مکانیزم اجماع یا الگوریتم اجماع (Consensus Mechanism) چیست؟ (بخش 2)

 

پس از روی کار آمدن بلاک چین بیت کوین و مکانیزم اجماع PoW یا اثبات کار آن، تکنولوژی بلاک چین همواره در صدد این بوده که مکانیزم‌های اجماع بهتر و کارآمد تری وارد بازار کنند. مکانیزم PoS یا اثبات سهام به عنوان راه حلی برای مشکل مقیاس پذیری و مصرف انرژی بالای مکانیزم اثبات کار معرفی شد؛ با اینحال، دنیای بلاک چین و رمزارز ها به سرعت در حال پیشرفت است، و سالانه مکانیزم های اجماع متفاوتی در جهت ارتقای کاربرد بلاک چین ها به مرحله اجرا در می آیند. در اینجا قصد داریم چندی از این مکانیزم ها را به شما معرفی کنیم که نسبت به مکانیزم‌های PoW، PoS و PoH که در مقاله قبل (بخش 1) به آنها پرداخته شد کاربرد کمتری داشته‌اند.

 

 

انواع مکانیزم‌های اجماع

 

اثبات ظرفیت یا Proof-of-Capacity (PoC)

یکی از مکانیزم‌های کمتر شناخته شده در بلاک چین ها، مکانیزم اجماع اثبات ظرفیت یا PoC است. این مکانیزم به عنوان جایگزینی برای مکانیزم PoW، که در آن انرژی زیادی مصرف میشود، و برای مکانیزم PoS، که در آن امکان انباشته کردن و احتکار کردن ارز دیجیتال وجود دارد، معرفی شد. در بلاک چین های مجهز به این مکانیزم، برای استخراج بلوک جدید و تایید تراکنش ها از معیار ظرفیت هارد دیسک استفاده میشود. به زبان ساده، هر چه میزان ظرفیت هارد دیسک یک ماینر بیشتر باشد، شانس او برای دریافت پاداش استخراج بیشتر است. در اینجا به نکات مثبت و منفی مکانیزم اثبات ظرفیت اشاره میکنیم:

نکات مثبت:

1. در مکانیزم PoC میتوان از هر نوع هارد دیسکی استفاده کرد، حتی هارد دیسک سیستم های اندرویدی.
2. مکانیزم PoC نسبت به مکانیزم PoW که در آن از دستگاه های ماینینگ ASIC استفاده میشود، بسیار انرژی کمتری مصرف میکند.
3. در این مکانیزم نیازی به سخت افزار های جانبی نیست.
4. داده های استخراجی را میتوان به راحتی پاک کرده، و از هارد دیسک برای مصارف دیگر استفاده کرد.

نکات منفی:

1. شبکه های معدودی از این مکانیزم استفاده میکنند.
2. حمله بدافزار ها یا malware میتوانند فعالیت استخراج را تخریب کنند.
3. در صورت رواج یافتن مکانیزم PoC در شبکه های بیشتر، رقابت میان ماینر ها میتواند منجر به نیاز به هارد دیسک هایی با ظرفیت های بسیار بالا شود.

بلاک چین هایی که از مکانیزم PoC استفاده میکنند شامل برست کوین (که به سیگنوم تغییر نام داد)، چیا، استورج و اسپیس مینت هستند.

 

اثبات فعالیت یا Proof-of-Activity (PoA)

