اثبات اعتبار؛ نگهبان امنیت شبکه بلاکچین

الگوریتم اثبات اعتبار (Proof of Authority) در حال حاضر به عنوان یک جایگزین کارآمدتر برای همتایان قدیمی‌تر اجرا می‌شود. پروتکل اجماع اثبات اعتبار بدون نیاز به مشارکت ماینرها، قادر به انجام تراکنش‌های بیشتری در ثانیه است. در یک شبکه بلاکچین مبتنی بر الگوریتم اجماع (PoA)، تمام تراکنش‌ها و بلاک‌ها توسط حساب‌های تایید شده (validators) که جایگزین ماینرها می‌شوند، پردازش می‌شوند. در نتیجه، نیازی به صرف مقادیر زیادی از منابع برای حفظ عملکرد شبکه نیست و نگهداری چنین پلتفرم‌هایی را بسیار ارزان می‌کند. برای اینکه به طور کامل درک کنید که فرآیند اجماع در شبکه‌های مبتنی بر الگوریتم poa چیست این مطلب را تا انتها دنبال کنید.

چرا جایگزینی برای POW نیاز است؟

ایده ساتوشی ناکاموتو در ترکیب بین رمزنگاری و عدم تمرکز منجر به ایجاد بیتکوین و شروع انقلاب بلاکچین شد. در مرکز این ایده الگوریتم Proof of Work قرار داشت. اختراع خلاقانه‌ای که زیربنای شبکه بیتکوین را تشکیل می‌دهد و از آن در برابر اقدامات مخرب حفاظت می‌کند. اثبات کار نوعی اثبات رمزنگاری است که در آن یک گره (اثبات کننده) باید به گره‌های دیگر (تأیید کننده) ثابت کند که مقدار مشخصی از کار محاسباتی خاصی را برای حل هش یک بلوک انجام داده است. PoW به الگوریتم اجماع بسیاری از پروتکل‌های اصلی بلاکچین که پس از بیت‌کوین آمدند از جمله بیت کوین کش و لایت کوین تبدیل شد و همچنان مطمئن‌ترین روش است. با این حال، با گسترش کاربرد فناوری بلاکچین برخی از محدودیت‌های PoW به مرور آشکار شد. مهمترین آنها ماهیت انرژی بر بودن PoW بود که معضلات زیست محیطی را در پی‌دارد و از آنجایی که به تجهیزات و سخت افزار تخصصی نیاز دارد، مشارکت محدود می‌شود. همچنین توانایی شبکه‌های بلاکچین را برای مقیاس‌بندی محدود می‌کند.

مانند سایر بلاکچین‌های مبتنی بر PoW، بیتکوین عملکرد تراکنش در ثانیه (TPS) را محدود کرده است. گفته می‌شود که چنین محدودیتی به این دلیل است که بیتکوین به شبکه توزیع شده‌ای از گره‌ها وابسته است که مستلزم موفقیت در توافق در مورد وضعیت‌ بلاکچین‌اند، بدان معنی که قبل از تأیید یک بلوک تراکنش جدید، باید توسط اکثر گره‌های شبکه تأیید شود. زمان استخراج یک بلوک جدید بسیار کندتر از سایر روش‌های اجماع است و استخراج یک بلاک بیتکوین تقریباً ۱۰ دقیقه طول می‌کشد.

در تلاش برای یافتن جایگزینی PoW، الگوریتم‌های اثبات سهام (proof of stake) به عنوان یکی از محبوب‌ترین گزینه‌های اجماع ایجاد شده. اعتبارسنج‌ها کوین‌های خود را به اشتراک می‌گذارند تا شانس اضافه کردن یک بلوک به زنجیره و دریافت پاداش را داشته باشند. به جای رقابت ماینرها، اعتبارسنج‌ها به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند. 

