دليل لفهم خوارزميات توافق Blockchain

Blockchain هي شبكة موزعة لا مركزية توفر شفافية وأمانًا وثباتًا أعلى.

كلنا نعلم ذلك !!

لكن هل تساءلت يومًا كيف يمكنها تحقيق كل هذا؟

من يحكم هذه الشبكة ويتحقق من كل معاملة بشرط عدم وجود سلطة مركزية؟

تبدو مثيرة للاهتمام حق!

حسنًا ، إنها خوارزميات إجماع Blockchain - الجزء الأساسي من عالم تطوير Blockchain الذي سنتحدث عنه في هذا الدليل الشامل.

جدول المحتويات:

1. تعريف خوارزمية توافق Blockchain
2. أهداف آلية التوافق
3. خوارزميات توافق Blockchain الشائعة في السوق
4. خصائص آلية توافق Blockchain الجيدة
5. عواقب الاعتماد على بروتوكول توافق سيئ
6. أسئلة مكررة
7. استنتاج

ما هي خوارزمية توافق Blockchain؟

أبسط إجابة لما هي خوارزمية إجماع Blockchain هي أنه إجراء يتم من خلاله قبول جميع أقران شبكة Blockchain أو إجماعهم حول حالة الوقت الفعلي لدفتر الأستاذ الموزع.

تتيح آلية الإجماع لشبكة blockchain تحقيق الموثوقية وبناء مستوى من الثقة بين العقد المختلفة ، مع ضمان الأمن في البيئة. هذا هو السبب في كونه أحد الأجزاء الحيوية في كل دليل لتطوير تطبيق Blockchain وكل مشروع dApp في بيئة دفتر الأستاذ الموزع.

تعمل هذه الخوارزميات على أساس أهداف مختلفة ، سنغطي عددًا قليلاً منها في القسم التالي من هذه المقالة.

أهداف آلية إجماع Blockchain

1. اتفاقية موحدة

إن أحد الأهداف الرئيسية لآليات التوافق هو التوصل إلى اتفاق موحد.

على عكس الأنظمة المركزية حيث يكون الثقة في السلطة أمرًا ضروريًا ، يمكن للمستخدمين العمل حتى بدون بناء الثقة في بعضهم البعض بطريقة لامركزية. تضمن البروتوكولات المضمنة في شبكة blockchain الموزعة أن البيانات المتضمنة في العملية صحيحة ودقيقة ، وأن حالة دفتر الأستاذ العام محدثة.

2. محاذاة الحوافز الاقتصادية

عندما يتعلق الأمر ببناء نظام غير موثوق به ينظم من تلقاء نفسه ، فإن مواءمة مصالح المشاركين في الشبكة أمر لا بد منه.

يقدم بروتوكول blockchain الإجماعي ، في هذه الحالة ، مكافآت على السلوك الجيد ويعاقب الفاعلين السيئين. بهذه الطريقة ، فإنه يضمن تنظيم الحوافز الاقتصادية أيضًا.

3. عادل ومنصف

آليات الإجماع تمكن أي شخص من المشاركة في الشبكة واستخدام نفس الأساسيات. بهذه الطريقة ، فإنه يبرر خاصية المصدر المفتوح واللامركزية لنظام blockchain.

4. منع الانفاق المزدوج

تعمل آليات الإجماع على أساس خوارزميات معينة تضمن تضمين تلك المعاملات فقط في دفتر الأستاذ العام الشفاف الذي يتم التحقق منه وصلاحيته. هذا يحل المشكلة التقليدية للإنفاق المزدوج ، أي مشكلة إنفاق عملة رقمية مرتين.

5. خطأ متسامح

ميزة أخرى لطريقة الإجماع هي أنها تضمن أن blockchain متسامح وموثوق ومتسامح مع الأخطاء. هذا يعني أن النظام المحكوم سيعمل إلى أجل غير مسمى حتى في حالة الإخفاقات والتهديدات.

حاليًا ، هناك عدد كبير من خوارزميات إجماع Blockchain في النظام البيئي والعديد من الخوارزميات تتجه لدخول السوق. هذا يجعل من الضروري لكل شركة تطوير بلوكتشين ورجل أعمال متحمس أن يكون على دراية بالعوامل التي تحدد بروتوكول توافق جيد ، والتأثير المحتمل للذهاب مع واحد فقير.

