راهنمای جامع انواع الگوریتم‌های اجماع در بلاکچین

مرسده ولی زاده
مرسده ولی زاده
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Twitter
مکانیزم‌های اجماع در بلاکچین

با گسترش ارزهای دیجیتال در میان مردم، تا به امروز جوامع و سازمان‌های مختلفی سعی در ایجاد منبع درآمد از کریپتو داشته‌اند.

از طرفی نهادهای بسیاری قصد ارائه خدمات مبتنی بر بلاکچین را برای کاربران خود دارند.

تمام این مشاغل و جوامع توسط مکانیزمی که مکانیزم اجماع نام دارد، بهینه می‌شوند.

پشت هر ارز دیجیتال و پروژه موفق بلاکچینی، یک الگوریتم اجماع فوق‌العاده در حال اجرا است. در واقع، تفاوت میان الگوریتم‌های اجماع، منجر به ایجاد تفاوت در پروژه‌های مختلفی بر بستر بلاکچین می‌شود.

در این مقاله قصد داریم تا به معرفی کامل انواع مکانیزم‌های اجماع در بلاکچین بپردازیم. پس تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.

1. الگوریتم اثبات کار (PoW)

اثبات کار از عبارت Proof-of-Work گرفته شده است.

اولین الگوریتمی که در بلاکچین مورد استفاده قرار گرفت، الگوریتم اثبات کار بود. اولین بار این مکانیزم توسط ساتوشی ناکاموتو برای بلاکچین بیت‌کوین به‌کار گرفته شد.

این مکانیزم باعث شد تا عملیات استخراج رشد کند و مصرف انرژی زیادی در سرتاسر جهان به وجود بیاید.

به این مکانیزم، ماینینگ یا استخراج نیز می‌گویند که در آن ماینرها برای حل مسائل پیچیده ریاضی با یکدیگر به رقابت می‌پردازند. در این رقابت، میزان قدرت پردازشی ماینر با میزان درآمد یا سرعت آن در حل مسائل ریاضی رابطه مستقیم دارد.

بیشتر بخوانید: وقتی آخرین بیت‌کوین استخراج شد چه اتفاقی می‌افتد؟

درواقع الگوریتم اثبات کار یعنی “طولانی‌ترین زنجیره، برنده است” و به دلیل اینکه بیشتر ماینرها بر روی زنجیره مشابهی کار می‌کنند، آن زنجیره طولانی‌ترین و مورد اعتمادترین زنجیره خواهد بود.

مادامی که بیش از 50 درصد از شبکه بیت‌کوین را ماینرهای درست‌کاری تشکیل دهند که دست به خرابکاری نزده باشند، این شبکه امن خواهد بود.

هر ماینری که بتواند به عنوان اولین نفر، بلاک مربوطه را حل کند، پاداش خود را در قالب کوینی که استخراج کرده است، دریافت می‌کند. ارزهای دیجیتال زیادی از این مکانیزم اجماع استفاده می‌کنند؛ مانند اتریوم، لایت‌کوین، دوج‌کوین و مهم ترین آن‌ها، بیت‌کوین.

الگوریتم اثبات کار
مکانیزم اجماع اثبات کار (PoW)

این مکانیزم، به دستگاه‌های گران و پرقدرتی نیاز دارد و هزینه انجام آن بسیار بالا است. حتی اتریوم برای بهره‌وری اقتصادی و صرفه‌جویی در انرژی نیز تصمیم گرفت تا به سمت الگوریتم اثبات سهام (PoS) برود.

مزایای مکانیزم اثبات کار

  • مقاوم در برابر حمله 51 درصد (51% Attack) که یکی از بزرگترین تهدیدها برای شبکه‌های بلاکچینی است.
  • مناسب برای ماینرهایی که منابع کمتری در اختیار داشته و توانایی اجرای فول نود را ندارند.

معایب مکانیزم اثبات کار

  • مصرف انرژی بسیار زیاد و به وجود آوردن مشکلات زیست محیطی
  • استفاده از تجهیزات و منابع گران‌قیمت

2. الگوریتم اثبات سهام (PoS)

اثبات سهام از عبارت Proof-of-Stake گرفته شده است.

در مکانیزم اثبات سهام (PoS) برخلاف مکانیزم PoW، بلاک‌های جدید توسط ماینرهایی که حل مسائل را برعهده داشتند، ساخته نمی‌شود؛ بلکه متخصصانی وجود دارند که با گرو گذاشتن و قفل کردن توکن‌های خود در شبکه، روی بلاک‌ها عمل اعتبارسنجی را انجام می‌دهند.

افراد با قفل کردن توکن‌های خود در مدت زمان مشخصی، به یک ولیدیتور (Validator) شبکه تبدیل می‌شوند؛ اصطلاحا به این عمل استیکینگ یا سهام‌گذاری نیز گفته می‌شود.

بعد از آن، استیک‌کننده‌ها می‌توانند به ایجاد بلاک در شبکه بپردازند. به طور معمول کاربری که بیش‌ترین حجم دارایی قفل شده در طولانی‌ترین مدت را دارد، شانس بیش‌تری برای انتخاب شدن نیز خواهد داشت.

از مشکلات رایجی که در این مکانیزم وجود دارد، مشکل Nothing at Stake است. این مشکل از جایی نشأت می‌گیرد که، ولیدیتورها نیازی به توان پردازشی در فورک‌های مختلف ندارند و به دلیل هزینه کمی که وجود دارد، هر ولیدیتور می‌تواند در هر فورکی که ایجاد شده بدون نگرانی رأی دهد و روی آن فورک کار کند.

اگر ولیدیتورها روی دو (یا بیشتر) زنجیره عملیات استخراج را انجام دهند، کارمزد تراکنش‌ها را در هر فورکی که در نهایت برنده شده، دریافت خواهند کرد.

به عنوان مثال، اگر یک ولیدیتور در هر فورک مشارکت داشته باشد، حداقل اجماع را مختل می‌کند و می‌تواند شبکه را در برابر حملات دوبار خرج کردن (Double spending) آسیب‌پذیرتر کند.

مزایای مکانیزم اثبات سهام

  • عدم نیاز به محاسبات سخت و پیچیده
  • کاهش و بهینه‌سازی مصرف انرژی
  • قابلیت مقیاس‌پذیری بالاتر نسبت به PoW
  • امکان ایجاد همزمان چند بلاک و افزایش توان عملیاتی تراکنش

معایب مکانیزم اثبات سهام

  • وجود مشکل Nothing at Stake
  • نیاز به تمرکز بیشتر در بلاکچین‌های مدرن

3. الگوریتم اثبات سهام نمایندگی شده (DPoS)

اثبات سهام نمایندگی شده از عبارت Delegated Proof-of-Stake گرفته شده است.

به عقیده برخی از متخصصان حوزه بلاکچین، اثبات سهام نمایندگی شده، ورژن کارآمدتر و دموکراتیک‌تر اثبات سهام است.

بیشتر بخوانید: پلتفرم و ارز دیجیتال EOS چیست؟

در این مکانیزم، دارندگان توکن، درباره معتبر بودن بلاک‌ها رای نمی‌دهند، بلکه نمایندگانی (Delegator) را از طریق رأی‌گیری انتخاب می‌کنند تا آن‌ها کار اعتبارسنجی بلاک‌ها را انجام دهند.

معمولاً بین 21 تا 100 نماینده در سیستم‌های مبتنی بر DPoS انتخاب می‌شود. نمایندگان به صورت دوره‌ای در شبکه جابه‌جا می‌شوند و پروتکل، آن‌ها را ملزم به تحویل بلاک‌هایشان می‌کند. تعداد کم نمایندگان باعث می‌شود که به طور موثر سازماندهی شوند و هر نماینده قادر به تعیین زمان کافی برای انتشار هر بلاک باشد.

اگر نمایندگان، بلاک‌ها را منتشر نکنند یا به تایید تراکنش‌های نامعتبر بپردازند، دارندگان توکن رای به خروج آن‌ها می‌دهند و فرد بهتری را جایگزین می‌کنند.

لازم به ذکر است که در این مکانیزم بر خلاف مکانیزم‌های قبلی، ولیدیتورها به رقابت با یکدیگر نمی‌پردازند؛ بلکه برای ایجاد بلاک با یکدیگر همکاری دارند. علاوه براین، متمرکز‌سازی جزئی که در این مکانیزم وجود دارد، منجر به عملکرد سریع نسبت به سایر مکانیزم‌ها می‌شود. 