نقاط قوت PoS واضح است: انگیزه مالی قوی‌ فراهم می‌کند تا اعتباردهندگان شبکه رفتار درست داشته باشند بدون آنکه نیاز به تلاش محاسباتی و تجهیزات تخصصی زیادی داشته باشد. راه‌های به اشتراک گذاری مالی به مقیاس پذیرتر شدن شبکه بلاکچین کمک می‌کند. بلاکچین‌های مبتنی بر اثبات سهم معمولاً عملکرد بسیار بهتری در مورد تعداد تراکنش‌ها در هر ثانیه نسبت به بیتکوین و بلاکچین‌های مبتنی بر اثبات کار دارند. به همین دلیل است که دومین شبکه بلاکچین محبوب جهان، در حال حاضر در حال انتقال از PoW به PoS است. با همه این‌ها اثبات سهام یک اشکال مهم نیز دارد که اغلب نادیده گرفته می‌شود. 

الگوریتم‌های اثبات سهام بر این فرض استوار است که افرادی که توکن‌های سهام یک شبکه را دارند، تشویق می‌شوند تا به نفع شبکه عمل کنند، در غیر این صورت خطر از دست دادن سهام خود را دارند. بنابراین منطقی به نظر می‌رسد که هر چه سهام یک شخص بزرگتر باشد، انگیزه بیشتری برای موفقیت شبکه دارد. با این حال، این نکته را در نظر نمی‌گیرد که در حالی که سهام یکسان ممکن است از نقطه نظر پولی به یک اندازه ارزش داشته باشند، ممکن است برای دارندگان آنها به یک اندازه ارزش نداشته باشند و دو سهم با ارزش برابر ممکن است به یک اندازه در معرض خطر قرار نگیرند. به عنوان مثال، شخصی که ۲۰٪ از کل دارایی‌های خود را در یک شبکه سپرده کند احتمالاً بر روی موفقیت آن شبکه بسیار بیشتر سرمایه گذاری می‌کند تا شخصی که ۱٪ از سرمایه خود را سهام دارد.

در کنار قوانین معروف اثبات کار و اثبات سهام، مکانیسم‌های توافق متفاوتی با استراتژی‌های مختلف برای دستیابی به اجماع در یک سیستم بلاکچین، از جمله اثبات زمان سپری شده PoET، اثبات فعالیت تفویض شده DPoA و… پیشنهاد شد. 

این همان جایی است که اثبات اعتبار (Proof of Authority) نیز به دنبال بهبود آن است. ایده پشت الگوریتم poa چیست؟ این است که به جای توکن‌ها، شرکت کنندگان شبکه هویت خود را به خطر اندازند. بدان معنا که برخلاف اکثر پروتکل‌های بلاکچین که هر کسی می‌تواند بدون افشای هویت خود به آن ملحق شود، اعتبارسنج‌ها در سیستم‌های اثبات اعتبار نهادهای شناخته‌شده‌ای هستند که اعتبار خود را برای تایید بلاک‌ها به خطر می‌اندازند. در اثبات اعتبار شرکت کنندگان برای حفظ موقعیتی که دریافت کرده‌اند انگیزه‌ قوی خواهند داشت. اعتبارسنج‌ها (validators) برای جلوگیری از تخریب شهرت خود، بایستی روند عادی معامله را حفظ کنند. بنابراین، بیشتر کاربران به نقش اعتبارسنجی که به سختی به دست آورده‌اند، ارزش قائل هستند. این تغییر در مدل PoS نیاز به در نظر گرفتن اختلافات مالی بالقوه بین اعتبارسنج‌ها را از بین می‌برد و تضمین می‌کند که همه شرکت‌کنندگان شبکه به یک اندازه برای موفقیت شبکه خود تلاش کنند.

فرآیند اثبات اعتبار چگونه عمل می‌کند؟

مکانیزم اجماع سیستمی است که تضمین می‌کند تراکنشها در شبکه معتبر هستند و همه کاربران شرکت کننده در مورد وضعیت دفتر کل توافق دارند. بلاکچین‌ها را می‌توان به دو گروه بدون مجوز و مجوزدار تقسیم کرد. هر دو از فناوری پایه یکسانی استفاده می‌کنند، اما از نظر دسترسی و مشارکت متفاوت هستند. بلاکچین‌های بدون مجوز دارای دسترسی باز هستند و هر کسی که تجهیزات مناسبی داشته باشد می‌تواند در آن شرکت کند، اما بلاک‌چین‌های مجاز خصوصی هستند و همه گره‌ها باید از قبل احراز هویت شده باشند و استفاده از شبکه تنها با مجوز اعطا می‌شود. در حالی که بلاکچین‌های بدون مجوز عمومی از مکانیسم‌های اجماع مانند اثبات کار و اثبات سهام استفاده می‌کنند، بلاکچین‌های مجاز به الگوریتم‌های اجماع جایگزین نیاز دارند. 

