الگوریتم اجماع چیست؟ | 0 تا 100 انواع مکانیسم‌های اجماع

بلاکچین به عنوان یک فناوری نوین، با فعالیت بر پایه امنیت و شفافیت توانسته نظام‌های مالی و اطلاعاتی را به صورت کامل متحول کند. یکی از ویژگی‌های بارز بلاکچین، مفهوم الگوریتم اجماع یا به زبان ساده‌تر، تایید فعالیت‌های شبکه است که نقش بسیار حیاتی در اعتماد عمومی به این سیستم دارد. انواع مختلفی از مکانیسم‌های اجماع در بلاکچین وجود دارند که هر کدام با رویکردهای منحصر به فرد خود، به حل چالش‌های مختلف مرتبط با تایید تراکنش‌ها می‌پردازند. در این مطلب به بررسی کامل مفهوم الگوریتم اجماع و همچنین معرفی انواع روش‌های مکانیسم اجماع خواهیم پرداخت.

الگوریتم اجماع چیست؟

یکی از اصلی‌ترین موارد در شبکه بلاکچین، تایید تراکنش‌ها و درخواست‌های مربوط به انتقال‌های مختلف در شبکه است. به فرایندی که این موارد و تراکنش‌ها توسط گره‌ها (Nude) و اعضای شبکه تایید می‌شوند و در مورد یک تراکنش به توافق می‌رسند، الگوریتم اجماع (Consensus Algorithms) می‌گویند.

به زبان ساده‌تر یعنی اگر عضوی از شبکه بلاکچین درخواست ثبت و انجام تراکنشی را داشته باشد، اعضای تایید کننده در شبکه مربوط، باید به توافقی در این مورد دست پیدا کنند تا تراکنش انجام و تکمیل شود. این موضوع جزو اصلی‌ترین فرایندها در شبکه بلاکچین است ماهیت اصلی فعالیت این شبکه بر این پایه استوار است.

مکانیزم اجماع، اصل اساسی در شبکه بلاکچین

همانطور که می‌دانید یکی از مهم‌ترین مواردی که باعث جذب کاربران و همچنین حجم سرمایه بسیار زیادی در شبکه بلاکچین شده است، غیر متمرکز بودن و عدم وجود قدرت ثابت در این شبکه است. اما چگونه این موضوع به بهترین شکل ممکن در این شبکه رعایت و اجرا می‌شود؟

الگوریتم‌ اجماع با وجود پذیرش چندین روش کارکرد، این امکان را برای شبکه بلاکچین فراهم می‌کند که تراکنش‌های مربوط به خود را در شفاف‌ترین و غیر متمرکزترین حالت ممکن انجام دهد. علاوه بر شفافیت و امنیت، این نوع کارکرد، کاربرد دیگری برای هر شبکه نیز دارد. چون تراکنش‌ها باید به تایید چندین گره در شبکه برسند، درصد خطای فعالیت شبکه به صورت محسوسی کاهش میابد. به زبان ساده‌تر، وقتی یک درخواست توسط چندین عضو بررسی و در صورت صحیح بودن تایید شود، احتمال بروز خطا به صورت کلی از بین می‌رود.

شبکه بلاکچین و همچنین صنعت ارزهای دیجیتال با وجود جذب سرمایه چندین میلیارد دلاری، هیچ قدرت واحدی ندارند و هیچکس نمی‌تواند هویت کاربران و فعالان را رصد کند. علاوه بر این موارد، هر فرد می‌تواند با فراهم کردن موارد موجود، به عنوان تاییدکننده تراکنش‌ها وارد شبکه شود. این موارد موضوعاتی هستند که بلاکچین را به عنوان رقیبی جدی برای سیستم‌های مالی متمرکز تبدیل کرده‌اند.

