سیستم توافق توزیع شده (اجماع) یعنی در هنگام ارسال یا دریافت وجه نقد از هر شخصی، نیاز به اعتماد به یک سرویس شخص ثالث مثل بانک نباشد. در روش سنتی پرداخت، شما نیاز به اعتماد به یک سرویس شخص ثالث مورد قبول دو طرف معامله مثل Visa, Mastercard, PayPal, دارید که تاریخچه تراکنش ها و میزان موجودی شما را نگه داری می کنند. در روشی که بیت کوین و تعدادی دیگر از ارزهای دیجیتالی معرفی می کنند، هرکسی یک کپی از دفتر کل توزیع شده را دارد و به صورت مستقیم می تواند اطلاعات مورد تایید خود را بر روی این دفتر کل بنویسد. به روش های مختلفی که برای به توافق رسیدن اعضای شبکه برای نگهداری از اطلاعات وجود دارد، الگوریتم اجماع گفته می شود. در ادامه به توضیح مهم ترین پروتکل های اجماع می پردازیم.
الگوریتم تحمل خطای بیزانس (PBFT)
تحمل خطای بیزانس عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance) یک الگوریتم اجماع است که در اواخر دهه 1990 میلادی توسط باربارا لیسکوف (Barbara Liskov) و میگل کاسترو (Miguel Castro) معرفی شده است. PBFT برای اجرای کارآمد در سیستم های غیرهمزمان طراحی شده است. هدف این الگوریتم، حل کردن بسیاری از مشکلات موجود در راهکارهای تحمل خطای بیزانس است. کاربرد این الگوریتم در محاسبات توزیع شده و بلاک چین است.
تحمل خطای بیزانس (BFT) ویژگی شبکه توزیع شده برای دستیابی به اجماع است، حتی هنگامی که بعضی از نودهای شبکه نتوانند پاسخ دهند یا با اطلاعات موثق پاسخ دهند. هدف مکانیزم BFT محافطت در مقابل خطای سیستمی است و این کار را با اجرای تصمیم گیری جمعی محقق می سازد. هدف از تصمیم گیری جمعی، کاهش تأثیر نودهای ناکارآمد است. BFT از مشکل عمومی بیزانس (Byzantine Generals’ Problem) به دست آمده است.
مزایای PBFT
گواه اثبات کار (Proof-of-Work)
پروتکل گواه اثبات کار بیت کوین یک شکل از اجماع است که ناکاموتو برای انتخاب گره ها طراحی کرده است و عمدتا برای محافظت در برابر خطا های بیزانس (به طور عمده در برابر double spending توسط گره های مخرب) است. یک گره تلاش می کند مسئله رمزنگاری شده را حل کند که در آن احتمال یافتن راه حل متناسب با تلاش محاسباتی است و یافتن راه حل محاسباتی بسیار دشوار بوده و می توان آن را فقط با حدس زدن تصادفی به دست آورد.
بنابراین به دلیل اینکه:
گره ای که به صورت مخرب عمل کند، فرصت کمی برای تحمیل بلوک مخرب (double spend) در شبکه دارد؛ مگر اینکه حمله کننده بیش از 50٪ از منابع محاسباتی شبکه را تامین کند (حمله 51 درصد). بنابراین، لگوریتم اجماع PoW یک روش غیر قابل قبول نفوذ ارائه می دهد مگر اینکه یک مهاجم بتواند بیش از 50 درصد منابع را جمع آوری کند.
گاهی اوقات، ممکن است بیش از یک گره راه حل را در یک زمان پیدا کند. وقتی این اتفاق می افتد، هر یک از این گره ها یک بلوک را پیشنهاد می دهند و آن را به شبکه ارسال می کنند. این بلوک ها توسط بلوک های مجاور برداشت می شود و یک بلاک چین به صورت موقت شکل می گیرد و بلوک ها به زنجیره آنها اضافه می شود. در نهایت پروتکل شاخه ای که طولانی تر از بقیه می شود را به عنوان زنجیره رسمی انتخاب می کند و بقیه را از بین می برد.
