الإجماع: أو أنواع التوافق التي يجب أن تعرفها

عندما يتم ذكر مصطلح "blockchain" في بعض السياق ، فإنه عادة ما يأتي جنبًا إلى جنب مع المصطلح المعقد "خوارزمية الإجماع". لا يفكر معظم القراء حتى في عناء البحث عن ماهية خوارزمية الإجماع. في الواقع ، لا يعرف معظمهم حتى ما هي الخوارزمية المستخدمة في سياق blockchain. ومع ذلك ، هناك العشرات من أنواع الخوارزميات ويستخدم معظمها في عالم blockchain.

فكرة الإجماع تأتي إلى موقف موحد بشأن مشكلة. في علوم الكمبيوتر ، يرتبط الإجماع بمشكلة الإجماع. تكمن المشكلة الأساسية في الحوسبة الموزعة والأنظمة متعددة الوكلاء في تحقيق موثوقية النظام الشاملة في ظل وجود عدد من العمليات المعيبة. يتطلب هذا غالبًا عمليات للاتفاق على بعض البيانات المطلوبة أثناء الحساب. تشوب blockchain نفس المشكلة وقد ابتكر العلماء والمبرمجون طرقًا لحلها.

في جوهرها ، الخوارزمية عبارة عن سلسلة من الخطوات التي تم تحليلها وبرمجتها والضرورية اللازمة لتحقيق نتيجة معينة. خوارزمية الإجماع ، ergo ، تعني اتخاذ الإجراءات اللازمة للتوصل إلى اتفاق بشأن قضية واحدة. في عالم blockchain ، تعني هذه المشكلة الفردية التوصل إلى اتفاق بشأن حساب الكتلة من قبل جميع المشاركين في الشبكة بحيث يمكن تجزئتها.

في عالم Blockchain

عندما يتعلق الأمر بـ blockchain ، يمكن أن يكون لخوارزمية الإجماع عدة نتائج كهدف رئيسي لجميع المشاركين في الشبكة. الأغراض الأكثر شيوعًا للخوارزمية هي التالية:

• الاتفاق: تجمع آلية التوافق جميع الاتفاقيات من مجموعة المشاركين في الشبكة.
• التعاون: يهدف كل عضو في المجموعة إلى الوصول إلى اتفاق أفضل يتوافق مع مصلحة المجموعة ككل.
• التعاون: يعمل كل فرد كجزء من فريق ويضع مصالحه جانبًا من أجل الصالح العام.
• حقوق متساوية: كل مشارك له نفس القيمة في عملية التصويت. في ظل هذا النهج ، كل صوت مهم ، لأنه بدون صوت واحد ، لن يمر الإجماع.
• المشاركة: كل شخص داخل الشبكة يحتاج إلى المشاركة في عملية التصويت. لن يتم استبعاد أي شخص أو البقاء خارج التصويت ، لأن ذلك سيوقف عمل الخوارزمية.
• النشاط: كل عضو في المجموعة نشط على قدم المساواة. يتم تقاسم المسؤولية في المجموعة بالتساوي بين جميع المشاركين.

أنواع

في الواقع ، هناك أكثر من 30 نوعًا من خوارزميات الإجماع المتاحة حاليًا. الأكثر شيوعًا هي ما يلي:

• إثبات العمل
• إثبات الحصة
• تفويض إثبات الحصة
• إثبات السلطة
• التسامح البيزنطي للخطأ
• التسامح البيزنطي المفوض (dBFT)

وهلم جرا وهكذا دواليك. يمكن متابعة القائمة إلى Infinitum ، ولكن تظل الحقيقة أن جميع الخوارزميات المذكورة هنا وجميع الخوارزميات الأخرى التي لن تتناسب مع المادة المعينة تخدم أغراضًا مهمة بنفس القدر ، والتي تدور حول الوصول إلى إجماع. الشيء الوحيد الذي يتغير هو الطريقة التي يستخدمونها لتحقيق ذلك.

قاعة الشهرة

بطبيعة الحال ، أكثر أنواع خوارزميات الإجماع شيوعًا هي إثبات العمل وإثبات الحصة ، والتي ظهرت جنبًا إلى جنب مع blockchain كبكر.

إثبات العمل هو أقدم نوع من الإجماع على blockchain وكان موجودًا منذ أوائل عام 2003 مع ولادة Bitcoin وكان في مرحلة الاختبار منذ عام 2009. على الرغم من أن الخوارزمية ليست جديدة ، إلا أنها استقبلت حياة جديدة مع Satoshi Nakamoto. بموجب طريقته المقترحة ، يتعين على المشاركين في blockchain (عمال المناجم) حل مشكلة حسابية معقدة وغير مجدية تمامًا بحيث يمكن إضافة كتلة من المعاملات إلى blockchain. المشاكل مع هذا النهج عديدة. إنها بطيئة ، وكثيفة الطاقة ، وغير صديقة للبيئة ، وهي عرضة لاقتصاديات الحجم.