مع تغطية أساسيات طرق إجماع Blockchain ، دعنا نتعمق في الموضوع ونلقي نظرة على الأنواع الشائعة لآلية الإجماع.

خوارزميات إجماع Blockchain شائعة في السوق

1. إثبات العمل (PoW)

تم تطوير دليل إثبات العمل بواسطة ساتوشي ناكاموتو ، وهو أقدم آلية إجماع مستخدمة في مجال Blockchain. يُعرف أيضًا باسم التعدين حيث تسمى العقد المشاركة عمال المناجم.

في هذه الآلية ، يتعين على المعدنين حل الألغاز الرياضية المعقدة باستخدام قوة حسابية شاملة. يستخدمون أشكالًا مختلفة من أساليب التعدين ، مثل تعدين GPU وتعدين CPU وتعدين ASIC وتعدين FPGA. والشخص الذي يحل المشكلة في أقرب وقت يحصل على كتلة كمكافأة.

ومع ذلك ، فإن العملية ليست بهذه السهولة. لا يمكن حل اللغز إلا من خلال أسلوب التجربة والخطأ. بالإضافة إلى ذلك ، يزداد مستوى تعقيد اللغز مع سرعة تعدين الكتل. لذلك ، يصبح من الضروري إنشاء كتلة جديدة ضمن إطار زمني معين للتعامل مع مستوى الصعوبة.

يتم استخدام آلية إثبات العمل من قبل العديد من العملات المشفرة مثل Bitcoin و Litecoin و ZCash و Primecoin و Monero و Vertcoin على سبيل المثال لا الحصر.

تستخدم خوارزمية البيتكوين الموضحة في هذه الآلية قيمة nonce كقيمة عشوائية لتغيير ناتج قيمة التجزئة. في خوارزمية إجماع البيتكوين ، تهدف كل كتلة إلى إنشاء قيمة تجزئة ، ويكون nonce هو المعلمة المستخدمة لإنشاء قيمة التجزئة هذه.

من حيث تطبيقاته ، لم يؤثر إثبات العمل (PoW) على الصناعة المالية فحسب ، بل أثر أيضًا على الرعاية الصحية والحوكمة والإدارة وغير ذلك. لقد عرضت ، في الواقع ، فرصة للمدفوعات متعددة القنوات والمعاملات متعددة التوقيعات عبر عنوان لتعزيز الأمن.

2. إثبات الحصة (PoS)

إثبات الحصة هو البديل الأساسي والصديق للبيئة لبروتوكول إجماع إثبات العمل.

في طريقة blockchain هذه ، لا يعتبر منتجو البلوك عمال مناجم ، لكنهم يعملون كمدققين. لديهم الفرصة لإنشاء كتلة فوق الجميع مما يوفر الطاقة ويقلل من الوقت. ومع ذلك ، لكي يصبحوا مدققين ، من المفترض أن يستثمروا مبلغًا من المال أو حصة.

أيضًا ، على عكس ذلك في حالة إثبات العمل ، يتم منح عمال المناجم امتيازًا لأخذ رسوم معاملاتهم في هذه الخوارزمية لعدم وجود نظام مكافأة في نموذج الإجماع هذا.

هذا ، بشكل عام ، شجع العلامات التجارية مثل Ethereum على ترقية نموذجها من PoW إلى PoS في تحديث Ethereum 2.0 الخاص بهم . أيضًا ، ساعد العديد من أنظمة Blockchain البيئية مثل Dash و Peercoin و Decred و Reddcoin و PivX على العمل بشكل صحيح.

الآن ، بينما قامت PoS بحل العديد من المشكلات المرتبطة سابقًا بـ PoW ، كان هناك العديد من التحديات التي لا تزال خالية من الغبار في السوق. للتخفيف من هذه التحديات وتقديم بيئة blockchain محسّنة ، ظهرت عدة أشكال من PoS إلى حيز الوجود.

النوعان الشائعان من إثبات الحصة (PoS) هما DPoS و LPoS.