نقاط قوت گواه اثبات کار
در بیت کوین گره ای که برای ایجاد یک بلوک جدید انتخاب شده است، بابت ثبت تراکنش ها پاداش خود به صورت بیت کوین را دریافت می کند. به دلیل اینکه انجام محاسبات و استخراج پول کار بسیار پر تلاش و پر هزینه ای است، ماینر ها تنها بر روی شاخه ای از بلاک چین تمرکز می کنند که به نظر می رسد زنجیره رسمی (یعنی بلاک چین با اکثریت بلوک ها) باشد.
نقاط ضعف گواه اثبات کار
چندین ضعف در الگوریتم اجماع PoW وجود دارد که مهم ترین آن هزینه های انرژی قابل توجهی است که برای استخراج مصرف می شود و البته می توان به موارد زیر نیز اشاره کرد.
گواه اثبات سهام (Proof-of-Stake)
گواه اثبات سهام (PoS) یکی از دو الگوریتم اجماع معروف در بلاک چین است (همراه با PoW). در گواه اثبات سهام، بلوک های جدید به جای استخراج، «ساخته» می شوند. تحت شرایط گواه اثبات سهام، گره انتخاب شده برای ایجاد بلوک بعدی، از طریق یک فرآیند شبه تصادفی انتخاب می شود که این انتخاب به دارایی ذخیره شده در کیف پول (یا استخر سهام) مربوط به آن گره بستگی دارد. در این حالت، هیچ گره ای نمی تواند نوبت خود را پیش بینی کند. شمار مشخصی از کوین ها در استخر سهام نگهداری می شود تا شانس ایجاد بلوک را خریداری کنند.
برخلاف گواه اثبات کار (PoW) که در آن به ماینرها برای حل پازل ریاضی با هدف تایید تراکنش ها و ایجاد بلوک جدید جایزه داده می شود، در گواه اثبات سهام این خالق بلوک جدید است که بسته به میزان سرمایه اش یک راه قطعی انتخاب می کند. پس جایزه ای در کار نیست و ماینرها فقط کارمزد تراکنش ها را دریافت می کنند. البته قابل ذکر است که در الگوریتم اجماع PoS از کلمه Forgers به جای Miners استفاده می شود.
نقاط قوت گواه اثبات سهام
گواه اثبات سهام دارای مزایایی نسبت به گواه اثبات کار (PoW) است. گواه اثبات سهام قدرت محاسباتی زیادی مصرف نمی کند، با ممانعت از ایجاد استخرهای استخراج متمرکز (centralized mining pools)، خطر حملات مخرب را کاهش می دهد و با توجه به اینکه سازنده بلوک ها، مالک بخشی از آن سکه ها نیز هستند، کسی که مسئولیت «محافظت» از کوین ها را بر عهده دارد، مالک بخشی از آن کوین ها نیز هست. (اتفاقی که در گواه اثبات کار لزوما نمی افتد)
نقاط ضعف گواه اثبات سهام
یکی از نقاط ضعف گواه اثبات سهام در خطر نبودن سهام داران (nothing at stake) است. یک ماینر می تواند در زمان ایجاد فورک (Fork) با هر دو شاخه همراهی کند. این می تواند مانع شکل گیری اجماع بین گره ها شود و خطر دو بار خرج کردن (double spend) را افزایش می دهد.
الگوریتم اثبات سهام وکالتی (DPos)
گواه اثبات سهام وکالتی (DPoS) یک الگوریتم اجماع است که با برای ایمن سازی بلاک چین توسعه یافته است. DPoS به عنوان نسخه ای از دموکراسی مبتنی بر فناوری طراحی شده است و از فرایند رای گیری و انتخاب برای محافطت از بلاک چین در مقابل متمرکزسازی و کاربردهای مخرب استفاده می کند.
