خوارزميات الإجماع في البلوكشين

تختلف شبكات العملات المشفّرة عن بعضها البعض في تنظيم العمل. وبما أن هناك لامركزية، فمن الضروري تنفيذ سجلّ موزّع. وهذا ضروري لمواءمة المعاملات مع تجنّب التكاليف الإضافية.

في هذه المقالة، سنركّز على خوارزميات البلوكشين الشائعة لمعرفة وظائفها والعوامل التي تؤثر في الأداء والأمان.

ما هي خوارزمية الإجماع في البلوكشين؟

آلية الإجماع هي إجراء يصل من خلاله جميع نظراء الشبكة إلى اتفاق عام على الحالة الحالية للسجل الموزّع. وبالتالي، تضمن خوارزميات الإجماع الموثوقية في شبكة البلوكشين وتؤسس علاقات موثوقة بين أطراف غير معروفة في بيئة حوسبة موزعة. ويضمن بروتوكول التفاوض أن كل كتلة جديدة تُضاف إلى سلسلة الكتل هي النسخة الوحيدة من الحقيقة المتفق عليها من جميع العقد في تلك السلسلة. تتكوّن نماذج إجماع البلوكشين من أهداف محددة، مثل الوصول إلى اتفاق، والتعاون، وتساوي العقد، والمشاركة الإلزامية لكل عقدة في عملية التفاوض. وبالتالي، تهدف خوارزمية الإجماع إلى إيجاد اتفاق مشترك يعود بالنفع على الشبكة بأكملها. علاوة على ذلك، تنفذ هذه الخوارزمية:

• وتيرة توليد الكتل؛
• تجنّب خطر خصم أموال إضافية؛
• التحقق من البيانات داخل الكتلة.

ببساطة، تتجنب خوارزمية الإجماع الأخطاء في الشبكات اللامركزية. كما أن مهمة هذه الآلية هي تحقيق شروط متبادلة المنفعة لجميع المشاركين.

خوارزميات الإجماع: الأنواع

تُطوَّر العملات الرقمية على سلاسل بلوكشين مختلفة. كما تختلف خوارزميات الإجماع على تلك السلاسل.

أكثر من 90% من سوق العملات المشفّرة يعتمد على ثلاث خوارزميات رئيسية متوافقة:

إثبات العمل (PoW)

إثبات الحصة (PoS)

إثبات الحصة المفوض (DPoS)

ومع ذلك، سننظر ليس فقط في الآليات الأساسية، بل أيضًا في بعض الآليات الأخرى التي، رغم أنها لم تُعتمد من قبل كثير من المشاريع، إلا أنها مثيرة جدًا للاستكشاف وقد تلعب دورًا كبيرًا في مستقبلنا.

1. إثبات العمل (PoW)

تُستخدم هذه الخوارزمية لاختيار المُعدّن الذي سيولّد الكتلة التالية في السلسلة. Bitcoin، Litecoin، والعديد من عمالقة صناعة البلوكشين الآخرين يستخدمون PoW في عملهم. الفكرة الرئيسية لهذه الخوارزمية هي حل مشكلة رياضية عشوائية معقدة يولّدها البلوكشين وبثّ الحل. من خصائص هذه الخوارزمية صعوبة حل المشكلة، لكن يمكن إعادة التحقق منها بسهولة. يتطلب هذا اللغز الرياضي قدرًا كبيرًا من القدرة الحاسوبية، ولذلك فإن العقدة التي تحله قبل البقية تحصل على فرصة إنتاج الكتلة التالية. يسعى PoW إلى ضمان أن أي هجوم على الشبكة يكون مكلفًا للغاية ويتطلب تكاليف طاقة مرتفعة، إذ يستهلك المعدّنون الطاقة لتوفير خدمات القياس وأمن الشبكة. وتُعد من سلبيات هذه الآلية محدودية قابلية التوسع وانخفاض معدل المعالجة.