 دنیای بلاکچین به دنبال راه‌هایی برای فراروی از Proof of Work و رفع محدودیت‌های این روش اجماع بوده است تا این که در سال ۲۰۱۵ توسط گاوین وود، بنیانگذار اتریوم، الگوریتم اجماع اثبات اعتبار معرفی شد. الگوریتم اثبات اعتبار با حل مشکلات سایر روش‌های جایگزین اجماع مانند Proof-of-Stake، به یکی از برجسته‌ترین مکانیسم‌های اجماع تبدیل شد. اثبات اعتبار PoA، یا به عبارت دیگر Proof of Staked Authority گونه‌ای مکانیسم اجماع اثبات سهم است که  مشارکت‌کنندگان شبکه به جای توکن‌ها، هویت و شهرت خود را به اشتراک می‌گذارند. قانون توافق در اثبات اعتبار از ارزش هویت‌ها و شناسه‌ آن‌ها استفاده می‌کند، به این معنی که اعتبارسنج‌ها ارزها را استیک نمی‌کنند، بلکه نام خود را به جای آن قرار می‌دهند. مدل اثبات اعتبار به بازه محدودی از اعتبارسنجی‌های بلوک بستگی دارد. 

بلوک‌ها و تراکنش‌ها توسط شرکت‌کنندگان از پیش تأیید شده مجوز می گیرند که به‌عنوان ناظر سیستم عمل می‌کنند. تأییدکننده (validators) پروتکلی را برای قرار دادن تراکنش‌ها در بلوک اجرا می‌کنند. این فرآیند خودکار است و نیازی به نظارت مداوم بر سیستم‌های خود ندارد. بنابراین، بلاکچین‌های مبتنی بر اثبات اعتبار توسط گره‌های تایید شده‌ای که به‌طور تصادفی به‌عنوان نهادهای اعتبارسنج انتخاب می‌شوند، ایمن می‌شوند. 

ماهیت مکانیسم اثبات اعتبار اطمینان به هویت اعتبارسنج‌ هاست. بدین ترتیب عنصر اعتماد در مرکز المان‌های کسب مجوز قرار می‌گیرد. این روند ساده‌ای نیست و شرکت کنندگان ضعیف حذف خواهند شد، بنابراین تنها شرکت کنندگان شناخته شده می‌توانند این موقعیت را داشته باشند. در نهایت، این فرآیند تضمین می‌کند که همه اعتبار‌دهنده‌ها یک روش را طی می‌کنند، که یکپارچگی و امنیت شبکه را تضمین می‌کند. برای مجاز شدن، گره‌ها باید صلاحیت خود برای انجام این کار را با رعایت شرایط خاصی ثابت کنند برای مثال قرار گرفتن در یک کشور خاص، ارتباط با سازمان، داشتن جایگاه اخلاقی و شهرت خوب و داشتن هویت رسمی در زنجیره. در برخی موارد تأییدکنندگان باید با همان هویتی که در پلتفرم دارند، خود را در پایگاه داده اسناد رسمی ثبت کنند. برای اینکه یک مشارکت کننده شبکه به عنوان اعتبارسنج (validators) انتخاب شود، باید سه شرط اساسی را رعایت کند:

• هویت باید به طور رسمی در دامنه عمومی شبکه تأیید شود و امکان بررسی متقابل اطلاعات و هویت واقعی وجود داشته باشد.
• به دست آوردن حق انتخاب به‌عنوان اعتبارسنجی که مجاز به تأیید بلوک‌ها باید منحصر به فرد باشد.
• روش انتخاب اعتبارسنج‌ها برای همه شرکت کنندگان باید یکسان باشد و هماهنگی کامل در بررسی‌ها و رویه‌های اجماع وجود داشته باشد.

