الگوریتم اجماع چیست؟ آشنایی با 15 نوع Consensus Mechanism

تاریخ انتشار: 23 آبان 1400 | آخرین به‌روزرسانی: 13 تیر 1402
زمان مطالعه:  22 دقیقه
الگوریتم اجماع چیست؟

در زمان استفاده از بلاک چین یا انواع دیگر دفاتر کل توزیع‌شده، یک موضوع بسیار حیاتی وجود دارد؛ زمانی‌که قرار باشد داده‌ها مداوم به‌روزرسانی گردند، این به‌روزرسانی الزاماً باید بر روی تمامی گره‌ها یا سرورها انجام شود و برای انجام این‌کار، از مکانیزم یا الگوریتمی به‌نام «الگوریتم اجتماع» (Consensus Mechanism) استفاده می‌شود. الگوریتم اجماع در حوزه‌ی شبکه‌ی بلاک چین و ارزهای دیجیتال، اهمیت بسیار زیادی دارد. به‌طوری‌ که این مکانیزم، مهم‌ترین نقش را در امنیت سیستم‌های توزیع‌شده و شبکه‌های بلاک چین دارد، اما الگوریتم اجماع چیست و چه انواعی دارد؟

در این مقاله قصد داریم تا به‌صورت جامع به مفهوم الگوریتم اجماع و انواع گوناگون آن بپردازیم. در ادامه‌ی این مقاله به پاسخ سوالات «الگوریتم اجماع چیست؟» و «چه ساختار و انواعی دارد؟» دست خواهید یافت. با ما همراه باشید.

الگوریتم اجماع (Consensus Algorithms) چیست؟

الگوریتم اجماع (Consensus Algorithms) روشی است که از طریق آن، تمام افراد حاضر در شبکه بلاک چین به یک توافق مشترک در مورد وضعیت حال حاضر دفترکل توزیع‌شده می‌رسند. در واقع، الگوریتم‌های اجماع، اعتبار (Reliability) را در شبکه‌ی بلاک چین و اعتماد را بین نودها یا همتایان ناشناس در محیط محاسباتی توزیع‌شده، ایجاد می‌کنند.

Consensus Algorithms چیست

به‌طور اساسی، پروتکل اجماع تضمین می‌کند هر بلاک جدید که به شبکه‌ی بلاک چین افزوده می‌شود، تنها نسخه‌ی واقعی است و توسط تمام گره‌ها یا نودها مورد تایید واقع‌شده است.

مکانیزم اجماع بلاک چین، اهداف خاصی نظیر حق مساوی هر نود، همکاری، دستیابی به توافق و حضور اجباری هر نود در فرآیند اجماع را دنبال می‌کند. بدین ترتیب، الگوریتم اجماع در تلاش برای رسیدن به یک توافق مشترک است که توسط کل اعضای حاضر در شبکه، تایید شده باشد.

دانلود ماهنامه بهمن ماه دامیننس

برافراشته شدن پرچم بیت کوین در وال استریت

    کاربردهای الگوریتم اجماع

    فرآیند اجماع سه کاربرد مهم در شبکه‌ی بلاک چین دارد:

    • یکپارچه‌سازی اطلاعات روی سیستم اعضای شبکه‌
    • مدیریت شبکه با انتخاب برخی از اعضاء به‌عنوان رهبر
    • بررسی و تصمیم‌گیری در مورد صحت هر تراکنش و ذخیره روی دفتر کل توزیع‌شده

    برای مثال، در یک شرکت اگر کارمندان بر سر یک موضوع اختلاف نظر داشته باشند، مدیر شرکت تصمیم‌گیرنده‌ی نهایی خواهد بود. با کمک الگوریتم اجماع، به توافق رسیدن بین نودها از طریق یک سیستم رای‌گیری صورت می‌گیرد. به این صورت که اگر یک کاربر تراکنشی (هر نوع داده‌ای را شامل می‌شود) را به شبکه ارسال کند، اطلاعات ارسال شده توسط همه‌ی گره‌ها بررسی می‌شود. اگر با توجه به اطلاعات قبلی، تراکنش فرستاده شده صحت داشته باشد، گره تاییدیه‌‎ای مبنی بر صحت آن به شبکه ارسال می‌کند.

    مجموعه‌ای از تراکنش‌ها یک بلاک را تشکیل می‌دهند. اگر بیش‌از ۵۱% نودها، اضافه شدن این بلاک را به بلاک چین تایید کنند، نودها بلاک جدید را به سیستم خود اضافه می‌کنند و تراکنش‌های داخل آن موفق و نهایی می‌شود.

    معروف‌ترین و اولین کاربرد بلاک چین، در شبکه بیت کوین ظهور پیدا کرد. در شبکه‌ی بلاک چین بیت کوین، هر بلاک شامل اطلاعات تراکنش (فرستنده و گیرنده و مبلغ ارسالی)، هش بلاک قبلی و هش بلاک فعلی است. گره‌ها در شبکه‌ی بیت کوین با استفاده از یک الگوریتم اجماع، تراکنش‌ها را تایید و بلاک‌های جدید را می‌سازند.