2. إثبات الحصة (PoS)

ربما يكون هذا هو البديل الأكثر شيوعًا لـ PoW: حتى Ethereum انتقلت مؤخرًا من إجماع PoW إلى PoS. في هذا النوع من خوارزميات الإجماع، بدلًا من الاستثمار في معدات باهظة لحل لغز معقد، يستثمر ما يُسمّى بالمدققين في عملات الشبكة، مع حجز جزء من عملاتهم كرهان (staking). بعد ذلك، يبدأ جميع المدققين بالتحقق من الكتل، مع الرهان على الكتلة التي يعتقدون أنه يمكن إضافتها إلى السلسلة. وبناءً على الكتل الفعلية المضافة إلى البلوكشين، يحصل جميع المدققين على مكافأة تتناسب مع حصصهم، وتزداد حصتهم وفقًا لذلك. وفي النهاية، يتم اختيار المدقق لتوليد كتلة جديدة بناءً على حصته الاقتصادية في الشبكة. وهكذا تشجّع خوارزمية PoS المدققين عبر آلية تحفيز للوصول إلى إجماع. وتُعد من مزايا هذه الآلية زيادة قابلية التوسع على المستوى الأساسي وإمكانية توفير الطاقة مقارنةً بـ PoW. أما العيوب فتشمل خطر المركزية، الذي يؤدي بدوره إلى انخفاض الأمان. تعمل Ethereum وPeercoin وLisk وPIVX وغيرها من سلاسل البلوكشين على PoS.

3. إثبات الحصة المفوض (DPoS)

تُعد آلية DPoS تطويرًا لـ PoS، لكنها نوع مختلف من خوارزميات الإجماع يعتمد على أنظمة التصويت. فبدلًا من اختيار العقد الفردية عشوائيًا لإجراء التحقق، يستخدم مجتمع حاملي الرموز حصته للتصويت على عدد محدد من العقد الموثوقة، والتي تُسمّى غالبًا المندوبين. وهم مسؤولون عن التحقق من المعاملات والحفاظ على الشبكة، ويحصلون في المقابل على مكافأة تتمثل في جزء من رسوم المعاملات. يمكن مقارنة DPoS بالديمقراطية التمثيلية - إذ يصوّت المشاركون لممثل موثوق يحمي الشبكة نيابةً عنهم. ويمكن للناخبين استبدال المندوبين إذا تصرفوا ضد مصالح الأغلبية من الأطراف المعنية. ابتكر Dan Larimer خوارزمية DPoS، وتُستخدم في مشاريع كانت من أوائل من اعتمدها، مثل BitShares وSteem وEOS، كما أنها مطلوبة أيضًا في شبكات أخرى مثل Tezos وArk. من مزايا DPoS القابلية العالية للتوسع وتوزيع التضخم على نطاق أوسع (أي توزيع أكثر تساويًا للـtokens المطبوعة حديثًا بين المدققين)، أما عيوبه فتتمثل في عدم كفاية الأمان والاتجاه المستمر نحو المركزية في الشبكة.

4. إثبات الوقت المنقضي (PoET)

يُعد PoET أحد أكثر خوارزميات الإجماع عدلًا، إذ يختار الكتلة التالية بوسائل نزيهة فقط. ويُستخدم على نطاق واسع في العديد من سلاسل البلوكشين الخاصة والمؤسسية، ولا سيما Hyperledger. في هذه الخوارزمية، يحصل كل مدقق في الشبكة على فرصة حقيقية لإنشاء كتلته. وتقوم جميع العقد بذلك عبر الانتظار لمدة زمنية عشوائية وإضافة إقرار بمدة انتظارها داخل الكتلة. ثم تُنقل الكتل التي تم إنشاؤها إلى الشبكة ليتداولها باقي المشاركين. والفائز هو المدقق الذي يملك أصغر قيمة للعداد في جزء الإثبات. وتُضاف كتلة عقدة المدقق الفائز إلى البلوكشين. كما توجد فحوصات إضافية في الخوارزمية لمنع أي عقدة بعينها من الفوز دائمًا في الانتخابات عبر توليد أقل قيمة للعداد. ومن المزايا: الكفاءة العالية وانخفاض استهلاك الموارد؛ أما العيوب: فمستوى الأمان المنخفض والاعتماد على طرف ثالث يطوّر مجموعة تعليمات للمعالج.

