مکانیزم اجماع یا الگوریتم اجماع (Consensus Mechanism) چیست؟ (بخش 1)
معرفی و بررسی سه مورد از پرکاربردترین الگوریتم‌های اجماع در بلاک چین
اگر به تازگی وارد دنیای کریپتوکارنسی یا رمزارزها شدید، احتمالاً چندین بار با اصطلاحات “اثبات کار” و “اثبات سهام” برخورد کردید. در این مقاله به زبان ساده این مفاهیم را مورد بررسی قرار می‌دهیم. الگوریتم یا مکانیزم‌های “اثبات کار” و “اثبات سهام” دو مورد از رایج‌ترین مکانیزم‌های اجماع (Consensus) هستند. اما چرا مکانیزم‌های اجماع، عضوی حیاتی در بلاک چین‌ها و شبکه ارزهای دیجیتال به شمار می‌روند؟
الگوریتم اجماع یا مکانیزم اجماع چیست؟
در سیستم‌های متمرکز (Centralized) وظیفه حذف، اضافه و به روز رسانی کردن اطلاعات پایگاه داده بر عهده مدیر یا مدیران مرکزی است، و تنها آنها اختیار دارند که تغییرات را ثبت کنند. اما بلاک چین‌های غیر متمرکز تحت کنترل فرد یا گروه مشخصی نبوده، و میلیون‌ها کاربر همزمان در حال تایید بلوک های استخراج شده و تراکنش های روی شبکه بلاک چین هستند. در چنین شبکه‌ای که همواره در حال تغییر و به روز رسانی است، نیاز به پروتکل‌هایی خودکار داریم که به ما اطمینان دهد همه تراکنش‌های ثبت شده موثق بوده و بدین وسیله همه سیستم ها یا گره‌ها یا نودها (Nodes) در شبکه بر معتبر بودن این تراکنش‌ها اتفاق نظر دارند. به این منظور، و برای اینکه اطلاعات شبکه در همه گره‌ها یا نودها به روز رسانی شود، بلاک چین‌ها از مکانیزم‌های اجماع استفاده میکنند.
انواع الگوریتم‌های اجماع
اثبات کار یا Proof-of-Work (PoW)
این مکانیزم یکی از قدیمی‌ترین الگوریتم‌های اجماع است که همگام با اولین بلاک چین غیر متمرکز یعنی بیت کوین رواج یافت. مکانیزم اثبات کار کاملاً وابسته به ماینر ها یا استخراج کننده‌ها وابسته است. هر کدام از این ماینرها به عنوان یک گره یا نود در شبکه عمل میکنند. ماینرها در حل پازل‌های ریاضی با یکدیگر رقابت کرده و اولین ماینری که این کار را به درستی انجام دهد امتیاز استخراج بلوک بعدی را دریافت میکند. همچنین این ماینر در ازای رمزارزهای مینت شده‌ی جدید، پاداش دریافت میکند. در نظر داشته باشید که راه حل این پازل‌ها تنها به صورت تصادفی یا رندوم پیدا میشود.
امنیت شبکه‌های دارای الگوریتم اثبات کار بالاست، زیرا هک کردن این شبکه نیاز به قدرت محاسباتی بسیار بالایی دارد. مزیت دیگر این شبکه متعلق به ماینرهایی است که پاداش دریافت میکنند. با این حال، تکنولوژی بلاک چین به سرعت در حال پیشرفت است. هر چه هش ریت و سختی شبکه بلاک چین بالاتر رود، امنیت افزایش یافته اما قدرت پردازش بیشتر و سخت افزارهای قوی‌تری نیز برای استخراج نیاز است. به همین دلیل بلاک چین‌های PoW از منظر هزینه، زمان و انرژی مصرفی، مقرون به صرفه نیستند. همچنین طرفداران حفاظت از محیط زیست انتقادات زیادی بر این شبکه ها وارد میکنند.
شبکه‌های شناخته شده‌ای که در حال حاضر از مکانیزم اثبات کار استفاده میکنند شامل بیت کوین (Bitcoin)، لایت کوین (Litecoin)، بیت کوین کش (Bitcoin Cash)، مونرو (Monero)، زی کش (Zcash)، دوج کوین (Dogecoin) و دش (Dash) هستند.
اثبات سهام یا Proof-of-Stake (PoS)
مکانیزم اثبات سهام یکی دیگر از الگوریتم‌های اجماع است که برای پردازش تراکنش‌ها، ساختن بلوک جدید و تضمین امنیت شبکه در بلاک چین ها استفاده میشود. این مکانیزم به عنوان جایگزینی برای مکانیزم اثبات کار معرفی شد. برخلاف مکانیزم PoW که از ماینرها برای استخراج ارز دیجیتال استفاده میکند، مکانیزم PoS از validatorها یا اعتبارسنج‌ها برای استیک کردن ارز دیجیتال بهره میگیرد. نودها یا اعتبارسنج‌هایی که امتیاز ساختن بلوک بعدی را دریافت میکنند، در این مکانیزم به صورت رندوم یا تصادفی انتخاب می‌شوند؛ البته معمولاً آنها که توکن بیشتری استیک کرده اند شانس بیشتری دارند. هر نود (node) که توکن خود را به عنوان نوعی وثیقه یا ضمانت استیک یا سپرده گذاری کند، تبدیل به یک اعتبار سنج (validator) در آن بلاک چین میشود.
