الگوریتم‌های اجماع یا Consensus Algorithms: ستون فقرات فناوری بلاک چین

در دنیای بلاک چین و ارزهای دیجیتال، الگوریتم‌های اجماع مؤلفه‌ای حیاتی هستند که شبکه‌های غیرمتمرکز را قادر می‌سازد تا به طور ایمن بدون یک مرجع مرکزی کار کنند. اما پرسش مهم این است: الگوریتم‌های اجماع دقیقا چگونه عمل می‌کنند؟

این مطلب راهنمای جامع و نگاهی عمیق به الگوریتم‌های اجماع، تاریخچه و تکامل آن‌ها، انواع مختلف، مزایا، محدودیت‌ها و نمونه‌های واقعی مکانیسم‌های رایج اجماع است که امروزه به ارزهای دیجیتال قدرت می‌دهند.

الگوریتم اجماع چیست؟

یک الگوریتم اجماع به شبکه‌های کامپیوتری توزیع‌شده مانند زنجیره‌های بلوکی اجازه می‌دهد تا به شیوه‌ای غیرمتمرکز کار کنند و گره‌ها یا شرکت‌کنندگان را قادر می‌سازد در مورد وضعیت معتبر داده‌ها در شبکه به توافق برسند. اعتماد بین گره‌های ناشناخته ایجاد کرده و از تراکنش‌ها یا فعالیت‌های جعلی توسط کاربران بد و مخرب جلوگیری می‌کند.

در سیستم‌های بلاک چین، تراکنش‌ها در شبکه همتا به همتا (متشکل از گره‌ها) پخش می‌شوند. برای اضافه شدن به دفتر کل در بلوک بعدی، باید در مورد اینکه کدام تراکنش معتبر است، اجماع حاصل شود. الگوریتم‌های اجماع این توافق را به صورت غیرمتمرکز بدون تکیه بر یک مرجع مرکزی تسهیل می‌کنند. این امر از کنترل یک جانبه بر روی شبکه جلوگیری کرده و اعتماد را از طریق ریاضیات و کد ایجاد می‌کند.

تاریخچه الگوریتم‌های اجماع

تاریخچه الگوریتم‌های اجماع به توسعه اولیه سیستم‌های کامپیوتری در دهه‌های 1980 و 1990 برمی‌گردد. آنها برای تحمل خطا در محیط‌های محاسباتی توزیع شده که در آن چندین مؤلفه باید به طور مشترک کار کنند، طراحی شده‌اند.

برخی از الگوریتم‌های اولیه اجماع، شامل Byzantine Fault Tolerance algorithm و Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) در سال 1999 منتشر شده‌اند. شبکه بیت‌کوین که در سال 2009 راه‌اندازی شد، اولین شریان اصلی از الگوریتم‌های اجماع در یک سیستم پرداخت غیرمتمرکز بود. از آن زمان، مکانیسم‌های اجماع متعددی برای شبکه‌های بلاک چین معرفی شده‌اند که هدف آن بهبود جنبه‌های مختلف مانند امنیت، مقیاس‌پذیری، تمرکززدایی و بهره‌وری انرژی است.

انواع الگوریتم‌های اجماع

انواع مختلفی از مکانیسم‌های اجماع وجود دارد که هر کدام مزایا، محدودیت‌ها و موارد استفاده خاص خود را دارند. بیایید به برخی از دسته‌بندی‌های اصلی نگاه بیندازیم:

۱. اجماع اثبات کار (PoW)

اجماع اثبات کار (PoW) توسط بیت کوین پیشگام بود و همچنین به‌واسطه برخی از ارزهای دیجیتال مانند اتریوم، لایت کوین و مونرو استفاده شد. برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید، به گره‌هایی به نام «ماینرها» برای حل پازل‌های پیچیده ریاضی نیاز دارد. حل پازل‌ها نیازمند قدرت محاسباتی قابل توجهی است.