5. إثبات السلطة (PoA)

PoA هو خوارزمية إجماع قائمة على السمعة، وتستخدم قيمة هوية وسمعة مدققي الكتل. في مارس 2017، اقترح فريق تطوير Ethereum بقيادة Gavin Wood خوارزمية PoA كحل لهجمات السبام على شبكة الاختبار Ropstein الخاصة بـ Ethereum. يشبه PoA PoS، لكن بدلًا من العملات يضع المدققون سمعتهم. ويتم اختيار العقد/المدققين الموثوقين بواسطة قادة الشبكة، ما يجعل PoA مفيدًا فقط للسلاسل الخاصة. ويُستخدم في VeChain Thor وMicrosoft Azure وغيرها. المزايا: سرعة عالية في المعاملات، وقابلية التوسع، وانخفاض تكلفة صيانة الشبكة. العيوب: التخلي عن اللامركزية، واحتمال السلوك الخبيث من قبل المشاركين في الشبكة، وهو أمر يكاد يكون من المستحيل منعه.

6. إثبات السعة (PoC)

في إجماع إثبات السعة، يستثمر المدققون مساحة القرص الصلب لديهم بدلًا من الاستثمار في معدات باهظة أو حرق العملات. وكلما زادت وسائل التحقق من المساحة على القرص الصلب، ازدادت فرصهم في المشاركة في تعدين الكتلة التالية والحصول على مكافأة عليها. وباستخدام التخزين بدلًا من الحوسبة باستخدام ASICS، تكون سلاسل البلوكشين القائمة على PoC أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة بكثير. ومن المشاريع التي تعتمد PoC: Filecoin وStorj وBurstcoin. وتكمن الميزة الواضحة لهذا النهج في كفاءة الطاقة، أما العيوب فتتمثل في عدم كفاية الأمان بسبب التعرض للهجمات.

وهناك أيضًا خوارزميات إجماع أخرى، مثل:

• إثبات النشاط؛
• إثبات المساحة والوقت؛
• إثبات الوزن؛
• إثبات التخزين؛
• إثبات الأهمية؛
• إثبات المشاركة؛
• إثبات التاريخ؛
• إثبات الحصة المؤجَّر؛
• إثبات الحرق؛
• تحمّل الأخطاء البيزنطية العملي.

لكن استخدامها في الوقت الحالي يمكن أن يُعزى أكثر إلى حالات خاصة وابتكارات، وهو ما يمكن أن يكون موضوعًا لمقال منفصل.

الخلاصة

لكل من الخوارزميات المعروضة نقاط قوة ونقاط ضعف، وكذلك استخدامات محتملة. وعند النظر إليها من هذه الزاوية، فمن المعقول افتراض أنها لا تتنافس مع بعضها البعض. ومن المهم اختيار واحدة منها بشكل مناسب وفقًا لمتطلبات شبكة الأعمال. 

يُعد تنفيذ PoW آمنًا ولامركزيًا. وPoW آلية إجماع ممتازة للعملات المشفّرة. ومع ذلك، فهو غير ملائم تمامًا للشبكات الاجتماعية وألعاب البلوكشين. 

في صناعة البلوكشين الناشئة، من المهم مواصلة البحث لاكتشاف هياكل جديدة للبلوكشين. ستفتح آليات الإجماع الجديدة خيارات جديدة لاستخدام تقنية البلوكشين وتقنية العملات المشفّرة على وجه الخصوص.