الگوریتم اجماع به زبان ساده✅ الگوریتم اجماع چیست؟!

اتابک منفرد

🔰راهنمای کامل الگوریتم اجماع در بلاک چین

الگوریتم های اجماع (Consensus Algorithms)، مکانیسم هایی هستند که برای دستیابی به توافق میان گره های یک شبکه غیر متمرکز طراحی شده اند.

آن ها برای حفظ یکپارچگی شبکه بسیار مهم می باشند، چرا که از مشکلاتی مانند خرج کردن دوباره جلوگیری می کنند و تضمین می کنند که فقط تراکنش های معتبر به بلاکچین اضافه شوند.

بدون الگوریتم های اجماع، گره های شبکه نمی توانند روی اعتبار و ترتیب تراکنش ها به توافق برسند و این منجر به بی نظمی و ناامنی در سیستم می شود. صرافی های ارز دیجیتال برای انجام تراکنش های خود نیاز به تایید دارند.

 

تاریخچه الگوریتم اجماع

الگوریتم های اجماع ریشه در مسئله بیزانس دارند که در دهه 1980 مطرح شد. این مسئله چگونگی دستیابی به توافق میان گروهی از گره ها را در حضور گره های خرابکار بررسی می کند.

اولین الگوریتم اجماع مورد استفاده در بلاکچین، اثبات کار (Proof-of-Work) بود که در سال 2009 با ارز دیجیتال بیت کوین معرفی شد. اثبات سهام (Proof-of-Stake) به عنوان جایگزینی کارآمد تر در زمینه مصرف انرژی در سال 2012 ارائه شد.

از آن زمان، انواع دیگری از الگوریتم های اجماع مانند اثبات فعالیت، اثبات ظرفیت و تحمل خطای بیزانسی توسعه یافته اند تا پاسخگوی نیاز های متنوع شبکه های بلاکچین باشند.

 

معرفی 5 الگوریتم اجماع؛ از اثبات کار تا اثبات اعتبار!

الگوریتم های اجماع، ستون فقرات فناوری بلاکچین هستند. آن ها مکانیسم هایی را فراهم می کنند که به گره های یک شبکه غیر متمرکز امکان می دهند روی معتبر بودن تراکنش ها و وضعیت دفتر کل توزیع شده به توافق برسند.

انتخاب الگوریتم اجماع مناسب برای یک پروژه بلاکچین بسیار مهم است، زیرا هر الگوریتم ویژگی ها، مزایا و معایب خاص خود را دارد. در اینجا توضیحاتی در مورد برخی از الگوریتم های اجماع پرکاربرد آورده شده است:

 

اثبات کار (Proof of Work)

این اولین الگوریتم اجماع استفاده شده در بلاکچین بیت کوین است. در آن، گره ها برای امکان اضافه کردن بلوک جدید به زنجیره، باید یک معمای ریاضی پیچیده را حل کنند که نیازمند صرف منابع محاسباتی زیادی است. اثبات کار، امنیت و غیر متمرکز بودن شبکه را تضمین می کند، اما از نظر مصرف انرژی ناکارآمد است.

 

اثبات سهام (Proof of Stake)

این الگوریتم به جای استفاده از قدرت محاسباتی، بر مبنای میزان سرمایه گذاری یا “سهام” افراد در شبکه عمل می کند. گره هایی که سهام بیشتری دارند، احتمال بیشتری برای انتخاب به عنوان گره اعتبارسنج و دریافت پاداش خواهند داشت. PoS کارآمدتر از PoW از نظر مصرف انرژی است.

 

اثبات فعالیت (Proof of Activity)

ترکیبی از دو الگوریتم PoW و PoS است. در آن ابتدا فرآیند PoW برای امنیت اولیه صورت می گیرد و سپس PoS برای تایید نهایی تراکنش ها به کار می رود.

 

تحمل خطای بیزانس (Byzantine Fault Tolerance)

این الگوریتم برای محیط هایی طراحی شده که در آن ها امکان وجود گره های ناامن یا خرابکار وجود دارد. BFT از تکنیک هایی مانند تکرار اطلاعات و امضا های کریپتوگرافیک برای دستیابی به اجماع در حضور خطا های بیزانسی استفاده می کند.

 

اثبات ظرفیت (Proof of Capacity)

در این الگوریتم، گره ها فضای دیسک خود را در اختیار شبکه قرار می دهند تا بتوانند در فرآیند اثبات و تایید بلوک ها شرکت کنند. هرچه فضای ذخیره سازی گره بیشتر باشد، شانس بیشتری برای دریافت پاداش خواهد داشت.

