مکانیزمهای اثبات فعالیت (PoA)، اثبات زمان سپری شده (PoET) و اثبات اهمیت (PoI) چیست؟
اثبات زمان سپری شده (Proof of elapsed time) یا به اختصار PoET یک مکانیزم اجماع شبکه بلاکچین است که از استفاده زیاد از منابع و مصرف انرژی جلوگیری میکند. با پیروی از یک سیستم قرعه کشی منصفانه، فرآیند را کارآمدتر نگه میدارد.
در این مقاله، با عملکرد برخی از مکانیزمهای اثبات از جمله PoA، PoET و PoI آشنا خواهید شد. به عنوان مثال مکانیزم PoA تضمین میکند که تمام بلوکهای تراکنشهای اضافه شده به شبکه واقعی و معتبر هستند. این مورد راهی است که به استخراجکنندگان کمک میکند تا توافق شبکه (یا اجماع) را برای اضافه کردن بلوک جدید خود بدست آورند. علاوه بر این، PoA از شبکه بلاکچین در برابر حملات خارجی و داخلی محافظت میکند.
اول، PoA یا همان مکانیزم اثبات فعالیت از مفهوم استخراج با اثبات کار استفاده میکند، جایی که ماینرها باید محاسبات پیچیده ریاضی را انجام دهند تا تلاش و صداقت خود را به شبکه ثابت کنند. با این حال، به جای استخراج یک بلوک از تراکنشها، PoA به ماینرها اجازه میدهد تا یک بلوک قالب خالی با اطلاعات هدر و آدرس پاداش استخراج را استخراج کنند (یا اضافه کنند). هنگامی که این بلوک تقریبا خالی استخراج شد، مکانیزم به اثبات سهام (PoS) تغییر میکند.
سپس گروهی از اعتباردهندهها یا همان ولیدیتورها به صورت تصادفی انتخاب میشوند. آنها مسئول اعتبارسنجی یا ولیدیت کردن یا امضای بلوک جدید هستند. اعتبارسنجیها اطلاعات هدر بلوک را تجزیه و تحلیل میکنند و سپس آن را به عنوان موردی معتبر یا نامعتبر علامت گذاری میکنند. این فرآیند تا زمانی ادامه مییابد که یک بلوک تعداد مورد نیاز اعتبارسنجی (یا امضاکننده) را دریافت کند.
هر چه شرکتکننده شبکه کوینهای بیشتری داشته باشد، شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان اعتبارسنجی (یا امضاکننده) دارد.
هنگامی که گروه اعتبارسنجی بلوک جدید را توسط ماینرها امضا میکند، به عنوان یک بلوک معتبر و کامل علامت گذاری میشود و به شبکه بلاکچین اضافه میشود. در نهایت، تراکنشها در بلوک جدید اضافه شده ثبت خواهند شد.
در نهایت، هزینهها/پاداشهای ماینینگ بین ماینرها و گروه اعتبارسنجیهایی که در فرآیند استخراج مشارکت داشتهاند، توزیع میشود.
بیایید ببینیم مکانیزم اثبات فعالیت (proof of Activity) چگونه قدم به قدم کار میکند.
الگوریتم اثبات فعالیت (PoA) چگونه کار میکند؟
مرحله 1: فرآیند استخراج بلوک (توسط ماینرها)
ماینرها سعی میکنند بلوک خالی خود را (با اطلاعات هدر و آدرس پاداش ماینر) با حل یک معمای پیچیده ریاضی (پیدا کردن nonce و بلاک هش صحیح) ارسال کنند که مشابه PoW است.
هنگامی که استخراجکنندگان بلوکهای تقریباً خالی خود را ارسال میکنند، رویکرد اجماع از PoW به مکانیزم PoS تغییر میکند.
مرحله 2: فرآیند امضای بلوک (توسط اعتبارسنجی یا ولیدیتور)
این مرحله از مفاهیم مکانیزم اثبات سهام (PoS) برای استفاده از اعتبارسنجی شبکه استفاده میکند. با این حال، در اینجا اعتباردهندهها و ماینرها موجودیتهای جداگانهای هستند.