• تفويض إثبات الحصة (DPoS)

في حالة تفويض إثبات الحصة (DPoS) ، يشترك المشاركون في عملتهم ويصوتون لعدد معين من المندوبين بحيث كلما زاد استثمارهم ، زاد الوزن الذي يتلقونه. على سبيل المثال: إذا أنفق المستخدم "أ" 10 عملات معدنية لأحد المندوبين واستثمر المستخدم "ب" 5 عملات معدنية ، فإن تصويت "أ" يكتسب وزنًا أكبر من تصويت "ب".

يحصل المندوبون أيضًا على مكافأة في شكل رسوم معاملات أو مبلغ معين من العملات المعدنية.

بسبب آلية التصويت المرجحة بالحصص هذه ، تعد DPoS واحدة من أسرع نماذج إجماع blockchain وهي مفضلة للغاية باعتبارها ديمقراطية رقمية. بعض حالات الاستخدام الواقعية لآلية إجماع blockchain هي Steem و EOS و BitShares.

• إثبات الحصة المؤجر (LPoS)

LPoS هي نسخة محسّنة من آلية إجماع PoS تعمل على منصة Waves .

على عكس طريقة إثبات الحصة العادية حيث يحق لكل عقدة بها قدر من العملة المشفرة إضافة blockchain التالي ، يمكن للمستخدمين تأجير رصيدهم للعقد الكاملة في خوارزمية الإجماع blockchain هذه. والواحد الذي يؤجر المبلغ الأكبر للعقدة الكاملة لديه احتمال أكبر لتوليد الكتلة التالية. أيضًا ، يُكافأ المؤجر بنسبة مئوية من رسوم المعاملة التي تم تحصيلها بواسطة العقدة الكاملة.

يعد متغير PoS خيارًا فعالاً وآمنًا لتطوير العملات المشفرة العامة.

3. إثبات السلطة

إثبات السلطة هو نسخة معدلة من إثبات الحصة حيث تكون هويات المدققين في الشبكة على المحك. في هذا ، للتحقق من هوية المدقق ، فإن الهوية هي تشابه بين الهوية الشخصية للمدققين ووثائقهم الرسمية. وضع هؤلاء المدققون سمعتهم على الشبكة. في إثبات السلطة ، العقد (التي تصبح مصادقات) هي الوحيدة المسموح لها بإنتاج كتل جديدة. يتم تحفيز المدققين الذين تكون هويتهم معرضة للخطر لتأمين شبكة blockchain والحفاظ عليها. في هذا الدليل ، عدد المدققين صغير نسبيًا ، حوالي 25 أو أقل.

4. التسامح البيزنطي مع الخطأ (BFT)

يتم استخدام التسامح مع الخطأ البيزنطي ، كما يوحي الاسم ، للتعامل مع الخطأ البيزنطي (وتسمى أيضًا مشكلة الجنرالات البيزنطيين) - وهي حالة يتعين فيها على الجهات الفاعلة في النظام الاتفاق على استراتيجية فعالة للتحايل على الفشل الكارثي للنظام ، ولكن بعض هم مشكوك فيهم.

تعرف على المزيد عن مشكلة الجنرالات البيزنطيين من خلال هذا الفيديو: -

النوعان المختلفان لنموذج توافق BFT الأساسيان في ساحة Blockchain هما PBFT و DBFT.

• التسامح البيزنطي العملي للخطأ (PBFT)

PBFT هي خوارزمية blockchain خفيفة الوزن تحل مشاكل الجنرال البيزنطي من خلال السماح للمستخدمين بتأكيد الرسائل التي تم تسليمها لهم عن طريق إجراء عملية حسابية لتقييم القرار بشأن صحة الرسالة.

ثم يعلن الحزب عن قراره للعقد الأخرى التي تتولى في النهاية اتخاذ قرار بشأنه. بهذه الطريقة ، يعتمد القرار النهائي على القرارات المسترجعة من العقد الأخرى.

تعد Stellar و Ripple و Hyperledger Fabric بعض حالات استخدام آلية إجماع blockchain هذه.

• التسامح البيزنطي المفوض (DBFT)

تم تقديم آلية التسامح البيزنطي المفوض للخطأ من قبل NEO ، وهي مشابهة لنموذج الإجماع DPoS. هنا أيضًا ، يحصل حاملو رمز NEO على فرصة التصويت للمندوبين.

ومع ذلك ، هذا مستقل عن مقدار العملة التي يستثمرونها. يمكن لأي شخص يفي بالمتطلبات الأساسية ، أي هوية تم التحقق منها ، والمعدات المناسبة ، و 1000 GAS ، أن يصبح مندوبًا. ثم يتم اختيار أحد هؤلاء المندوبين كمتحدث عشوائي.

يقوم المتحدث بإنشاء كتلة جديدة من المعاملة التي تنتظر التحقق من صحتها. كما أنه يرسل اقتراحًا إلى المندوبين الذين تم التصويت عليهم والذين يتحملون مسؤولية الإشراف على جميع المعاملات وتسجيلها على الشبكة. يتمتع هؤلاء المندوبون بحرية مشاركة المقترحات وتحليلها للتحقق من دقة البيانات وصدق المتحدث. إذا قام 2 / 3rd من المندوبين بالتحقق من صحة ذلك ، تتم إضافة الكتلة إلى blockchain.

يُطلق على هذا النوع من بروتوكول إجماع Blockchain أيضًا اسم "Ethereum of China" ويمكن أن يكون مصدرًا مفيدًا في بناء "اقتصاد ذكي" من خلال رقمنة الأصول وتقديم عقود ذكية على blockchain.

5. الرسم البياني غير الدوري المباشر (DAG)

نموذج إجماع أساسي آخر على blockchain يجب أن تكون كل شركة خدمات تطوير تطبيقات جوال تعمل مع Blockchain على دراية به هو DAG.

في هذا النوع من بروتوكول إجماع Blockchain ، تستعد كل عقدة لتصبح "عمال المناجم". الآن ، عندما يتم القضاء على عمال المناجم ويتم التحقق من المعاملات من قبل المستخدمين أنفسهم ، تقل الرسوم المرتبطة إلى الصفر. يصبح التحقق من المعاملات بين أقرب عقدتين أسهل ، مما يجعل العملية برمتها خفيفة الوزن وأسرع وآمنة.

أفضل مثالين على خوارزميات DAG هما IOTA و Hedera Hashgraph .

على الرغم من أن هذه هي نماذج الإجماع الرئيسية في بيئة التطوير ، إلا أن العديد من آليات إجماع blockchain المختلفة بدأت تكتسب الزخم ببطء وبشكل تدريجي ، مثل: -

6. إثبات السعة (PoC)

في آلية إثبات السعة (PoC) ، تتراكم الحلول لكل لغز رياضي معقد في مخازن رقمية مثل الأقراص الصلبة. يمكن للمستخدمين استخدام هذه الأقراص الصلبة لإنتاج الكتل ، بحيث يحصل الأسرع في تقييم الحلول على فرص أفضل لإنشاء الكتل.

تسمى العملية التي تتبعها بالتخطيط. العملتان المشفرتان اللتان تعتمدان على بروتوكول إجماع blockchain PoC هما Burstcoin و SpaceMint.

7. إثبات الحرق (PoB)

نظرًا لكونه حلاً بديلاً لـ PoW و PoS من حيث استهلاك الطاقة ، فإن نموذج إجماع Proof of Burn (PoB) يعمل على مبدأ السماح لعمال المناجم بـ "حرق" أو "تدمير" الرموز المميزة للعملات المشفرة ، مما يمنحهم أيضًا امتياز الكتابة كتل بما يتناسب مع العملات المعدنية. كلما زاد عدد العملات التي يحرقونها ، زادت فرص اختيار الكتلة الجديدة لكل عملة معدنية يحصلون عليها.

ولكن من أجل حرق العملات المعدنية ، يتعين عليهم إرسالها إلى العنوان حيث لا يمكن إنفاقها للتحقق من الكتلة.

يستخدم هذا على نطاق واسع في حالة الإجماع الموزع. وخير مثال على آلية الإجماع هذه هي العملة المعدنية Slim.

