ما هي خوارزميات التوافق في البلوكشين؟

المقدمة

خوارزمية التوافق هي آلية أساسية تسمح بالتنسيق بين المستخدمين أو الآلات في بيئة موزعة. الوظيفة الرئيسية لها هي ضمان أن جميع وكلاء النظام يتوصلون إلى اتفاق حول مصدر واحد للحقيقة، حتى عندما تفشل بعض المكونات. هذا المفهوم، المعروف باسم التسامح مع الأخطاء، ضروري لعمل شبكات البلوكتشين.

في الأنظمة المركزية، تتحكم كيان واحد في الشبكة وتغذيها، مما يسمح لها بإجراء التعديلات وفقًا لتقديرها دون الحاجة إلى أنظمة حوكمة معقدة. ومع ذلك، في الأنظمة اللامركزية، يتغير السيناريو بشكل جذري. عند العمل مع قواعد البيانات الموزعة، تثار مسألة: كيف يمكن إقامة اتفاقيات بشأن البيانات التي يجب تضمينها؟

تجاوز هذا التحدي في بيئة لا يثق فيها المشاركون ببعضهم البعض يمثل على الأرجح التقدم الأكثر حيوية الذي مهد الطريق لتكنولوجيا البلوكشين. تستكشف هذه المقالة لماذا تعد خوارزميات الإجماع ضرورية لعمل العملات المشفرة والسجلات الموزعة.

خوارزميات الإجماع والعملات المشفرة

في نظام العملات المشفرة، يتم تسجيل أرصدة المستخدمين في قاعدة بيانات تُسمى البلوكشين. من الضروري أن يحتفظ جميع العقد بنسخة متطابقة من هذه القاعدة البيانات، حيث إن ظهور معلومات متناقضة قد يهدد سلامة الشبكة بأكملها.

تضمن تشفير المفتاح العام أن المستخدمين لا يمكنهم إنفاق العملات الخاصة بالآخرين. ومع ذلك، يجب أن تكون هناك مصدر واحد للحقائق يعتمد عليه المشاركون لتحديد ما إذا كانت الأموال قد تم استخدامها بالفعل.

ساتوشي ناكاموتو، مؤسس البيتكوين، اقترح نظام إثبات العمل (PoW) لتنسيق المشاركين. سنقوم بتحليل كيفية عمله لاحقًا، ولكن أولاً سنحدد الخصائص الشائعة بين خوارزميات الإجماع المختلفة الموجودة.

في البداية، يُطلب من المستخدمين الذين يرغبون في إضافة كتل (المحققين) تقديم ضمان أو "stake". يمثل هذا العنصر قيمة يجب على المحقق الالتزام بها لثنيه عن التصرف بشكل خبيث. إذا حاول خداع النظام، فسوف يفقد ضمانه، الذي قد يتكون من قوة حاسوبية أو عملات مشفرة أو سمعته.

لماذا سيخاطرون بمواردهم الخاصة؟ الجواب بسيط: هناك مكافأة على المحك. عمومًا، تتجسد هذه المكافأة على أنها العملة المشفرة الأصلية للبروتوكول، بناءً على الرسوم المدفوعة من قبل المستخدمين، أو العملات المشفرة الجديدة التي تم إنشاؤها، أو من كلا المصدرين.

المتطلب الأساسي الأخير هو الشفافية. من الضروري أن نكون قادرين على تحديد متى يحاول شخص ما خداع النظام. بشكل مثالي، يجب أن يكون مكلفًا للمحققين إنتاج الكتل، ولكن اقتصاديًا لأي مستخدم التحقق منها. وهذا يضمن أن يكون المحققون أيضًا تحت إشراف المستخدمين العاديين.

أنواع خوارزميات الإجماع

إثبات العمل (PoW)

إثبات العمل (PoW) هو خوارزمية إجماع البلوكشين الرائدة. تم تنفيذها في البداية مع بيتكوين، على الرغم من أن المفهوم كان موجودًا منذ فترة طويلة. في هذا النظام، يقوم المدققون (المعروفون بالعمال) بتطبيق دوال التجزئة على البيانات التي يرغبون في إضافتها حتى ينتجوا حلاً معينًا.

التجزئة هي سلسلة تبدو عشوائية من الأحرف يتم إنشاؤها عند تنفيذ دالة التجزئة. إذا كانت بيانات الإدخال متطابقة، فإن النتائج ستكون هي نفسها. ومع ذلك، فإن أدنى تغيير ينتج عنه تجزئة مختلفة تمامًا.

لا تسمح بيانات الخروج بتحديد بيانات الإدخال، مما يحول هذه الوظيفة إلى طريقة فعالة لإثبات أنه كان معروفًا أن هناك بيانات معينة لفترة معينة. يمكن تقديم الهاش إلى طرف ثالث، وعند الكشف عن البيانات، يمكن لذلك الشخص التحقق من أن الخرج يتطابق عند تنفيذها في الوظيفة.

في PoW، يحدد البروتوكول الشروط التي تجعل الكتلة صالحة. على سبيل المثال، قد ينص على أن الكتلة الوحيدة الصالحة هي تلك التي يبدأ هاشها بـ "00". الطريقة الوحيدة التي يمكن أن ينشئ بها المنقب كتلة صالحة هي من خلال القوة الغاشمة، عن طريق تعديل معلمة في بياناته لإنتاج نتائج مختلفة حتى يجد الصحيحة.

في سلاسل الكتل الرئيسية، فإن مستوى الصعوبة مرتفع للغاية. للتنافس بفعالية، يتطلب الأمر مرافق مجهزة بأجهزة ASIC، وهي أجهزة مصممة خصيصًا لزيادة احتمالات إنتاج كتلة صالحة.