مراحل اجماع پروتکل PoA را می‌توان به مراحل زیر خلاصه کرد:

• پروتکل یک اعتبارسنج را به طور تصادفی برای تایید بلوک انتخاب می‌کند. هرچه رتبه اعتبارسنج بالاتر باشد، شانس بیشتری دارد که برای تایید بلوک بعدی انتخاب شود.
• اعتبارسنج انتخاب شده تراکنش‌های یک بلوک را دریافت کرده و آنها را تأیید می‌کند.
• اعتبارسنج‌های دیگر بلوک تایید شده توسط اعتبارسنج اولیه را تایید می‌کنند. 
• به محض رسیدن به توافق، بلوک به زنجیره اصلی اضافه شده و زنجیره به‌روز می‌شود.

فرآیند ماینینگ در پروتکل اثبات اعتبار

هدف ماینینگ، ایجاد انگیزه برای گره‌ها برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و مشارکت در حفظ صادقانه سابقه یک بلاکچین عمومی غیرمتمرکز بدون مجوز است. اما یک بلاکچین مجاز که الگوریتم اثبات اعتبار را اجرا می‌کند، نیازی به استخراج تراکنش‌ها ندارد و برای اضافه کردن بلوک‌ها به زنجیره نیازی به حل مسائل پیچیده ریاضی نیست. زمانی که اکثر گره‌های از پیش مجاز تراکنش بلوک‌ها را امضا می‌کنند، بلوک‌ها به یک زنجیره مجاز اضافه می‌شوند. در یک بلاکچین خصوصی که در آن همه گره‌های شرکت‌کننده از قبل شناسایی و از قبل مجاز شده‌اند، نیازی به ایجاد انگیزه نیست. بنابراین نیازی به ماینینگ نیست. 

این می‌تواند هزینه‌های نگهداری شبکه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

قدرت ماین هر اعتبارسنج می‌تواند از ۰٪ تا ۱۰۰٪ باشد. همه چیز بر اساس وسعت کار و درجه اقتدار اعتبارسنج‌های باقی مانده به دست می‌آید. هر تراکنش مستلزم مشارکت حداقل دو گره با اقتدار بیشتر از گره اولیه است. بنابراین، هیچ عملیات ماینی با مجوز امضا امکان پذیر نیست. اعتبارسنج‌های تایید شده در تراکنش‌ها و بلوک‌ها مشارکت دارند، به این معنی که از ظرفیت‌های آنها برای تایید همه عملیات استفاده می‌شود. سرویس‌های اثبات اعتبار می‌توانند قدرت محاسباتی را برای پردازش تراکنش‌های مشترک ترکیب کنند و در نتیجه توان عملیاتی کل شبکه را افزایش دهند.

شرایط اجماع الگوریتم poa چیست؟

 انسجام پروتکل آن به موارد زیر بستگی دارد:

• افراد فعال و قابل اعتماد: تأیید کنندگانی که باید خود را معرفی کنند.
• دشواری اعتبارسنجی: متقاضی اعتبارسنجی باید آماده باشد تا پول سرمایه گذاری کند و شهرت خود را به خطر بیندازد. یک فرآیند سخت، خطر انتخاب اعتباردهنده‌های مشکوک را کاهش می‌دهد و تعهد بلندمدت را ایجاد می‌کند.
• استاندارد تأیید اعتبارسنجی: روش انتخاب اعتبار سنجی باید برای همه داوطلبان یکسان باشد.

ویژگی های الگوریتم poa چیست؟

 PoW، PoS یا PoA همگی مزایا و معایب متمایز خود را دارند. جنبه غیرمتمرکز بیتکوین یک سیستم اقتصادی امن و قابل اعتماد را فراهم می‌کند ولی در طرف مقابل پتانسیل آن را برای استفاده گسترده‌تر محدود می‌کند. تمرکززدایی در جامعه ارزهای دیجیتال از بالاترین ارزش برخوردار است اما ویژگی‌های ذاتی سیستم‌های اثبات اعتبار در تضاد کامل با نحوه عملکرد بلاکچین‌ است، در واقع PoA به عنوان یک مکانیسم اجماع، تمرکززدایی را برای دستیابی به توان عملیاتی و مقیاس‌پذیری بالا قربانی می‌کند.