    انواع الگوریتم اجماع

    الگوریتم‌های اجماع مجموعه‌ای از قوانین یا پروتکل‌هایی هستند که به توافق نظر رسیدن گره‌های بلاک چین بر روی وضعیت مشترک شبکه کمک می‌کنند. الگوریتم اجماع انواع مختلفی دارد که در زیر 15 نوع آن را به شما معرفی می‌کنیم:

    اثبات کار (PoW)

    الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) یک الگوریتم توافقی است که در بسیاری از شبکه‌های بلاک چین برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌های جدید به زنجیره استفاده می‌شود. PoW اولین بار توسط خالق بیت کوین، ساتوشی ناکاموتو، به عنوان راهی برای ایمن‌سازی شبکه و جلوگیری از هزینه مضاعف معرفی شد.
    الگوریتم PoW ماینرها را ملزم به حل مسائل پیچیده ریاضی که هش نام دارند، می‌کند تا بتوانند تراکنش‌ها را تایید کرده و بلوک‌های جدیدی به زنجیره اضافه کنند. تابع هش مورد استفاده در الگوریتم‌های PoW به گونه‌ای طراحی شده که حل آن از نظر محاسباتی دشوار است؛ به این معنی که حل مشکل و افزودن یک بلوک به زنجیره نیاز به مقدار قابل‌توجهی از توان محاسباتی دارد. ماینرها برای حل این مشکل با یکدیگر رقابت می‌کنند و اولین کسی که آن را حل کند، ارز دیجیتال تازه ساخته شده‌ای را به‌عنوان پاداش دریافت می‌کند.
    در الگوریتم اثبات کار (Proof of Work)، به فرآیند افزوده شدن بلاک‌ها به بلاک چین، ماینینگ یا استخراج گفته می‌شود. همچنین شخصی که کار ماینینگ را انجام می‌دهد، ماینر یا استخراج‌کننده نام دارد. رایانه استفاده شده برای استخراج نیز نوعی گره یا نود (Node) است.

    گفتی است در الگوریتم اثبات کار بیت کوین، پاداش استخراج هر چهار سال یک‌بار یا به‌عبارتی پس از استخراج هر ۲۱۰ هزار بلاک، نصف می‌شود. به این اتفاق، هاوینگ (Halving) گفته می‌شود. در حال حاضر پاداش استخراج ۶٫۲۵ واحد بیت کوین است. برخی از رمزارزهای مشهور که از این الگوریتم استفاده می‌کنند، ارز دیجیتال بیت کوین، لایت کوین و دوج کوین هستند.

    مزایا معایب
    عدم تمرکز اتلاف انرژی
    مکانیسم پاداش‌دهی امکان حمله 51 درصدی
    عدم نیاز به مجوز سرعت پایین اضافه شدن بلاک به بلاک چین
    تجربه و سابقه خوب و بسیار بالا مقیاس‌پذیری پایین
    تشکیل استخرهای ماینینگ

    اثبات سهام (PoS)

    الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) همانند اثبات کار، الگوریتم اجماعی است که در شبکه‌های بلاک چین برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلوک‌های جدید به زنجیره استفاده می‌شود، اما یک تفاوت اساسی با PoW دارد. در فرآیند اثبات سهام، افراد عملیات استخراج انجام نمی‌دهند. همچنین ماینری وجود ندارد و به‌جای آن، اعتبار سنج (Validator) فرآیند افزودن بلاک به بلاک چین را انجام می‌دهد. در اثبات سهام، معادله‌ای برای حل شدن وجود نداشته و نیازی به تجهیزات گران و پرمصرف ماینینگ نیست. به‌همین دلیل، اثبات سهام بسیار ارزان‌تر از اثبات کار است. حالا بلاک‌ها چگونه اضافه می‌شوند؟

    در یک شبکه PoS، اعتباردهنده‌ها انتخاب می‌شوند تا بلاک‌های جدیدی را بر اساس مقدار ارز دیجیتالی که در اختیار دارند، به زنجیره اضافه کنند. این مقدار ارزهای دیجیتال به عنوان سهام آن‌ها شناخته می‌شوند. هر چه سهام بزرگتر باشد، شانس انتخاب شدن برای افزودن یک بلوک به زنجیره بیشتر است. اعتبارسنجی‌ها تشویق می‌شوند صادقانه عمل کنند، زیرا در صورت تایید تراکنش‌های جعلی یا تلاش برای حمله به شبکه، خطر از دست دادن سهام خود را دارند.

