الگوریتم اجماع چیست؟ آشنایی با انواع مکانیزم اجماع در بلاک چین
الگوریتم اجماع یکی از مفاهیم مهم در سیستم‌های غیرمتمرکز از جمله بلاک چین است که به نودهای شبکه اجازه می‌دهد بدون نیاز به یک نهاد مرکزی، درباره‌ی صحت داده‌ها توافق کنند. این الگوریتم‌ها تضمین می‌کنند که اطلاعات ثبت‌شده در شبکه معتبر و غیرقابل تغییر باشند. اهمیت این مکانیزم در بلاک چین و دیگر سیستم‌های توزیع‌شده، به‌ویژه در تأمین امنیت و جلوگیری از تقلب، بسیار زیاد است. با توجه به اهمیت این موضوع، در ادامه به صورت دقیق‌تر به این سوال پاسخ می‌دهیم که الگوریتم اجماع دقیقا چیست؟
الگوریتم اجماع چیست؟
الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm) در بلاک چین مکانیزمی است که به شبکه‌های غیرمتمرکز امکان می‌دهد به توافق جمعی درباره صحت و ترتیب تراکنش‌ها دست یابند. در واقع، الگوریتم اجماع به اعتبارسنج‌ها اجازه می‌دهد بدون نهاد مرکزی، درباره‌ی داده‌های دفتر کل توافق کنند. این سیستم تضمین می‌کند که همه از قوانین پیروی کرده و داده‌ها را درست اعتبارسنجی کنند.
در سیستم‌های غیرمتمرکز، جلوگیری از ثبت اطلاعات نامعتبر مانند موجودی جعلی یا تراکنش دوبار خرج‌شده حیاتی است، زیرا بی‌اعتباری آن، اعتماد کاربران را از بین می‌برد. علاوه بر حفظ یکپارچگی داده‌ها، الگوریتم‌های اجماع نقش مهمی در امنیت شبکه دارند. حمله‌ی اکثریت است که در آن گروهی با در اختیار گرفتن بیش از ۵۰٪ از قدرت شبکه، تراکنش‌ها را دستکاری می‌کند، یک تهدید بزرگ برای شبکه‌ها است. بدون الگوریتم اجماع مقاوم، چنین حمله‌ای می‌تواند کنترل شبکه را به مهاجمان بسپارد.
ساتوشی ناکاموتو، خالق بیت کوین، اولین کسی بود که دریافت الگوریتم‌های اجماع می‌توانند به‌عنوان یک راهکار مؤثر برای جلوگیری از چنین حملاتی عمل کنند. او با معرفی یک الگوریتم اجماع مقاوم، توانست شبکه‌ی بیت کوین را در برابر حملات و دستکاری‌های احتمالی ایمن سازد. این نوآوری، بیت کوین را به نخستین ارز دیجیتال غیرمتمرکز و قابل‌اعتماد در سطح جهانی تبدیل کرد و مسیر را برای توسعه‌ی دیگر شبکه‌های بلاک چین هموار ساخت.
تاریخچه الگوریتم اجماع
در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ میلادی، با رشد کامپیوتر و شبکه، برای دسترسی کاربرهای مختلف، پایگاه‌های داده اشتراکی ایجاد شدند. بیشتر این پایگاه‌ها متمرکز بودند و کاربران از ایستگاه‌های کاری مختلف به آنها متصل می‌شدند. مدیران شبکه دسترسی‌ها را کنترل و یکپارچگی داده‌ها را حفظ می‌کردند. بعدها این سیستم‌ها به شبکه‌هایی تبدیل شدند که داده‌ها را در دستگاه‌های مختلف ذخیره و پردازش می‌کردند.
یکی از چالش‌های این شبکه‌ها جلوگیری از دستکاری داده‌ها و دسترسی غیرمجاز بود، چه عمدی و چه غیرعمدی. برای حل این مشکل، به روشی خودکار برای مدیریت پایگاه‌های داده توزیع‌شده نیاز بود تا تغییرات غیرمجاز را محدود کند. در نتیجه، اجماع توزیع‌شده به وجود آمد و برنامه‌ها با تکنیک‌های رمزنگاری درباره وضعیت پایگاه داده توافق می‌کردند.
در این سیستم، از الگوریتم‌های رمزنگاری برای ایجاد هش‌های طولانی از اعداد و حروف استفاده می‌شد که توسط برنامه‌ها تأیید می‌شدند. هش‌ها فقط زمانی تغییر می‌کنند که اطلاعات ورودی به الگوریتم تغییر کند، بنابراین برنامه‌ها هش‌ها را با یکدیگر مقایسه می‌کردند. وقتی هر برنامه هش یکسانی تولید می‌کرد، داده‌ها به توافق شبکه می‌رسیدند. این روند منجر به توسعه الگوریتم‌های اجماع شد که نقش ساتوشی ناکاموتو در آنها برجسته است.