گره در شبکه بلاکچین چیست؟

به اعضایی که در تایید تراکنش‌ها در شبکه بلاکچین به صورت گروهی با همتایان خود همکاری می‌کنند، گره یا نود (Nude) می‌گویند. نحوه کار گره‌ها با توجه به مکانیزم اجماع هر بلاکچین، متفاوت است اما در اصل، همه نودها فعالیتی یکسان را در شبکه انجام خواهند داد؛ یعنی همکاری برای تایید و انجام تراکنش‌ها.

انواع الگوریتم‌های اجماع

هر بلاکچین با توجه به نحوه کارکرد خود، از مکانیزم اجماع مخصوصی استفاده می‌کند. تفاوت الگوریتم‌های اجماع در مواردی مانند سرعت انجام تراکنش‌ها، انرژی، هزینه‌ها، امنیت، مقیاس پذیری و… است. الگوریتم‌های اجماع به دو یا سه مورد خلاصه نمی‌شوند و انواع مختلفی از آنان وجود دارد که به توسعه دهندگان و کاربران، امکان فعالیت در مقیاس وسیع‌تری را فراهم می‌سازند. انواع مکانیزم‌های اجماع عبارتند از:

• گواه اثبات کار (Proof of Work)
• گواه اثبات تغییر کار (Delayed Proof of Work)
• گواه اثبات سهام (Proof of Stake)
• تحمل خطای بیزانس عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance)
• گواه اثبات اعتبار سهام (Proof of Staked Authority)
• گواه اثبات سهام نیابتی (Delegated Proof of Stake)
• گواه اثبات سهام استیجاری (Leased Proof of Stake)
• گواه اثبات اهمیت (Proof of Importance)
• گواه اثبات اعتبار (Proof of Authority)
• گواه اثبات سوزاندن (Proof of Burn)
• گواه اثبات ظرفیت (Proof of Capacity)
• گواه اثبات فعالیت (Proof of Activity)
• گواه اثبات تاریخچه (Proof of History)
• گواه اثبات زمان (Proof of Time)
• گواه اثبات انتقال (Proof of Transfer‌)
• گواه اثبات زمان سپری شده (Proof of Elapsed Time)
• گواه اثبات فضای ذخیره‌سازی (Proof of Storage)

همانطور که مشخص است، انواع زیادی از الگوریتم‌های اجماع وجود دارند اما باید بدانید همه این موارد محبوب و پرکاربرد نیستند و فقط دو مورد از موارد ذکر شده، در بلاکچین رمزارزهای مختلف بسیار کاربردی و پر استفاده هستند.

این دو مورد گواه اثبات کار (Proof of Work) یا POW و گواه اثبات سهام (Proof of Stake) یا POS نام دارند که در ادامه به توضیح این مورد و مزایا و معایب آنان خواهیم پرداخت.

گواه اثبات کار (Proof of Work) یا POW چیست؟

یکی از پر استفاده‌ترین مکانیزم‌های اجماع که هم اکنون بلاکچین‌های بسیاری از آن استفاده می‌کنند، گواه اثبات کار یا به اختصار POW است. بر اساس این الگوریتم اجماع، باید از کامپیوترهای سخت افزاری برای حل معادلات و رمزگذاری‌های داخل شبکه استفاده شود و هر کامپیوتر بر اساس میزان کار و قدرت حل این معادلات، پاداش دریافت می‌کند.

این کامپیوترها ماینر نام دارند. شاید این نام برای شما آشنا باشد و فکر کنید که بیت کوین از جایی باید ماین (استخراج) شود. اما هم اکنون به خوبی می‌دانید که در واقع هیچ استخراجی در کار نیست و هر کامپیوتر و یا قطعه کامپیوتری (مانند CPU های مختلف و کارت گرافیک) که در فرایند حل معادلات در شبکه بلاکچین فعالیت می‌کند، با نام ماینر شناخته می‌شود و درآمد این قطعه‌ها در گرو میزان فعالیت و قدرت آنان است.