محدودیت‌ها

شبکه‌های مبتنی بر اثبات اعتبار معمولاً تعداد نسبتاً کمی از گره‌های اعتبارسنج دارند که باعث می‌شود کمتر غیرمتمرکز باشند و به همین دلیل ساختار آن را برای بلاکچین‌های عمومی مانند بیتکوین و اتریوم که صدها یا حتی هزاران گره تایید کننده دارند، غیرعملی می‌کند. مکانیسم اثبات اعتبار از تمرکززدایی چشم پوشی می‌کند. بنابراین می‌توان گفت که این مدل الگوریتم اجماع صرفاً تلاشی برای ایجاد سیستم‌های متمرکز است که کارآمدتر باشند. 

شبکه‌های میتنی بر اثبات اعتبار معمولاً موجودیت‌هایی با شهرت تثبیت‌شده را به‌عنوان اعتبارسنج (validators) خود می‌پذیرند، که دستیابی به آن معمولاً برای یک فرد عادی دور از دسترس است. با این وجود اجرای مواردی مانند سانسور و فهرست سیاه در شبکه می‌تواند به راحتی جنبه‌های تغییرناپذیری را زیر سوال ببرد.

با اینکه اعتبارسنج‌ها در مرحله اخذ مجوز بررسی می‌شوند و قابل اعتماد هستند و امکان حمله شخص ثالث را از بین می‌برد اما از آنجایی که هویت اعتباردهنده‌ها برای همه قابل مشاهده است اگر یک شرکت کننده رقیب قصد ایجاد اختلال در یک شبکه مبتنی بر Poa را داشته باشد، ممکن است تلاش کند تا بر دیگر اعتبارسنج‌های شناخته شده تأثیر بگذارد.  شهرت همیشه نمی‌تواند شرکت کنندگان را از اقدامات مخرب باز دارد. اگر پاداش تقلب ارزشمندتر از اعتبار باشد، یک شرکت کننده می‌تواند به سیستم آسیب برساند.

مزایا 

• توان عملیاتی بالا دارند.
• به توان محاسباتی کمی نیاز دارد.
• به تجهیزات تخصصی نیاز ندارد.

موارد استفاده از الگوریتم اثبات اعتبار چیست؟

در ادامه به بررسی این موضوع می‌پردازیم که الگوریتم اثبات اعتبار اصلا در چه شرایطی کاربردی است:

• الگوریتم اثبات اعتبار یک گزینه عالی برای یک زنجیره جانبی است. برای مثال یک زنجیره جانبی عمومی در اتریوم متکی به تأییدکننده‌های (validators) از پیش انتخاب‌ شده‌ای است که هویت‌شان عمومی و قابل تأیید باشد.
• الگوریتم منسجم اثبات اعتبار را می‌توان در سناریوهای مختلف اعمال کرد. با توجه به کم بودن تعداد اعتبارسنج‌ها، اثبات اعتبار برای شبکه‌های سطح سازمانی مانند کنسرسیوم‌های زنجیره بلوکی و سایر شبکه‌های خصوصی که از قبل سطحی از اعتماد در بین اعضا وجود دارد، مناسب‌تر است. در عین حال با بهره بردن از ویژگی فناوری بلاکچین محرمانگی شرکت نیز حفظ می‌شود. 
• پروتکل اجماع Poa یک امکان با ارزش برای کاربردهای لجستیکی تلقی می‌شود و در زنجیره‌های تامین یک راه حل کارآمد و مقرون به صرفه در نظر گرفته می‌شود. هر نهاد جداگانه می‌تواند مجوزها و سطحی از شفافیت خود را داشته باشد که عملیات را از ردیابی موجودی تا پرداخت صورت‌حساب ساده می‌کند. 
• الگوریتم اجماع PoA برای ایجاد یک محیط کنترل برای آزمایش ویژگی‌های یک شبکه تست قبل از راه‌اندازی آنها در شبکه اصلی ایده‌آل است. سه مورد از شبکه‌های آزمایشی بر روی اتریوم، یعنی Kovan، Goerli و Rinkeby از اثبات اعتبار استفاده می‌کنند. Polkadot نیز قبل از اینکه برای انتشار کامل به PoS تغییر کند، به‌صورت نسخه بتا به‌عنوان یک شبکه PoA راه‌اندازی شد.
• یکی از موارد استفاده شناسایی شده با استفاده از الگوریتم PoA، توسعه بازی‌های آنلاین است که می‌توان آن‌ها را به میزان قابل‌ توجهی مقیاس‌بندی کرد. برای گیمرها، حداقل هزینه تراکنش مزیت است که توسط راه حل‌های مبتنی بر اثبات اعتبار بدست می‌آید. علاوه بر این، شبکه PoA سه برابر سریع‌تر از اتریوم است و در نتیجه حجم کاری سرور را کاهش می‌دهد.

