید. PoI به ویژه برای شبکههایی که نیاز به شفافیت و اعتماد بالا دارند، مانند بلاکچینهای سازمانی، مناسب است. پس از تأیید هویت یک شرکتکننده در مکانیزم اثبات هویت (PoI)، به آنها اجازه مشارکت در شبکه و نقشآفرینی در فرآیند اجماع داده میشود. نحوه مشارکت به طراحی خاص شبکه بلاکچین بستگی دارد.
به عنوان مثال:
برخی از شبکههای PoI ممکن است از شرکتکنندگان بخواهند درباره تراکنشهای پیشنهادی رأی دهند.
در حالی که برخی دیگر ممکن است اجازه دهند شرکتکنندگان خودشان تراکنشها را پیشنهاد کنند.
مزایای اثبات هویت
یکی از مزایای اصلی PoI این است که میتواند از حملات سیبیل (Sybil) جلوگیری کند. در حملات سیبیل، یک شرکتکننده با ایجاد چندین هویت جعلی در شبکه، تلاش میکند کنترل شبکه را به دست بگیرد یا سیستم را دستکاری کند. با الزام شرکتکنندگان به ارائه مدارک هویتی قابل تأیید، PoI تضمین میکند که هر شرکتکننده یک موجودیت منحصربهفرد و قابل شناسایی در شبکه است.
معایب اثبات هویت
با این حال، PoI دارای معایبی نیز هست. یکی از چالشهای آن حفظ تعادل میان ناشناس بودن و حریم خصوصی در مقابل فرآیند تأیید هویت است. برخی از شرکتکنندگان ممکن است به دلیل تمایل به حفظ حریم خصوصی خود، تمایلی به افشای هویتشان نداشته باشند. همچنین، ممکن است برخی افراد به ابزارهای لازم برای تأیید هویت دسترسی نداشته باشند. علاوه بر این، فرآیند تأیید هویت ممکن است زمانبر و پرهزینه باشد، که میتواند برخی از شرکتکنندگان را از پیوستن به شبکه منصرف کند. این موضوع میتواند بر مقبولیت و رشد شبکه تأثیر منفی بگذارد.
الگوریتم اثبات فعالیت (Proof of Activity - PoA)
اثبات فعالیت یک مکانیزم اجماع هیبریدی است که با ترکیب اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) به دنبال ایجاد یک شبکه بلاکچین امنتر و کارآمدتر است. PoA به عنوان جایگزینی برای مکانیزمهای سنتی PoW و PoS توسعه داده شده است که اغلب به دلیل مصرف بالای انرژی و خطرات متمرکز شدن مورد انتقاد قرار گرفتهاند. در PoA، ابتدا شبکه بلاکچین از مکانیزم PoW برای تولید بلاکهای جدید استفاده میکند، مشابه با بیتکوین. اما برخلاف بیتکوین، PoA تنها به PoW برای دستیابی به اجماع متکی نیست. پس از تولید یک بلاک جدید، سیستم گروهی تصادفی از اعتبارسنجها را بر اساس سهام آنها در شبکه (PoS) انتخاب میکند. این اعتبارسنجها وظیفه دارند که بلاک جدید را امضا کنند و با این کار یک لایه دوم از تأیید اجماع ارائه دهند.
مزایای PoA
PoA با ترکیب دو مکانیزم PoW و PoS، مصرف انرژی را بهطور قابلتوجهی کاهش میدهد، زیرا اجماع نهایی به جای رقابت مداوم محاسباتی، بر امضای اعتبارسنجها متکی است. این ترکیب همچنین امنیت شبکه را افزایش میدهد، زیرا وجود دو لایه اجماع (PoW برای تولید بلاک و PoS برای تأیید آن) نیاز به هماهنگی میان دو مکانیزم متفاوت برای انجام حملات دارد. علاوه بر این، انتخاب تصادفی اعتبارسنجها از میان سهامداران به کاهش خطر متمرکز شدن شبکه کمک میکند و شبکه را به سمت توزیعشدگی بیشتر سوق میدهد.
