ما هي خوارزمية الإجماع في سلسلة البلوكشين؟

المقدمة

خوارزمية الإجماع آلية تمكن المستخدمين أو الآلات من التنسيق في بيئة موزعة. وينبغي أن تضمن هذه الخوارزمية أن يتمكن جميع الفاعلين في النظام من الاتفاق على مصدرٍ واحد للحقيقة، حتى وإن أخفق بعض الفاعلين في ذلك. بعبارة أخرى، ينبغي أن يكون النظام متحملاً للأخطاء (انظر أيضاً: شرح تحمل الخطأ البيزنطي).

وفي بيئة مركزية، يتمتع كيان واحد بسلطة على النظام. وفي أغلب الحالات، يمكن لهذا الكيان إجراء أي تغييرات يرغب فيها – فلا يوجد نظام حوكمة معقد للتوصل إلى الإجماع بين المديرين المتعددين.

لكن في بيئة لامركزية، تختلف القصة تماماً. افترض أنك تتعامل مع قاعدة بيانات موزعة – كيف تتوصل إلى اتفاق بشأن الخانات التي يمكن إضافتها؟

والتغلب على هذا التحدي في بيئة لا يثق فيها الغرباء ببعضهم كان التطور الأهم الذي مهد الطريق على الأرجح لنشأة سلاسل البلوكشين. في هذا المقال، سنلقي نظرة على أهمية خوارزميات الإجماع لتشغيل العملات الرقمية والسجلات الموزعة.

خوارزميات الإجماع والعملات الرقمية

في العملات الرقمية، تُسجَّل أرصدة المستخدمين في قاعدة بيانات – البلوكشين. ومن المهم أن يحتفظ كل فرد (أو على وجه الدقة، كل عقدة على الشبكة) بنسخة متطابقة من قاعدة البيانات. وإلا سينتهي المطاف إلى تعارض المعلومات، ما يفسد الغرض من شبكة العملات الرقمية.

ويضمن تشفير المفاتيح العامة أن المستخدمين لا يمكنهم إنفاق عملات بعضهم. لكن تظل الحاجة إلى مصدر منفرد للحقيقة يعتمد عليه المشاركون في الشبكة، ليتمكنوا من تحديد إذا ما كانت الأموال قد أُنفقت بالفعل.

واقترح ساتوشي ناكاموتو، مؤسس البيتكوين، نظاماً لدليل العمل للتنسيق بين المشاركين. وسنتناول آلية دليل العمل بعد قليل – أما الآن، فسنحدد بعض الصفات المشتركة للعديد من خوارزميات الإجماع الموجودة.

أولاً، يجب على المستخدمين الراغبين في إضافة الكتل (وسنسمي هؤلاء المدققين) تخزين حصة. والحصة المخزنة هي شكل من أشكال القيمة ينبغي أن يقدمه المدقق وهي ما يُثنيه عن التصرف بعدم نزاهة. فإن مارس المدقق الغش، سيخسر الحصة المخزنة. ومن أمثلة الحصة القوة الحاسوبية والعملات الرقمية بل وسمعة المدقق.

لكن لِمَ قد يخاطر المدقق بموارده؟ حسناً، هناك أيضاً مكافأة لذلك. وتتمثل هذه المكافأة عادةً في العملية الأصلية للسلسلة وهي مؤلفة من الرسوم التي يدفعها مستخدمون آخرون، أو وحدات العملات الرقمية المسكوكة حديثاً، أو كليهما.

وآخر المتطلبات هو الشفافية. ينبغي أن نتمكن من رصد ممارسات الغش. والوضع المثالي أن يكون إنتاج الكتل مكلفاً لكن التدقيق فيها قليل التكلفة يقدر عليه أي شخص. وهذا يضمن أن يراقب المستخدمون العاديون تصرفات المدققين.