    به عبارت بهتر، در فرآیند اثبات سهام، اعضای شبکه در ابتدا باید ارز بومی شبکه را تهیه کنند. در مرحله‌ی بعد، طی یک قرارداد آن را به شبکه اختصاص (Stake) دهند؛ یا به‌عبارتی، استیکینگ (Stakeing) کنند. در این الگوریتم، پاداش استخراج وجود ندارد و اعضاء براساس مقدار ارزی که استیک کرده‌اند، پاداش دریافت می‌کنند.

    مزایا معایب
    تراکنش‌های سریع‌تر به‌نسبت روش‌های دیگر، کمتر آزمایش شده و تجربه‌ی پایینی دارد.
    دریافت پاداش و بهره با استفاده از فرایند استیکینگ افزایش قدرت ثروتمندان و سهام‌داران عمده
    احتمال بسیار پایین حملات 51 درصدی نیاز به ارز برای استیکینگ و قیمت به‌نسبت بالای ارز
    سازگار با محیط‌زیست و مصرف کم انرژی برق
    مقیاس‌پذیری بالا

    اثبات سهام نمایندگی شده (DPoS)

    اثبات سهام نمایندگی شده (Delegated Proof of Stake) الگوریتم اجماعی است که در برخی از شبکه‌های بلاک چین برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌های جدید به زنجیره استفاده می‌شود.

    DPos نمونه بهبودیافته از الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) است که برای انجام وظایف خود (اعتبارسنجی تراکنش و افزودن بلاک‌های جدید به زنجیره) به گروه کوچک‌تری از اعتبارسنجی‌ها، معروف به نمایندگان یا شاهدان، متکی است. این نمایندگان باید صادقانه عمل کنند؛ زیرا در صورت تأیید تراکنش‌های جعلی یا تلاش برای حمله به شبکه، خطر از دست دادن موقعیت و پاداش خود را دارند.

    مقایسه DPoS و PoS

    یکی از مزایای DPoS نسبت به PoS کارآمدتر بودن آن است. در PoS، همه اعتبارسنجی‌ها باید شرکت کنند؛ در غیر این صورت ممکن است با ناکارآمدی مواجه شود. این در حالی است که در DPoS فقط نمایندگان منتخب در فرایند اعتبارسنجی شرکت می‌کنند که این امر باعث سریع‌تر و کارآمدتر شدن آن می‌شود.

    مزایا معایب
    کارآمد تمرکز قدرت در دست گروه کوچکی از نمایندگان
    عدم تمرکز تبانی نمایندگان برای دست‌کاری در شبکه
    انجام سریع پردازش تراکنش‌ها
    امکان سود حداکثری دارندگان توکن
    کاهش هزینه حفظ امنیت شبکه

    اثبات سهام استیجاری (LPoS)

    اثبات سهام استیجاری (Leased Proof of Stake) همانند DPoS الگوریتم اجماعی است که در برخی از شبکه‌های بلاک چین برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌های جدید به زنجیره استفاده می‌شود. با این تفاوت که به دارندگان توکن کوچک‌تر اجازه می‌دهد تا با اجاره‌دادن توکن‌های خود به اعتبارسنجی‌های بزرگ‌تر، در فرایند اعتبارسنجی شرکت کنند.

    در یک شبکه LPoS، دارندگان توکن، توکن‌های خود را به اعتبارسنجی اجاره می‌دهند که از آن‌ها برای افزایش سهم خود و بهبود شانس انتخاب‌شدن برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلاک جدید به زنجیره استفاده کنند. دارنده توکن مالکیت، توکن‌های خود را حفظ می‌کند و سهمی از پاداش‌های کسب شده توسط اعتبارسنجی را به نسبت مقدار توکن‌های استیجاری، دریافت می‌کند.

    مزایا معایب
    اجازه شرکت در فرایند اعتبارسنجی به دارندگان توکن کوچک‌تر پیچیدگی الگوریتم
    کسب جایزه بدون نیاز به نگه‌داشتن توکن وجود احتمال خطر برای توکن‌های اجاره داده شده
    عدم تمرکز
    امکان سود حداکثری دارندگان توکن
    افزایش امنیت شبکه (کنترل شبکه و جلوگیری از دست‌کاری تراکنش‌ها)

    الگوریتم اثبات اعتبار (PoA)

    از دیگر انواع الگوریتم‌های اجماع می‌توان به الگوریتم اثبات اعتبار (Proof of Authority) اشاره کرد. این الگوریتم برخلاف سایر الگوریتم‌ها مثل PoW و PoS، به جای شبکه‌ای غیرمتمرکز از گره‌ها، به گروهی قابل اعتماد از اعتبارسنجی‌ها متکی است.

    در یک شبکه PoA، گروهی از اعتبارسنج‌ها به عنوان مسئول اعتبارسنجی تراکنش‌ها و مولد بلاک‌های جدید شناخته می‌شوند. این اعتبارسنج‌ها باید صلاحیت و اعتبار لازم برای انجام این کار را داشته باشند که تعیین صلاحیت و اعتبار نیز توسط احراز هویت اولیه انجام می‌شود. اعتبارسنج‌های منتخب در این شبکه باید صادقانه عمل کنند؛ چرا که همواره شهرت آن‌ها در خطر است.