این مکانیزم ترکیبی از مکانیزم‌های اثبات کار و اثبات سهام است. سازندگان این مکانیزم در نظر داشتند که بهترین ویژگی های هر دو مکانیزم PoW و PoS را به کار گیرند. در بلاک چین های مجهز به مکانیزم اثبات فعالیت، فرآیند استخراج با مکانیزم PoW شروع شده، و اولین بلوک با این مکانیزم استخراج میشود، اما پس از آن شبکه با مکانیزم PoS کار میکند. همانند مکانیزم های PoW و PoS، مکانیزم PoA نیز به این منظور طراحی شده که از حمله 51% جلوگیری کند. حمله 51% زمانی اتفاق می افتد که گروهی از کاربران کنترل بیش از نیمی از قدرت پردازش شبکه را دست داشته، و به این صورت کنترل شبکه را تماماً به دست گیرند. مکانیزم اثبات فعالیت امکان حمله 51% را بسیار کاهش میدهد، زیرا اعتبار سنج ها یا validator هایی که باید بلوک بعدی را تایید و امضا کنند به صورت کاملاً رندوم و غیر قابل پیش بینی انتخاب میشوند.

با اینحال، مکانیزم اثبات فعالیت نکات منفی مکانیزم های PoW و PoS را نیز در خود جمع کرده است؛ به این معنی که در این مکانیزم همچنان دستگاه هایی با قدرت پردازش بالا نیاز است، و همچنان افرادی که توکن بیشتری انباشته کرده اند شانس بیشتری برای دریافت امتیاز امضای بلوک ها را دارند.

شناخته شده ترین شبکه هایی که از مکانیزم اثبات فعالیت استفاده میکنند دکرد و اسپرس هستند.

 

اثبات سوزاندن یا Proof-of-Burn (PoB)

در مکانیزم اجماع PoB برای دستیابی به اجماع و ساختن بلوک جدید، ماینر ها باید بخشی از توکن های خود را بسوزانند. سوزاندن توکن ها به معنای حذف کردن دائمی توکن های در گردش است. در این مکانیزم، سوزاندن توکن ها به این صورت انجام میشود که ماینر ها توکن خود را به آدرسی عمومی فرستاده و توکن ها غیر قابل بازگشت میشوند. این آدرس به اصطلاح “آدرس خورنده” یا “eater address” نامیده شده است. این آدرس ها به صورت رندوم ساخته میشوند و کلید خصوصی ندارند.

ماینر ها با سوزاندن توکن‌های خود، تعهد خود به شبکه را ثابت میکنند. تعداد توکن هایی که یک ماینر میسوزاند نشان دهنده قدرت استخراج او است؛ و هر چه قدرت استخراج یک ماینر بیشتر باشد، شانس او برای ساختن بلوک جدید و دریافت پاداش بیشتر است. به عبارت دیگر، ماینر ها، همانند آنچه در شبکه های PoW اتفاق می افتد، باید در بلاک چین سرمایه گذاری کنند، اما تفاوت در اینجاست که نیاز نیست ماینر ها تجهیزات گران قیمت تهیه کنند، بلکه توکن های بلاک چین را خریداری میکنند. همچنین بر خلاف مکانیزم PoS که در آن توکن های استیک شده همچنان در دسترس هستند، در مکانیزم PoB توکن های سوزانده شده کاملاً از بین میروند؛ و این باعث میشود که میزان عرضه کاهش یافته و ارزش توکن افزایش یابد.

از نکات منفی مکانیزم PoB میتوان گفت که تضمینی برای کاربران وجود ندارد که ارزش توک نهایی که سوزانده اند در قالب پاداش به آنها بازگردد. در عین حال، آنها که توکن بیشتری سوزانده اند همواره شانس بیشتری برای دریافت امتیاز تایید تراکنش ها دارند، و این میتواند احتمال حمله 51% را بیشتر کند.

شبکه هایی که از مکانیزم PoB استفاده میکنند محدود هستند و شامل اسلیم کوین (Slimcoin)، کانترپارتی (Counterparty)، و فکتوم (Factom) میشوند.