أنواع خوارزميات الإجماع

دليل العمل (PoW)

دليل العمل (PoW) هو الأب الروحي لخوارزميات الإجماع على البلوكشين. وأول الشبكات التي طبقتها هي البيتكوين، لكن المفهوم الفعلي كان موجوداً لبعض الوقت. في دليل العمل، يقوم المدققون (المشار إليهم بالمعدنين) بتجزئة أو تهشير البيانات التي يرغبون في إضافتها حتى يصلون على حلٍ محدد.

والهاش هو سلسلة تبدو عشوائية من الحروف والأرقام تُنشأ عندما تُدخل البيانات إلى دالة تجزئة. لكن إن أدخلت البيانات نفسها في الدالة مرة أخرى، ستحصل على المخرجات نفسها. وإن غيرت تفصيلة واحدة، سيتغير الهاش بالكامل.

ولا يمكن من المخرجات معرفة المعلومات المدخلة إلى الدالة، لذا فهي مفيدة لإثبات أنك كنت تعرف جزءاً من البيانات قبل وقتٍ ما. فيمكنك أن تعطي شخصاً الهاش لذلك الشخص، وحين تكشف عن البيانات لاحقاً، يمكن لذلك الشخص إدخال الهاش في الدالة ليتأكد من تطابق المخرجات.

وفي دليل العمل، يضع البروتوكول شروطاً لما يجعل الكتلة دقيقة. فيمكن أن نقول على سبيل المثال إن الكتلة التي تبدأ بالرقمين 00 هي كتلة دقيقة. والطريقة الوحيدة التي يمكن للمعدن بها إنشاء هاش مطابق لهذه التركيبة هي إغراق الدالة بالمدخلات. ويعدل المعدنون بعض المعايير في بياناتهم للخروج بنتيجة مختلفة لكل تخمين حتى يصلون في النهاية إلى الهاش السليم.

وفي سلاسل البلوكشين الكبرى، تكون المعايير عالية للغاية. كي تتنافس مع المعدنين الآخرين، ينبغي أن تملأ مخزناً بأجهزة مخصصة للتجزئة لاستعمال الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) لتتاح لك فرصة إنتاج كتلة سليمة.

وحصتك المخزنة عندما تمارس التعدين هي آلات التعدين والطاقة الكهربية المطلوبة لتشغيلها. ودارات أيرك مصممة لهدف واحد، لذا لا يمكن استعمالها في تطبيقات أخرى بخلاف تعدين العملات الرقمية. الطريقة الوحيدة لاسترداد استثمارك الأولي هي التعدين، وستحصل على مكافأة ضخمة إن نجحت في إضافة كتلة إلى سلسلة البلوكشين.

ويسهل على الشبكة التحقق من أنك قد أنتجت كتلة صحيحة. فحتى إن جربت تريليونات التركيبات للحصول على الهاش الصحيح، سيتعين على الشبكة إدخال بياناتك في الدالة مرة واحدة فقط. وإن أنتجت بياناتك هاش سليماً، ستقبلها الشبكة وستحصل على مكافأتك. وإلا سترفض الشبكة البيانات، وستكون قد أضعت المال والكهرباء ولم تحصل على مقابل.

دليل ربط الحصة (PoS)

واقتُرِح دليل الحصة (PoS) في الأيام الأولى للبيتكوين بديلاً لدليل العمل. في نظام دليل الحصة، لا يوجد المعدنون أو المعدات المتخصصة أو الاستهلاك الضخم للطاقة. كل ما تحتاج إليه هو حاسوب عادي.

لا، ليس هذا كل ما تحتاج إليه. فستحتاج أيضاً إلى المخاطرة. في دليل الحصة، لا تضع مورداً خارجياً (مثل الكهرباء أو المعدات)، بل داخلياً – العملات الرقمية. وتختلف القواعد من بروتوكول إلى آخر، لكن يوجد عادةً حداً أدنى من الأموال التي ينبغي عليك حيازتها لكي تصبح مؤهلاً للتخزين.