به دلیل پیچیدگی بسیار بالای معادلات در داخل بلاکچین‌ها، حل این موارد نیاز به کامپیوترهای بسیار قوی دارد و قطعاتی که توانایی حل این معماها را داشته باشند، مصرف برق زیادی دارند. به همین دلیل برخی فعالان محیط زیست به دلیل آسیب‌هایی که ماینرها در بلند مدت به محیط زیست وارد می‌کنند، مخالف بیت کوین هستند. برخی از مشهورترین ارزهایی که از این الگوریتم اجماع برای تایید تراکنش‌های بلاکچین خود استفاده می‌کنند عبارتند از:

• بیت کوین
• اتریوم (این ارز در فرایندی به نام مرج اتریوم، الگوریتم اجماع خود را تغییر داد و هم اکنون از هر دو حالت POW و POS برای تایید تراکنش‌های خود استفاده می‌کند)
• بیت کوین کش
• لایت کوین
• مونرو

این مکانیزم اجماع اولین بار توسط ساتوشی ناکاموتو و زمانی که وایت پیپیر بیت کوین و بلاکچین آن را برای عموم عرضه کرد، ابداع شد.

مزایا و معایب گواه اثبات کار (POW)

باید بدانید این الگوریتم اجماع فاقد عیب نیست و معایبی نیز دارد. اما در کنار این معایب، مزایای خوبی نیز وجود دارد که باید برای درک بهتر مفهوم مکانیزم اجماع بررسی شوند.

مزایای گواه اثبات کار (Proof of Work)

• تمرکز زدایی قابل قبول: به دلیل اینکه هزینه تامین تجهیزات کامپیوتری و یا مصرف برق در نقاط مختلف دنیا متفاوت است، سطح مناسبی از تمرکز زدایی توسط این روش ایجاد می‌شود. این موضوع باعث ایجاد انگیزه برای افراد مختلف می‌شود و با ایجاد رقابت، عدم تعطیلی و از بین رفتن بلاکچین‌هایی که با این روش فعالیت می‌کنند را تضمین خواهد کرد.
• امنیت بالا: این مکانیزم اجماع با استفاده از معماها و معادلات ریاضی سخت و پیچیده، امکان حملات و از دست رفتن اطلاعات با استفاده از حملات وسیع را کاملا از بین می‌برد تا امنیت بلاکچین‌هایی که با این روش فعالیت می‌نند را به طور کامل تضمین کند.
• پذیرش آسان افراد: یکی از مواردی که باعث می‌شود این نحوه کار برای بسیاری از افراد جذاب باشد، عدم نیاز به داشتن پیش زمینه‌های فراوان و یا پیچیده برای ورود به شبکه به عنوان یک گره است. هر فرد می‌تواند با خرید تجهیزات مربوط و عضویت در یک بلاکچین، فعالیت خود را به عنوان گره آغاز کند.

معایب گواه اثبات کار (POW)

• هزینه‌های بالا: همانطور که گفته شد خرید تجهیزاتی که توانایی حل معما‌های مربوط به بلاکچین را داشته باشند، هزینه بالایی می‌طلبد و نیاز به سرمایه زیادی برای خرید قطعات کامپیوتری دارد.
• مصرف بالای برق: قطعاتی که بتوانند این معادلات ریاضی را حل کنند، برق زیادی مصرف خواهند کرد و این موضوع جزو معایب اصلی گوته اثبات کار است که بسیاری از مخالفان بیت کوین به آن توجه می‌کنند.
• سرعت پایین شبکه: حل معادلات ریاضی پیچیده علاوه بر نیاز به هزینه و انرژی زیاد، بسیار زمان‌بر است که این موضوع می‌تواند هنگام شلوغی شبکه، باعث افت سرعت محسوسی شود.