گروهی از شرکت کنندگان شبکه به نام اعتباردهنده (یا امضاکننده) بلوک ارسال شده توسط ماینرها را تأیید میکنند. این اعتباردهندههای شبکه بر اساس کوینهای موجود در شبکه انتخاب میشوند. هر چه کوینهای نگهداشته شده توسط اعتبارسنجی بالاتر باشد، شانس انتخاب بلوک امضا شده آنها بیشتر است.
اعتبارسنجیها اطلاعات هدر و آدرس پاداش استخراج کنندگان بلوک را تجزیه و تحلیل میکنند و سپس آن را به عنوان امضا شده یا بدون امضا علامت گذاری میکنند.
روند امضا تا زمانی ادامه مییابد که یک بلوک تعداد مورد نیاز علامت را در بلوک خود توسط اعتبارسنجیها دریافت کند.
مرحله 3: افزودن تراکنشها
هنگامی که یک بلوک توسط تعداد مورد نیاز تأیید کننده امضا میشود که یک بلوک معتبر و کامل را نشان میدهد. پس از آن، تراکنشهای جدید از مخزن تراکنشها به بلوک اضافه میشوند. در نهایت، بلوک به شبکه بلاکچین اضافه میشود.
پاداش ماینینگ بین ماینر بلوک برنده و اعتباردهندگان برای مشارکت آنها در شبکه توزیع میشود.
دکرید (D-Cred) شناخته شده ترین رمزارزی است که از اثبات فعالیت استفاده میکند.
مزایای مکانیزم اثبات فعالیت (PoA)
مزایای مکانیزم اثبات فعالیت به شرح زیر است:
-PoA برای استفاده از سیستم هش PoW و امضای دیجیتال PoS ترکیب میشود.
-احتمال حمله 51 درصدی به شبکه را به شدت کاهش میدهد.
-سطح دشواری را برای محافظت از شبکه حفظ میکند.
-PoA تحمل خطا بالایی دارد زیرا کل سیستم هرگز به طور کامل خاموش نمیشود.
-فرصتهای کسب درآمد را هم برای ماینرها و هم برای اعتباردهندگان شبکه فراهم میکند.
محدودیتهای مکانیزم اثبات فعالیت (PoA)
معایب مکانیزم اثبات فعالیت به شرح زیر است:
-مصرف انرژی بالا برای بلوکهای استخراج.
-به دلیل محاسبات گسترده، فرآیند استخراج زمان زیادی را میطلبد.
-به سخت افزار گران قیمت برای محاسبات نیاز دارد.
-به دلیل عدم علاقه، تعداد اعتبارسنجیها میتواند کمتر باشد.
مکانیزم اثبات زمان سپری شده (PoET) چیست؟
مکانیزم اثبات زمان سپری شده (Proof of elapsed time) یا به اختصار PoET یک مکانیزم اجماع شبکه بلاکچین است که از استفاده زیاد از منابع و مصرف انرژی جلوگیری میکند. با پیروی از یک سیستم قرعه کشی منصفانه، فرآیند را کارآمدتر نگه میدارد.
این الگوریتم از یک زمان سپری شده بهطور تصادفی برای تصمیمگیری درباره حقوق ماینینگ و مسدود کردن برندگان در شبکه بلاکچین استفاده میکند. با اجرای یک کد قابل اعتماد در یک محیط امن، الگوریتم PoET با اطمینان از اینکه نتایج قرعهکشی توسط شرکت کنندگان خارجی قابل تأیید است، شفافیت را افزایش میدهد.
درک اثبات زمان سپری شده (PoET)
مکانیزم اجماع روشی است که توسط شبکههای بلاکچین برای تأیید تراکنشها و ایجاد بلاکهای بیشتر استفاده میشود. اثبات زمان سپری شده (PoET) یک مکانیزم توافقی است که اغلب در شبکههای بلاکچین مجاز برای تصمیم گیری درباره حقوق استخراج یا برندگان بلاک در شبکه استفاده میشود. شبکههای بلاکچین مجاز انواعی هستند که هر شرکت کننده بالقوهای را ملزم میکند تا قبل از اینکه اجازه عضویت پیدا کند، خود را شناسایی کند.
مکانیزم اجماع شبکه PoET باید دو عامل مهم را تضمین کند. اولاً، تضمین میکند که نود یا گرههای شرکتکننده واقعاً زمانی را انتخاب میکنند که واقعاً تصادفی است و نه مدت کوتاهتری که عمداً توسط شرکتکنندگان برای برنده شدن انتخاب شده است. دوم، مشخص میکند که برنده زمان انتظار را کامل کرده است.