گواه اثبات سهام وکالتی توسل دنیل لاریمر، توسعه دهنده نرم افزار، کارآفرین ارز دیجیتال و موسس بیت شیرز (BitShares)، استیمیت (Steemit) و نرم افزار EOSIO توسعه یافته است. بسیاری از بلاک چین ها از کد EOSIO نظیر تلوس، WAX، Worbli و EOS استفاده می کنند. لاریمر گواه اثبات سهام وکالتی را به عنوان جایگزینی برای اجماع گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام طراحی کرده است که مصرف انرژی بسیار زیاد و محافظت ضعیفی از اهداف مخرب دارند.
اولین پیاده سازی و نسخه DPoS در بیت شیرز اجرا شد. DPoS هم چنین طوری برنامه ریزی شده است تا جایگزین مقیاس پذیرتری نسبت به الگوریتم های اجماع سنتی باشد. از آنجایی که در DPoS هر بلاک به نحوی تایید می شود تا از استفاده از انرژی، توان محاسباتی و منابع بسیار زیاد خودداری شود، تمام تراکنش ها را می توان نسبتا سریع در هر مرحله از توسعه شبکه انجام داد. نمونه های معروف از ارزهای دیجیتال که از DPoS استفاده می کنند شامل لیسک (Lisk)، استیم (Steem)، Waykichain، بیت شیرز (BitShares) و EOS هستند.
مزایای گواه اثبات سهام وکالتی
معایب DPoS
الگوریتم اجماع Proof-of-Activity
این الگوریتم اجماع در حقیقت تلفیقی از PoW و PoS است. در این روش، ابتدا ماینرهای PoW هش مربوط به بلوک را حل می کنند و بلوک های پیشنهادی (یا الگو) را به شبکه می فرستند. شبکه از هش بلوک استفاده می کند و یک عدد شبه تصادفی N را تولید می کند که به کلید عمومی دارندگان آن کوین متصل است. سهام داران PoS بلوک را امضا و تایید می کنند. اگر اولین گره یا ماینر PoS که تایید تراکنش برای او فرستاده شده جوابگو نباشد، به طور خودکار اطلاعات برای گره بعدی فرستاده می شود و این چرخه آنقدر تکرار می شود تا در آخر بلوک تایید شود.
نقاط قوت Proof-of-Activity
در این روش ماینرهای PoS بعد از حل مسئله که توسط ماینرهای PoW صورت می گیرد، درگیر بلوک می شوند. پس حتی اگر ماینرهای PoS بیش از 50 درصد از کل کوین های شبکه را در دست داشته باشند، قادر به کنترل و تولید بلوک نخواهند بود. علاوه بر این اگر عدد تولید شده N بیشتر از 1 باشد، نظر ماینرهای دیگر جز خودشان حائز اهمیت خواهد بود.
نقاط ضعف Proof-of-Activity
پروتکل نیاز به تبادل اطلاعات دائمی دارد. برای کاهش ترافیک، الگو (بلوک پیشنهادی) شامل لیست تراکنش ها نیست و این لیست تنها توسط آخرین ماینر امضا کننده، به بلوک اضافه خواهد شد. اگر N = 3 باشد و تنها 10 درصد از ماینرها آنلاین باشند، ماینرهای PoW باید قبل از اینکه یک بلوک امضا شود، 10 × 10 × 10 = 1000 بلوک پیشنهادی تولید کنند.
پروژه Meissa یکی از پلت فرم هایی است که با استفاده از همین الگوریتم تصمیم دارد تا از تمام گره ها که در حقیقت همان کامپیوترها در سرتاسر دنیا هستند، استفاده کند و به طور ایمن یک ابر کامپیوتر جهانی توزیع شده برای اهداف مختلف مثل برنامه های غیرمتمرکز، سیستم انتقال پول و به اشتراک گذاری منابع ایجاد کند. این الگوریتم به عنوان (DPoA (Delegated Proof-of-activity نیز شناخته می شود و از اصول الگوریتم اجماع PoA که در بالا ذکر شد تبعیت می کند.