 

نحوه کار الگوریتم اجماع به چه صورت است؟

نحوه کار الگوریتم اجماع به این صورت است که ابتدا یکی از گره های شبکه، یک بلوک جدید حاوی مجموعه ای از تراکنش ها را به شبکه پیشنهاد می دهد. سپس سایر گره ها این بلوک پیشنهادی را بررسی می کنند تا از اعتبار آن طبق قوانین الگوریتم اجماع مربوطه اطمینان حاصل کنند.

اگر اکثریت گره ها این بلوک را تایید کردند، آن را به زنجیره بلوکی اضافه می کنند و نسخه محلی دفترکل را به روزرسانی می کنند. این فرایند برای تراکنش های بعدی تکرار می شود تا همه گره ها بر سر وضعیت بلاکچین به توافق برسند. الگوریتم های اجماع از تکنیک های رمزنگاری برای احراز هویت و تایید تراکنش ها استفاده می کنند تا امنیت و اعتماد شبکه را تامین کنند.

 

مثالی از الگوریتم اثبات کار

در شبکه بیت کوین، ماینر ها برای اضافه کردن بلوک جدید به زنجیره، باید یک مسئله ریاضی پیچیده معروف به “هش” را حل کنند. برای این کار، ماینر ها باید انبوهی از محاسبات را انجام دهند تا عدد نادری را پیدا کنند که باعث ایجاد یک هش معتبر با معیار های از پیش تعیین شده می شود.

این فرایند نیازمند صرف مقادیر زیادی قدرت محاسباتی و انرژی است. اولین ماینری که موفق به حل این معما شود، می تواند بلوک جدید را منتشر کند و پاداش بیت کوین را دریافت نماید.

 

مثالی از الگوریتم اثبات سهام

در این الگوریتم، سرمایه گذارانی که مقدار بیشتری از یک رمزارز را در اختیار دارند، شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان گره تاییدکننده و دریافت پاداش خواهند داشت.

فرض کنید میلاد 5 درصد از کل رمزارز های یک شبکه PoS را دارا باشد. در این صورت، او 5 درصد شانس خواهد داشت که برای تایید بلوک بعدی انتخاب شود. اگر انتخاب شد، سپس یک بلوک جدید را با تراکنش های درون آن تایید می کند و پاداش خود را دریافت می کند.

 

کدام ارز های دیجیتال از الگوریتم های اجماع استفاده می کنند؟!

ارزهای دیجیتال بسیاری از الگوریتم های اجماع مختلف برای ایجاد توافق در شبکه های غیرمتمرکز خود استفاده می کنند. برخی از مشهورترین آنها عبارتند از:

• بیت کوین (Bitcoin): اولین و محبوب ترین ارز دیجیتال، از الگوریتم اثبات کار (PoW) استفاده می کند. ماینر ها با صرف قدرت محاسباتی برای حل معما های پیچیده ریاضی رقابت می کنند تا بتوانند بلوک جدیدی را استخراج و به زنجیره اضافه کنند.
• اتریوم (Ethereum): اتریوم در ابتدا از الگوریتم PoW استفاده می کرد، اما اکنون در حال گذار به الگوریتم اثبات سهام (PoS) تحت عنوان “دوران هماهنگی” است. این تغییر برای کاهش مصرف انرژی و افزایش کارایی و امنیت انجام می شود.
• کاردانو (Cardano): این پروژه از الگوریتم اثبات سهام اولیه (Ouroboros PoS) خود استفاده می کند که بر پایه تئوری امنیت ریاضی بنا شده است. هدف آن ایجاد یک سیستم قابل مقیاس و امن با مصرف انرژی پایین است.
• سولانا (Solana): از الگوریتم اثبات تاریخچه (PoH) استفاده می کند که یک نوع الگوریتم اجماع PoS است. این امکان پردازش بیش از 65 هزار تراکنش در ثانیه را برای شبکه فراهم می کند.
• آوالانچ (Avalanche): از الگوریتم اجماع تحمل خطای بیزانس (BFT) برای دستیابی به توافق در شبکه استفاده می کند. این الگوریتم برای محیط هایی طراحی شده که امکان وجود گره های ناامن یا خرابکار دارند.

