الگوریتم اجماع چیست؟ الگوریتم‌های اجماع (Consensus Algorithms) از جمله مفاهیم اساسی در حوزه کامپیوتر و فناوری اطلاعات هستند که به‌ویژه در سیستم‌های توزیع‌شده و بلاک‌چین اهمیت بسیاری پیدا کرده‌اند. این الگوریتم‌ها به‌عنوان مکانیزمی برای دستیابی به توافق میان گره‌ها (نودها) یا اعضای یک شبکه عمل می‌کنند. بنابراین پیش از هر تفسیری در این مورد باید بدانید که نقش آن در ارز دیجیتال چیست؟
بدون وجود یک الگوریتم اجماع قابل‌اعتماد، هیچ یک از سیستم‌های توزیع‌شده نمی‌توانند به‌درستی و به طور هماهنگ عمل کنند. مسئله اجماع به‌ویژه در شرایطی که برخی از اعضای شبکه ممکن است دچار خطا شده یا رفتار نادرستی از خود نشان دهند، اهمیت ویژه‌ای می‌یابد.
در اینجا، الگوریتم‌های اجماع به ما اطمینان می‌دهند که حتی در حضور چنین خطاهایی، شبکه قادر به ادامه کار و حفظ یکپارچگی خود خواهد بود. راهنمایی برای این که روانشناسی ترید چیست و چطور کار می‌کند، پاسخی خواهد بود بر حضور این‌گونه الگوریتم‌ها و ساختارها. در ادامه بیشتر این موضوع را بررسی می‌کنیم که الگوریتم اجماع یا Consensus Algorithms چیست؟
الگوریتم اجماع یا Consensus Algorithms چیست؟
الگوریتم اجماع یا Consensus Algorithms چیست؟ الگوریتم اجماع به مجموعه‌ای از قوانین و روش‌ها اطلاق می‌شود که برای هماهنگ‌سازی گره‌ها یا اعضای یک سیستم توزیع‌شده به کار می‌روند تا این اعضا بتوانند بر سر یک وضعیت مشترک یا تصمیم واحد به توافق برسند.
ضمن آن، در سیستم‌های توزیع‌شده، هیچ مرکز کنترلی واحدی وجود ندارد که مسئول هماهنگ‌کردن فعالیت‌ها باشد؛ به همین دلیل، این الگوریتم‌ها برای دستیابی به اجماع و جلوگیری از تناقضات میان گره‌ها ضروری هستند.
الگوریتم‌های اجماع در بسیاری از حوزه‌ها کاربرد دارند، از جمله در سیستم‌های مالی و بانکداری، شبکه‌های بلاک‌چین مانند بیت‌کوین و اتریوم، و حتی در رأی‌گیری‌های الکترونیکی. از مهم‌ترین الگوریتم‌های اجماع می‌توان به Proof of Work (PoW)، Proof of Stake (PoS)، Practical Byzantine Fault Tolerance یا همان PBFT و Raft اشاره کرد. هر یک از این الگوریتم‌ها ویژگی‌ها و مزایا و معایب خاص خود را دارند که بسته به نوع شبکه و نیازمندی‌های آن انتخاب می‌شوند.
به‌عنوان‌مثال، در الگوریتم Proof of Work که در بیت‌کوین استفاده می‌شود، گره‌ها با حل مسائل پیچیده ریاضی برای اثبات اینکه کاری را انجام داده‌اند، به اجماع می‌رسند. از طرفی، Proof of Stake به‌جای اتکا به توان محاسباتی، بر اساس میزان سهام یا سرمایه گره‌ها در شبکه، به آنها حق رأی و تصمیم‌گیری می‌دهد.
همچنین الگوریتم اجماع تضمین می‌کند که معاملات ثبت‌شده در ژورنال ترید دقیق و معتبر باشند و نمی‌توان آنها را بدون توافق شبکه تغییر داد، و این باعث شفافیت و اعتماد بیشتر در سیستم‌های معاملاتی غیرمتمرکز می‌شود. برای درک بیشتر این موضوع می‌توانید ژورنال ترید چیست را بخوانید.