چند مثال از شبکه‌های اثبات اعتبار

در ادامه با چند نمونه از شبکه های اثبات اعتبار آشنا می‌شویم.

توسعه دهندگان شبکه POA در واقع یک سیستم مسترنود را پیاده سازی کرده‌اند که شامل افراد واقعی می‌شود. تمام اعتبارسنج‌های آن باید دارای مجوز رسمی دفتر اسناد رسمی در ایالات متحده باشند. از آنجایی که شبکه POA با اتریوم سازگار است،  برنامه‌ها را می‌توان به راحتی با زمان پاسخگویی سریعتر و پهنای باند بالاتر در شبکه اوراکل حمل و اجرا کرد. بلوک با میانگین زمان ۵ ثانیه ایجاد می‌شود. هر شبکه اوراکل ظرفیت فعلی حدود ۱.۵ میلیون تراکنش در روز را دارد. همچنین دارای یک پل زنجیره‌ای است که هر شبکه سازگار با اتریوم را به هم متصل می‌کند. یک مورد معمول استفاده أن صدور توکن پروژه‌های ICO است.

VeChainThor شاید برجسته‌ترین نمونه از یک شبکه عمومی با استفاده از اجماع اثبات اعتبار PoA باشد. هدف این شبکه ارائه راه حل‌های سازمانی مبتنی بر بلاکچین است.

 مایکروسافت Azure نمونه دیگری است. پلتفرم Azure بدون نیاز به تعریف ارز بومی راه حل‌هایی را برای شبکه‌های شخصی ارائه می‌دهد که نیازی به ماینینگ نیست و از آنجایی که عملیات استخراج صورت نمی‌گیرد نیازی به پرداخت هزینه گس ندارند.

پروتکل Quorum مبتنی بر PoA برای مدیریت حقوق محتوا و حق امتیاز در Xbox Live راه‌اندازی شده است. ناشران می‌توانند تقریباً در زمان واقعی به داده‌ها دسترسی داشته باشند. نتیجه کاهش زمان تسویه تراکنش، از ۴۵ روز به چند دقیقه، و کاهش ۶۶ درصدی هزینه تراکنش است.

پاول دوروف قصد دارد از الگوریتم اثبات اعتبار برای استخراج ارز دیجیتال داخلی تلگرام به نام Gram استفاده کند.

آینده اثبات اعتبار

الگوریتم اجماع اثبات اعتبار در حال تبدیل شدن به یکی از بالغ‌ترین نسخه‌های فناوری بلاکچین است. این الگوریتم سریعتر از سایر الگوریتم‌های اجماع است. ویژگی سیستم‌های Poa تفاوت آشکاری با نحوه عملکرد دیگر بلاکچین‌ها دارند. PoA یک رویکرد انگیزشی ارائه می‌کند که می‌توان آن را به عنوان یک راه‌حل رو به رشد برای برنامه‌های بلاکچین شخصی در نظر گرفت. احتمالاً PoA بیشترین کاربرد را در بخش سازمانی خواهد داشت. رهبران بازار Walmart و GE Aviation از پروتکل PoA برای ردیابی زنجیره‌های تامین استفاده می‌کنند و مایکروسافت خط کاملی از محصولات سازمانی مبتنی بر PoA ایجاد کرده است. با اینکه در حال حاضر الگوریتم اثبات اعتبار برای ایجاد شبکه‌های فشرده متناسب با نیازهای تعداد محدودی از سهامداران شناخته شده اما احتمالا با رفع نواقص در آینده شکبه‌های مبتنی بر الگوریتم‌های مبتنی بر PoA می‌توانند پلتفرم‌های عمومی با هزاران یا حتی میلیون‌ها کاربر را پشتیبانی کنند. نظر شما درباره این الگوریتم اجماع و کاربردهای آن چیست؟