دیگر رمزارز هایی مانند ریپل (XRP)، تزوس (Tezos)، الگوراند (Algorand) و هیلیوم (Helio) نیز از انواع مختلف الگوریتم های اجماع شامل اثبات وزن دهی (PoWeight)، اثبات اعتماد (PoT) و اثبات دانش (PoK) استفاده می کنند.

 

چه آینده ای در انتظار الگوریتم های اجماع است؟!

آینده الگوریتم های اجماع بسیار امیدوارکننده و پرچالش است. با گسترش فزاینده فناوری بلاکچین در صنایع و حوزه های مختلف، نیاز به الگوریتم های اجماع کارآمد تر، مقیاس پذیر تر و امن تر بیش از پیش احساس می شود.

 

یکی از روند های نوظهور در این زمینه، توسعه الگوریتم های ترکیبی یا هیبریدی است که از مزایای چندین الگوریتم موجود بهره می برند. این رویکرد می تواند محدودیت های الگوریتم های فعلی را برطرف کند و ویژگی های مطلوب مانند مصرف انرژی پایین، تحمل خطای بالا و عملکرد سریع را ترکیب کند.

علاوه بر این، تحقیقات زیادی در زمینه افزایش مقیاس پذیری بدون از دست دادن امنیت در جریان است. تکنیک هایی مانند شاپینگ (تقسیم شبکه به زیرشبکه ها) و تراکنش های غیر زنجیره ای، راهکار های امیدوارکننده ای برای افزایش نرخ تراکنش و ظرفیت پردازش شبکه های بلاکچین هستند.

همچنین انتظار می رود الگوریتم های اجماع آینده، تمرکززدایی بیشتری را در شبکه ها ایجاد کنند تا از مشکلات ناشی از تمرکز قدرت در دست تعداد محدودی از گره ها جلوگیری شود. این امر می تواند از طریق طراحی الگوریتم هایی با ساختار غیر متمرکزتر و توزیع عادلانه تر پاداش ها حاصل گردد.

 

نظر نویسنده درباره الگوریتم اجماع (consensus algorithm)

در این مقاله، به بررسی جزئیات “الگوریتم اجماع به زبان ساده” پرداختیم. دیدیم که چگونه این الگوریتم ها نقش محوری در حفظ یکپارچگی و امنیت شبکه های غیرمتمرکز بلاکچین ایفا می کنند.

از الگوریتم های پرکاربرد مانند اثبات کار و اثبات سهام آشنا شدیم و مزایا و معایب هر یک را بررسی کردیم. همچنین به آینده امیدوارکننده این حوزه نگاه انداختیم که شامل توسعه الگوریتم های هیبریدی، افزایش مقیاس پذیری، و تمرکززدایی بیشتر است.

با فهم عمیق تر از اهمیت و کارکرد های الگوریتم های اجماع، می توانیم شاهد رشد و پیشرفت بیشتر ارزهای دیجیتال و فناوری بلاکچین در آینده باشیم.

سوالات متداول

الگوریتم اجماع چیست؟

الگوریتم اجماع مکانیسمی است که به گره های یک شبکه غیرمتمرکز اجازه می دهد بر سر اعتبار تراکنش ها و وضعیت دفتر کل توزیع شده به توافق برسند. این امر برای حفظ یکپارچگی و امنیت شبکه ضروری است.

انواع مختلف الگوریتم های اجماع کدام ها هستند؟

برخی از انواع رایج عبارتند از: اثبات کار، اثبات سهام، اثبات فعالیت، تحمل خطای بیزانس، و اثبات ظرفیت.

تفاوت اصلی اثبات کار و اثبات سهام چیست؟

در اثبات کار، گره ها باید منابع محاسباتی زیادی را صرف کنند تا بتوانند بلوک های جدید را استخراج کنند، در حالی که در اثبات سهام، میزان سرمایه گذاری یا “سهام” افراد عامل تعیین کننده است.

آیا انتخاب الگوریتم اجماع مهم است؟

بله انتخاب الگوریتم اجماع مناسب برای یک پروژه بلاکچین بسیار حائز اهمیت است، زیرا هر الگوریتم مزایا و معایب خاص خود را دارد که باید با نیاز های پروژه تطابق داشته باشد.

آینده الگوریتم های اجماع به چه سمتی می رود؟

انتظار می رود در آینده شاهد توسعه الگوریتم های ترکیبی، افزایش مقیاس پذیری، و تمرکز زدایی بیشتر در این حوزه باشیم تا بتوان محدودیت های فعلی را برطرف کرد.