 

اثبات اعتبار یا Proof-of-Authority (PoA)

یکی از مشکلات مکانیزم های اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) پایین بودن تراکنش-بر-ثانیه یا همان مقیاس پذیری پایین آنهاست. مکانیزم اثبات اعتبار یا Proof-of-Authority یکی از راه های مقابله با این مشکل است. اصطلاح Proof-of-Authority در سال 2017 توسط گوین وود (Gavin Wood) ارائه شد. مکانیزم اثبات اعتبار بر اساس ارزش هویت افراد کار میکند؛ به این معنی که اعتبار سنج ها در آن کوین های خود را استیک نمیکنند، بلکه اعتبار خود را استیک میکنند. بنابراین، امنیت بلاک چین های مجهز به مکانیزم اثبات اعتبار توسط نود های اعتبار سنجی تضمین میشود که به عنوان نود های قابل اطمینان انتخاب شده اند. مقیاس پذیری بالای مکانیزم اثبات اعتبار به این خاطر است که در آن، ولیدیتور ها (Validators) یا اعتبار سنج هایی که بلوک ها را تایید میکنند تعداد محدودی هستند. در این مکانیزم، آنهایی که بلوک ها و تراکنش ها را تایید میکنند مادریتور (Moderator) یا ناظم نامیده میشوند. نکته قابل توجه این است که با استفاده از مکانیزم اثبات اعتبار، دیگر لزومی به وجود ماینر ها نیست. بنابراین، با این مکانیزم دیگر انرژی زیادی مصرف نمیشود و نگهداری شبکه بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.

پیشگامانی همچون Walmart و GE Aviation از مکانیزم اثبات اعتبار برای ردیابی زنجیره تامین خود استفاده میکنند. شرکت مایکروسافت نیز خط تولید جدیدی راه اندازی کرده که بر اساس مکانیزم اثبات اعتبار کار میکند. پلتفرم Ethereum Express نیز از مکانیزم اثبات اعتبار استفاده میکند. همچنین، مکانیزم PoA در صنعت بازی های کامپیوتری آنلاین نیز مفید واقع شده است.

در مکانیزم اثبات اعتبار منابع انرژی کمتری مصرف میشوند، در نتیجه نگهداری شبکه های آن هزینه کمتری دارد. همچنین سرعت بلاک چین های مجهز به PoA بسیار بالاتر از بلاک چین هایی است که از مکانیزم PoW استفاده میکنند. از آنجایی که در مکانیزم PoA، اعتبار کاربران تضمین صحت تراکنش ها محسوب میشود، احتمال اینکه چنین شبکه هایی توسط نود های توانمند تر دستکاری شوند پایین می آید؛ بر خلاف مکانیزم PoS که در آن کاربرانی که توکن های بیشتری داشته باشند به احتمال بیشتری امتیاز ساخت بلوک بعدی را بدست می آورند. علاوه بر این، برای اینکه اعتبار سنج های شبکه PoA اعتماد اعضای شبکه را به دست آورند، ملزم به گذراندن فیلتر هایی بوده و به این صورت بازبینی میشوند.

با این توصیفات، مکانیزم اثبات اعتبار گزینه بسیار مناسبی برای بلاک چین های خصوصی یا Private Blockchains است. بلاک چین های خصوصی شامل تعداد مشخصی از کاربران بوده که معمولاً با یکدیگر آشنایی دارند.

هر کدام از شبکه هایی که از مکانیزم PoA استفاده میکنند قواعد مخصوص خود را برای پذیرش اعتبار سنج های جدید دارند. به عنوان مثال در POA Network – که هم اکنون عضوی از شبکه Gnosis شده و به صورت قبل وجود ندارد – دارندگان نود ها باید شهروند آمریکا بوده و مجوز دفتر اسناد رسمی داشته باشند. وجود این مجوز باعث میشود که اطلاعات این افراد عموماً در دسترس بوده، و صلاحیت و عدم وجود سابقه کیفری آنها را تضمین میکند.

همانطور که احتمالاً تا اینجا متوجه شدید، در مکانیزم PoA مسائلی مانند غیر متمرکز بودن شبکه و ناشناس بودن کاربران، که از ویژگی های مهم مکانیزم های اثبات کار و اثبات سهام به شمار میروند، جایگاه آنچنانی ندارند. با اینحال، متخصصان باور دارند که این مکانیزم کاربرد های بیشتری در صنعت های مختلف پیدا خواهد کرد.