الگوریتم اجماع Proof-of-Burn
در این روش انتخاب گره ها که نقش ماینرها را بازی می کنند، با توجه به کوین هایی است که این گره ها سوزانده اند. سوزاندن یعنی مقداری از کوین ها از چرخه معاملات خارج شوند (به عنوان مثال آنها را به یک آدرس غیر قابل برداشت ارسال کرده اند). گره های انتخاب شده می توانند تراکنش ها را تایید کرده و کارمزد آن را دریافت کنند. از زمان سوزاندن کوین ها باید به اندازه کافی زمان گذشته باشد تا مطمئن شد که امکان هیچ تراکنشی با آن وجود نداشته باشد.
از نظر گره، عمل سوزاندن گران تر از نگه داشتن آن تمام می شود. بنابراین، ممکن است این مشکل به وجود بیاید که یک گره، شبکه را با امضای بلوک ها در زنجیره های موازی، فریب دهد. چه مقدار کوین باید سوزانده شود؟ ماینرها معمولا ارزهای رمزنگاری شده خود را با نرخ متوسطی که با میزان کارمزد هر تراکنش ارتباط دارد، می سوزانند. به طور کلی هزینه استخراج در این الگوریتم کمتر از هزینه ای است که برای استخراج به روش PoW (هزینه سخت افزارها) پرداخته می شود.
نقاط قوت Proof-of-Burn
این الگوریتم اجماع به هیچ تجهیزاتی بجز کوین برای سوزاندن نیاز ندارد.
نقاط ضعف Proof-of-Burn
این الگوریتم فقط زمانی کاربرد خواهد داشت که توکن یا کوینی به روش های دیگر قبلا استخراج شده باشد.
الگوریتم اجماع Proof-of-Capacity
تحت این الگوریتم، گره انتخاب شده برای ایجاد بلوک بعدی، از طریق یک فرآیند شبه تصادفی انتخاب می شود و باید مقداری از حافظه یا فضای هارد سیستم خود را در شبکه به اشتراک گذاشته باشد. بنابراین، شباهت هایی به PoW دارد؛ فقط به جای توابع که مخصوص پردازشگرهای CPU است، توابع مخصوص خود را دارد. هر مگابایت حافظه به اشتراک گذاشته شده، یک بلیط اضافی برای استخراج است. این الگوریتم به شاخه های متفاوتی تقسیم می شود که قالب اصلی همه شبیه بهم است اما در جزئیاتی متفاوت هستند.
ارزهای دیجیتال که از این الگوریتم بهره می برند از ماینینگ هارد درایو برای تایید بلاک های جدید استفاده می کنند. اولین بار برست کوین (Burstcoin) این الگوریتم را معرفی کرد. ماینرهای الگوریتم اثبات کار منابع را می سوزانند و از بین می برند درحالی که الگوریتم اثبات ظرفیت به شما امکان می دهد تا از فضای موجود در هارد خود برای استخراج استفاده کنید. الگوریتمی با هشینگ مکرر کلیدهای عمومی، برای ایجاد بسته های داده ها مورد استفاده قرار می گیرد. هرچه فضای خالی بیشتری داشته باشید احتمال استخراج بلاک بیشتر خواهد بود.
نقاط قوت Proof-of-Capacity
الگوریتم اجماع PoC نسبت به PoW عادلانه تر است و خطر استخراج به صورت متمرکز را کاهش می دهد و ماینرها برای ذخیره داده های مفید عمومی در شبکه انگیزه پیدا می کنند.