التالي هو مفهوم إثبات الحصة. ظهر هذا النهج كبديل للأخير واقترح أنه بدلاً من استخدام التعدين trac الكتل ، يحتاج المشاركون في الشبكة إلى بعض الحصص في شكل عملات معدنية في النظام حتى يتمكنوا من المشاركة في العملية. إن امتلاك 10٪ من الأسهم يمنح احتمال تعدين الكتلة التالية بنسبة 10٪. كلما زاد عدد العملات التي يحتفظ بها مالك الحصة ، زادت فرصة trac للكتلة. هذا النهج معيب أيضًا ، لأنه عرضة لمشكلة لا شيء على المحك. ومع ذلك ، فهي أقل استهلاكًا للطاقة ، وليست عرضة لاقتصاديات الحجم وتتمتع بحماية أفضل من الهجمات.

بغض النظر عن النهج المتبع للتوصل إلى إجماع ، فإن المشاكل لا تزال إلى حد كبير هي نفسها وتردد من واحدة إلى أخرى. أكبر المشاكل التي تواجه جميع نماذج الإجماع هي التالية:

يعد استهلاك الطاقة إلى حد بعيد أكبر مشكلة في تشغيل blockchain. على سبيل المثال ، تحتوي Bitcoin على 20 مليار تجزئة في الثانية. يتطلب ذلك كميات هائلة من الطاقة ولا توجد بدائل رخيصة للطاقة في الوقت الحالي لإشباع شهوة الطاقة في سلاسل الكتل الحديثة.

إن مركزية عمال المناجم هي شبكات PoW هي مشكلة أخرى حيث يمكن للمصنعين الكبار أن يبدأوا في طلب المزيد من الطاقة للعمل وسيحاولون ثني القواعد في نظام التعدين أو حتى إصدار قواعد جديدة لتلبية مطالبهم. والنتيجة هي المركزية داخل شبكة لامركزية. إذا ترسخت المركزية ، فلن يكون النظام عبارة عن blockchain ولا معنى للإجماع.

لا تزال الهجمات على الشبكة شائعة ولا يذهب المتسللون إلى أي مكان. هجوم 51٪ قابل للتطبيق وليس هناك ما يضمن عدم حدوثه. إذا تم الاستيلاء على المخاطر من قبل المهاجمين ، فإن الأمر يتعلق فقط بالوقت وقوة الحوسبة حتى يتحكموا في أكثر من نصف جميع العقد ويحولون الشبكة إلى صانع أموال لأنفسهم.

مع الجديد

تم فحص مشاكل خوارزميات الإجماع السابقة وبحثها بدقة للسماح للمبرمجين بالوصول إلى نماذج جديدة من الإجماع.

يعد إثبات الاتفاق أحد أحدث النماذج الواعدة للكتل المتسلسلة وهو عبارة عن خوارزمية إجماع أخرى تم استخدامها بواسطة منصة Credits . إنه مفهوم بسيط إلى حد ما يبدو معقدًا في البداية ولكنه فعال في الوصول إلى توافق في الآراء. يتكون الإجراء الكامل للإجماع من تشكيل المعاملات وتوزيعها بين عقد الشبكة وتنفيذ الجولات الدورية حيث تُمنح العقد الموثوقة (TN) سلطة إجراء الإجماع ، مما يؤدي إلى حل مشترك بما في ذلك المعاملات في كتلة وإنشاءها. تتضمن حزم المعاملات عددًا مطلوبًا من المعاملات (حتى 500) ويتم إعطاؤها رأسًا يحتوي على تجزئة محسوبة باستخدام خوارزمية Blake2s. بمجرد استلام العقد لقائمة حزم المعاملات الواردة في المائدة المستديرة ، تبدأ في التحقق من توفر هذه الحزم في المخزن المؤقت المحلي. إذا كانت بعض الحزم مفقودة ، فسيتم بدء عملية المزامنة. تطلب العقدة الحزم المفقودة من العقد المجاورة لها ، وإذا كانت الحزم مفقودة في تلك العقد أيضًا ، فإن هؤلاء الجيران يطلبون الحزم من جيرانهم وتتكرر العملية حتى يتم العثور على الحزم المفقودة. إن توفر جميع حزم المعاملات المضمنة في المائدة المستديرة على جميع العقد الموثوقة هو شرط لبدء الجولة. بعد أن أصدرت جميع عقد الشبكة حزم المعاملات وتبادلها مع بعضها البعض ، يجب تحديد العقد المسؤولة عن تنفيذ الإجماع وسيتعين على هذه العقد التحقق من صحة المعاملات وإنشاء كتلة. إن تشكيل الكتلة البسيط والفعال مع المشاركة الكاملة لجميع العقد مع إمكانية التنفيذ في الشبكات العامة هو ما تدور حوله خوارزمية الإجماع هذه.