اثبات زمان سپری شده انرژی بسیار کمتری نسبت به اثبات کار مصرف میکند، زیرا بهجای استفاده از تمام ماینرهای یک شبکه در یک رقابت، بهطور تصادفی یک نود یا گره را انتخاب میکند.
مفهوم PoET در اوایل سال 2016 توسط شرکت اینتل (INTC)، غول تولید تراشه، ابداع شد.
ابزاری با فناوری پیشرفته آماده برای حل مشکل محاسباتی «انتخاب تصادفی» ارائه میکند. این مکانیزم به برنامهها اجازه میدهد تا کد مورد اعتماد را در یک محیط محافظتشده اجرا کنند و تضمین میکند که هر دو الزام یعنی انتخاب تصادفی زمان انتظار برای همه گرههای شرکتکننده و تکمیل واقعی زمان انتظار توسط شرکتکننده برنده، برآورده میشوند.
اینتل در همکاری با سایر سازمانها مانند پروژه لینوکس و آیبیام، از پروژه منبع باز Hyperledger Sawtooth حمایت مالی کرد که از مکانیزم توافق PoET استفاده میکند. Hyperledger Sawtooth یک راه حل دفتر کل توزیع شده است که هم مقیاس پذیر و هم برای بسیاری از کاربردها در سطح سازمانی سازگار است.
PoET چگونه کار میکند؟
بر اساس اصل یک سیستم قرعه کشی منصفانه که در آن احتمال انتخاب هر گره به یک اندازه است، مکانیزم PoET شانس برنده شدن را در بین بیشترین تعداد ممکن از شرکت کنندگان شبکه پخش میکند.
تحت PoET، هر گره شرکت کننده در شبکه باید منتظر یک دوره انتخابی تصادفی باشد. اولین کسی که زمان انتظار تعیین شده را تکمیل کند، برنده بلوک جدید است. هر گره در شبکه بلاکچین یک زمان انتظار تصادفی ایجاد میکند.
کسی که ابتدا فعال میشود، یعنی کسی که کمترین زمان انتظار را دارد و یک بلوک جدید را به زنجیره بلوکی یا همان بلاکچین اضافه میکند و اطلاعات لازم را برای کل شبکه همتا پخش میکند. همان فرآیند سپس برای کشف بلوک بعدی تکرار می شود.
PoET چه تفاوتی با PoW دارد؟
اساساً، گردش کار مشابه مکانیزم اجماع است که توسط الگوریتم اثبات کار بیت کوین (PoW) دنبال میشود، اما بدون مصرف انرژی بالا است. این مورد اجازه میدهد تا یک گره غیر فعال بماند یا به اصطلاح بخوابد و به کارهای دیگر برای مدت زمان مشخص سوئیچ کند و در نتیجه کارایی شبکه را افزایش دهد.
مکانیزم اجرای کد قابل اعتماد در یک محیط امن، بسیاری از نیازهای شبکه را برطرف میکند. این مورد تضمین میکند که کد مورد اعتماد در محیط امن اجرا میشود و توسط هیچ شرکت کنندهای قابل تغییر نیست. همچنین تضمین میکند که نتایج توسط شرکتکنندگان یا سایر نهادهای دارای مجوز قابل تأیید است و در نتیجه شفافیت اجماع شبکه را افزایش میدهد.
PoET هزینه فرآیند اجماع را کنترل میکند تا یک نیاز ضروری برای ادامه شکوفایی اقتصاد ارزهای دیجیتال متناسب با ارزش حاصل از این فرآیند باشد.
در کل میتوان گفت PoW یک مکانیزم کار رقابتی است و PoET یک مکانیزم انتخاب تصادفی است.
Hyperledger Sawtooth چیست؟
Hyperledger Sawtooth یک دفتر کل توزیع شده شبیه به بلاکچین است که برای مصارف سازمانی مانند زنجیره تامین و تدارکات طراحی شده است. حتی میتوان از آن برای مدیریت موجودی، حسابداری یا سایر کارهای تجاری که زمان میبرند و مستعد خطا هستند، استفاده کرد.
آیا کوینی از اثبات زمان سپری شده استفاده میکند؟
PoET در درجه اول در Hyperledger Sawtooth استفاده میشود. از آگوست 2023، ارز دیجیتالی وجود ندارد که از PoET استفاده کند.
مکانیزم اثبات اهمیت (PoI) چیست؟
اما از آنجایی که حجم عظیمی از تراکنشها در حال انجام است، برای ایجاد پذیرش مشترک از وضعیت واقعی شبکه در میان همه همتایان، نیاز به مکانیزم اجماع وجود دارد که در هسته شبکه بلاکچین اجرا میشود. در میان بسیاری از مکانیزمهای اجماع توسعهیافته، اثبات اهمیت (Proof of Importance) یا به اختصار POI، یکی از این مکانیزمها است که برای غلبه بر کاستیهای مکانیزم اثبات سهام توسعهیافته برای بلاکچین اتریوم ایجاد شده است.
محدودیت مکانیزم اثبات سهام (PoS)
اثبات سهام (PoS) برای آسانتر و سریعتر کردن فرایند همراه با استفاده کارآمد از منابع در مقایسه با اثبات کار (PoW) ایجاد شده است.
هر ماینری میتواند با اعتبارسنجی بلوکهای تراکنش، یک کوین ولیدیت کند و این بستگی به تعداد کوینهایی دارد که کیف پول نود یا گره بر اساس پاداش داده شده در خود نگه میدارد.
بنابراین، هر چه تعداد کوینهای بیشتری برای نود یا گره باشد، حق بیشتری برای اعتبارسنجی هر تراکنش دارد.
اگرچه PoS سازگارتر با محیط زیست، ارزانتر و سریعتر از PoW است، اما مفهوم PoS با این مشکل مواجه است که هر نودی ثروتمندتر باشد، قدرت بیشتری دارد، بنابراین اثبات اهمیت برای به حداقل رساندن این معایب PoS ایجاد شده است.
اثبات اهمیت (PoI) چیست؟
الگوریتمهای اجماع یک فرآیند تصمیمگیری برای یک گروه هستند که در آن افراد گروه تصمیمی را میسازند و از آن حمایت میکنند که برای بقیه آنها بهترین کارایی را دارد. این یک پیروزی برای شبکه است زیرا آرای اکثریت موافق است که برای همه شرکت کنندگان در شبکه سودمندتر است. از زمان شروع بلاکچین و مکانیزمهای اجماع اثبات کار (PoW) برای احراز هویت یک گره جدید یا هر تراکنشی که روی بلاکچین اتفاق میافتد، مکانیزمهای اجماع جدیدی معرفی شدهاند که اثبات اهمیت (PoI) یکی از این مکانیزمها است که مبتنی بر تحمل گسل بیزانسی میباشد.
اثبات اهمیت (PoI) یک مکانیزم اجماع بلاکچین است که توسط NEM معرفی شده است و این مفهوم یک زیرساخت بیشتر بر روی الگوریتم اثبات سهام (PoS) است.
PoI از تئوری شبکه برای تعیین امتیاز برای اهمیت هر نود یا گره در شبکه استفاده میکند.
در PoI، گره ها باید تعدادی کوین را قبل از واجد شرایط بودن برای انجام استخراج بلوکها متناسب با امتیازی که نشان دهنده مشارکت آنها در شبکه است، اختصاص دهند.
اما برخلاف اثبات سهام، امتیاز نه تنها به کل مبلغ اختصاص یافته یک گره بستگی دارد، بلکه به بسیاری از متغیرهای دیگر مانند مقدار کل، بخشهای فعالیت، شهرت و تراکنشهای انجام شده از طریق هر آدرس داده شده نیز بستگی دارد.
اثبات اهمیت (PoI) چگونه کار میکند؟
اثبات اهمیت مکانیزمی است که برای تعیین اینکه کدام گرهها در شبکه واجد شرایط اضافه کردن یک بلوک به بلاکچین هستند، توسط فرآیندی که توسط NEM به عنوان “هاروستینگ (harvesting)” یا “تخصیص” شناخته میشود که مخفف جنبش اقتصاد جدید است، استفاده میشود.
در ازای برداشت یک بلوک، گرهها میتوانند هزینههای تراکنش را در آن بلوک که اعتباردهنده به عنوان پاداش دریافت میکند، جمعآوری کنند.
برای اینکه حتی واجد شرایط محاسبه یا برداشت باشد، پروتکل NEM مستلزم آن است که دارنده حساب حداقل 10000 XEM اختصاص یافته (XEM ارز دیجیتال بلاکچین NEM) در حساب خود و حسابهایی که امتیاز بالایی دارند شانس بیشتری برای انتخاب شدن برای برداشت یک بلوک خواهند داشت.
NEM با در نظر گرفتن سه ویژگی مهم زیر، پشتیبانی کلی یک حساب از شبکه یا امتیاز را شناسایی میکند:
وستینگ (Vesting): همچنین به عنوان “هاروستینگ” شناخته میشود و جدایی ناپذیرترین بخش این مکانیزم اجماع است. اول، هر گره باید حداقل 10000 کوین XEM قبل از شروع برداشت یا انتساب داشته باشد. مکانیزم اجماع تعداد کوینهای موجود در حساب شما را برای تعداد معینی از روز (عمدتا 30 روز) برای محاسبه امتیاز اثبات اهمیت نود یا گره میشمارد. بنابراین، هر چه تعداد کوینهای XEM بیشتر باشد، امتیاز گره خواهد بود.
مشارکت در تراکنش: اثبات اهمیت به کاربرانی که با سایر حسابهای NEM در شبکه تراکنش انجام میدهند پاداش میدهد و هر دو حساب را به عنوان شریک میشناسند. محاسبات تئوری شبکه به رفتار تراکنش نگاه میکند تا به هر گره یک امتیاز اهمیت اختصاص دهد و کاربر را از داشتن هرگونه مشارکت نامطلوب منع کند.
تعداد و اندازه تراکنشها: هر تراکنش بالاتر از اندازه حداقل بر امتیاز اهمیت تأثیر میگذارد و شانس برداشت یک بلوک برای جمع آوری پاداش را افزایش میدهد. تراکنشهای بزرگتر و مکرر، امتیاز PoI را در شبکه NEM بهبود میبخشد و امتیاز بر اساس گره تراکنش در دوره 30 روزه است.
اثبات اهمیت (PoI) در مقابل اثبات سهام (PoS)
بسیاری از بلاکچینها از اثبات سهام (POS) برای تخصیص پاداش استفاده میکنند، اما این مکانیزم به نفع ذخیره کنندگان کوین است زیرا در PoS نود یا گره ثروتمند در مقایسه با گرههای دیگر که کوینهای کمتری دارند، کوینهای بیشتری دریافت میکند. در اثبات سهام ، بر خلاف اثبات اهمیت که سایر متغیرها را نیز در نظر میگیرد، امتیاز کل مبلغ اختصاص داده شده شخص است، در نتیجه مکانیزم PoI انصاف بیشتری را تضمین میکند. برای مثال، اثبات سهام ولیدیتور که مالک 20 درصد از کل ارزهای دیجیتال است، حق اعتبارسنجی 20 درصد از تمام بلوکهای شبکه بلاکچین را دارد و این سناریویی را ایجاد میکند که در آن ثروتمندان ثروتمندتر میشوند.
آیا مکانیزم PoI مستعد حملات سیبیل (Sybil) در بلاکچین است؟
اصطلاح «سیبیل» از مطالعه موردی هنرمندی به نام شرلی آردل میسون (Shirley Ardell Mason)، با نام مستعار «سیبیل دورست (Sybil Dorsett)»، که به اختلال چند شخصیتی تشخیص داده شد، میآید. حمله سیبیل تلاشی برای کنترل یک شبکه همتا به همتا با ایجاد چندین هویت جعلی است. به نظر ناظران خارجی، این هویتهای جعلی کاربران منحصر به فردی هستند. اما یک موجودیت واحد وجود دارد که هویتهای زیادی را به طور همزمان کنترل میکند، در نتیجه آن موجودیت دارای قدرت رای اضافی است که با استفاده از آن میتواند بر شبکه بلاکچین تأثیر بگذارد.
جلوگیری از حملات سیبیل و ایجاد خرابی در شبکه بلاکچین دشوار است، اما اصل پایه مکانیزم اثبات اهمیت، تخصیص امتیاز بر اساس کوینهای نگهداشته شده توسط نود یا گره است که بر گره در شبکه تأثیر میگذارد.