نقاط ضعف Proof-of-Capacity
در این روش هم هنوز مشکل " nothing-at-stake " وجود دارد. این اصطلاح مخصوص الگوریتم هایی مانند PoC یا PoW است که گره هایی که توانایی استخراج دارند، لزوما در ارزی که استخراج می کنند سرمایه ای ندارند. این موضوع باعث می شود ماینرها تعهد لازم به شبکه را نداشته باشند. برای مثال در روش PoS که ماینرها حتما باید از سهام داران شبکه باشند، دغدغه بیشتری برای سلامت شبکه خواهند داشت. چرا که با آسیب رسیدن یا ایجاد اختلالی در شبکه خود آنها هم متضرر خواهند شد. در PoC یک گره می تواند شانس خود را در یک زنجیره جایگزین نیز امتحان کند. بنابراین، بسیاری از گره ها می توانند به طور همزمان بدون صرف منابع زیاد در زنجیرهای مختلف بلوک استخراج کنند.
Proof-of-Elapsed-Time
این الگوریتم، گره ها را به روش قرعه کشی انتخاب می کند و از محیط اجرای TEE برای اطمینان از ایمنی فرایند انتخابات خود استفاده می کند. TEE توسط سخت افزار ویژه اینتل (SGX, Secure Guard Extensions) ارائه می شوند. هر تایید کننده بلوک با کوتاهترین زمان انتظار و طبق یک تابع قابل اعتماد، برای تولید بلوک انتخاب می شود. این انتخابات ماینر را به صورت تصادفی از سرتاسر شبکه انتخاب می کند.
نقاط قوت Proof-of-Elapsed-Time
نقدینگی کوتاه مدت کمتر اهمیت دارد. مصرف برق خیلی بالا نیازی نیست و استخراج کم هزینه تر انجام می شود. به همین دلیل احتمال افزایش جمعیت ماینرها وجود دارد که این موضوع الگوریتم اجماع را مستحکم تر می کند.
نقاط ضعف Proof-of-Elapsed-Time
پیاده سازی این الگوریتم اجماع نیاز به داشتن سخت افزار اینتل دارد.
الگوریتم اجماع Proof-of-Importance
این الگوریتم توسط NEM به منظور بهبود و ارتقای فعالیت های اقتصادی معرفی شد. به هر حساب کاربری، امتیاز خاصی اختصاص داده شده است که بیانگر اهمیت کلی آن برای اقتصاد است. این روش کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که تمام رایانه های موجود در شبکه با یکدیگر موافق بوده و کاربران را از خرج کوین هایی که در دست ندارند باز دارد. کاربرانی که "مهم" هستند می توانند "برداشت" کرده و جایزه کسب کنند.
الگوریتم اجماع Proof-of-Storage
این الگوریتم اولین بار در سال 2013 ایجاد شد. کوین هایی نظیر استورج (Storj) از این الگوریتم استفاده می کنند. این شبکه ها به جای استفاده از بلاک چین، از بلاک تری (blocktree) استفاده می کنند. هم چنین کاربر به جای مشاهده تمام تراکنش های لیست شده، فقط تراکنش هایی را مشاهده خواهد کرد که به وی مربوط هستند. هر گره در بلاک تری حاوی یک بلاک چین است. در حال حاضر هیچ الگوریتم اثبات ذخیره سازی قابل تایید قطعی وجود ندارد و هیچ طرح شناخته شده ای برای تایید جداگانه آن وجود ندارد.
الگوریتم اثبات سهام عمر (PoST)
این الگوریتم اجماع که اولین بار در وریکوین (Vericoin) مورد استفاده قرار گرفت، از سن کوین استفاده می کند؛ اما به جای استفاده از تعداد کوین ها برای محاسبه سن آن ها، از مدت زمانی استفاده می کند که کوین ها در آدرس خاصی نگهداری شده اند. این روش بر خلاف بسیاری از الگوریتم های اثبات سهام دیگر، برای اجتناب از پولدارتر کردن کاربران پولدار اجرا شده بود.
الگوریتم اثبات سهام سرعت (PoSV)
ردکوین (Reddcoin) اولین بار این روش را معرفی کرد. این الگوریتم بر اساس تعداد کوین های کاربران و نحوه استفاده از آن ها، به کاربران جایزه می دهد.