• مزایا: ایمنی بالا در برابر حملات. نسبتا غیر متمرکز.
• محدودیت‌ها: سرعت پایین. مصرف بالای انرژی.

۲. الگوریتم‌های اثبات سهام (PoS)

الگوریتم‌های اثبات سهام (PoS) اعتبار سنجی‌ها را بر اساس سهمی ‌که در شبکه دارند انتخاب می‌کنند. اعتباردهنده برخی از توکن‌های خود را برای شرکت در فرآیند قفل می‌کند. در مقایسه با PoW از نظر انرژی کارآمد است.

• مزایا: مصرف انرژی. اعتبارسنجی سریع بلوک‌ها.
• محدودیت‌ها: پیچیده‌تر. بالقوه متمرکز بودن.

۳. اثبات سهام واگذار شده (DPoS)

در Delegated PoS، دارندگان توکن به انتخاب تعداد محدودی از نمایندگانی که تراکنش‌ها را تأیید می‌کنند و بلوک‌ها را اضافه می‌کنند، رأی می‌دهند. مصرف کم انرژی و زمان تایید سریع در این گزینه محسوس است.

• مزایا: بسیار مقیاس پذیر. تایید تراکنش سریع.
• محدودیت‌ها: تمرکز بالقوه اعتبار سنجی‌ها. امنیت پایین تر از PoW.

۴. اثبات صلاحیت (PoA)

Proof-of-Authority (PoA) از شهرت گره‌های اعتبارسنجی که هم شناخته شده هستند و  هم کنترل شده برای تأیید بلوک‌ها استفاده می‌کند. معمولا برای شبکه‌های خصوصی استفاده می‌شود.

• مزایا: مصرف بهینه انرژی. بدون نیاز به پازل رمزنگاری.
• محدودیت‌ها: متمرکز. امنیتی پایین‌تر از شبکه‌های عمومی.

همچنین مدل‌های ترکیبی مانند Proof-of-Activity (PoA) وجود دارند که PoW و PoS را ترکیب می‌کنند. موارد جدیدتر مانند Proof-of-History (PoH) توسط Solana نیز هدفشان بهبود تمرکززدایی و مقیاس‌پذیری است. (بیشتر بدانید: چرا Chainlink جز بهترین‌ گزینه‌ها در لیست ارزهای دیجیتال است؟)

الگوریتم‌های اجماع چگونه کار می‌کنند؟

مراحل مربوط به دستیابی به اجماع از طریق الگوریتم‌ها ممکن است بر اساس پروتکل خاصی متفاوت باشد، اما به طور کلی شامل موارد زیر است:

– ارسال تراکنش: کاربران تراکنش‌ها را در شبکه همتا به همتا بین گره‌ها ارسال می‌کنند.

– اعتبار سنجی: گره‌های اعتبار سنجی تراکنش‌ها را در بلوک‌ها گروه بندی کرده و آنها را بر اساس قوانین شبکه تایید می‌کنند.

– اجماع: اعتباردهنده‌ها با استفاده از الگوریتم مناسب در مورد بلوک معتبر به اجماع می‌رسند.

– نهایی شدن: بلوک تایید شده به بلاک چین موجود اضافه می‌شود و تراکنش‌ها نهایی می‌شوند.

– پاداش: گره‌های اعتبارسنجی برای ایمن سازی شبکه با توکن‌های ارز دیجیتال بومی ‌پاداش می‌گیرند.

برای ایجاد اعتماد در یک شبکه غیرمتمرکز، اکثر الگوریتم‌ها بر نظریه بازی، رمزنگاری و انگیزه‌های اقتصادی تکیه می‌کنند. گره‌های مخرب از حمله به شبکه منع می‌شوند زیرا به منابع زیادی نیاز دارد.

نمونه‌هایی از الگوریتم‌های اجماع در دنیای واقعی

در ادامه چند نمونه واقعی از مکانیسم‌های اجماع عمومی ‌آورده شده است:

– بیت کوین: از اثبات کار استفاده می‌کند. ماینرها برای حل پازل برای ایجاد بلوک‌های جدید بیت کوین با هم رقابت می‌کنند.