یکی از مهم‌ترین برتری‌های مکانیزم PoS نسبت به مکانیزم PoW، این است که در آن نودها نیازی به سیستم‌هایی با قدرت پردازش بالا ندارند. همچنین میزان انرژی و زمان مصرفی با این مکانیزم بسیار کاهش میابد.
بلاک چین‌های معروفی که از مکانیزم اثبات سهام استفاده میکنند شامل کاردانو (Cardano)، پولکادات (Polkadot)، سولانا (Solana)، پالی گان (Polygon)، اولنچ (Avalanche)، تزوس (Tezos)، و کازماس (Cosmos) هستند. همچنین بلاک چین اتریوم (Ethereum) چندی پیش الگوریتم اجماع خود را از PoW به PoS تغییر داد که این پروژه اتریوم 2.0 نام دارد.
در جدول زیر مکانیزم‌های اثبات کار و اثبات سهام را به اختصار مقایسه کرده‌ایم:
| PoW | PoS |
| سازندگان بلوک، ماینرها هستند. | سازندگان بلوک، اعتبارسنج‌ها هستند. |
| ماینرها باید تجهیزات لازم را خریده و هزینه بالای انرژی را پرداخت کنند. | اعتبارسنج‌ها باید توکن بلاک چین مورد نظر را خریده و آن را استیک کنند. |
| مصرف انرژی بالا | مصرف انرژی پایین |
| دارای امنیت قوی، به علت هزینه بالای هک کردن شبکه | تضمین امنیت شبکه توسط کنترل اعضای شبکه |
| ماینرها پاداش استخراج بلوک را دریافت میکنند. | اعتبارسنج‌ها کارمزد تراکنش‌ها را به عنوان پاداش دریافت میکنند. |
اثبات تاریخ یا Proof-of-History (PoH)
این مکانیزم یکی از جدیدترین الگوریتم‌های اجماع است، و دقیقا مانند یک ساعت برای بلاک چین عمل میکند. این مکانیزم یک ساعت درونی داشته که وظیفه همگام سازی نود های یک شبکه را بر عهده دارد. یکی از مشکلات شبکه های غیر متمرکز این است که از منابع خارجی برای تعیین برچسب زمانی یا timestamp تراکنش‌ها استفاده میکنند. این روند باعث میشود که زمان مورد توجهی برای تایید بلوک‌های ساخته شده سپری شود. اما ساعت درونی مکانیزم PoH زمان را در همه نود های شبکه یکسان نشان می‌دهد، و به این صورت دیگر نیازی نیست برای ساخت و تایید بلوک‌های متوالی صبر کرد. بنابراین، این مکانیزم فرآیند تایید تراکنش‌ها را سرعت می‌بخشد، سرعت انجام تراکنش‌ها را افزایش، و هزینه کارمزد تراکنش‌ها را کاهش می‌دهد.
با اینحال مکانیزم PoH در مقایسه با مکانیزم PoS نقاط ضعفی دارد. به عنوان مثال برای اعتبار سنجی در بلاک چین‌هایی که از PoS استفاده میکنند، تنها نیاز به یک سیستم pc دارید؛ اما در بلاک چین‌هایی مانند سولانا (Solana) که از الگوریتم اجماع PoH استفاده میشود، نیاز به سخت افزار هایی با مشخصات تعیین شده دارید. بنابراین، اعتبار سنجی یا validator شدن در بلاک چین‌های مجهز به PoH کمی سخت‌تر بوده و هزینه بالاتری دارد.
همچنین ایراد دیگری به شبکه سولانا وارد است، که در حال حاضر تنها بلاک چینی است که از مکانیزم PoH (در کنار PoS) استفاده میکند. برخی نگرانند که شبکه سولانا عملاً “غیر متمرکز” نباشد. در زمان نگارش این مقاله، شبکه سولانا دارای 3400 validator یا اعتبارسنج است. مشکل اینجاست که تنها 31 اعتبار سنج میزان 34% از کل سپرده گذاری‌ها را کنترل میکنند؛ بنابراین اگر این افراد به اتفاق تصمیم بگیرند، می‌توانند به راحتی شبکه را تعطیل کنند.
مکانیزم‌های اجماع دیگری نیز وجود دارند که کاربرد آنها در تکنولوژی بلاک چین کمتر رواج داشته است. برای کسب اطلاعات درباره این الگوریتم‌ها می‌توانید به بخش 2 این مقاله رجوع کنید.