    مزایا معایب
    سریع و کارآمد مخالف تمرکززدایی
    مناسب برای شبکه‌های بلاک چین خصوصی وجود احتمال تخریب شبکه
    راه‌حلی بهینه و کم‌مصرف افشای هویت اعتبارسنج‌ها

    تحمل خطای بیزانس (BFT)

    تحمل خطای بیزانس مفهومی در علوم کامپیوتر است که به توانایی یک سیستم برای عملکرد صحیح و رسیدن به اجماع حتی در صورت تخریب یا ازکارافتادن برخی از اجزا، اشاره دارد. در زمینه فناوری بلاک چین، BFT الگوریتم اجماعی است که یک شبکه توزیع‌شده از گره‌ها را قادر می‌سازد تا بر سر اعتبار تراکنش‌ها به توافق برسند و یکپارچگی بلاک چین را حتی در مواجهه با حملات مخرب حفظ کنند.

    BFT برای جلوگیری از مشکل «ژنرال‌های بیزانس (Byzantine Generals)» طراحی شده است. این مشکل سناریویی نظری است که در آن گروهی از ژنرال‌ها باید حمله به یک شهر را تدارک ببینند، اما برخی از آن‌ها خائن بوده و احتمال افشای اطلاعات غلط به سایرین توسط آن‌‎ها وجود دارد. در شبکه بلاک چین، این ژنرال‌های خائن می‌تواند نشان‌دهنده گره‌هایی باشد که رفتار مخربی دارند یا به‌درستی ارتباط برقرار نمی‌کنند.

    الگوریتم BFT این مشکل را با الزام بر توافق درصد معینی از گره‌ها بر سر اعتبار تراکنش‌ها قبل از اضافه‌شدن به بلاک چین، برطرف می‌کند. به عبارت بهتر، در BFT، اگر دو سوم گره‌ها درباره اعتبار تراکنشی توافق کنند، آن‌گاه به بلاک چین اضافه می‌شود. در غیر این صورت، رد خواهد شد.

    BFT با سایر الگوریتم‌های اجماع مانند PoW یا PoS متفاوت است؛ زیرا برای شرکت در فرایند اعتبارسنجی نیازی به قدرت محاسباتی یا سهام ندارد. در عوض، برای دستیابی به توافق درمورد اعتبار تراکنش‌ها، به گروه کوچک‌تری از گره‌ها متکی است که همین موضوع باعث می‌شود تا کارآمدتر و سریع‌تر از سایر الگوریتم‌های اجماع باشد.

    مزایا معایب
    انجام سریع تراکنش نیازمند سطح بالایی از اعتماد در شرکت‌کنندگان
    مصرف کم انرژی وجود احتمال تخریب شبکه
    مورد استفاده در شبکه‌های بلاک چین خصوصی احتمال عدم یکپارچگی بلاک چین در صورت وجود گره‌های مخرب

    تحمل خطای بیزانس عملی (PBFT)

    تحمل خطای بیزانس عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance) الگوریتم اجماعی است که مکمل الگوریتم BFT شناخته می‌شود؛ چرا که BFT را به منظور ارائه سطح بالایی از تحمل خطا در سیستم‌های توزیع‌شده، گسترش داده و تکمیل می‌کند.

    PBFT معمولاً در شبکه‌های بلاک چین سازمانی و سایر سیستم‌های توزیع شده استفاده می‌شود که در آن سطح بالایی از اجماع مورد نیاز است.

    وظیفه PBFT تجزیه فرایند اجماع به مجموعه‌ای از مراحل است که برای هر تراکنش تکرار می‌شوند. هر مرحله شامل یک گره متفاوت در شبکه بوده و هر گره مسئول بررسی صحت تراکنش قبل از انتقال آن به گره بعدی است.

    در حقیقت، الگوریتم اجماع PBFT به تعداد معینی گره نیاز دارد تا در مورد اعتبار یک تراکنش پیش از افزودن آن به بلاک چین به اجماع برسند. تعداد گره‌ها با فرمول زیر تعیین می‌شود:

    F= (n-1)/3

    F در این فرمول حداکثر تعداد گره‌های معیوبی است که سیستم می‌تواند تحملشان کند؛ و n تعداد کل گره‌ها در شبکه است.

    PBFT برای تحمل خطا طراحی شده است؛ به این معنی که می‌تواند به‌درستی کار کند؛ حتی اگر برخی از گره‌ها در شبکه از کار بیفتند یا رفتار مخربی داشته باشند. این الگوریتم با اجازه‌دادن به گره‌ها برای برقراری ارتباط با یکدیگر و رسیدن به اجماع در مورد اعتبار تراکنش‌ها، به این امر دست می‌یابد. اگر یک گره از کار بیفتد یا به طور مخرب رفتار کند، گره‌های دیگر می‌توانند مشکل را شناسایی کرده و گره مخرب را از فرایند اجماع حذف کنند.

