معمای اجماع اتریوم: حل معادله اعتماد در انقلاب بلاک چین

ما در مورد” صحبت کرده ایمقوانین اجماع“- اینها قوانینی هستند که همه باید روی آنها توافق کنند تا یک سیستم غیرمتمرکز به درستی کار کند. اجماع همه در مورد دستیابی به توافق بین شرکت کنندگان مختلف در یک سیستم توزیع شده است تا همه آنها بتوانند دیدگاه یکسانی نسبت به آنچه اتفاق می افتد داشته باشند.

وقتی صحبت از نگهداری و تأیید سوابق غیرمتمرکز می شود، فقط اعتماد به درستی همه چیز کافی نیست. این یک چالش در شبکه‌های غیرمتمرکز است زیرا هیچ مرجع مرکزی برای تصمیم‌گیری درستی وجود ندارد. این یکی از دلایل جذابیت پلتفرم های بلاک چین است – آنها در برابر سانسور مقاومت می کنند و برای دسترسی به اطلاعات به یک مرجع مرکزی متکی نیستند. با این حال، این فقدان یک مرجع قابل اعتماد به این معنی است که هر گونه اختلاف یا اختلاف باید از راه های دیگری حل شود. اینجاست که الگوریتم‌های اجماع وارد می‌شوند – آنها به تضمین امنیت و عدم تمرکز می‌توانند با هم کار کنند.

اجماع در بلاک چین ها بسیار مهم است زیرا پول ارزشمندی در آن دخیل است. بنابراین، در زمینه بلاک چین، اجماع در مورد این است که همه بر روی یک اطلاعات به توافق برسند و در عین حال سیستم را غیرمتمرکز نگه دارند. مثل داشتن یک سری قوانین سختگیرانه بدون هیچ فرد یا سازمانی مسئول است. در عوض، قدرت و کنترل در سراسر شبکه بزرگی از شرکت کنندگان پخش می شود که با پیروی از قوانین و صادق بودن سود می برند.

توانایی دستیابی به اجماع در سراسر یک شبکه توزیع شده، حتی زمانی که چالش ها وجود دارد و کنترل مرکزی وجود ندارد، اصل اصلی پشت همه بلاک چین های عمومی باز است. برای مقابله با این چالش و حفظ تمرکززدایی، جامعه بلاک چین همیشه در حال آزمایش راه های مختلف برای دستیابی به اجماع است. این فصل به بررسی این رویکردهای مختلف و چگونگی تأثیر آنها بر بلاک چین های قرارداد هوشمند مانند اتریوم می پردازد.

الگوریتم های اجماع بخش مهمی از نحوه عملکرد بلاک چین ها هستند، اما آنها در پشت صحنه و به دور از استفاده روزمره از قراردادهای هوشمند عمل می کنند. این مانند لوله کشی سیستم است که نیازی به نگرانی در مورد آن نیست. استفاده از اتریوم شبیه به استفاده از اینترنت است – لازم نیست بدانید که چگونه داده ها برای دسترسی به وب سایت ها یا ارسال ایمیل هدایت می شوند. به طور مشابه، برای استفاده از اتریوم و تعامل با قراردادهای هوشمند، نیازی به درک جزئیات فنی الگوریتم‌های اجماع ندارید.

اجماع از طریق اثبات کار (PoW)

شخصی که بیت کوین را ایجاد کرده است نیز با الگوریتم اجماع به نام اثبات کار (PoW). PoW یک اختراع مهم است که پایه بیت کوین را تشکیل می دهد. با این حال، اصطلاح “معدن” مورد استفاده برای PoW می تواند منجر به یک تصور اشتباه در مورد هدف اصلی آن شود. مردم اغلب تصور می کنند که استخراج عمدتاً در مورد ایجاد ارز جدید است، مشابه استخراج در دنیای واقعی برای منابع ارزشمند. در واقعیت، هدف اصلی ماینینگ (و سایر مدل های اجماع) ایمن سازی بلاک چین و غیرمتمرکز نگه داشتن کنترل در میان بسیاری از شرکت کنندگان است. پاداش ارز تازه ضرب شده به عنوان انگیزه ای برای کسانی است که به امنیت سیستم کمک می کنند، نه هدف اصلی. پاداش وسیله ای برای دستیابی به امنیت غیرمتمرکز است.