الگوریتم اثبات نقاط بررسی (PoC)
این الگوریتم اجماع یک سیستم چندگانه یا هیبرید است که از هر سیستم اثبات سهام با سیستم اثبات کار استفاده می کند. ایده این مفهوم، کاهش حملات به سیستم اثبات سهام است. هرچند هم چنان حمله به گره ای که مدت زمان زیادی آفلاین بوده است صورت می گیرد و در پی آن می توان از این گره برای ارائه اطلاعات غلط درباره بلاک چین استفاده کرد. هر مقدار بلاک در سیستم اثبات سهام برای استخراج شدن به بلاک اثبات کار نیاز دارد. هر بلاک اثبات کار حاوی هیچ تراکنشی نیست و مستقیما به شبکه اثبات کار و اثبات سهام متصل است.
پروتکل اجماع ریپل (Ripple)
ریپل یک پروتکل پلتفرم پرداخت مبتنی بر بلاکچین است که با هدف استفاده های مالی و ایجاد درگاه پرداخت ایجاد شده است. هر گره A یک لیست منحصر به فرد (UNL) دارد این که لیست شامل دیگر گره های قابل اعتماد در شبکه توسط گره A است. حداقل 40٪ از گره های داخل لیست UNL گره A باید در UNL گره های دیگر نیز ظاهر شده باشند. برای رسیدن به توافق، هر گره مجموعه ای از تراکنش های کاندید را منتشر می کند و پس رای گیری از گره های لیست UNL خود در رابطه با این تراکنش ها، لیست تراکنش ها را تصحیح می کند. هنگامی که یک مجموعه کاندید حداقل 80٪ رأی از گره های UNL دریافت کند، کاندید به یک بلوک معتبر در بلاکچین ریپل تبدیل می شود. توافق در کل شبکه زمانی اتفاق می افتد که همه زیر شبکه ها به توافق برسند.
پروتکل اجماع استلار (Stellar)
استلار هم مانند ریپل یک پلتفرم پرداخت مبتنی بر بلاکچین است که برای موارد مربوط به استفاده مالی و دامنه پرداخت استفاده می شود. پروتکل اجماع استلار از دو مفهوم quorum (مجموعه ای از گره های کافی برای رسیدن به توافق) و quorum slice (زیرمجموعه ای از quorum که می تواند یک گره را برای توافق قانع کند) استفاده می کند.
برای رسیدن به توافق سراسری، quorum ها باید تقسیم شوند. هر گره در ابتدا رای گیری اولیه در تراکنش ها را انجام می دهد. هر گره تراکنش های مورد نظر خود را انتخاب می کند و هرگز به تراکنشی متناقض با این تراکنش ها رای نمی دهد. همچنین اگر quorum slice یک گره، تراکنش متفاوتی را پذیرفت، گره نیز آن تراکنش را می پذیرد. یک گره در صورتی یک تراکنش را می پذیرد که هرگز تراکنش متناقضی را نپذیرفته باشد و هر گره موجود در quorum slice نیز آن تراکنش را پذیرفته باشد. تایید، آخرین گام روند رای گیری است و نشان دهنده توافق در سطح سیستم است. این مرحله تضمین می کند که گره ها برای یکدیگر پیام های تایید ارسال کنند تا در نهایت بر روی وضعیت نهایی سیستم توافق شود.
جمع بندی
در این مطلب سعی کردیم لیست کاملی از الگوریتم های اجماع به کار گرفته شده در سیستم های بلاکچینی مختلف را در اختیار شما قرار بدهیم. به کارگیری الگوریتم اجماع موجب حفظ ویژگی غیرمتمرکز بودن در این سیستم ها می شود و باگ های موجود در سیستم های سنتی را از بین می برد. البته این نکته را هم باید در نظر داشت که هر کدام از این الگوریتم های اجماع دارای نقاط قوت و ضعف مخصوص به خود هستند و همین مسئله باعث شده که به طور مداوم شاهد معرفی الگوریتم های اجماع جدیدی باشیم.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