    مزایا معایب
    توان عملیاتی بالا و انجام آسان تراکنش‌ها هزینه بالا
    مصرف کم انرژی آسیب‌پذیر در برابر حمله Sybill
    واریانس پاداش کم عدم تناسب با شبکه‌های کوچک

    تحمل خطای بیزانس تفویض شده (dBFT)

    الگوریتم تحمل خطای بیزانس تفویض شده (Delegated Byzantine Fault Tolerance) مزایای هر دو الگوریتم BFT و DPoS را ترکیب می‌کند. dBFT معمولاً در شبکه‌های بلاک چینی استفاده می‌شود که به سطح بالایی از اجماع و توان عملیاتی نیاز دارند.

    الگوریتم dBFT نیز همانند BFT و PBFT با هدف تحمل خطا طراحی شده است؛ به این معنی که می‌تواند حتی در زمان ازکارافتادن گره‌ها یا رفتار مخرب آن‌ها، به‌درستی کار کند. در dBFT اجماع از طریق فرایند رأی‌گیری حاصل شده و هر گره در شبکه می‌تواند به اعتبار هر تراکنشی رأی دهد.

    تفاوت dBFT با سایر الگوریتم‌های تحمل خطای بیزانسی، این است که dBFT از یک مدل تفویض شده استفاده می‌کند که در آن شرکت‌کنندگان شبکه حق رأی خود را به تعداد کمتری از گره‌های قابل اعتماد (اعتبارسنج‌ها) واگذار می‌کنند.

    dBFT بر اساس یک سیستم round-robin فعالیت می‌کند که در آن اعتبارسنج‌ها به‌نوبت تراکنش‌ها را تأیید می‌کنند. اعتبارسنج‌ها بر اساس شهرت و سهم آن‌ها در شبکه انتخاب می‌شوند. آن‌ها ملزم به رفتار صادقانه هستند؛ چرا که هر گونه رفتار بدخواهانه می‌تواند منجر به از دست دادن شهرت و سهامشان شود.

    مزایا معایب
    توان عملیاتی بالا و انجام آسان تراکنش‌ها نیازمند سطح بالایی از اعتماد به اعتبارسنج‌های منتخب
    عدم تمرکز آسیب‌پذیر
    عدم تناسب با با انواع شبکه‌های بلاک چین

    گراف جهت‌دار غیرمدور (DAG)

    گراف جهت‌دار غیرمدور (Directed Acyclic Graph) یک نوع ساختار داده است که اغلب در فناوری دفترکل توزیع شده و سیستم‌های بلاک چین مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف معماری‌های بلاک چین سنتی که داده‌ها را در یک توالی خطی و زمانی از بلاک‌ها سازمان‌دهی می‌کنند، DAG روشی انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتری را برای ذخیره و اعتبارسنجی داده‌ها فراهم می‌کند.

    DAG نموداری است که از رئوس و یال‌ها تشکیل‌شده است. هر رأس نشان‌دهنده یک تراکنش و هر یال نیز نشان‌دهنده رابطه میان تراکنش‌هاست. در یک DAG، تراکنش‌ها در یک زنجیره خطی مانند بلاک چین سنتی سازماندهی نمی‌شوند؛ بلکه ساختار سازمان‌دهی پیچیده‌ای دارند که در آن هر تراکنش به چندین تراکنش دیگر مرتبط است.

    با وجود DAG توانایی مدیریت فورک‌ها وجود دارد. در یک بلاک چین سنتی، زمانی که دو بلاک به طور هم‌زمان ایجاد می‌شوند، تنها یکی از آن‌ها می‌تواند در زنجیره پذیرفته شود. این موضوع می‌تواند منجر به وضعیتی شود که در آن بلاکی که قبلاً معتبر تلقی می‌شد، ناگهان رد شده و باعث ایجاد فورک در زنجیره شود.

    درحالی‌که در سیستمی مبتنی بر DAG، فورک‌ها به طور خودکار حل می‌شوند، زیرا تراکنش‌ها بر اساس رابطه آن‌ها با سایر تراکنش‌های موجود در نمودار اعتبارسنجی می‌شوند.

    مزایا معایب
    توان عملیاتی و مقیاس‌پذیری بالا نیازمند مکانیسم اجماع پیچیده جهت تعیین ترتیب تراکنش‌ها
    پردازش هم‌زمان تراکنش‌ها عدم تناسب با انواع بلاک چین‌ها
    توانایی بالا در مدیریت فورک‌ها در شبکه

    اثبات ظرفیت (PoC)

    الگوریتم اثبات ظرفیت (Proof of Capacity)، مکانیسمی توافقی است که در برخی از شبکه‌های بلاک چین برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و حفظ یکپارچگی بلاک چین استفاده می‌شود. PoC مشابه الگوریتم اثبات کار (PoW) است که از شرکت‌کنندگان می‌خواهد یک معماری محاسباتی را برای اضافه‌کردن بلاک‌های جدید به بلاک چین حل کنند، اما در نحوه استفاده از حافظه رایانه به جای قدرت محاسباتی، متفاوت از هم عمل می‌کنند.