در PoW نیز یک ” مربوطه وجود داردمجازاتدر قالب هزینه انرژی مورد نیاز برای شرکت در ماینینگ. اگر شرکت کنندگان قوانین را رعایت نکنند و پاداش کسب کنند، در معرض خطر از دست دادن سرمایه ای هستند که برای برق برای استخراج صرف کرده اند. بنابراین، اجماع PoW شامل یافتن تعادل بین ریسک و پاداش، برانگیختن شرکت کنندگان برای عمل صادقانه بر اساس منفعت شخصی.

در حال حاضر، اتریوم به عنوان یک بلاک چین PoW با استفاده از الگوریتم PoW به نام کار می کند اتاشکه در مقایسه با الگوریتم بیت کوین تفاوت های جزئی دارد. Ethash به همان هدف ایمن سازی بلاک چین و غیرمتمرکز کردن کنترل عمل می کند. با این حال، اتریوم همچنین در حال بررسی امکان انتقال به آن است ProgPOW، یک الگوریتم PoW مقاوم تر در برابر ASIC. ProgPOW هنوز در زمان نگارش در حال توسعه است.

اجماع از طریق اثبات سهام (PoS)

قبل از اینکه اثبات کار (PoW) به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد، الگوریتم‌های اجماع دیگری پیشنهاد شده بود، از جمله تغییراتی از یک الگوریتم اجماع به نام اثبات سهام (PoS). PoW در واقع به عنوان جایگزینی برای PoS ایجاد شد. پس از موفقیت بیت کوین، بسیاری از بلاک چین ها از آن پیروی کردند و از PoW استفاده کردند. با این حال، تحقیق در مورد الگوریتم‌های اجماع، علاقه به PoS را احیا کرده و این فناوری را بسیار پیشرفته کرده است.

از همان ابتدا، بنیانگذاران اتریوم قصد داشتند الگوریتم اجماع خود را به PoS تغییر دهند. عمداً الف را معرفی کردند بمب دشواری در PoW اتریوم، که به تدریج استخراج را دشوارتر می کند و انتقال به PoS را پیش می برد.

در زمان نگارش این کتاب، اتریوم همچنان به PoW متکی است، اما تحقیق روی یک جایگزین PoS به نام کاسپر تقریبا کامل است معرفی Casper با تأخیر مواجه شده است و نیاز به تنظیمات برای جلوگیری از منسوخ شدن بمب دشواری PoW دارد.

به طور کلی، یک الگوریتم PoS به این صورت عمل می‌کند: بلاک چین مجموعه‌ای از اعتبارسنجی‌ها را حفظ می‌کند و هر کسی که ارز دیجیتال اصلی بلاک چین (به عنوان مثال، اتر در اتریوم) را در اختیار دارد، می‌تواند با قفل کردن ارز دیجیتال خود در یک سپرده، اعتبارسنجی شود. تایید کنندگان به نوبت بلوک معتبر بعدی را پیشنهاد می کنند و رای می دهند و وزن آرای آنها به اندازه سپرده (یا سهام آنها) بستگی دارد. توجه به این نکته مهم است که اگر بلاکی که روی آن شرط بندی کرده است توسط اکثر اعتبارسنجی ها رد شود، اعتبار سنجی ریسک از دست دادن سپرده خود را دارد. از سوی دیگر، اعتبار سنجی ها بر اساس سهام خود برای هر بلوک پذیرفته شده، پاداش کوچکی دریافت می کنند. این سیستم پاداش و تنبیه، تایید کنندگان را تشویق می کند تا صادقانه عمل کنند و از قوانین اجماع پیروی کنند. تفاوت اصلی بین PoS و PoW این است که در PoS، مجازات ذاتی برای بلاک چین است (مانند از دست دادن ارز رمزنگاری شده سهام)، در حالی که در PoW، مجازات بیرونی است (مانند از دست دادن وجوه صرف شده برای برق).

Ethash: الگوریتم اثبات کار اتریوم

Ethash الگوریتم اثبات کار (PoW) مورد استفاده در اتریوم است. این الگوریتم خنجر Vitalik Buterin و الگوریتم هاشیموتو Thaddeus Dryja را ترکیب می کند. Ethash بر یک مجموعه داده بزرگ به نام DAG متکی است که یک نمودار غیر چرخه ای جهت دار است. DAG از حدود 1 گیگابایت شروع می شود و به تدریج با هر دوره (30000 بلوک یا تقریباً 125 ساعت) رشد می کند.