بیشتر بخوانید: تابع هش و هشینگ چیست
الگوریتم اجماع چگونه کار می‌کند؟
الگوریتم‌های اجماع در بلاک چین‌های مختلف انواع متفاوتی دارند، اما بیشتر آنها از اعتبارسنج‌ها می‌خواهند که پیش از دریافت حق پیشنهاد و تأیید بلاک‌های جدید، سرمایه‌گذاری یا تلاش خاصی را انجام دهند. این سیستم به گونه‌ای طراحی می‌شوند که اعتبارسنج‌ها برای مشارکت در شبکه انگیزه داشته باشند و مسئولیت‌پذیر عمل کنند. به این ترتیب، آنها برای فعالیت در شبکه باید زمان یا منابع خود را به خطر بیندازند.
ایده اصلی این است که اعتبارسنج‌هایی که وقت و پول خود را برای مشارکت در شبکه صرف می‌کنند، کمتر تمایل دارند که شبکه را خراب کنند. بنابراین، الگوریتم های اجماع سیستم‌هایی هستند که اعتبارسنج‌ها را از طریق تهدید به مجازات یا ارائه پاداش به رعایت قوانین ترغیب می‌کنند. این امر به حفظ یکپارچگی شبکه و جلوگیری از خرابکاری کمک می‌کند.
اهمیت الگوریتم اجماع در بلاک چین
الگوریتم‌های اجماع اساس تمام بلاک چین‌های ارز دیجیتال هستند و امنیت آنها را تأمین می‌کنند. بلاک چین‌ها دفاتر کل دیجیتال غیرمتمرکز و توزیع‌شده‌ای هستند که برای ثبت تراکنش‌ها استفاده می‌شوند. هر تراکنش به‌صورت یک بلوک داده ذخیره می‌شود که باید قبل از اضافه شدن به زنجیره، توسط شبکه‌های همتا به همتا تأیید شود. این فرآیند از بلاک چین در برابر تقلب و مشکلاتی مانند «دوبار خرج کردن» محافظت می‌کند.
برای اطمینان از اینکه تمام شرکت‌کنندگان در شبکه بلاک چین به یک نسخه واحد از تاریخچه داده‌ها دست یابند، شبکه‌هایی مانند بیت کوین و اتریوم از الگوریتم‌های اجماع استفاده می‌کنند. این الگوریتم‌ها به سیستم کمک می‌کنند که در برابر خطاها مقاوم باشد. این فرآیند امنیت شبکه و یکپارچگی داده‌ها را تضمین و از دستکاری اطلاعات جلوگیری می‌کند.
بیشتر بخوانید: دفتر کل توزیع شده چیست
انواع الگوریتم اجماع
الگوریتم‌های اجماع انواع مختلفی دارند که با توجه به بلاک چین و کاربرد آنها متفاوت هستند. این الگوریتم‌ها از نظر مصرف انرژی، امنیت و مقیاس‌پذیری با یکدیگر تفاوت دارند، اما همگی یک هدف مشترک دارند: اطمینان از صحت و درستی سوابق. در این بخش برخی از معروف‌ترین انواع الگوریتم‌های اجماع را بررسی می‌کنیم.
اثبات کار (PoW)
اثبات کار (PoW) یکی از اولین الگوریتم های اجماع در بلاک چین است که توسط بیت کوین و بسیاری از بلاک چین‌های دیگر استفاده می‌شود. در این سیستم، ماینرها برای حل معماهای پیچیده ریاضی با یکدیگر رقابت می‌کنند تا اولین کسی باشند که پاسخ صحیح را پیدا کنند. این الگوریتم نیاز به منابع محاسباتی و انرژی بالایی دارد، به همین دلیل هزینه‌های عملیاتی آن بسیار زیاد است.
در این سیستم، ماینرهایی که موفق به حل این معماها می‌شوند، اجازه پیدا می‌کنند که بلاک جدیدی را ایجاد و تراکنش‌ها را تایید کنند. آنها همچنین با یک مقدار مشخص از ارز دیجیتال که به آن «پاداش بلاک» می‌گویند، تشویق می‌شوند. با وجود امنیت و قابلیت اطمینان بالای PoW، نگرانی‌هایی در مورد مقیاس‌پذیری و تأثیرات زیست‌محیطی آن وجود دارد.