پلتفرم‌های معروفی همچون بیت شیرز (BitShares)، ایاس (EOS) و استیمیت (Steemit) از این مکانیزم استفاده می‌کنند.

مزایای مکانیزم اثبات سهام نمایندگی شده

  • اجرای آسان‌تر نسبت به مکانیزم‌های قبلی
  • بهینه‌سازی مصرف انرژی
  • ایجاد تراکنش‌های ارزان
  • قابلیت مقیاس‌پذیری بالا
  • استفاده شده در بسیاری از پلتفرم‌های بلاکچینی 

معایب مکانیزم اثبات سهام نمایندگی شده

  • مستعد تبانی ولیدیتورها
  • تا حدودی متمرکز

4. الگوریتم اثبات سوزاندن (PoB)

اثبات سوزاندن از عبارت Proof-of-Burn گرفته شده است.

ورژن‌های مختلفی از این الگوریتم اجماع توسعه یافته است؛ اما در فضای ارزهای دیجیتال، الگوریتم اجماع سوزاندن بیشتر کاربرد دارد. این الگوریتم اولین بار توسط آین استوارت (Iain Stewart) به دنیای کریپتو معرفی شد.

بیشتر بخوانید: توکن سوزی یا سوزاندن توکن (Token Burning) چیست؟

مکانیزم اثبات سوزاندن به عنوان یک جایگزین پایدار برای مکانیزم اثبات کار پیشنهاد شده است. در کل اثبات سوزاندن شبیه اثبات کار است، اما در مقایسه با آن مصرف انرژی بسیار پایین‌تری دارد.

فرآیند اعتبارسنجی بلاک‌ها در شبکه‌های بلاکچینی مبتنی بر این الگوریتم اجماع، نیازی به استفاده از منابع محاسباتی قدرتمند و دستگاه‌های ماینر با مصرف برق بالا ندارد.

در عوض در این مکانیزم، ارزهای دیجیتال به صورت کاملا عمدی به عنوان راهی برای سرمایه‌گذاری منابع در بلاکچین سوزانده می‌شوند (در واقع نوعی استیک است). به این ترتیب؛ در این مکانیزم، نودها به وسیله سوزاندن کوین‌ها و نشان دادن تعهدشان نسبت به شبکه، حق استخراج و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را به دست آورده و پاداش خود را دریافت می‌کنند.

در این روش نیازی به منابع خارجی نیست و مشابه اثبات سهام، از منابع داخلی (توکن‌های موجود در شبکه) استفاده می‌شود.

مزایای مکانیزم اثبات سوزاندن 

  • دارای محبوبیت بالا در پلتفرم‌های بلاکچینی
  • پیاده‌سازی آن در شبکه‌های dlt

معایب مکانیزم اثبات سوزاندن

  • به دلیل سوزاندن منابع، به نوعی افراط در مکانیزم‌های اجماع است.
  • تا حدودی متمرکز است؛ زیرا تنها کسانی که مایل به صرف هزینه بیشتر از طریق سوزاندن هستند، شانس بیشتری برای انتخاب به عنوان ولیدیتور دارند.

5. الگوریتم اثبات زمان سپری شده (PoET)

اثبات زمان سپری شده از عبارت Proof-of-Elapsed-Time گرفته شده است.

در روش اثبات زمان سپری شده، به صورت کاملا تصادفی و عادلانه سازنده بلاک جدید انتخاب می‌شود. مبنای این روش، انتخاب سازنده بلاک با استفاده از میزان زمان سپری شده هر کاربر در شبکه است.

در این مکانیزم، سیستم زمان مشخصی را به صورت تصادفی برای هر کاربر انتخاب می‌کند و پس از سپری شدن زمان مورد نظر، کاربری که زمانش به اتمام رسیده، اولویت ساخت بلاک را دارد.

لازم به ذکر است که این مکانیزم تنها زمانی کاربردی است که هیچ نود یا کاربری چندبار در این سیستم ورود نکرده باشد. این روش، به عنوان جایگزین الگوریتم PoW مطرح شده و ادعا می‌کند که مصرف انرژی به مراتب کمتری دارد.