هدف DAG مقاوم ساختن Ethash PoW در برابر تجهیزات تخصصی ماینینگ به نام ASIC است. هدف Ethash با وابستگی به یک ساختار داده بزرگ و اغلب قابل دسترسی، جلوگیری از تسلط ماینرهای ASIC است. هدف این است که با استفاده از واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) در سطح مصرف کننده، قدرت استخراج غیرمتمرکز و در دسترس افراد بیشتری در سراسر جهان باشد. این به جلوگیری از تمرکز قدرت استخراج در دستان چند عملیات صنعتی، همانطور که در بیت کوین دیده می شود، کمک می کند. بنیانگذاران اتریوم می‌خواستند از تمرکز در استخراج PoW اجتناب کنند، جایی که کسانی که به کارخانه‌های ساخت سیلیکون تخصصی و بودجه‌های کلان دسترسی دارند می‌توانند بر زیرساخت استخراج تسلط داشته باشند و امنیت الگوریتم اجماع را تضعیف کنند. با این حال، استفاده از پردازنده‌های گرافیکی برای استخراج اتریوم باعث کمبود و افزایش قیمت در سال 2017 شد که بر گیمرها تأثیر گذاشت و منجر به محدودیت‌های خرید شد.

تا همین اواخر، تهدید ماینرهای ASIC در شبکه اتریوم بسیار کم بود. برنامه های تیم توسعه اتریوم برای انتقال به اثبات سهام (PoS) احتمالا تامین کنندگان ASIC را منصرف کرده است. با این حال، با ظهور سایر ارزهای دیجیتال با استفاده از الگوریتم Ethash و باقی ماندن اتریوم کلاسیک در PoW، استخراج ASIC ممکن است قبل از انتقال به PoS در شبکه اتریوم رایج‌تر شود. این بدان معناست که ASIC های طراحی شده برای الگوریتم PoW ممکن است همچنان در استخراج ارزهای دیجیتال دیگر استفاده شوند.

کاسپر: الگوریتم اثبات سهام اتریوم

کاسپر الگوریتم اثبات سهام (PoS) برنامه ریزی شده اتریوم است که برای جایگزینی الگوریتم اثبات کار فعلی (PoW) طراحی شده است. PoS یک رویکرد متفاوت برای دستیابی به اجماع در یک شبکه بلاک چین در مقایسه با PoW است.

با کاسپر، بلاک چین اتریوم دیگر به استخراج‌کنندگانی که پازل‌های پیچیده ریاضی را برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید حل می‌کنند، متکی نخواهد بود. در عوض، اجماع از طریق سیستمی حاصل می‌شود که در آن شرکت‌کنندگان، که به عنوان اعتباردهنده شناخته می‌شوند، بر اساس تعداد توکن‌های ارز دیجیتالی که دارند انتخاب می‌شوند و می‌خواهند به عنوان وثیقه «سهم» کنند.

اعتبار رسان ها مقدار مشخصی از توکن های ارز دیجیتال خود را در یک سپرده قفل می کنند تا تعهد خود را به شبکه نشان دهند. وزن تأثیر آنها در فرآیند اجماع متناسب با مقداری است که آنها در آن شرط بندی کرده اند. اعتبارسنجی‌ها به نوبت بلوک‌ها را پیشنهاد و تأیید می‌کنند، و اکثریت اعتبارسنجی‌ها باید روی بلوک پیشنهادی توافق کنند تا بلاک چین پذیرفته شود و به آن اضافه شود. اعتباربخش ها به دلیل مشارکت صادقانه خود، توکن های ارز دیجیتال اضافی دریافت می کنند، در حالی که رفتار غیر صادقانه یا تلاش برای حمله به شبکه می تواند منجر به جریمه هایی از جمله از دست دادن توکن های سهام آنها شود.

یکی از مزیت های اصلی الگوریتم PoS کاسپر این است که به میزان قابل توجهی مصرف انرژی کمتری نسبت به PoW نیاز دارد. از آنجایی که نیازی به فرآیندهای استخراج منابع فشرده نیست، اثرات زیست محیطی کاهش می یابد. علاوه بر این، Casper قصد دارد امنیت شبکه را با سخت‌تر و پرهزینه‌تر کردن مهاجمان برای به خطر انداختن اجماع، بهبود بخشد.

انتقال به Casper یک نقطه عطف مهم برای اتریوم است، زیرا تایید تراکنش های سریع تر، مقیاس پذیری بیشتر و شبکه ایمن تر و پایدارتر را ممکن می کند. با این حال، اجرای Casper با تاخیرها و چالش هایی مواجه شده است و جامعه اتریوم فعالانه در حال کار برای رسیدگی به هرگونه ملاحظات فنی و اقتصادی باقی مانده قبل از استقرار کامل آن است.