بیشتر بخوانید: اثبات کار چیست
اثبات سهام (PoS)
اثبات سهام (PoS) جایگزینی پایدارتر و سازگارتر با محیط زیست نسبت به PoW است. در این سیستم، اعتبارسنج‌ها (Validators) با سپرده‌گذاری یا استیک ارز دیجیتال خود، شانس انتخاب شدن برای تایید بلاک‌های جدید را به دست می‌آورند. این فرآیند شباهت زیادی به قرعه‌کشی دارد؛ هرچه میزان ارز استیک‌شده بیشتر باشد، شانس بیشتری برای انتخاب شدن وجود دارد.
در PoS، اعتبارسنج‌ها به جای پاداش‌های بلاک، تنها از هزینه‌های تراکنش سود می‌برند. اگرچه این روش از نظر زیست‌محیطی سازگارتر است، اما انتقاداتی نیز به آن وارد است؛ از جمله اینکه این سیستم ممکن است منجر به متمرکز شدن بیشتر ارزهای دیجیتال در دست افرادی شود که تعداد بیشتری توکن دارند.
بیشتر بخوانید: اثبات سهام چیست
اثبات سهام نمایندگی‌شده (DPoS)
اثبات سهام نمایندگی‌شده (DPoS) یک تغییر در الگوریتم PoS است که برای دستیابی به اجماع از سیستم رأی‌دهی مبتنی بر شهرت استفاده می‌کند. در این سیستم، کاربران به اعتبارسنج‌ها (که به آنها شاهدان یا تولیدکنندگان بلاک نیز گفته می‌شود) رأی می‌دهند تا آنها وظیفه تأمین امنیت شبکه را انجام دهند. تنها شاهدان با بالاترین رتبه (آن‌هایی که بیشترین رأی را دارند) می‌توانند بلاک‌ها را تایید کنند.
در این سیستم، رأی‌دهی بر اساس مقدار توکنی است که هر فرد استیک کرده است. هرچه میزان توکن بیشتر باشد، تأثیر رأی بیشتر می‌شود. این روش به عنوان یک سیستم دموکراتیک‌تر از PoS شناخته می‌شود، اما همچنان ممکن است با مشکلات متمرکز شدن روبه‌رو باشد.
بیشتر بخوانید: اثبات سهام نمایندگی‌شده چیست
اثبات فعالیت (PoA)
اثبات فعالیت (PoA) ترکیبی از الگوریتم‌های PoW و PoS است. در این سیستم، ابتدا مانند PoW ماینرها برای حل معماهای ریاضی رقابت می‌کنند. اما پس از آن، به سیستم PoS منتقل می‌شود، جایی که اعتبارسنج‌ها برای امضای هش بلاک جدید انتخاب می‌شوند. این سیستم قصد دارد که بهترین ویژگی‌های هر دو الگوریتم را در خود جای دهد.
اگرچه PoA از نظر ترکیب کردن مزایای PoW و PoS جالب به نظر می‌رسد، اما هنوز انتقاداتی به آن وارد است. از جمله اینکه فرآیند استخراج اولیه همچنان انرژی زیادی مصرف می‌کند و همچنین به نفع اعتبارسنج‌هایی است که تعداد بیشتری توکن دارند.
اثبات اعتبار (PoA)
اثبات اعتبار (PoA) یک نسخه اصلاح‌شده از PoS است که در آن اعتبارسنج‌ها بر اساس شهرت خود انتخاب می‌شوند. این سیستم در شبکه‌های خصوصی بیشتر استفاده می‌شود، زیرا شرکت‌کنندگان باید هویت خود را فاش کنند. برخلاف اکثر الگوریتم های اجماع در بلاک چین که به کاربرانی که هویت خود را پنهان نگه می‌دارند اجازه شرکت می‌دهند، در PoA هویت اعتبارسنج‌ها باید شناخته شود.
اثبات اعتبار به دلیل اینکه به قدرت محاسباتی کمی نیاز دارد و به ویژه برای شبکه‌های خصوصی مناسب است، یکی از کم‌هزینه‌ترین پروتکل‌هاست. با این حال، این سیستم از نظر تمرکززدایی محدودیت‌هایی دارد و تنها تعداد کمی از افراد قادر به شرکت در شبکه هستند.
اثبات سوزاندن (PoB)
اثبات سوزاندن (PoB) یک الگوریتم جایگزین به‌صرفه‌تر و پایدارتر از PoW است. در این سیستم، ماینرها برای به دست آوردن حق استخراج بلاک، توکن‌هایی از خود را می‌سوزانند (آنها را به یک آدرس خاص ارسال می‌کنند که غیرقابل بازگشت است). هرچه تعداد توکن‌های بیشتری بسوزانند، شانس بیشتری برای انتخاب شدن خواهند داشت.