معایب PoA
یکی از معایب PoA پیچیدگی بالای آن است، زیرا ترکیب دو مکانیزم مختلف نیازمند مدیریت و اجرای دقیقتری است. همچنین، لایه دوم اجماع بر اساس PoS متکی به سهامداران است، که ممکن است خطر متمرکز شدن در میان سهامداران بزرگ را به همراه داشته باشد. این محدودیتها ممکن است به چالشهایی در طراحی و اجرای این مکانیزم اجماع منجر شود.
الگوریتم اثبات زمان سپریشده (Proof of Elapsed Time - PoET)
اثبات زمان سپریشده یک الگوریتم اجماع است که توسط شرکت اینتل برای استفاده در شبکههای بلاکچین مجاز (Permissioned Blockchain) توسعه یافته است. PoET به عنوان جایگزینی کارآمدتر از نظر انرژی و امنتر نسبت به الگوریتمهای سنتی اثبات کار (PoW) که در بلاکچینهای عمومی مانند بیتکوین استفاده میشوند، طراحی شده است. در PoET، به هر شرکتکننده در شبکه یک زمان انتظار تصادفی اختصاص داده میشود، مشابه با یک قرعهکشی. شرکتکنندگان برای اینکه اولین نفری باشند که زمان انتظارشان به پایان میرسد، با یکدیگر رقابت میکنند. اولین شرکتی که زمان انتظار خود را تمام میکند، حق ایجاد بلاک بعدی را به دست میآورد. این فرآیند به عنوان انتخاب رهبر (Leader Election) شناخته میشود. PoET از سختافزارهای اختصاصی مانند Intel Software Guard Extensions (SGX) برای اطمینان از تصادفی بودن زمان انتظار و جلوگیری از تقلب استفاده میکند. این ویژگی باعث افزایش امنیت و اعتماد در شبکههای مبتنی بر PoET میشود.
مزایای اثبات زمان سپریشده (PoET)
یکی از مزایای اصلی PoET این است که نسبت به PoW انرژی بسیار کمتری مصرف میکند، زیرا نیازی نیست شرکتکنندگان محاسبات پیچیدهای را بهطور مداوم انجام دهند. این ویژگی PoET را برای استفاده در شبکههای بلاکچین مجاز که شرکتکنندگان در آنها شناختهشده و مورد اعتماد هستند، مناسبتر میکند. علاوه بر این، PoET به گونهای طراحی شده که از امنیت بالایی برخوردار باشد. با اختصاص زمان انتظار تصادفی به هر شرکتکننده، دستکاری شبکه توسط یک فرد یا گروه بسیار دشوار میشود. استفاده از محیط اجرای مورد اعتماد (TEE) اینتل تضمین میکند که زمان انتظار بهطور کاملاً تصادفی تعیین شده و قابل پیشبینی یا دستکاری نیست.
معایب اثبات زمان سپریشده (PoET)
با وجود مزایای PoET، این الگوریتم دارای محدودیتهایی نیز هست. یکی از معایب آن این است که به سختافزار خاص اینتل نیاز دارد، که ممکن است پذیرش آن را در برخی موارد محدود کند. علاوه بر این، از آنجا که PoET برای شبکههای مجاز طراحی شده است، ممکن است برای بلاکچینهای عمومی که در آن هر کسی میتواند شرکت کند، مناسب نباشد. این محدودیتها میتوانند کاربرد PoET را به حوزههای خاصی محدود کنند.