    در یک سیستم PoC، شرکت‌کنندگان بخشی از فضای دیسک سخت کامپیوتر خود را به نمودار اختصاص می‌دهند. این فضا اساساً یک بخش از پیش محاسبه‌شده‌ای از داده‌هاست که می‌تواند برای ایجاد راه‌حلی برای معمای محاسباتی استفاده شود.

    هنگام اضافه‌شدن بلاک جدیدی به زنجیره بلاکی، راه‌حل‌های شرکت‌کنندگان برای معما بررسی می‌شوند. اولین شرکت‌کننده‌ای که راه‌حل معتبری پیدا کند، می‌تواند بلاک جدید را به بلاک چین اضافه کرده و پاداشی در قالب ارز دیجیتال دریافت کند.

    مزایا معایب
    کارآمد آسیب‌پذیر در برابر حملات خاص مثل Sybil
    مصرف کم انرژی
    دوستدار محیط‌زیست

    اثبات سوزاندن (PoB)

    اثبات سوزاندن (Proof of Burn) از دیگر انواع مکانیسم‌های اجماع توافقی است که در برخی از بلاک چین‌ها به منظور اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌های جدید به شبکه، به کار گرفته می‌شود. الگوریتم PoB به جای استفاده از قدرت محاسباتی یا فضای ذخیره‌سازی مانند سایر مکانیسم‌های اجماع، از شرکت‌کنندگان می‌خواهد که توکن‌های ارزهای دیجیتال خود را بسوزانند یا از بین ببرند تا تعهد خود به شبکه را ثابت کنند.

    برای شرکت در یک سیستم PoB، کاربر باید مقدار معینی از ارز دیجیتال خود را به منظور ازبین‌بردن به آدرس مشخصی بفرستد. هنگامی که این ارز دیجیتال سوزانده می‌شود، کاربر اجازه دارد تا بلاک‌های جدیدی را به بلاک چین اضافه کرده و برای انجام این کار پاداش دریافت کند.

    مزایا معایب
    کاهش تورم در اکوسیستم ارزهای دیجیتال پیچیدگی در تعیین ارزش توکن‌های سوزانده شده
    کاهش فعالیت‌های مخرب آسیب‌رسانی به محیط‌زیست
    دوستدار محیط‌زیست

    اثبات هویت (PoI)

    اثبات هویت (Proof of Identity) نیز جزو انواع الگوریتم اجماع است که برای تأیید هویت شرکت‌کنندگان در شبکه استفاده می‌شود. هدف از این جماع، ارتقای اعتماد، امنیت و اصالت در تراکنش‌های بلاک چین است.

    الگوریتم PoI، شرکت‌کنندگان را مجبور به ارائه هویت دیجیتالی خود می‌کند. هویت دیجیتالی را می‌توان از طریق روش‌های مختلف، مانند شناسه‌های صادر شده توسط دولت، داده‌های بیومتریک، یا سایر اشکال اعتبار هویت قابل تأیید، به دست آورد. سپس هویت‌های ارائه شده بررسی می‌شوند و هر فرایند تأیید هویت نشان‌دهنده این است که شرکت‌کننده یک فرد واقعی و قابل‌شناسایی است. این امر می‌تواند در جلوگیری از فعالیت‌های مخرب یا کلاهبرداری مؤثر باشد.

    مزایا معایب
    جلوگیری از حملات Sybil عدم ایجاد تعادل میان حریم خصوصی و تأیید هویت با ناشناس بودن
    اعتماد و امنیت تراکنش‌ها زمان‌بر و پرهزینه بودن فرایند تأیید هویت

    اثبات فعالیت (PoA)

    اثبات فعالیت (Proof of Activity) جزو الگوریتم‌های اجماع ترکیبی است؛ بدین معنی که دو الگوریتم اثبات کار و سهام را برای دستیابی به شبکه بلاک چینی امن و کارآمد ترکیب می‌کند. PoA به عنوان جایگزینی برای مکانیسم‌های سنتی PoW و PoS که به دلیل مصرف بالای انرژی و خطرات متمرکزسازی مورد انتقاد قرار گرفته‌اند، توسعه داده شد.

    در PoA، شبکه بلاک چین ابتدا از PoW برای تولید بلاک‌های جدید مشابه بیت کوین استفاده می‌کند. با این حال، برخلاف بیت کوین، PoA برای اجماع فقط به PoW متکی نیست. هنگامی که یک بلاک جدید تولید می‌شود، سیستم، گروهی تصادفی از اعتبارسنجی‌ها را از شبکه بر اساس دارایی‌های PoS آن‌ها انتخاب می‌کند. سپس، این اعتباردهنده‌ها باید بلاک جدید را امضا کرده و لایه دومی از تأیید اجماع را فراهم کنند.