این روش برخلاف PoS، به ماینرها امکان بازپس‌گیری توکن‌های قفل‌شده را نمی‌دهد، چرا که آنها به طور کامل از بین می‌روند. این ویژگی باعث می‌شود که این سیستم به طور مؤثری به کمیابی ارزها کمک کرده و تقاضا را افزایش دهد.
بیشتر بخوانید: توکن سوزی چیست
اثبات ظرفیت یا اثبات فضا (PoC/PoSpace)
اثبات ظرفیت (PoC) یا اثبات فضا (PoSpace) بر اساس ظرفیت ذخیره‌سازی هارد دیسک‌های ماینرها عمل می‌کند. برخلاف سایر الگوریتم های اجماع که به قدرت محاسباتی یا توکن‌های استیک‌شده وابسته‌اند، در PoC ماینرها پیش از شروع فرایند استخراج، لیستی از تمام هَش‌های ممکن را می‌سازند و آنها را روی هارد دیسک ذخیره می‌کنند.
این سیستم به دلیل اینکه نیاز به تجهیزات تخصصی ندارد، فرصت‌های بیشتری برای افراد عادی فراهم می‌آورد و از نظر مصرف انرژی نیز کمتر است. با این حال، نگرانی‌هایی در مورد حملات بدافزاری و مقبولیت کم این الگوریتم وجود دارد.
اثبات زمان سپریشده (PoET)
اثبات زمان سپریشده (PoET) الگوریتمی است که عمدتاً در شبکه‌های بلاک چین مجاز (Permissioned) مورد استفاده قرار می‌گیرد و از کامپیوترهای قابل اعتماد برای تنظیم زمان‌های تصادفی برای ساخت بلاک استفاده می‌کند. این الگوریتم توسط اینتل در سال ۲۰۱۶ توسعه یافته است و در آن هر نود به مدت زمان تصادفی وارد حالت خواب می‌شود و اولین کسی که از خواب بیدار می‌شود، حق استخراج بلاک را به دست می‌آورد.
این سیستم از نظر کارایی و مقیاس‌پذیری بسیار خوب است و به دلیل استفاده کمتر از منابع، نسبت به سایر الگوریتم‌ها مصرف انرژی کمتری دارد. الگوریتم PoET در پروژه‌هایی مانند Hyperledger Sawtooth استفاده شده است.
بیشتر بخوانید: هایپرلجر چیست
اثبات تاریخ (PoH)
الگوریتم اجماع اثبات تاریخ (PoH) که توسط سولانا توسعه یافته، از روشی برای تایید گذشت زمان میان تراکنش‌ها استفاده می‌کند. این روش به جای وابستگی به سایر نودها، زمان‌سنجی‌هایی را درون بلاک چین ایجاد می‌کند که به کمک آن می‌توان به وضوح ترتیب وقایع را مشخص کرد.
PoH با استفاده از یک عملکرد تأخیر قابل تأیید (VDF) می‌تواند به صورت سریالی هَش‌ها را پردازش کرده و کارایی و صرفه‌جویی در مصرف انرژی را افزایش دهد. این الگوریتم تنها توسط سولانا استفاده می‌شود و هنوز در مقیاس وسیع آزمایش نشده است.
بیشتر بخوانید: اثبات تاریخ سولانا چیست
اثبات اهمیت (PoI)
اثبات اهمیت (PoI) الگوریتمی است که برای انتخاب ماینرها از معیارهایی چون تعداد تراکنش‌ها، میزان ارز سرمایه‌گذاری‌شده و فعالیت‌های شبکه استفاده می‌کند. در این سیستم، به نودها امتیازی به نام «امتیاز اهمیت» داده می‌شود و نودهایی که بالاترین امتیاز را دارند، شانس بیشتری برای استخراج بلاک خواهند داشت.
الگوریتم PoI شباهت‌هایی به PoS دارد، با این تفاوت که از طریق معیارهای اضافی سعی می‌کند به جای پاداش دادن به ثروتمندان، از افراد فعال در شبکه حمایت کند.
چشم‌انداز الگوریتم های اجماع در آینده
در سال‌های اخیر، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در زمینه بلاک چین‌ها و ارزهای دیجیتال، یافتن مکانیزم اجماع مناسب است که بتواند همزمان امنیت، مقیاس‌پذیری و غیرمتمرکز بودن را به طور مؤثر تأمین کند. این موضوع به مسئله «سه‌گانه بلاک چین» معروف است که بسیاری از محققان در تلاش هستند تا راه‌حلی برای آن پیدا کنند.