 

اثبات سهام محول شده یا نیابتی یا Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

مکانیزم اثبات سهام نیابتی یا DPoS شاخه ای از مکانیزم اجماع اثبات سهام (PoS) است، اما گفته میشود که DPoS دموکراسی را در رسیدن به اجماع به نحو بهتری اجرا میکند. این مکانیزم در سال 2014 توسط دنیل لاریمر (Daniel Larimer) طراحی شد. چندی از ارز های دیجیتالی که از مکانیزم DPoS استفاده میکنند Tron، EOS، Bitshares، Steem، Ark و Lisk هستند.

در مکانیزم اجماع DPoS، همانند مکانیزم PoS، شرکت کنندگان توکن های خود را استیک میکنند، اما آنها خود مسئول تایید تراکنش ها نیستند. این مسئولیت به افرادی محول میشود که نمایندگان یا Delegates نام دارند. نمایندگان توسط کاربران شبکه انتخاب شده و برای انتخاب آنها رأی گیری میشود. گروهی از نمایندگان مسئول تایید تراکنش ها هستند. تعداد محدودی از نمایندگان (معمولاً بین 20 تا 100 نفر) برای هر بلوک انتخاب میشوند. بنابراین نمایندگان هر بلوک ممکن است با نمایندگان بلوک بعدی متفاوت باشند.

نمایندگان در مکانیزم DPoS بر اساس قابل اعتماد بودن و اعتبارشان سنجش و گزینش میشوند. بنابراین، تئوری پشت مکانیزم DPoS این است که انگیزه ای برای عملکرد مناسب و قانونمند نمایندگان باشد. اعضای شبکه DPoS میتوانند نمایندگان را به خاطر عملکرد نامناسب برکنار کرده و آنها را جایگزین کنند. شبکه های DPoS عموماً سریع تر از شبکه های PoW و PoS هستند و مقیاس پذیری بالاتری دارند. با اینحال، مکانیزم DPoS هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد و برای استفاده در بلاک چین ها کاملاً امن تلقی نمیشوند.

 

اثبات زمان سپری شده یا Proof-of-Elapsed Time (PoET)

مکانیزم اثبات سهام سپری شده یا PoET توسط شرکت معروف اینتل (Intel Corporation) معرفی شد. این مکانیزم بیشتر در بلاک چین های permissioned کاربرد دارد؛ یعنی بلاک چین هایی که برای دسترسی به آن نیاز به اجازه دسترسی دارید. مکانیزم PoET همانند یک لاتاری کار میکند و در آن نود هایی که جایزه بلوک بعدی را دریافت میکنند به صورت رندوم و تصادفی انتخاب میشوند. این مکانیزم نسبت به مکانیزم اثبات کار (PoW) انرژی کمتری مصرف میکند. همچنین مکانیزم اثبات سهام سپری شده (PoET) به اندازه مکانیزم PoW غیرمتمرکز و آزاد نیست، زیرا برای دسترسی به شبکه آن نیاز به دریافت گواهینامه عضویت شبکه دارید.

به عنوان مثال، پلتفرم Hyperledger Sawtooth از مکانیزم PoET استفاده میکند؛ البته در کنار مکانیزم های دیگر. نودها (nodes) در پلتفرم Hyperledger Sawtooth ابتدا باید در شبکه عضو شده و سپس یک گواهینامه عضویت دریافت کنند. پس از اینکه وارد شبکه شدند، نودها باید برای مدت زمانی که به صورت رندوم تعیین میشود صبر کنند. اولین نود که این زمان را سپری کند میتواند بلوک بعدی را استخراج کند. از آنجایی که نودها طی مدت انتظارشان اصطلاحاً “به خواب میروند”، چنین شبکه‌ای انرژی کمتری نسبت به مکانیزم اثبات کار استفاده میکند. البته باید بدانید که هنوز ارز دیجیتالی طراحی نشده شده که با استفاده از این مکانیزم استخراج شود.