– اتریوم: در حال حاضر اتریوم مانند بیت‌کوین مبتنی بر PoW است، اما قصد دارد به مکانیسم اجماع PoS کارآمد روی آورد.

– Solana: مکانیزم Hybrid PoS و PoH. اعتبار سنجی سولانا مهرهای زمانی را برای بهبود مقیاس پذیری هماهنگ می‌کند.

– Polkadot: از یک سیستم PoS ترکیبی جدید استفاده می‌کند که در آن دارندگان توکن به اعتبارسنجی‌های متعدد رأی می‌دهند.

– Stellar: از پروتکل اجماع ستاره‌ای، شکلی از توافقنامه بیزانسی فدرال بین گره‌های اعتبارسنجی انتخاب شده استفاده می‌کند.

– EOS: مدل PoS واگذار شده که در آن دارندگان توکن، تولیدکنندگان بلوک را از طریق رای‌گیری انتخاب می‌کنند.

– Hedera Hashgraph: از الگوریتم Hashgraph استفاده می‌کند که به عنوان یک شکل پیشرفته از اجماع توزیع شده تبلیغ می‌شود.

جمع‌بندی

الگوریتم‌های اجماع یا Consensus Algorithms، شبکه‌های غیرمتمرکز را قادر می‌سازد تا بدون کنترل مرکزی به شیوه‌ای trustless عمل کنند. آنها از تحقیقات اولیه سیستم‌های کامپیوتری به یک جزء حیاتی از شبکه‌های بلاک چین تکامل یافته‌اند. در حالی که Proof-of-Work برای شبکه‌های اولیه مانند بیت کوین اجماع ایجاد کرد، مدل‌های جدیدتر و کارآمدتر کماکان در حال ظهور هستند.

درک پروتکل‌های اجماع، کلیدی برای درک تفاوت‌های ظریف ارزهای دیجیتال و سیستم‌های مختلف مبتنی بر بلاک چین است. همانطور که فناوری بلاک چین به بلوغ می‌رسد و برای پذیرش جریان اصلی سازگار می‌شود، می‌توان انتظار داشت که شاهد نوآوری‌های بیشتری برای ایجاد تعادل بین امنیت، مقیاس پذیری، تمرکززدایی و پایداری باشیم. نقاط قوت و محدودیت‌های مدل‌های موجود اجماع، توسعه‌دهندگان را تشویق می‌کند تا الگوریتم‌های قوی‌تر و کارآمدتری برای آینده طراحی کنند.

پایان مطلب

پی نوشت:

در AI Point همه تلاش ما رعایت نکات حرفه‌ای و الزامات اساسی برای ارائه مطالب است. برای تولید مقالات عموما از بهترین منابع موجود بهره می‌بریم. در این مجله جدیدترین و محبوب‌ترین مطالب حوزه هوش مصنوعی و ابزارهای AI ، کریپتوکارنسی، بلاکچین و مقالات NLP از منابع تخصصی انتخاب و ترجمه می‌شود. در انتخاب مقالات برای ترجمه به ارجاعات متن توجه می‌کنیم. اساسا به دنبال ارائه محتوای جذاب و آموزنده هستیم تا مخاطبان خود را در این حوزه درگیر کنیم. برای تولید محتوا سرنخ‌هایی از هوش مصنوعی می‌گیریم. باور داریم که هوش مصنوعی یک فناوری قدرتمند است که می‌تواند بسیار مفید واقع شود و کیفیت مطالب و دقت داده‌ها را بیشتر کند. در این ژورنال آنلاین سعی داریم با ارائه اطلاعات دقیق و جامع به مخاطبان خود کمک کرده و به پرسش‌های آنها پاسخ دهیم. علاوه براین، پیوسته به دنبال شیوه‌هایی برای بهبود وبسایت و مطالب خود هستیم، بنابراین نظرات و پیشنهادات خود را با ما در میان بگذارید.