8. إثبات الهوية (PoI)

يشبه مفهوم PoI (إثبات الهوية) مفهوم الهوية المصرح بها. إنه جزء من تأكيد التشفير لمفتاح خاص للمستخدم يتم إرفاقه بكل معاملة معينة. يمكن لكل مستخدم محدد إنشاء وإدارة مجموعة من البيانات التي يمكن تقديمها للآخرين في الشبكة.

يضمن نموذج إجماع blockchain هذا مصداقية وسلامة البيانات التي تم إنشاؤها. وبالتالي ، فهو اختيار جيد لإدخال المدن الذكية.

9. إثبات النشاط (PoA)

PoA هو في الأساس نهج هجين مصمم من خلال تقارب نماذج إجماع blockchain PoW و PoS.

في حالة آلية PoA ، يتسابق عمال المناجم لحل لغز التشفير في أقرب وقت باستخدام أجهزة خاصة وطاقة كهربائية ، تمامًا كما هو الحال في PoW. ومع ذلك ، فإن الكتل التي يصادفونها تحتوي فقط على معلومات حول هوية الفائز بالكتلة ومعاملة المكافأة. هذا هو المكان الذي تتحول فيه الآلية إلى PoS.

المدققون (المساهمون المعينون للتحقق من صحة المعاملات) يختبرون ويضمنون صحة الكتلة. إذا تم فحص الكتلة عدة مرات ، يتم تنشيط المدققين إلى كتلة كاملة. هذا يؤكد أن المعاملات المفتوحة هي عمليات ويتم دمجها أخيرًا في حاويات الكتلة التي تم العثور عليها.

إلى جانب ذلك ، يتم تقسيم مكافأة الكتلة بحيث يكتسب المدققون نصيبًا منها.

التطبيقان الواقعيان لهذه الآلية هما عملات Espers و Decred .

10. إثبات الوقت المنقضي (PoET)

تم تقديم PoET بواسطة Intel بقصد الاستحواذ على ألغاز التشفير المتضمنة في آلية PoW من خلال النظر في حقيقة أن بنية وحدة المعالجة المركزية وكمية أجهزة التعدين تعرف متى وبأي تردد يفوز عامل المنجم بالكتلة.

يعتمد على فكرة التوزيع العادل وتوسيع الاحتمالات لجزء أكبر من المشاركين. وهكذا ، يُطلب من كل عقدة مشاركة الانتظار لوقت معين للمشاركة في عملية التعدين التالية. يُطلب من العضو الذي لديه أقصر مدة توقف لتقديم كتلة.

في الوقت نفسه ، تأتي كل عقدة أيضًا مع وقت انتظار خاص بها ، وبعد ذلك ينتقلون إلى وضع السكون.

لذلك ، بمجرد تنشيط العقدة وإتاحة الكتلة ، تعتبر هذه العقدة "الفائز المحظوظ". يمكن لهذه العقدة بعد ذلك نشر المعلومات في جميع أنحاء الشبكة ، مع الحفاظ على خاصية اللامركزية والحصول على المكافأة.

11. إثبات الأهمية (PoI)

مقدمة من NEM ، PoI هو نوع مختلف من بروتوكول PoS الذي يأخذ في الاعتبار دور المساهمين والمدققين لتشغيله. ومع ذلك ، لا يتأثر هذا فقط بحجم وفرصة أسهمهم ؛ العديد من العوامل الأخرى مثل السمعة والتوازن العام ولا. من المعاملات التي تتم من خلال أي عنوان معين يلعب أيضًا دورًا في ذلك.

تعد الشبكات القائمة على نموذج إجماع POI مكلفة للهجوم عليها ومكافأة المستخدمين على المساهمة في أمان الشبكة.

كانت المعلومات التي تمت مشاركتها حتى الآن ستساعدك في التمييز بين بروتوكولات إجماع Blockchain المتنوعة.

ومع ذلك ، لتبسيط الأمر بالنسبة لك ، إليك جدول مقارنة خوارزميات إجماع blockchain.

الآن ، لنبدأ بتحديد ما الذي يجعل إجماع Blockchain جيدًا.

خصائص آلية توافق Blockchain الجيدة

1. السلامة

في آلية توافق الآراء الجيدة ، تكون جميع العقد قادرة على توليد نتائج صالحة وفقًا لقواعد البروتوكول.