    هدف PoA دستیابی به مکانیسم اجماع ایمن و کار‌آمدتر است. PoW تضمین می‌کند که ایجاد بلاک‌ها به سادگی انجام نشده و از حملات مخرب جلوگیری می‌شود. از طرفی، PoS شبکه را تشویق به مشارکت طولانی کرده و با توزیع پاداش‌ها بر اساس میزان سهام یک شرکت‌کننده، از متمرکزشدن جلوگیری می‌کند.

    مزایا معایب
    مصرف انرژی کمتر نسبت به PoW امکان حمله 51 درصدی
    جلوگیری از تمرکز پیاده‌سازی پیچیده

    اثبات زمان سپری شده (PoET)

    اثبات زمان سپری شده (Proof of Elapsed Time) که از دیگر انواع الگوریتم اجماع است، توسط اینتل (Intel) به منظور استفاده در شبکه‌های بلاک چین مجاز توسعه یافته است. PoET به گونه‌ای طراحی شده که جایگزین کارآمد و مطمئن‌تری برای الگوریتم‌های سنتی اثبات کار مورد استفاده در بلاک چین‌های عمومی مانند بیت کوین باشد.

    در PoET، به هر شرکت‌کننده در شبکه یک زمان انتظار تصادفی، شبیه به قرعه‌کشی اختصاصی داده می‌شود. شرکت‌کنندگان برای این‌که اولین نفری باشند که زمان انتظار خود را به پایان می‌رسانند، رقابت می‌کنند. اولی کسی که این کار را انجام دهد، حق ایجاد بلاک بعدی را خواهد داشت. این فرایند «انتخاب رهبر» نامیده می‌شود.

    برخلاف PoW که شرکت‌کنندگان برای حل مسائل پیچیده ریاضی باهم رقابت می‌کنند، در PoET شرکت‌کنندگان صرفاً منتظر می‌مانند تا زمان تعیین‌شده برای آن‌ها سپری شود. این دوره انتظار با استفاده از یک محیط اجرای قابل اعتماد (TEE) ارائه شده توسط سخت‌افزار اینتل تعیین می‌شود. TEE تضمین می‌کند که زمان انتظار تصادفی بوده و نمی‌تواند تحت تأثیر شرکت‌کنندگان قرار گیرد.

    مزایا معایب
    مصرف انرژی کم‌تر نیازمند استفاده از نرم‌افزار اینتل
    امنیت بالا و عدم امکان دست‌کاری آن طراحی‌شده برای استفاده در شبکه‌های دارای مجوز
    استفاده از TEE برای اطمینان از تصادفی بودن زمان انتظار

    اثبات اهمیت (PoI)

    اثبات اهمیت (Proof of Importance) نوعی الگوریتم اجماع مورد استفاده در شبکه بلاک چین NEM است. این الگوریتم تعیین می‌کند که کدام گره‌ها در شبکه باید حق ایجاد بلاک‌های جدید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را بر اساس سطح کلی مشارکت و سرمایه‌گذاری خود در شبکه داشته باشند.

    در PoI، اهمیت یک گره توسط دو عامل تعیین می‌شود: تعادل آن در ارز دیجیتال بومی (XEM) و مشارکت آن در شبکه. هرچه یک گره XEM بیشتری داشته و تراکنش‌های بیشتری انجام دهد، امتیاز اهمیت آن بیشتر می‌شود. این امتیاز‌ها تعیین‌کننده گره‌هایی هستند که حق تولید بلاک‌های جدید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را دارند.

    مزایا معایب
    مشوق مشارکت فعال در شبکه امنیت کم‌تر نسبت به سایر الگوریتم‌های اجماع
    مصرف انرژی کم‌تر

    گفتار پایانی

    در این مطلب، در مورد الگوریتم ثبت داده‌ها در بلاک چین، یعنی الگوریتم اجماع صحبت کردیم. با 15 نوع الگوریتم اجماع نیز آشنا شدیم و به بررسی مزایا و معایب هرکدام پرداختیم. انتخاب الگوریتم اجماع مناسب یک تصمیم حیاتی در طراحی شبکه بلاک چین است. هر الگوریتم اجماع نقاط قوت و ضعف خود را دارد و یک انتخاب اشتباه می‌تواند عواقب شدیدی بر امنیت، تمرکززدایی و عملکرد شبکه داشته باشد.

    یک الگوریتم اجماع خوب می‌تواند چندین مزیت از جمله بهبود امنیت، افزایش کارایی، زمان تراکنش‌های سریع‌تر و عدم تمرکز را افزایش دهد. از سوی دیگر، یک الگوریتم اجماع نامناسب می‌تواند منجر به کندتر شدن معاملات، هزینه‌های بالاتر و کاهش امنیت شود.