کاربرد الگوریتم اجماع چیست؟ در این خصوص در ادامه کامل توضیح خواهیم داد.
حفظ امنیت و جلوگیری از تقلب در بلاک‌چین
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای الگوریتم اجماع، حفظ امنیت در شبکه‌های بلاک‌چینی است. با استفاده از این الگوریتم‌ها، شبکه‌های غیرمتمرکز می‌توانند از انجام تراکنش‌های غیرمعتبر یا تقلبی جلوگیری کنند.
به‌عنوان‌مثال، در الگوریتم اثبات کار (PoW)، گره‌ها نیاز به انجام محاسبات پیچیده برای افزودن بلاک‌های جدید دارند که این فرآیند، هزینه‌بر است و بنابراین از تقلب و حملات احتمالی جلوگیری می‌کند. در دیگر الگوریتم‌ها مانند اثبات سهام (PoS)، گره‌ها باید سرمایه‌گذاری کنند که این موضوع نیز ریسک تقلب را کاهش می‌دهد.
اطمینان از هماهنگی و یکپارچگی در شبکه‌های توزیع‌شده
در شبکه‌های توزیع‌شده، الگوریتم‌های اجماع برای حفظ هماهنگی و یکپارچگی میان تمامی گره‌ها به کار می‌روند. هر گره در شبکه، نسخه‌ای از دفتر کل یا وضعیت شبکه را نگهداری می‌کند و الگوریتم اجماع تضمین می‌کند که همه این نسخه‌ها همگام و هماهنگ باقی بمانند.
این ویژگی به‌ویژه در بلاک‌چین‌ها حیاتی است، چرا که اگر گره‌ها در مورد وضعیت دفترکل اختلاف‌نظر داشته باشند، کل سیستم مختل می‌شود. الگوریتم‌های اجماع مانند Raft و PBFT نمونه‌هایی از الگوریتم‌هایی هستند که به هماهنگی در شبکه‌های توزیع‌شده کمک می‌کنند.
افزایش مقیاس‌پذیری و کارایی سیستم‌های غیرمتمرکز
یکی دیگر از کاربردهای مهم الگوریتم‌های اجماع، افزایش مقیاس‌پذیری و کارایی در سیستم‌های غیرمتمرکز است. برخی از الگوریتم‌ها مانند DPoS (اثبات سهام واگذار شده) با متمرکز کردن تصمیم‌گیری‌ها به تعداد کمی از گره‌های منتخب، سرعت پردازش تراکنش‌ها را افزایش می‌دهند و به سیستم‌های بزرگ‌تر اجازه می‌دهند که مقیاس‌پذیری بهتری داشته باشند. این امر در شبکه‌های بلاک‌چینی که نیاز به پردازش تعداد زیادی تراکنش در زمان کوتاه دارند، بسیار اهمیت دارد.
مقابله با خطا و خرابی گره‌ها
در یک سیستم توزیع‌شده، ممکن است برخی از گره‌ها دچار خطا یا خرابی شوند. یکی از کاربردهای دیگر الگوریتم اجماع، مقابله با خطاها و تحمل خرابی است.
الگوریتم‌هایی مانند PBFT (تحمل خطای بیزانسی عملی) به طور خاص برای مواجهه با گره‌هایی که ممکن است دچار خطا شوند یا رفتار خرابکارانه داشته باشند، طراحی شده‌اند. این الگوریتم‌ها تضمین می‌کنند که حتی با وجود گره‌های خرابکار، شبکه به‌درستی به کار خود ادامه دهد و به اجماع برسد.