2. شامل

تضمن آلية blockchain الجيدة المتفق عليها أن كل عقدة معينة من الشبكة تشارك في عملية التصويت.

3. تشاركية

يُطلق على آلية الإجماع حيث تشارك جميع العقد بنشاط وتساهم في تحديث قواعد البيانات على Blockchain نموذج التوافق الجيد.

4. المساواة

سمة أخرى للآلية الجيدة هي أنها تعطي قيمة ووزن متساويين لكل صوت يتم الحصول عليه من العقدة.

مع وضع ذلك في الاعتبار ، دعنا نتعرف على ما يحدث عندما لا تفكر في هذه العوامل وتقدم نموذج إجماع ضعيف لعملية التطوير الخاصة بك.

عواقب اختيار بروتوكول توافق سيئ

1. بلوكشين فوركس

يؤدي اختيار طريقة إجماع ضعيفة على blockchain إلى زيادة ضعف السلسلة. إحدى هذه الثغرات التي يواجهها عشاق ومطورو blockchain هي Blockchain Forks.

تشعبات Blockchain ، بلغة الشخص العادي ، هي حالة أو ظروف تتحول فيها سلسلة واحدة إلى سلسلتين أو أكثر. يتوفر شرح مفصل حول Blockchain fork وأنواعه في الفيديو المضمن أدناه.

عند حدوث شوكة Blockchain ، يبدأ التطبيق في العمل بطريقة غير متوقعة ، مما يؤدي إلى إنشاء عقدتين متباعدتين أو أكثر.

2. أداء ضعيف

عندما يتم النظر في آلية blockchain سيئة الإجماع ، إما أن العقدة تتعطل أو تعاني من قسم الشبكة. يؤدي هذا إلى تأخير عملية تبادل الرسائل بين العقد وزيادة زمن انتقال التطبيق ، مما يؤدي في النهاية إلى خفض مستوى الأداء.

3. فشل التوافق

هناك تأثير آخر لدمج آلية إجماع سيئة في نموذج عملك وهو فشل الإجماع. في هذه الحالة ، يفشل جزء صغير من العقد في المشاركة في أي عملية ، وبالتالي ، في غياب تصويتهم ، يفشل الإجماع في تقديم النتائج الدقيقة والمطلوبة.

مع تغطية أساسيات طرق إجماع Blockchain الآن ، دعنا نتعمق في الموضوع ونلقي نظرة على الأنواع الشائعة لآلية الإجماع.

الأسئلة المتداولة حول خوارزميات توافق Blockchain

س: ما هو بروتوكول الإجماع في Blockchain؟

بروتوكول الإجماع عبارة عن مجموعة من القواعد أو الإجراءات التي تحكم كيفية تفاعل عقدتين أو أكثر ، وتبادل المعلومات ، وتنفيذ العمليات المرتبطة في نظام Blockchain البيئي.

س: ما هو نموذج الإجماع الذي يستخدمه Ethereum؟

في وقت سابق ، كانت Ethereum تعمل مع نموذج إجماع PoW (إثبات العمل). لكنها تحولت الآن إلى خوارزمية إجماع blockchain PoS (إثبات الحصة) .

أفكار النهاية

في النهاية كل هذه المكونات لها هدف مماثل وهو الحصول على إجماع في شبكة لامركزية. ومع ذلك ، حتى بعد وجود هدف مشترك ، فإن هذه الآليات تختلف في طريقة مقاربة التوصل إلى توافق في الآراء. في حين أن الإجماع المثالي غير موجود حتى الآن ، فإنه من الرائع والمثير أن نرى كيف تطورت آليات الإجماع وتعديلها على المدى الطويل مع المتطلبات المتغيرة لبروتوكول مثل هذا ، وسيكون من المثير بلا شك مراقبة الأفكار الرائدة تتحقق .

من المهم أن تختار بحكمة واحدة وفقًا لضرورة شبكة الأعمال لأن شبكات Blockchain لا يمكنها العمل بشكل صحيح بدون خوارزميات الإجماع لتأكيد كل معاملة يتم الالتزام بها.