LibraBFT توافق Facebook تعمل LibraBFT على تحسين HotStuff وتكييفها للاستخدام على نطاق أوسع. الميزان عبارة عن خوارزمية إجماع من نوع التسامح البيزنطي ، والتي تعتمد على HotStuff وهي عبارة عن نظام نسخ متماثل قوي وفعال للحالة مصمم لـ Libra Blockchain. LibraBFT هو تحسين لـ HotStuff مع تنفيذ آلية منظم ضربات القلب. يتضمن تحليل الفعالية الذي يتكون من حدود محددة لالتزام المعاملة. في LibraBFT ، تسمى العمليات Validators. تعمل كل واحدة من الأخيرة في جولات ، مع وجود مدقق معين يسمى القائد. يقترح القادة كتلًا جديدة ويحصلون على أصوات موقعة من المدققين فيما يتعلق بمقترحات جيل الكتل. الجولة هي مجرد مرحلة اتصال مع قائد واحد معين ، ويتم تنظيم مقترحات القادة في سلسلة باستخدام تجزئات التشفير. عندما يتم إطلاق جولة ، يقترح القائد كتلة تمتد لأطول سلسلة تحت تصرفها. إذا كان الاقتراح صحيحًا وفي الوقت المناسب ، فستقوم كل عقدة صادقة بالتوقيع عليه وإرسال تصويت إلى القائد. بمجرد وجود عدد كافٍ من الأصوات للوصول إلى النصاب القانوني ، يقوم القائد بتجميع الأصوات في شهادة النصاب (QC) التي تمد نفس السلسلة مرة أخرى ويتم بث مراقبة الجودة إلى كل عقدة. إذا فشل القائد في تجميع QC ، فسينتقل المشاركون إلى الجولة التالية.

حتى الآن ، تم إطلاق Libra Blockchain كشبكة مرخصة. يشمل المصدقون المؤسسون شركات مثل Uber و Visa و MasterCard و PayPal وما إلى ذلك. يلتزم جميع المؤسسين بإرشادات صارمة ليكونوا مدققين مبكرين. على سبيل المثال ، كان مطلوبًا من صناديق التحوط الخاصة بالعملات المشفرة أن يكون لديها الأصول المُدارة بأكثر من مليار دولار بينما كان على الحافظين الذين يركزون على الأصول الرقمية تخزين ما لا يقل عن 100 مليون دولار. تحتاج الشركات غير المشفرة إلى أن يكون لديها سقف سوقي يزيد عن 1 مليار دولار أو أرصدة عملاء تزيد عن 500 مليون دولار.

خوارزمية إجماع أخرى هي Proof of Elapsed Time ، والتي اخترعتها Intel في أوائل عام 2016 واختبرتها بنجاح Hyperledger Sawtooth 1.1.

مبدأ التشغيل بسيط نوعًا ما حيث تنتظر كل عقدة في الشبكة فترة زمنية يتم اختيارها عشوائيًا. العقدة الأولى التي تنقضي وقت الانتظار تفوز بالحق في إصدار الكتلة التالية. تنشئ كل عقدة في الشبكة فترات انتظار عشوائية ويتم إلغاء تنشيطها بطريقة السكون لفترة زمنية محددة. العقدة التي تستيقظ ، والعقدة التي لديها أقصر وقت انتظار ، تضيف كتلة جديدة إلى blockchain وتنقل البيانات عبر الشبكة بأكملها. تتكرر العملية حتى يتم العثور على الكتلة التالية. تتمثل مزايا مثل هذه الخوارزمية في انخفاض تكاليف المشاركة ، والتحقق البسيط من الشرعية ، وانخفاض تكاليف التحكم في التحقق والانتخاب. هناك أيضًا سلبيات ، مثل الحاجة إلى أجهزة متخصصة وحقيقة أنها غير مجدية للشبكات العامة. الكل في الكل

تجعل مجموعة خوارزميات الإجماع سلاسل الكتل متعددة الاستخدامات وقابلة للتكيف مع التطبيقات والهياكل المختلفة. على الرغم من أنها عرضة للهجوم ، فهي مرهقة في كثير من الأحيان وغير فعالة للغاية في استخدام الطاقة ، إلا أن البلوكشين لا تزال موجودة لتبقى وهي مسألة وقت فقط حتى تتفوق خوارزمية أو أخرى على الآخرين في السباق من أجل الكفاءة. ربما ، ستكون إحدى الخوارزميات الموجودة في القائمة الطويلة من الخوارزميات الغامضة والأقل شهرة هي تلك التي ستطرد PoW و PoS في المستقبل القريب.