بهبود شفافیت و اعتماد در سیستم‌های مالی
در سیستم‌های مالی غیرمتمرکز (DeFi) و شبکه‌های بلاک‌چینی، الگوریتم‌های اجماع نقش کلیدی در ایجاد شفافیت و افزایش اعتماد کاربران دارند. از آنجا که تمامی تراکنش‌ها و تغییرات در شبکه به‌صورت عمومی و شفاف ثبت می‌شود، الگوریتم‌های اجماع تضمین می‌کنند که هیچ تغییری بدون توافق گره‌های شبکه رخ ندهد. این امر به اعتماد بیشتر کاربران به شبکه و کاهش نیاز به واسطه‌های متمرکز منجر می‌شود.
استفاده در رأی‌گیری‌های الکترونیکی و تصمیم‌گیری‌های توزیع‌شده
الگوریتم‌های اجماع همچنین در سیستم‌های رأی‌گیری الکترونیکی و تصمیم‌گیری‌های توزیع‌شده کاربرد دارند. این الگوریتم‌ها به کاربران اجازه می‌دهند که بدون نیاز به یک مرجع مرکزی، بتوانند رأی خود را به طور امن و شفاف ثبت کنند و از صحت و امانت‌داری در نتایج اطمینان حاصل کنند. در چنین سیستم‌هایی، تضمین می‌شود که هر کاربر تنها یک بار رأی دهد و نتایج به‌درستی محاسبه و گزارش شوند. در ادامه 0 تا 100 انواع مکانیسم های اجماع، انواع الگوریتم اجماع در بلاک‌چین را بررسی می‌کنیم.
الگوریتم اجماع چطور کار می‌کنند؟
الگوریتم اجماع چطور کار می‌کنند؟ این پرسش را نمی‌توان با یک پاسخ ساده و واحد ارائه کرد، زیرا الگوریتم‌های اجماع که در سیستم‌های غیرمتمرکز و بلاک‌چین‌ها به کار می‌روند، دارای انواع مختلفی هستند که هر یک از آنها به روش‌ها و سازوکارهای منحصر‌به‌فرد خود عمل می‌کنند. هر الگوریتم اجماع طراحی شده است تا با توجه به نیازهای شبکه و معماری آن، از جنبه‌های مختلفی مانند امنیت، کارایی، تمرکززدایی و پایداری، عملکرد مناسبی ارائه دهد.
آشنایی با انواع الگوریتم اجماع در بلاک‌چین
الگوریتم‌های اجماع نقش کلیدی در عملکرد و امنیت بلاک‌چین‌ها دارند. در یک سیستم توزیع‌شده مانند بلاک‌چین، هیچ مرجع مرکزی وجود ندارد و گره‌ها باید برای تصمیم‌گیری در مورد وضعیت دفترکل به توافق برسند. به همین دلیل، الگوریتم‌های اجماع به‌عنوان مکانیزمی برای اطمینان از هماهنگی و توافق میان گره‌ها به کار گرفته می‌شوند. در این راستا، الگوریتم‌های مختلفی توسعه یافته‌اند که هر کدام ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. در ادامه آشنایی با انواع الگوریتم اجماع در بلاک‌چین را داریم.
الگوریتم اثبات کار (Proof of Work – PoW)
الگوریتم اثبات کار یکی از اولین و معروف‌ترین الگوریتم‌های اجماع است که در بلاک‌چین بیت‌کوین به کار گرفته شده است. در PoW، گره‌ها (معدن‌کاران) با انجام محاسبات پیچیده ریاضی تلاش می‌کنند تا بلاک جدیدی به زنجیره اضافه کنند.
این فرآیند زمان‌بر و انرژی‌بر است و به‌عنوان راهکاری برای جلوگیری از تقلب و دست‌کاری در بلاک‌چین به کار می‌رود. با اینکه PoW امنیت بالایی دارد، به دلیل مصرف بالای انرژی و نیاز به تجهیزات گران‌قیمت برای استخراج، مورد انتقاد قرار گرفته است.
الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake – PoS)
الگوریتم اثبات سهام به‌عنوان جایگزینی برای PoW معرفی شد که مصرف انرژی کمتری دارد. در این مدل، گره‌ها به‌جای انجام محاسبات پیچیده، بر اساس میزان سهام یا توکن‌هایی که در شبکه دارند، شانس بیشتری برای تولید بلاک جدید به دست می‌آورند.