مزایای مکانیزم اثبات زمان سپری شده

  • عدم نیاز به منابع زیاد
  • مصرف انرژی کم
  • مناسب برای بلاکچین‌های خصوصی مانند Hyperledger Fabric 

معایب مکانیزم اثبات زمان سپری شده

  • استفاده از این مکانیزم ساده نیست و نیازمند داشتن تخصصی بالا در زمینه شبکه و سخت‌افزار است.

6. الگوریتم اثبات اعتبار (PoA)

اثبات اعتبار از عبارت Proof-of-Authority گرفته شده است.

این یک الگوریتم اجماع مبتنی بر شهرت است و یک راه حل عملی و کارآمد برای شبکه‌های بلاکچینی ارائه می‌کند. این اصطلاح در سال 2017 توسط گاوین وود (Gavin Wood)، بنیان‌گذار پولکادات و یکی از بنیان‌گذاران اتریوم، پیشنهاد شد.

در الگوریتم اثبات اعتبار، از ارزش هویت‌ها استفاده می‌شود و ولیدیتورها به جای استیک کردن ارز دیجیتال شبکه (مانند PoS) یا استفاده از قدرت محاسباتی (مانند PoW)، متکی بر شهرت‌شان هستند.

بلاکچین‌های مبتنی بر این الگوریتم اجماع، توسط نودهای ولیدیتوری که به عنوان موجودیت‌های قابل اعتماد انتخاب شده‌اند، امنیت‌شان تضمین می‌شود. این روش، از نحوه اعتبارسنجی دموکراتیک که مورد نظر ساتوشی ناکاموتو بود، فاصله زیادی دارد.

در شبکه‌های غیرمتمرکزی که از اثبات اعتبار به عنوان الگوریتم اجماع استفاده می‌شود، تعداد محدودی ولیدیتور وجود دارد. این کار منجر به کاهش عدم تمرکز و بهبود مقیاس‌پذیری می‌شود.

الگوریتم اثبات اعتبار
در مکانیزم اجماع اثبات اعتبار، یک فرد به عنوان ولیدیتور انتخاب می‌شود و وظیفه اعتبازسنجی نودها را بر عهده می‌گیرد. در این مکانیزم، انتخاب ولیدیتورها به شکل دموکراتیک وجود ندارد.

پلتفرم‌هایی مانند شبکه آزمایشی اتریوم کووان (Ethereum Kovan) و POA.Network از این مکانیزم استفاده می‌کنند.

مزایای مکانیزم اثبات اعتبار

  • عدم نیاز به منابع محاسباتی
  • کاهش مصرف انرژی
  • مقیاس‌پذیری بالا

معایب مکانیزم اثبات اعتبار

  • عدم وجود قابلیت تمرکززدایی
  • برنامه‌های کاربردی ساخته شده با این الگوریتم، در برابر سانسور مقاوم نیستند.

سخن پایانی

همانطور که در این مقاله اشاره کردیم، وجود الگوریتم‌های اجماع در شبکه‌های غیرمتمرکز ضروری است. اگرچه شبکه‌های غیرمتمرکز بلاکچینی مزایایی بسیاری دارند؛ اما آن‌ها بدون وجود مکانیزم‌های اجماع پایدار نخواهند بود.

در این مقاله از مجله بورسینس، با مفهوم الگوریتم اجماع و انواع آن‌ها آشنا شدیم. امیدواریم که این مقاله برای شما مفید باشد.

قصد خرید یا فروش ارز دیجیتال در ایران را دارید؟ در این سایت می‌توانید با اطمینان و با چند کلیک خرید کنید:

نامویژگی‌هاامتیاز
نوبیتکس
  • خرید ارز دیجیتال با کارت بانکی شتاب
  • بدون نگرانی از تحریم
  • معامله با کارمزد و سرعت مناسب
  • ترید ارز دیجیتال با دلار (تتر) و ریال
عضویت فوری
صرافی خارجی کوینکسعضویت فوری

سایر مطالب: مکانیزم یا الگوریتم اجماع بلاکچین (Consensus Mechanism)

به اشتراک بگذارید:

Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Telegram
Email
مرسده ولی زاده

مرسده ولی زاده

کارشناس ارشد مهندسی نرم‌افزار؛ محقق بلاکچین و ارزهای دیجیتال از سال 2018
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

عناوین مطلب