اصل اجماع

برای درک بهتر الگوریتم های اجماع، پرسیدن چند سوال مهم کمک می کند:

1. چه کسی توانایی تغییر آنچه در گذشته رخ داده را دارد و چگونه؟ این به مفهوم تغییر ناپذیری در بلاک چین مربوط می شود. این مهم است که بدانید چه کسی می تواند تراکنش ها و داده های گذشته را تغییر دهد یا دستکاری کند.
2. چه کسی قدرت شکل دادن به آینده را دارد و چگونه؟ این به مفهوم نهایی اشاره دارد. درک اینکه چه کسی می تواند تعیین کند که در آینده چه اتفاقی می افتد و چگونه آن را انجام می دهد بسیار مهم است.
3. هزینه ایجاد تغییرات چقدر است؟ ممکن است هزینه‌هایی مانند قدرت محاسباتی یا هزینه‌های مالی برای اصلاح زنجیره بلوکی وجود داشته باشد. دانستن هزینه می تواند بینشی در مورد امکان سنجی و امنیت سیستم ارائه دهد.
4. قدرت ایجاد تغییرات چقدر غیرمتمرکز است؟ تمرکززدایی یک اصل مهم در فناوری بلاک چین است. ارزیابی نحوه توزیع قدرت بین شرکت کنندگان و اینکه آیا در دستان معدودی متمرکز است یا خیر، مهم است.
5. چگونه می توانیم تشخیص دهیم که آیا چیزی تغییر کرده است یا خیر، و چگونه متوجه شویم؟ شفافیت و پاسخگویی در یک سیستم غیرمتمرکز ضروری است. وجود مکانیسم هایی برای شناسایی و تأیید هرگونه تغییری که رخ می دهد بسیار مهم است.

الگوریتم‌های اجماع به طور مداوم در حال تکامل هستند و هدفشان حل این سؤالات به روش‌های نوآورانه است. محققان و توسعه دهندگان در حال کار بر روی یافتن راه حل هایی هستند که تغییر ناپذیری را افزایش می دهد، امنیت آینده را افزایش می دهد، هزینه ها را به حداقل می رساند، تمرکززدایی را ترویج می کند و شفافیت را در اکوسیستم بلاک چین تضمین می کند.

جدال و رقابت

شاید تعجب کنید که چرا الگوریتم‌های اجماع مختلف وجود دارد و کدام یک بهتر است. حقیقت این است که هیچ پاسخی برای همه وجود ندارد. الگوریتم اجماع “بهترین” به عوامل مختلفی بستگی دارد و شامل مبادلات است.

الگوریتم‌های اجماع مختلف در زمینه‌های مختلف مانند تغییرناپذیری، نهایی‌بودن، تمرکززدایی و هزینه برتری دارند. هنگام تعیین اینکه کدام الگوریتم برای نیازهای شما مناسب تر است، مهم است که سؤالات خاصی در مورد آنچه می خواهید به دست آورید بپرسید.

طراحی الگوریتم‌های اجماع موضوعی داغ در صنعت بلاک چین است که میلیاردها دلار در خطر است. این یک آزمایش مداوم است که در آن رویکردهای مختلف در حال آزمایش و مقایسه هستند. در نهایت، زمان نشان خواهد داد که کدام الگوریتم ها در آزمون شرایط متخاصم مقاومت کرده و نتایج مورد نظر را ارائه می دهند.

نتیجه

الگوریتم های اجماع در فناوری بلاک چین برای اطمینان از توافق بین شرکت کنندگان و حفظ امنیت ضروری هستند. الگوریتم های مختلف مانند اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) نقاط قوت و ضعف خود را دارند. اتریوم در حال حاضر از PoW استفاده می کند اما قصد دارد با Casper به PoS تغییر مکان دهد. انتخاب الگوریتم به عواملی مانند تغییر ناپذیری، نهایی بودن، عدم تمرکز و هزینه بستگی دارد. هیچ الگوریتم “بهترین” وجود ندارد، زیرا بر اساس نیازهای خاص متفاوت است. صنعت بلاک چین به طور مداوم در حال پیشرفت است و الگوریتم های مختلفی را آزمایش می کند و اثربخشی آنها در طول زمان مشخص خواهد شد.