وبعدها يمكنك تجميد رصيدك في محفظة (بحيث لا يمكن نقله في أثناء تخزين الحصة). وتتفق عادةً مع المدققين الآخرين على أي المعاملات ستدخل إلى الكتلة القادمة. بطريقة ما، أنت تراهن على أن الكتلة الخاصة بك هي التي سيتم اختيارها، وسيختار البروتوكول إحدى هذه الكتل.

وإن وقع اختيار البروتوكول على الكتلة الخاصة بك، ستحصل على جزء من رسوم المعاملات وفقاً لحصتك. فكلما جمدت مبلغاً أكبر، حققت ربحاً أكبر. لكن إن حاولت ممارسة الغش عن طريق اقتراح معاملات فاسدة، ستخسر جزءاً من حصتك (أو كلها). وبذلك لدينا آلية مشابهة لدليل العمل – تجعل النزاهة مربحة أكثر من الغش.

وعموماً، لا توجد أي عملات مسكوكة حديثاً ضمن مكافأة المدققين. لذا ينبغي إصدار العملة الأصلية لسلسلة البلوكشين بطريقة أخرى. وهذا يمكن أن يحدث إما بالتوزيع الأولي (كما في الطرح الأولي للعملات والطرح الأولي للتبادل) أو بإطلاق البروتوكول أولاً باستعمال دليل العمل ثم التحويل لاحقاً إلى دليل الحصة.

وحتى يومنا هذا، لم يتم تشغيل دليل الحصة إلا في العملات الرقمية الصغرى. لذا، ليس من الواضح إذا ما كانت لتمثل بديلاً فعالاً لدليل العمل. فأساسها النظري سليم، لكن التطبيق أمرٌ مختلف تماماً.

فما إن يتم تشغيل دليل الحصة على شبكة تحتوي على كمية كبيرة من القيمة، سيصبح النظام مرتعاً لنظرية اللعبة والدوافع المالية. وأي شخص يمكنها "اختراق" نظام دليل الحصة سيفعل ذلك فقط ليحقق استفادته الشخصية – لذا فإن الطريقة الوحيدة التي نعرف بها إذا ما كان النظام ذا جدوى هو تجربته على شبكة مباشرة.

وسنرى دليل الحصة يُختبر على نطاق واسع قريباً – فترقية Casper سيتم تنفيذها ضمن سلسلة من الترقيات على شبكة الإيثيريوم (المعروفة بالإيثيريوم 2.0).

خوارزميات الإجماع الأخرى

دليل العمل ودليل الحصة هما أكثر خوارزميتي إجماع خضعتا للمناقشة. لكن هناك تشكيلة ضخمة من الخوارزميات الأخرى، وكلها لها مميزاتها وعيوبها. تفقد المقالات الآتية:

أفكار ختامية

إن آليات تحقيق الإجماع بالغة الأهمية لعمل الأنظمة الموزعة. ويؤمن كثيرون بأن الابتكار الأعظم لشبكة البيتكوين هو استعمال دليل العمل لتمكين المستخدمين من الموافقة على مجموعة مشتركة من الحقائق.

وتمثل خوارزميات الإجماع اليوم أساساً، ليس فقط لأنظمة النقود الرقمية بل لسلاسل البلوكشين التي تتيح للمطورين تشغيل الأكواد عبر شبكة موزعة. وهذه الخوارزميات هي الآن من أركان تكنولوجيا البلوكشين وهي بالغة الأهمية لعمل العديد من الشبكات الموجودة حالياً على المدى الطويل.

ومن بين كل خوارزميات الإجماع، يظل دليل العمل هو الخوارزمية السائدة. ولم يُقترح حتى الآن بديلٌ أكثر موثوقية وأمناً. ومع ذلك، تُبذل الكثير من جهود الأبحاث والتطوير للخروج ببدائل لدليل العمل، وسنرى على الأرجح المزيد منها تظهر في الأعوام القادمة.