    نظر شما در مورد الگوریتم اجماع چیست؟ به نظر شما کدام یک از این الگوریتم‌ها، عملکرد بهتری دارند؟ نظرات خود را با ما در قسمت دیدگاه‌ها به اشتراک بگذارید.

    سوالات متداول

    • الگوریتم اجماع چیست؟
      الگوریتم اجماع، در حوزه شبکه‌های بلاک چین و توزیع شده، روشی است که برای تصمیم‌گیری مشترک در مورد وضعیت واحد‌های مشارکت کننده در شبکه استفاده می‌شود. این الگوریتم‌ها اجازه می‌دهند تا اعضا در شبکه، با توافق و اجماع، به یک نتیجه مشترک برسند و به راحتی بتوانند تراکنش‌ها و اطلاعات را تایید و تغییر دهند.
    • الگوریتم اجماع چه کاربردهایی در بلاک چین دارد؟
      الگوریتم اجماع در بلاک چین برای تأیید تراکنش‌ها، تغییر وضعیت شبکه، انتخاب گره‌های بلاک چین و ایجاد قراردادهای هوشمند استفاده می‌شود.
    • آیا الگوریتم اجماع تنها برای بلاک چین استفاده می‌شود؟
      خیر، الگوریتم اجماع می‌تواند در سیستم‌های توزیع شده دیگر نیز به کار برود. بلاک چین تنها یکی از کاربردهای این الگوریتم‌هاست. آنها در سیستم‌های مانند شبکه‌های اجتماعی، سامانه‌های رای‌گیری الکترونیکی و حتی در بانکداری نیز استفاده می‌شوند.
    • آیا همه بلاک چین‌ها از یک الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند؟
      نه، الگوریتم اجماع مورد استفاده در هر بلاک چین ممکن است متفاوت باشد. به عنوان مثال، بیتکوین از Proof of Work استفاده می‌کند، در حالی که اتریوم از Proof of Stake (PoS) برای الگوریتم اجماع خود استفاده می‌کند.
    • چند نوع الگوریتم اجماع وجود دارد؟
      الگوریتم‌های اجماع بسیار زیاد و گوناگونی وجود دارد، اما 15 نوع آن معروف و کاربردی هستند.

    عارفه رهبری

    تکنولوژی، نویسندگی و صدای کیبورد، من رو به وجد میارن. واسه همینم توی اکثر حوزه‌های تکنولوژی از جمله کریپتو غرق میشم، یاد می‌گیرم و می‌نویسم. حدود 2 سالی هست که در حوزه تولید محتوای صنعت کریپتو فعالیت می‌کنم و در تلاشم تا مفاهیم بلاک چین و کریپتو رو با زبانی ساده به مخاطب‌ها ارائه بدم.

    مطالب نویسنده
    اشتراک گذاری:

    مطالب مشابه

    اردینالز (Ordinals) چیست؟ آموزش ساخت NFT در شبکه بلاک چین بیت کوین

    پروتکل اردینالز بیت کوین، به‌جرئت یکی از بحث‌برانگیزترین موض ...

    از کجا مطمئن باشیم که فقط 21 میلیون بیت کوین وجود خواهد داشت؟

    محدودیت عرضه بیت کوین، با تبدیل‌کردن آن به‌نوعی دارایی کمیاب ...

    ارز دیجیتال بیت کوین چیست و چگونه کار می‌کند؟ همه‌چیز درباره Bitcoin

    بیت کوین، ارزی دیجیتالی است که برای انتقال آن به بانک یا نها ...

    دیدگاه‌ها 4 دیدگاه
    در پاسخ به دیدگاه کاربر
    1. Emanoel
      Emanoel | 4 فروردین 1401

      در فرآیند اثبات سهام، اعضای شبکه در ابتدا باید ارز بومی شبکه را تهیه کنند. در مرحله‌ی بعد، طی یک قرارداد آن را به شبکه اختصاص (Stack) دهند؛ یا به‌عبارتی، سهام‌گذاری (Stacking) کنند. در اثبات سهام، پاداش استخراج وجود ندارد و اعضاء براساس مقدار ارزی که استیک کرده‌اند، کارمزد دریافت می‌کنند.

      Stack >> stake
      Stacking >> staking
      کارمزد >> پاداش

      لطفا اصلاح شود.

    2. Emanoel
      Emanoel | 4 فروردین 1401

      “به‌همین دلیل، اثبات سهام بسیار پایین‌تر از اثبات کار است. ”
      به‌همین دلیل، اثبات سهام بسیار “ارزان تر” از مکانیزم اثبات کار است.
      لطفا اصلاح شود.

    3. Ali
      Ali | 8 دی 1400

      Stake نه Stack

      • کارن آهنگری
        کارن آهنگری | 8 دی 1400

        ممنون علی عزیز، اصلاح شد.