الگوریتم اثبات اهمیت (Proof of Importance - PoI)
اثبات اهمیت یک الگوریتم اجماع است که در شبکه بلاکچین NEM استفاده میشود. هدف این الگوریتم تعیین این است که کدام نودها در شبکه باید حق ایجاد بلاکهای جدید و اعتبارسنجی تراکنشها را داشته باشند، و این بر اساس سطح کلی مشارکت و سرمایهگذاری آنها در شبکه انجام میشود. در این الگوریتم، اهمیت هر نود از دو عامل تعیین میشود: موجودی ارز بومی شبکه (XEM) و میزان مشارکت کلی آن نود در شبکه. هرچقدر که یک نود بیشتر XEM داشته باشد و تراکنشهای بیشتری انجام دهد، امتیاز اهمیت آن بالاتر خواهد بود. این امتیاز اهمیت برای تعیین اینکه کدام نودها حق ایجاد بلاک جدید و اعتبارسنجی تراکنشها را دارند، استفاده میشود.
مزایای اثبات اهمیت (PoI)
یکی از مزایای اصلی الگوریتم اثبات اهمیت این است که میتواند به شبکه کمک کند تا از متمرکز شدن جلوگیری کند. زیرا نودهایی که مشارکت فعالتری دارند و ارز بیشتری دارند، از امتیاز بالاتری برخوردار میشوند، که این میتواند باعث توزیع بهتر قدرت در شبکه شود. همچنین، این سیستم به جای اینکه تنها به مقدار سهام یا توان محاسباتی توجه کند، مشارکت واقعی در شبکه را در نظر میگیرد که باعث ایجاد انگیزه برای کاربران برای فعالیت بیشتر در شبکه میشود.
معایب اثبات اهمیت (PoI)
با این حال، یکی از معایب مهم اثبات اهمیت این است که ممکن است باعث ایجاد تمرکز در نودهای بزرگ شود، زیرا نودهایی که XEM بیشتری دارند و تراکنشهای بیشتری انجام میدهند، امتیاز بیشتری دریافت میکنند و در نتیجه قدرت بیشتری برای ایجاد بلاکها و اعتبارسنجی تراکنشها دارند. این میتواند به نفع نودهای با دارایی بالا تمام شود و شبکه را بیشتر متمرکز کند. همچنین، ممکن است برای افراد جدید یا کوچکتر که مشارکت زیادی در شبکه ندارند، سخت باشد که شانس مشارکت و اعتبارسنجی بلاکها را داشته باشند.
پیشنهاد مطالعه: قرارداد هوشمند چیست؟
نتیجهگیری
در نهایت، انتخاب الگوریتم اجماع مناسب یکی از تصمیمات حیاتی در طراحی یک شبکه بلاکچین است. هر الگوریتم اجماع نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارد و انتخاب نادرست آن میتواند عواقب شدیدی برای امنیت، تمرکززدایی و عملکرد شبکه داشته باشد. بنابراین، ضروری است که نیازهای خاص اپلیکیشن بلاکچین به دقت ارزیابی شده و عواملی همچون مقیاسپذیری، کارآیی، امنیت و تمرکززدایی در انتخاب الگوریتم اجماع مورد توجه قرار گیرند. یک الگوریتم اجماع طراحی شده بهخوبی میتواند مزایای زیادی مانند امنیت بهبود یافته، کارآیی بیشتر، زمانهای تراکنش سریعتر و تمرکززدایی بیشتر را فراهم کند. از سوی دیگر، الگوریتم اجماع نامناسب میتواند منجر به تراکنشهای کندتر، هزینههای بالاتر و کاهش امنیت شود.
در نهایت، انتخاب الگوریتم اجماع صحیح میتواند موفقیت یک اپلیکیشن بلاکچین را تعیین کند، بنابراین انتخاب صحیح آن بسیار مهم است. با توجه به اینکه فناوری بلاکچین به طور مداوم در حال تکامل است و الگوریتمهای اجماع جدیدی به وجود میآیند، ضروری است که بهروز و مطلع بمانیم تا بهترین تصمیم را برای هر اپلیکیشن بلاکچین خاص اتخاذ کنیم.
نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید
آدرس ای میل شما نمایش داده نمیشود.