تمرکززدایی به‌عنوان جوهره اصلی فناوری بلاک چین شناخته می‌شود. همان‌طور که می‌دانید در یک دفتر کل توزیع شده، نودها و گره‌ها وظیفه مدیریت شبکه را بر عهده می‌گیرند. در چنین شرایطی برای جلوگیری از بروز اختلاف بین نودها نیاز به یک چارچوب مشخص وجود دارد. این چارچوب اصطلاحا تحت عنوان مکانیزم یا الگوریتم اجماع در بلاک چین شناخته می‌شود.
این مکانیزم شرایط را به‌گونه‌ای رقم می‌زند که نودها در یک گروه منسجم وظایف خود مبنی بر تایید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها در بلاک چین را با کمترین احتمال خطا انجام دهند. در این مطلب قصد داریم ضمن بررسی مفهوم مکانیزم اجماع، تعدادی از مهم‌ترین الگوریتم های اجماع در بلاک چین را معرفی کنیم.
الگوریتم اجماع چیست؟ (Consensus Algorithm)
به‌زبان ساده، الگوریتم اجماع مجموعه‌ای از قوانین یا پروتکل‌ها هستند که گره‌ها به‌کمک آن‌ها می‌توانند بر سر انجام فعالیت‌های خود در شبکه بلاک چین به توافق دست پیدا کنند. در واقع بدون وجود این چارچوب مشخص، امکان دستیابی به‌توافق جمعی برای اعتبارسنجی و تایید تراکنش‌ها در یک شبکه بلاکچین وجود ندارد. هر نود (Node) برای فعالیت در شبکه باید این قوانین را به‌صورت کامل رعایت کند. بنابراین الگوریتم اجماع در بلاک چین به‌نوعی یکپارچگی شبکه را حفظ می‌کند.
یک الگوریتم اجماع تعیین می‌کند که برای عملیاتی کردن یک برنامه یا هدف در شبکه بلاک چین، چه تعداد از نودها باید با یکدیگر به‌توافق دست یابند. بدیهی است که در یک زمان واحد همه نودهای عضو یک شبکه، فعال نباشند. بنابراین لازم است که این نکته مهم در وضع چارچوب الگوریتم های اجماع در نظر گرفته شود. در بسیاری از شبکه‌ها معمولا توافق حداقل 51 درصد گره‌ها برای دستیابی به اجماع لازم است.
اهمیت الگوریتم اجماع در بلاک چین
الگوریتم های اجماع در بلاک چین نقش حیاتی را ایفا می‌کنند. از جمله مهم‌ترین دلایل نیاز به این قوانین و مقررات در دفاتر کل توزیع شده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- شفاف شدن سازوکار ثبت، ذخیره و انتقال داده‌ها در یک شبکه
- مشخص شدن تکلیف و نقش گره‌ها در تایید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها
- جلوگیری از دستکاری داده‌ها توسط عوامل مخرب در یک شبکه
- جلوگیری از ایجاد تمرکز در یک شبکه بلاکچین
- فراهم کردن امکان رصد تراکنش‌ها در یک بلاک چین
- تسریع روند تایید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها (این مورد صرفا برای بعضی از الگوریتم‌های اجماع صدق می‌کند)
انواع الگوریتم های اجماع در بلاک چین
اگر تجربه فعالیت در بازار رمزارزها را داشته باشید، احتمالا نام دو الگوریتم اجماع اثبات کار و اثبات سهام که به‌ترتیب متعلق به شبکه بیت کوین و اتریوم هستند، برای شما آشناست؛ اما باید توجه داشته باشید که الگوریتم های اجماع در بلاک چین محدود به این دو مورد نیستند. در این قسمت به معرفی تعدادی از معروف‌ترین مکانیزم‌های اجماع می‌پردازیم.
1. الگوریتم اثبات کار (Proof of Work)
اثبات کار، الگوریتم اجماع معروف‌ترین شبکه بلاک چین بازار ارزهای دیجیتال یعنی بیت‌کوین است. در قالب این مکانیزم اجماع، ماینرها باید ضمن حل مسائل پیچیده ریاضی، هش (Hash) اختصاصی مربوط به هر بلاک در زنجیره بلاک چین را پیدا کنند. پس از آن با تایید سایر ماینرها در شبکه، بلاک به‌زنجیره اضافه می‌شود. تراکنش‌های بیت‌کوین نیز در بلاک‌ها ثبت و برای همیشه ذخیره می‌گردند.
در شبکه بلاک چین بیت کوین، تابع هش بلوک‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده که برای پیدا کردن آن نیاز به توان محاسباتی بالایی وجود دارد. به‌همین دلیل ماینرها برای رقابت بر سر استخراج بلاک‌ها به‌سراغ دستگاه‌های پیشرفته ASIC می‌روند. در هر شبکه بلاکچین معمولا ماینرها در ازای اضافه کردن بلاک به زنجیره، پاداش در قالب ارز دیجیتال بومی شبکه دریافت می‌کنند.
الگوریتم اجماع اثبات کار، امنیت فوق‌العاده‌ای را برای یک بلاکچین به‌ارمغان می‌آورد. در عین حال از نقاط ضعف جدی هم رنج می‌برد. از جمله اینکه معمولا مقیاس‌پذیری شبکه‌هایی که از این الگوریتم استفاده می‌کنند، نسبتا ضعیف است. ضمن اینکه میزان انرژی مصرفی در بلاک چین‌های با الگوریتم PoW بسیار زیاد است.
2. الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake)
اثبات سهام را باید به‌عنوان نسل دوم الگوریتم اجماع در بلاک چین معرفی کرد. در قالب این مکانیزم اجماع، دیگر نیازی به محاسبات پیچیده ریاضی برای اضافه کردن بلاک‌ها به زنجیره نیست. در این شبکه به نودهایی که وظیفه تایید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را بر عهده دارند، اصطلاحا ولیدیتور (Validator) گفته می‌شود.
ولیدیتورها باید تعدادی از ارز دیجیتال بومی شبکه را در آن سپرده‌گذاری و قفل کنند. به‌این فرآیند اصطلاحا استیکینگ (Staking) می‌گویند. بر این اساس شبکه مجوز مشارکت در فرآیند اضافه کردن بلاک‌ها به زنجیره را به ولیدیتورها اعطا می‌کند. در واقع رمزارزهای سپرده‌گذاری شده به‌نوعی وثیقه ایفای نقش ولیدیتورها به‌طور صحیح هستند.
معروف‌ترین شبکه بلاک چین با الگوریتم اثبات سهام، اتریوم است. در این شبکه برای ایفای نقش ولیدیتور باید حداقل 32 ارز دیجیتال اتر را در شبکه سهام‌گذاری کنید. در عین حال هر چه تعداد ارزهای سپرده‌گذاری شده بیشتر باشد، شانس ولیدیتور برای اضافه کردن بلاک جدید به شبکه بیشتر می‌شود. در ازای انجام این ماموریت نیز ولیدیتورها پاداش دریافت می‌کنند.
این الگوریتم اجماع چالش مصرف انرژی بالا در بلاک چین را برطرف می‌کند. ضمن اینکه هزینه مشارکت در یک شبکه را نیز کاهش می‌دهد. موضوعی که می‌تواند روی کاغذ به تمرکززدایی بلاکچین کمک کند. هر چند در عمل یکی از دغدغه‌های توسعه دهندگان اتریوم، تمرکز قدرت شبکه در اختیار تعداد معدودی از ولیدیتورها است.
3. الگوریتم اثبات سهام واگذار شده (Delegated Proof of Stake)
اثبات سهام واگذار شده، مدل پیشرفته الگوریتم اجماع اثبات سهام است. در قالب الگوریتم DPoS تنها گروه مشخصی از کسانی که ارز دیجیتال بومی شبکه را استیک می‌کنند، برای تایید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها انتخاب می‌شوند. بر این اساس کسانی که ارز دیجیتال بومی شبکه را در اختیار دارند، در یک فرآیند رای‌گیری با فاصله زمانی مشخص، چند داوطلب را برای ایفای نقش ولیدیتور انتخاب می‌کنند.
این مکانیزم اجماع در مقایسه با اثبات سهام امکان دستیابی به مقیاس‌پذیری بیشتر را فراهم می‌کند. ضمن اینکه تا حدی به تمرکززدایی در شبکه کمک می‌کند. معمولا ولیدیتورها بخشی از پاداش خود را نیز بین رای‌دهندگان خود توزیع می‌کنند تا از این طریق نظر آن‌ها را نیز جلب کنند.
4. الگوریتم اثبات اعتبار یا شهرت (Proof of Authority)
اثبات اعتبار یا شهرت یک الگوریتم اجماع در بلاک چین است که در قالب آن ولیدیتورها بر اساس شهرت و اعتبارشان انتخاب می‌شوند. این فرآیند از مسیر رای‌گیری عبور نمی‌کند. مهم‌ترین مزیت این الگوریتم دستیابی به مقیاس‌پذیری بیشتر و به حداقل رساندن کارمزد تراکنش‌ها در یک شبکه است.
البته شبکه‌های بلاکچین مبتنی بر این الگوریتم از امنیت کمتری برخوردار هستند؛ چرا که قدرت این شبکه‌ها نزد گروه کوچکی از ولیدیتورها متمرکز است. معمولا در بلاکچین‌های خصوصی و سازمانی از این الگوریتم استفاده می‌شود تا کنترل کامل روی اطلاعات و داده‌های شبکه وجود داشته باشد.
5. الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity)
اثبات ظرفیت الگوریتم اجماع دیگری است شباهت نسبی با مکانیزم اثبات کار دارد. در قالب این مکانیزم، گره‌ها باید برای اضافه کردن بلاک‌های جدید به شبکه، پازل‌های محاسباتی را حل کنند. البته نیازی به استفاده از دستگاه‌های محاسباتی پیشرفته نیست. بلکه هر نود می‌تواند به‌کمک بخشی از فضای هارد دیسک رایانه خود در شبکه فعالیت کند.
بدیهی است که هر نود که سریع‌تر راه‌حل پازل‌ها را پیدا کند، موفق به اضافه کردن بلاک به‌شبکه می‌شود و پاداش می‌گیرد. الگوریتم اثبات ظرفیت هم چالش مصرف انرژی را بالا را به‌خوبی مدیریت می‌کند. البته این شبکه نیز در نوع خود نسبت به حملات هکری تا حدی آسیب‌پذیر است.
کلام پایانی
در این مطلب به‌معرفی انواع الگوریتم اجماع در بلاک چین پرداختیم. باید توجه داشته باشید که الگوریتم های اجماع در بلاک چین محدود به 5 مورد معرفی شده در این مقاله نمی‌شوند. بلکه مکانیزم‌های اجماع دیگری نیز وجود دارند که در بلاکچین‌های گوناگون استفاده می‌شوند. اهمیت الگوریتم‌های اجماع در امنیت، مقیاس‌پذیری و کارآمدی شبکه‌های بلاک چین بسیار زیاد است. به‌همین دلیل هرگونه تغییر و تحولی که در این زمینه رخ می‌دهد، تاثیر زیادی روی جوامع ارز دیجیتال و قیمت رمزارزها می‌گذارد.