گواه اثبات سهام (Proof of Stake) یا POS چیست؟

گواه اثبات سهام را می‌توان نقطه مقابل گواه اثبات کار دانست. Proof of Stake یا به اختصار POS هیچ نیازی به دستگاه‌ها و قطعات کامپیوتری برای تایید تراکنش‌ها ندارد. نودها در این شبکه ولیدیتور (Validator) یا اعتبارسنج نام دارند. فرایند عضویت در این نوع الگوریتم اجماع با استفاده از استیکینگ و سپرده‌گذاری تایید و تکمیل می‌شود.

به زبان ساده‌تر، هر فرد با هر میزان سرمایه می‌تواند به عنوان گره یا ولیدیتور، کار خود را به عنوان اعتبارسنج آغاز کند. نیاز این کار، صرفا عضویت در یک شبکه و سپرده‌گذاری در آن است. برخی از ارزهایی که از این الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند عبارتند از:

• کاردانو
• نئو
• ان ایکس تی

مزایا و معایب گواه اثبات سهام (Proof of Stake)

شاید الگوریتم اجماع بر پایه گواه اثبات سهام در نگاه اول ساده، مفید و بی دردسر به نظر برسد اما این روش هم مزایا و معابل مخصوص به خود را دارد.

مزایای POS

سرعت: یکی از مهم‌ترین فاکتورهایی که این روش با سایر الگوریتم‌های اجماع متفاوت می‌سازد، سرعت بی‌نظیر آن است. سرعت انجام و تایید تراکنش‌ها در این نوع مکانیزم اجماع تفاوتی اساسی با سایر روش‌های اجماع دارد.

دسترسی آسان: فرایند عضویت در بلاکچین یک ارز به عنوان اعتبارسنج، بسیار بی دردسر و بدون پیچیدگی خاصی است و هر فرد با داشتن حتی کمترین میزان سرمایه‌، می‌تواند عضوی از گره‌های شبکه‌هایی که با این الگوریتم اجماع فعالیت می‌کنند باشد.

مصرف کم انرژی: این روش بر خلاف رقیب اصلی خود یعنی گواه اثبات کار، نیاز بسیار کمتری به انرژی و برق دارد. این موضوع به دلیل عدم نیاز به سخت‌افزارهای گران قیمت و پر مصرف است.

معایب گواه اثبات سهام

تمرکز زدایی ناقص: قطعا اصلی‌ترین مشکل این نوع الگوریتم اجماع، عدم موفقیت در کامل کردن تمرکز زدایی است. به زبان ساده‌تر، هر کس سرمایه بیشتری داشته باشد می‌تواند قدرت بیشتری در شبکه تصاحب کند و نقش بیشتری در تایید تراکنش‌ها داشته باشد.

توزیع نامناسب پاداش‌‌ها: همانطور که افراد با سرمایه بیشتر می‌توانند قدرت بیشتری در اختیار داشته باشند، پاداش بیشتری نیز دریافت می‌کنند. زیرا نقش بیشتری نسبت به سایر اعتبارسنج‌ها در تایید تراکنشات دارند.

کاهش عرضه در گردش ارز مربوط: به دلیل اینکه برای عضویت به عنوان یک گره باید از ارز مربوط به آن برای سرمایه‌گذاری استفاده کرد، ممکن است عرضه در گردش ارز، در طول زمان با کاهش قابل توجهی مواجه شود.

گواه اثبات سهام یا گواه اثبات کار؟

در این مطلب سعی شد مفهوم کلی الگوریتم اجماع برای شما عزیزان به ساده‌ترین روش ممکن شرح داده شود. قطعا یکی از اصلی‌ترین نیازهای افراد برای عملکردی موفی در بازار رمزارزها، درک درست و صحیح مطالب پایه‌ای است.

هیچ معیار مناسبی برای قضاوت این موضوع که شبکه‌هایی که با گواه اثبات کار فعالیت می‌کنند بهتر هستند یا شبکه‌هایی که با گواه اثبات سهام فعالیت می‌کنند، بهتر هستند وجود ندارد. هر مکانیزم اجماع مزیا و معایب مخصوص به خود را دارد.