 

اثبات اهمیت یا Proof-of-Importance (PoI)

مکانیزم اجماع اثبات اهمیت یا PoI توسط ارز دیجیتال NEM ارائه شد. این الگوریتم ماینرها را بر اساس میزان تراکنش آنها در شبکه اولویت بندی میکند. در این مکانیزم، افرادی که فعالیت بیشتری در تراکنش های شبکه دارند شانس بیشتری برای استخراج بلوک بعدی دارند. مواردی که در این مکانیزم در نظر گرفته میشود مقدار پولی است که در یک ماه اخیر مصرف شده و مقداری که در جهت ایجاد بلوک ها اعطا شده است. همچنین حساب هایی که همواره در تعامل با حساب های دیگر تراکنش دارند امتیاز بیشتری دریافت میکنند. گاهی امکان دارد که عوامل دیگری نیز در این مکانیزم تاثیرگذار باشد، مثلاً اینکه دارایی ها از چه کیف پولی برداشت شده و به چه کیف پولی فرستاده میشوند.

 

اثبات وزن یا Proof-of-Weight (PoW)

مکانیزم اثبات وزن به هر نود در شبکه یک “وزن” اختصاص میدهد. این وزن بر اساس مقدار ارز دیجیتالی که هر نود دارد محاسبه میشود. به این ترتیب، نودهایی که سهام بیشتری در شبکه دارند شانس بیشتری برای استخراج بلوک بعدی و دریافت پاداش دارند.

 

اثبات وظیفه یا Proof-of-Assignment (PoA)

مکانیزم اجماع اثبات وظیفه از انرژی کمتری نسبت به PoW و PoS استفاده میکند و میتواند در سخت افزارهایی که فناوری پیشرفته‌ ای ندارند استفاده شود. با استفاده از مکانیزم اثبات وظیفه (PoA) اشیای اینترنتی یا IoT (اشیایی، جدا از لپتاپ و سرورها، که میتوانند به اینترنت متصل شوند مانند برخی یخچال ها، سیستم های گرمایشی، سیستم های امنیتی، ساعت هوشمند و …) میتوانند به یکدیگر متصل شده و برای میکرو-ماینینگ یا استخراج در حد بسیار کم و با ظرفیت محدود استفاده شوند.

یکی از پروژه های بزرگی که هم اکنون از مکانیزم اثبات وظیفه (PoA) استفاده میکند IOTW است. نوآوری میکرو-ماینینگ (micro-mining) را IOTW معرفی کرد؛ مایکرو-ماینینگ به دستگاه های IoT امکان انجام استخراج سبک را میدهد.

مزایای مکانیزم اثبات وظیفه (PoA):

1. میتواند از لوازم خانگی (که قابلیت اتصال به اینترنت دارند) در فرایند استخراج استفاده کند و اینگونه راه حلی برای مشکلاتی مانند مقیاس پذیری و سرعت پایین بلاک چین محسوب میشود.
2. مردم میتوانند به دستگاه های خود برنامه داده و مشخص کنند که چه ساعتی از روز در فرایند ماینینگ شرکت کنند.
3. با اینکه استخراج با این لوازم جانبی و خانگی سود چندانی نخواهد داشت، اما میزان مصرف انرژی در فرایند استخراج به شدت پایین می‌آید.

 

جمع بندی

در بخش 1 و 2 این مقاله با مفهوم و انواع مکانیزم‌ها یا الگوریتم‌های اجماع آشنا شدیم. به نظر شما کدام یک از این مکانیزم‌ها می‌توانند در توسعه تکنولوژی بلاک چین موفق‌تر باشند؟ کدام تا بحال موفق‌تر بوده‌اند؟ ایده‌ها و نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید.