معرفی گواه اثبات اعتبار

همه ما میدانیدم که فضای رمزارزها از زمانی که اولین تراکنش بلاک چینی در شبکه بیت کوین انجام شد، تغییرات بسیاری کرده است. در کنار الگوریتم‌های اجماع گواه اثبات کار (PoW) و گواه اثبات سهام (PoS)، مکانیزم‌های اجماع دیگری نیز ایجاد شده‌اند و هر کدام از آنها روش‌های مختلفی برای اجماع ارائه می‌دهند. هدف اصلی این الگوریتم‌های اجماع، بهبود مقیاس پذیری شبکه‌های بلاکچینی است. با این که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند، اما نتوانسته‌اند به‌طور موثر مشکل مقیاس‌پذیری را برطرف کنند. الگوریتم Proof of Authority یا PoA یا گواه اثبات اعتبار، جایگزین دو الگوریتم قبلی شده و قادر به پردازش تراکنش‌های بسیار بیشتری در هر ثانیه است. PoA یک الگوریتم اجماع مبتنی بر اعتبار است، که راه حلی عملی و موثر برای شبکه‌های بلاکچینی، به‌خصوص شبکه‌های خصوصی ارائه می‌دهد. اما اثبات اعتبار چیست؟ در این مقاله به معرفی الگوریتم اثبات اعتبار، مقایسه آن با PoS، تاریخچه و هدف پلتفرم‌هایی می‌پردازیم که از الگوریتم Proof of Authority استفاده می‌کنند.

الگوریتم گواه اثبات اعتبار 

در ابتدا باید یادآوری کنیم که الگوریتم Proof of Work توسط بیت کوین و چندین شبکه دیگر استفاده می‌شود و تا به امروز، یکی از امن‌ترین الگوریتم‌های اجماع شناخته شده است. اما بلاکچین‌هایی که از این مکانیزم استفاده می‌کنند، از نظر تعداد تراکنش‌ها در ثانیه (TPS) ضعیف عمل می‌کنند؛ دلیل این موضوع این است که شبکه‌هایی مثل بیتکوین، متکی به شبکه‌ای از نودها یا گره‌های توزیع شده هستند، که باید با یکدیگر بر سر حالت فعلی شبکه، به اجماع برسند. بدین معنا که قبل از این که یک بلاک جدید (که شامل تراکنش‌هاست) تایید شود، باید توسط اکثریت نودها تایید شود. بنابراین جنبه عدم تمرکز بیتکوین، با این که امنیت و عدم نیاز به اعتماد را به ارمغان می‌آورد، اما در مقیاس‌های مالی بزرگ‌تر محدودیت دارد.

از نظر میزان تراکنش در هر ثانیه، بلاکچین‌های Proof of Stake عملکرد بهتری دارند؛ اما این تفاوت چندان زیاد نیست. به‌هرحال، این الگوریتم‌ها نیز مشکل مقیاس پذیری بلاکچین‌ها را برطرف نمی‌کنند.

همانطور که اشاره کردیم، در زمینه مقیاس پذیری الگوریتم Proof of Authority یا گواه اثبات اختیار جایگزین دو الگوریتم PoS و PoW شده و قادر به پردازش تراکنش‌های بیشتری در ثانیه است. البته از این مکانیزم بیشتر در بلاک‌چین‌های خصوصی استفاده می‌شود.

این الگوریتم ارزش هویت‌ها را افزایش می‌دهد؛ بدین معنا که ولیدیتورها یا اعتبارسنج‌های بلاک‌ها، کوین‌های خود را سپرده‌گذاری (Staking) نمی‌کنند، بلکه “اعتبار” خود را سپرده‌گذاری می‌کنند. بنابراین امنیت بلاکچین‌های PoA، توسط نودهای ولیدیتوری تامین می‌شود، که از بین موجودیت‌های قابل اطمینان انتخاب می‌شوند.

این مکانیزم متکی بر تعداد محدودی از اعتبارسنج‌هاست و این موضوع باعث مقیاس پذیری بالای آنها می‌شود. بلاک‌ها و تراکنش‌ها توسط مشارکت‌کنندگان از پیش تعیین شده تایید می‌شود، که به‌عنوان ناظران یا گردانندگان (Moderators) سیستم فعالیت می‌کنند.

الگوریتم گواه اثبات اعتبار می‌تواند در سناریوهای متنوعی به‌کار رود. برای مثال، در زنجیره‌های تامین، PoA می‌تواند راه حل بسیار موثر و معقولی باشد. این مکانیزم به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد که امنیت خود را در کنار بهره‌گیری از مزایای تکنولوژی بلاک چین، حفظ کنند. Microsoft Azure یکی از پروژه‌هایی است که از الگوریتم اثبات اعتبار استفاده می‌کند. این پلتفرم راه‌حل‌هایی برای شبکه‌های خصوصی ارائه می‌دهد و سیستم کاری آن، نیازی به پرداخت کارمزد به صورت توکن بومی خود یا کوین‌هایی مثل اتر ندارد. 

در شبکه‌های مبتنی بر الگوریتم گواه اثبات اختیار، تراکنش‌ها و بلاک‌ها توسط نودهای انتخاب شده تایید می‌شوند، که به آنها ولیدیتور گفته می‌شود. Validatorها نرم‌افزاری که به آنها اجازه قرار دادن تراکنش‌ها در بلاک‌ها را می‌دهد، اجرا می‌کنند. این پروسه به‌صورت خودکار انجام می‌شود و نیازی نیست که ولیدیتورها به‌طور مداوم کامپیوترهای خود را نظارت کنند.

در این الگوریتم، افراد باید حق تبدیل شدن به نود ولیدیتور را به‌دست آورند. با کسب اعتبار برای هویت خود، ولیدیتورها در پروسه تایید تراکنش‌ها مشارکت می‌کنند؛ مزیت این مکانیزم این است که از آنجایی که تبدیل شدن به نود اعتبارسنج نیازمند حفظ اعتبار افراد است، اعتبار منفی و بدکار بودن نودها بسیار کاهش می‌یابد. این موضوع بسیار قدرتمندتر از گواه اثبات سهام است؛ زیرا میزان سپرده‌گذاری شده نودها را در نظر نمی‌گیرد و مبتنی بر اعتبار عملکرد آنهاست. ممکن است دو نود به اندازه یکسان رمزارز استیک کرده باشند؛ اما فقط یکی از آنها برای ولیدیتوری انتخاب شود. از طرفی دیگر، PoA اجازه تایید بلاک‌های غیرمتوالی را تنها به یک نود می‌دهد، که این موضوع ممکن است آسیب و ریسک جدی برای گره به‌وجود بیاورد؛ زیرا تنها یک نود تاییدکننده یک بلاک است و اگر این بلوک دچار مشکل یا حمله شود، این نود آسیب خواهد دید.

مقایسه گواه اثبات اعتبار و گواه اثبات سهام

از آنجایی که الگوریتم PoA با PoS شباهت‌های بیشتری دارد، به مقایسه این دو مکانیزم می‌پردازیم. برخی از افراد اثبات اختیار را PoS اصلاح شده می‌دانند، که به جای کوین‌ها، از هویت و اعتبار نودها استفاده می‌کند. به دلیل طبیعت غیرمتمرکز اکثر بلاکچین‌ها، گواه اثبات سهام همیشه برای کسب و کارها و شرکت‌ها مناسب نیست؛ در مقابل، سیستم‌های اثبات اعتبار راه حل‌های بهتری برای شبکه‌های خصوصی هستند. زیرا عملکرد آنها سریع‌تر و موثرتر است.

مکانیزم اجماع Proof of Stake در سال‌های اخیر، از نظر مقیاس پذیری به مشکلات جدی برخورد کرده است. این الگوریتم در مقایسه با PoW، استفاده مقدار بسیار زیاد انرژی را حذف کرده است، اما نودهایی که کوین‌های بیشتری استیک کرده باشند را به‌عنوان ولیدیتور انتخاب می‌کند. این باعث می‌شود که هر کسی نتواند ولیدیتور شود و تقریبا منتهی به متمرکز شدن شبکه‌های PoS می‌شود. این موضوع باعث آسیب‌پذیری این سیستم‌ها می‌شود و همان میزان کوین استیک شده، ممکن است برای نودهای مختلف، ارزش متفاوتی داشته باشد؛ برای مثال، آلیس را در نظر بگیرید که یکی از پذیرندگان اولیه فناوری بلاکچین است و سبد سرمایه‌گذاری او شامل رمزارزهای بیشماری است. همچنین باب را در نظر بگیرید که در بازار کریپتوکارنسی تازه‌وارد است و در حال یادگیری این حوزه است. حال تصور کنید که هردوی آنها به اندازه یکسان در یک پروتکل کوین استیک کرده‌اند (فرض کنید ۱۰۰۰ کوین). می‌توانیم بگوییم که هر دوی آنها به یک میزان به این پروژه علاقه‌مند هستند؛ اما از نظر میزان سرمایه، شاید ۱۰۰۰ کوینی که آلیس سپرده‌گذاری کرده، ۱ درصد از کل سرمایه‌اش باشد، اما ۱۰۰۰ کوین باب، ۵۰ درصد از سرمایه‌اش است. بنابراین ممکن است آلیس کمتر از باب به این پروژه اهمیت دهد و تمایل او برای مشارکت در شبکه، ممکن است به اندازه باب نباشد. بنابراین میزان یکسان استیکینگ، ممکن است چندان مشوق خوبی برای مشارکت در شبکه نباشد.

تاریخچه الگوریتم PoA

در تاریخ ۲۴ فوریه ۲۰۱۷ (۶ اسفند ۹۵) شبکه آزمایشی Ropsten اتریوم قربانی حمله “خودداری از خدمات یا Denial of Service یا به اختصار حمله DOS” شد. این یک شبکه عمومی برای توسعه‌دهندگان شبکه اتریوم است، که قبل از اجرای قراردادهای هوشمند روی شبکه اصلی، آنها را در این شبکه تست می‌کنند. به خاطر وقوع این حمله، یک تست‌نت جدید برای اتریوم به‌وجود آمد که با الگوریتم PoA کار می‌کرد. نام این شبکه Kovan بود.

مفهوم اثبات اعتبار در سال ۲۰۱۷ توسط هم‌بنیان‌گذار اتریوم و بنیان‌گذار شبکه پولکادات، یعنی گوین وود (Gavin Wood) معرفی شده است. وود پس از ابداع این الگوریتم گفت:

پس از شکست خوردن راپستن، واضح بود که ما نیاز به یک زیرساخت قابل اطمینان داشتیم، تا به توسعه برنامه‌های غیرمتمرکز اتریوم به شیوه‌ای فراگیر و قابل تعامل کمک کنیم.

در ابتدا، این مکانیزم برای جلوگیری از حملات DOS بر روی شبکه تستی Kovan اتریوم ساخته شد؛ اما از آنجا که PoA توانایی استفاده در سیستم‌های متنوع از جمله زنجیره‌های تامین را دارد، کاربردهای آن گسترش یافت. امروزه بلاکچین‌هایی مانند POA Network و VeChain از این مکانیزم برای رسیدن به اجماع شبکه خود استفاده می‌کنند.

این شبکه‌ها فرآیندهای اعتبارسنجی شخصی‌سازی شده‌ای برای نودها دارند. هر دو بلاکچین، معیارهای سفت و سختی برای انتخاب اعتبارسنج‌ها دارند؛ زیرا اعتبار آنها یکپارچگی کل سیستم را تضمین می‌کند.

این الگوریتم یکی از بهترین سیستم‌ها برای بلاکچین‌های خصوصی است؛ زیرا در کنار حفظ مقداری از ویژگی عدم تمرکز خود، مقیاس پذیری بسیار بالایی دارد. این می‌تواند یک راه حل مناسب برای شرکت‌هایی باشد که به دنبال پیاده‌سازی راه حل‌های داخلی بلاک‌چین، برای افزایش بهره‌وری خود هستند.

ایده و هدف مکانیزم اثبات اعتبار 

همانطور که اشاره کردیم، در ابتدا این مکانیزم برای جلوگیری از حملات داس بر روی شبکه Kovan اتریوم ساخته شد و بعدها در تمام تست‌نت‌های اتریوم پیاده‌سازی شد.

هدف اصلی که در پشت سیستم‌های مبتنی بر اعتبار وجود دارد، اثبات هویت ولیدیتورها برای جلوگیری از حملات مختلف از جمله DOS است. البته بعدها به دلیل پتانسیل‌های این الگوریتم، در بلاکچین‌های خصوصی و شرکت‌ها نیز به کار رفت. پروسه انتخاب اعتبارسنج‌ها آسان نیست و البته داوطلبان نیز به‌راحتی کنار گذاشته نمی‌شوند؛ باید از بین داوطلبان، افراد بدکار شناسایی شوند و سپس حذف شوند. در نهایت، از آنجا که همه داوطلبان همین پروسه را طی می‌کنند و انتخاب می‌شوند، امنیت و قابل اطمینان بودن شبکه، تضمین می‌شود.

ویژگی‌های مکانیزم اثبات اعتبار

با این که شرایط ممکن است در سیستم‌های مختلف متفاوت باشد، اما الگوریتم اثبات اعتبار معمولا متکی به شرایط زیر است:

هویت‌های معتبر و قابل اعتماد:

ولیدیتورها باید هویت‌های واقعی خود را اثبات کنند.

دشوار بودن پروسه تبدیل شدن به اعتبارسنج:

داوطلب باید خواهان سرمایه‌گذاری و سپرده‌گذاری اعتبار خود باشد. سخت بودن پروسه انتخاب ولیدیتور، باعث کاهش ریسک ولیدیتورهای بدکار می‌شود و همچنین این موضوع باعث ایجاد انگیزه برای تعهد بلندمدت می‌شود.

استفاده از یک استاندارد برای تایید ولیدیتورها:

روشی که برای انتخاب اعتبارسنج‌ها به‌کار می‌رود، برای تمامی داوطلبان یکسان است.