ایده اصلی PoS این است که کسانی که سهم بیشتری در شبکه دارند، انگیزه بیشتری برای حفظ امنیت آن خواهند داشت. این روش به کاهش مصرف انرژی و افزایش سرعت شبکه کمک می‌کند و در بلاک‌چین‌هایی مانند اتریوم ۲.۰ به کار گرفته شده است. در ادامه آشنایی با انواع الگوریتم اجماع در بلاک‌چین به الگوریتم اثبات سهام واگذار شده خواهیم پرداخت.
اثبات سهام واگذار شده (Delegated Proof of Stake – DPoS)
الگوریتم اثبات سهام واگذار شده نسخه‌ای پیشرفته‌تر از PoS است. در DPoS، کاربران شبکه به نمایندگانی (Delegates) رأی می‌دهند تا به‌جای آنها وظیفه تأیید تراکنش‌ها و تولید بلاک‌ها را بر عهده بگیرند. این مدل سرعت و کارایی بیشتری نسبت به PoS و PoW دارد و اجازه می‌دهد تصمیم‌گیری‌ها به‌صورت متمرکزتر انجام شوند، اما احتمال تمرکز قدرت در دست تعداد کمی از نمایندگان وجود دارد. بلاک‌چین‌هایی مانند EOS و Tron از این الگوریتم استفاده می‌کنند.
تحمل خطای بیزانسی عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance – PBFT)
الگوریتم تحمل خطای بیزانسی عملی یک مدل اجماع است که برای مقابله با مشکلاتی که در سیستم‌های توزیع‌شده با گره‌های نادرست یا خرابکار روبه‌رو هستیم، طراحی شده است.
PBFT اطمینان می‌دهد که شبکه حتی با وجود برخی گره‌های خرابکار، می‌تواند به توافق برسد. این الگوریتم برای سیستم‌هایی که به سرعت و امنیت بالا نیاز دارند مناسب است، اما به دلیل پیچیدگی‌های آن، در بلاک‌چین‌هایی که تعداد گره‌ها زیاد است به کار نمی‌رود. از PBFT در برخی از شبکه‌های بلاک‌چین سازمانی و خصوصی مانند Hyperledger استفاده می‌شود.
اثبات اعتبار (Proof of Authority – PoA)
اثبات اعتبار یک الگوریتم اجماع متمرکزتر است که به‌جای استفاده از توان محاسباتی یا سهام مالی، به هویت و اعتبار گره‌ها برای تأیید تراکنش‌ها اتکا می‌کند.
در PoA، تعداد مشخصی از گره‌های معتبر وظیفه تأیید بلاک‌ها را دارند. این الگوریتم معمولاً در شبکه‌های خصوصی و سازمانی که اعتماد میان گره‌ها بیشتر است، استفاده می‌شود. سرعت و کارایی بالای PoA آن را به انتخابی مناسب برای سیستم‌های سازمانی با نیاز به تراکنش‌های سریع و کم‌هزینه تبدیل کرده است.
اثبات ظرفیت (Proof of Capacity – PoC)
الگوریتم اثبات ظرفیت بر اساس فضای ذخیره‌سازی هارد دیسک گره‌ها عمل می‌کند. در این مدل، گره‌ها به‌جای استفاده از توان محاسباتی، از فضای هارد دیسک خود برای تولید بلاک‌ها استفاده می‌کنند.
هر چه فضای ذخیره‌سازی بیشتری داشته باشند، شانس بیشتری برای تولید بلاک دارند. PoC به‌عنوان یک جایگزین برای PoW مطرح شده که انرژی کمتری مصرف می‌کند و از تجهیزات خاصی نیز استفاده نمی‌کند. بلاک‌چین‌هایی مانند Burstcoin از PoC استفاده می‌کنند.