في التعدين، يتوافق الاستثمار مع تكلفة هذه الآلات والطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيلها. تم تصميم أجهزة ASIC حصريًا للتعدين، دون فائدة خارج هذا المجال. الطريقة الوحيدة لاسترداد الاستثمار الأولي هي من خلال التعدين وكسب المكافآت عن طريق إضافة كتل جديدة إلى البلوكشين بنجاح.

التحقق من كتلة بواسطة الشبكة بسيط: تنفيذ واحد فقط للدالة يسمح بالتحقق من النتائج. إذا كانت البيانات تُنتج هاش صالح، سيتم قبول الكتلة وسيحصل المُعدِّن على مكافأته. خلاف ذلك، ستقوم الشبكة بإبطالها، مما يؤدي إلى فقدان الوقت والكهرباء.

إثبات الحصة (PoS)

تم اقتراح إثبات الحصة (PoS) في الأيام الأولى من بيتكوين كبديل لإثبات العمل. في إثبات الحصة، لا يوجد عمال مناجم، أو أجهزة متخصصة، أو استهلاك هائل للطاقة. الشيء الوحيد المطلوب هو كمبيوتر عادي.

وعنصر إضافي أساسي: الاستثمار في عملات النظام. في PoS، بدلاً من استخدام الموارد الخارجية ( الأجهزة والكهربة )، تُستخدم الموارد الداخلية ( العملات المشفرة ). القواعد تختلف حسب البروتوكول، لكن بشكل عام يتطلب الأمر قيمة دنيا للمشاركة في التخزين.

يجب حجز الأموال في محفظة ( ولا يمكن نقلها خلال فترة الستاكينغ ). عادةً ما يتفق المدققون على المعاملات التي ستنتقل إلى الكتلة التالية. نوعًا ما، يتم الرهان على الكتلة التي سيتم اختيارها، مما يترك للبروتوكول أن يقرر الباقي.

إذا تم اختيار الكتلة المقترحة، يتلقى المدقق جزءًا من رسوم المعاملات، يتناسب مع حصته. كلما كانت الكمية الم bloqueada أكبر، زادت احتمالات الفوز. ومع ذلك، فإن محاولة خداع النظام من خلال تقديم معاملات غير صالحة ستؤدي إلى فقدان جزئي أو كلي للحصة. وهكذا، يتم إنشاء آلية مشابهة لـ PoW: التصرف بأمانة يكون أكثر ربحية من التصرف بطريقة احتيالية.

عموماً، لا تشكل العملات المشفرة الجديدة جزءًا من مكافآت المدقق. يجب، لذلك، إصدار العملة الأصلية للبلوكشين بشكل مختلف. يمكن تحقيق ذلك من خلال توزيع أولي ( على سبيل المثال، ICO أو IEO) أو باستخدام PoW في المراحل الأولية من البروتوكول قبل الانتقال إلى PoS.

حتى الآن، يتم تنفيذ إثبات الحصة النقي بشكل رئيسي في العملات المشفرة ذات القيمة السوقية الأقل. لذلك، لم يتم إثبات ما إذا كان يمكن أن يشكل بديلاً قابلاً للتطبيق عن إثبات العمل على نطاق واسع. على الرغم من أنه يبدو نظريًا صالحًا، إلا أن التنفيذ العملي يواجه تحديات مختلفة.

عندما يتم تنفيذ PoS في الشبكات ذات حجم كبير من المعلومات، يصبح النظام ساحة مثالية للتجريب للمكافآت المالية ونظرية الألعاب. أولئك الذين يمتلكون المعرفة "لاختراق" نظام PoS سيحاولون ذلك فقط إذا كانت هناك إمكانية للاستفادة منه، لذلك فإن الطريقة الوحيدة لتقييم ضعفه هي تجربته مباشرة على الشبكة.

قريبًا سنشهد اختبارات على نطاق واسع لآلية إثبات الحصة (PoS) مع تنفيذ كاسبر كجزء من تحديثات شبكة إيثريوم ( المعروفة أيضًا باسم إيثريوم 2.0 ).

خوارزميات إجماع أخرى

إثبات العمل وإثبات الحصة هما أكثر خوارزميات التوافق شيوعًا، ولكن هناك العديد من المتغيرات الأخرى، كل منها له مزاياه وعيوبه:

• إثبات العمل المتأخر
• إثبات الحصة المؤجرة
• إثبات السلطة
• إثبات الحرق
• إثبات الحصة المفوض
• توافق هجين PoW/PoS

الخاتمة

آليات الوصول إلى الإجماع ضرورية لعمل الأنظمة الموزعة. يعتبر الكثيرون أن أكبر ابتكار في بيتكوين يكمن في استخدام إثبات العمل للسماح للمستخدمين بالاتفاق على مجموعة مشتركة من الحقائق.

تدعم خوارزميات الإجماع حالياً أنظمة العملات الرقمية فحسب، بل تدعم أيضاً سلاسل الكتل التي تتيح للمطورين تنفيذ الشفرات على الشبكات الموزعة. إنها تشكل ركيزة أساسية لتكنولوجيا البلوكتشين وتعتبر ضرورية لاستدامة الشبكات المختلفة على المدى الطويل.

من بين جميع خوارزميات التوافق، لا يزال إثبات العمل هو الأكثر استخدامًا. في الواقع، لم يتم اقتراح بديل أكثر موثوقية وأمانًا حتى الآن. ومع ذلك، هناك بحث وتطوير مكثف جارٍ لاستبدال إثبات العمل، ومن المرجح بشدة أن تظهر حلول توافق جديدة في السنوات القادمة.