در همین راستا، استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین به عنوان ابزاری برای ارتقاء این مکانیزم‌ها در حال بررسی است. در ادامه این مقاله، به بررسی آینده مکانیزم‌های اجماع، تأثیر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین بر این فرآیند و اهداف توسعه آنها پرداخته شده است.
آینده الگوریتم های اجماع
محققان از زمانی که الگوریتم های اجماع برای بلاک چین‌ها محبوب شدند، در تلاش بوده‌اند تا راه‌حل‌هایی برای مقیاس‌پذیری ایمن این سیستم‌ها پیدا کنند. با این حال، اکثر مکانیزم‌های اجماع نمی‌توانند همزمان امنیت، مقیاس‌پذیری و غیرمتمرکز بودن را بهبود دهند.
در بیشتر مواقع، برای بهبود یکی از این جنبه‌ها، نیاز به فدای یکی دیگر از آنها است. حتی بلاک چین‌هایی که ادعا می‌کنند این مشکل را حل کرده‌اند، هنوز در برخی از زمینه‌ها با محدودیت‌هایی مواجه‌اند.
الگوریتم اجماع با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین
برای حل مشکل سه‌گانه بلاک چین، برخی از محققان به استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین (AI/ML) در مکانیزم‌های اجماع پرداخته‌اند. روش‌های مختلفی برای پیاده‌سازی این فناوری‌ها در بلاک چین‌ها وجود دارد؛ برخی از آنها از خوشه‌های نودهای موبایل و AI/ML برای مدیریت نودها استفاده می‌کنند، در حالی‌که برخی دیگر به دنبال استفاده از مکانیزم‌های اجماع موجود برای آموزش الگوریتم‌های اجماع تقویت‌شده با AI/ML هستند.
اهداف الگوریتم های اجماع
هدف از توسعه این مکانیزم‌ها، حل مشکلاتی است که بلاک چین‌ها و ارزهای دیجیتال در حال حاضر با آنها دست و پنجه نرم می‌کنند. این توسعه‌ها به دنبال ایجاد مدل‌های پاداش منصفانه، کاهش تأثیرات زیست‌محیطی و افزایش سرعت بلاک چین‌ها هستند، بدون اینکه امنیت، غیرمتمرکز بودن و مقیاس‌پذیری قربانی شوند.
در نهایت، به نظر می‌رسد که بلاک چین‌ها و ارزهای دیجیتال مبتنی بر اجماع تقویت‌شده با هوش مصنوعی و حالت کوانتومی در آینده نزدیک شاهد پیشرفت‌های چشمگیری باشند.
سوالات متداول
الگوریتم اجماع روشی در بلاک چین است که اعضای شبکه بدون نیاز به نهاد مرکزی، بر سر اعتبارسنجی تراکنش‌ها به توافق می‌رسند.
مکانیزم‌هایی مانند PoS و DPoS نسبت به PoW سرعت بالاتری دارند و برای پردازش تراکنش‌های بیشتر مناسب‌ترند.
از این مکانیزم برای ثبت تراکنش‌های معتبر، جلوگیری از تقلب و حفظ امنیت و تمرکززدایی شبکه استفاده می‌شود.
جمع‌بندی
الگوریتم اجماع نقش کلیدی در شبکه‌های بلاک چین دارد و شامل قوانینی است که نودها را قادر می‌سازد درباره‌ی صحت تراکنش‌ها توافق کنند. این الگوریتم‌ها برای تأمین امنیت و حفظ غیرمتمرکز بودن طراحی شده‌اند. انواع مختلفی از آنها، مانند اثبات کار، اثبات سهام و اثبات سهام نمایندگی‌شده، در شبکه‌های مختلف استفاده می‌شوند و هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند.
آینده الگوریتم های اجماع به سمت استفاده از فناوری‌های نوینی مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین پیش می‌رود تا مشکلاتی مانند مقیاس‌پذیری و مصرف انرژی را حل کند. تحقیقات درباره‌ی مکانیزم‌های اجماع مبتنی بر کوانتوم نیز در حال انجام است که می‌تواند تحول بزرگی ایجاد کند. این پیشرفت‌ها به شبکه‌های بلاک چین کمک می‌کند تا امنیت، سرعت و هزینه‌ها را بهبود دهند و کاربردهای جدیدی ارائه دهند.
The post الگوریتم اجماع چیست؟ آشنایی با انواع مکانیزم اجماع در بلاک چین appeared first on ارزدیجیتال.