اکنون از آنجایی که برای ایجاد هویت هزینهای وجود دارد، موجودیت مخرب نمیتواند گرههایی با کوینهای کافی برای کنترل شبکه ایجاد کند، زیرا بسیار گران است. بنابراین مکانیزم PoI تا حدودی ایمنی در برابر حمله سیبیل را فراهم میکند.
مزایای اثبات اهمیت (PoI)
-انرژی کارآمد: در شبکه بلاکچین، کسانی که از اثبات کار (PoW) استفاده میکنند نسبت به سایر گرهها از نظر قدرت محاسباتی بالا برای بلوکهای ماینینگ مزیت ناعادلانهای دارند. این سیستمهای POW همچنین با مصرف مقادیر بسیار زیاد برق به محیط زیست آسیب میرسانند و هزینههای زیادی را برای استخراجکنندگان به بار میآورند، در حالی که اثبات اهمیت (PoI) بسیار کارآمد در مصرف انرژی است.
-جلوگیری از انباشت کوین: سیستم اثبات سهام (PoS) ثروت را در میان چند نود یا گره متمرکز میکند، زیرا کاربران به سادگی میتوانند تا آنجا که ممکن است کوینها را ذخیره کنند و از ایجاد بلوک پاداش دریافت کنند. هرچه تعداد کوینهای بیشتری در حساب خود نگه دارند، درآمد بیشتری کسب میکنند. بنابراین، همه این انگیزه را دارند که به جای خرج کردن کوینها، آنها را پس انداز کنند و در نتیجه ثروتمندان را ثروتمندتر کنند. هنگامی که گرهها کوینهای XEM را پخش میکنند، امتیاز اهمیت بالاتر خواهد بود و در صورت انباشت کوینها کمتر خواهد بود، بنابراین مکانیزم اثبات اهمیت (PoI) بسیار مناسب است.
انگیزه کمتر: از آنجایی که ماینرها در مکانیزم اثبات اهمیت نیازی به استخراج بلوکها مانند اثبات کار با استفاده از توان محاسباتی بالا و مصرف انرژی زیاد ندارند، انگیزهای که به عنوان پاداش برای افزودن بلاکها به شبکه بلاکچین داده میشود نیز نباید بیشتر باشد. این مورد به کاهش هزینههای تراکنش که برای اعتبارسنجی توسط ماینرها اعمال میشود، کمک زیادی میکند.
جلوگیری از فورکها: در مکانیزمهای PoS سنتی، هزینه نهایی ایجاد یک بلوک صفر است و کاربران میتوانند بدون زحمت به اعتبارسنجی بلوکها در صورت انشعاب ادامه دهند، اما در اثبات اهمیت، امتیاز اهمیت هر نود یا گره بر اساس فعالیت شبکه و پویایی است. بنابراین، این امر فورکهای بلاکچین را منصرف میکند زیرا کاربر جدید باید منابع را در هر دو شبکه فورکی خرج کند تا برای حفظ امتیاز خود فعال بماند.
حتی اگر همه الگوریتمهای اجماع یک هدف مشترک دارند که رسیدن به اجماع در یک شبکه غیرمتمرکز است، این مکانیزمها در نحوه دستیابی به اجماع متفاوت هستند. اگرچه اجماع ایدهآل وجود ندارد، اما توجه به این نکته مهم است که مکانیزمهای اجماع در درازمدت برای پاسخگویی به نیازهای در حال تغییر یک سیستم توسعه یافته و سازگار شدهاند. بنابراین، انتخاب مناسب ترین مکانیزم بر اساس نیازهای شبکه مهم است. اثبات اهمیت (PoI) یکی از این مکانیزمها است که هدف آن ایجاد اجماع منصفانه است، حتی اگر هنوز به نفع نود یا گره غنی در شبکه باشد. اما یکی از ویژگیهای بارز PoI این است که به فرد امکان میدهد تعیین کند که برای شروع دریافت پاداش چقدر پول لازم است. بنابراین، در آینده، اجماع دیگری با هدف حذف پاداشهای ارائه شده به نود ثروتمند به دلیل ثروتشان ایجاد خواهد شد.