الگوریتم اثبات کار (PoA) یک الگوریتم اجماع بلاک چین است که در ارزهای دیجیتال و سیستم‌های مشابه استفاده می‌شود. این الگوریتم برای اطمینان از صحت تمام تراکنش‌های روی بلاک چین و همچنین برای اطمینان از رضایت همه ماینرها استفاده می‌شود. اثبات فعالیت ترکیبی از دو الگوریتم اجماع بلاکچین دیگر است: اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS).
آشنایی با الگوریتم اثبات فعالیت
بیت کوین، محبوب ترین ارز دیجیتال، از الگوریتم اثبات کار اجماع استفاده می کند. وجه تمایز این الگوریتم افزایش سطح دشواری استخراج در طول زمان است. این روش همچنین از هک شدن شبکه بیت کوین جلوگیری می کند. با این حال، به دلیل افزایش سختی استخراج، باید از مقادیر بیشتری از توان محاسباتی استفاده شود. در نتیجه علاوه بر مصرف انرژی بیشتر، هزینه های بیشتری (از جمله هزینه های فرسودگی سخت افزار) نیز به همراه خواهد داشت و همانطور که احتمالا می دانید این امر اثرات زیادی بر محیط زیست خواهد داشت.
با استفاده از سیستم PoW، یک ماینر می‌تواند تراکنش‌ها را بر اساس میزان کار مؤثری که قبلاً روی بلاک چین انجام داده است، ماین کند یا تأیید کند. با افزایش هزینه های انرژی و سخت افزار و در نتیجه افزایش دشواری استخراج در شبکه های اثبات کار، سیستم اثبات سهام به عنوان یک جایگزین ظاهر شده است. با یک سیستم PoS، توانایی ماینر برای استخراج یا تأیید تراکنش ها به تعداد توکن هایی که در اختیار دارند بستگی دارد. اگرچه سیستم PoS مصرف انرژی را کاهش می دهد، اما یک عارضه جانبی ناخواسته این است که می تواند انباشت (به جای خرج کردن) ارزهای دیجیتال را افزایش دهد.
هر دو سیستم اثبات کار و اثبات سهام برای جلوگیری از احتمال حمله 51 درصدی طراحی شده اند، وضعیتی که گروهی از شرکت کنندگان بیش از نیمی از قدرت محاسباتی استخراج شبکه را در اختیار دارند. خطر حمله 51 درصدی این است که این گروه می‌تواند کنترل کاملی بر شبکه داشته باشد: از جمله قدرت جلوگیری از تأیید تراکنش‌های جدید، توقف پرداخت‌ها بین کاربران مختلف بلاک چین و حتی تراکنش‌های گذشته در حین کنترل آنها، که خطر دوبرابر هزینه را به همراه خواهد داشت. برای سایر کاربران PoA از احتمال حملات 51٪ مانند POW و POS جلوگیری می کند زیرا نمی توان پیش بینی کرد که اعتبارسنجی بعدی چه کسی خواهد بود و رقابت برای ذخیره سکه بین اعتبار سنجی ها از تجمع قدرت محاسباتی در یک گروه جلوگیری می کند.
فرآیند استخراج در الگوریتم اثبات فعالیت
سیستم اثبات فعالیت تلاشی برای ترکیب بهترین جنبه های سیستم های PoW و PoS است. در اثبات فعالیت، فرآیند استخراج به عنوان یک فرآیند اثبات کار آغاز می شود: ماینرهای مختلف سعی می کنند با قدرت محاسباتی بالاتر از یکدیگر پیشی بگیرند تا یک بلوک جدید پیدا کنند. هنگامی که یک بلوک جدید پیدا می شود (یا استخراج می شود)، سیستم به اثبات سهام تغییر می کند و بلوک تازه کشف شده فقط یک هدر و آدرس پاداش ماینر دارد. بر اساس جزئیات هدر، یک گروه تصادفی جدید از اعتبار سنجی ها در شبکه بلاک چین انتخاب می شود. آنها باید بلوک جدید را تأیید یا امضا کنند. هر چه یک اعتبار سنج بیشتر باشد، شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان امضاکننده دارد.
وقتی همه اعتبار سنجی ها بلوک تازه کشف شده را امضا می کنند، آن بلوک وضعیت یک بلوک کامل را به دست می آورد، شناسایی و به شبکه بلاک چین اضافه می شود و تراکنش ها در آن ثبت می شوند. اگر برخی از امضاکنندگان انتخاب شده برای تکمیل امضا و اعتبارسنجی بلوک در دسترس نباشند، فرآیند به بلوک برنده بعدی منتقل می‌شود و تعدادی اعتبارسنجی جدید به‌طور تصادفی انتخاب می‌شوند (بر اساس تعداد سهام آنها). این روند تا زمانی ادامه می یابد که بلوک برنده تعداد امضاکنندگان مورد نیاز را دریافت کند و به یک بلوک کامل تبدیل شود. هزینه‌ها یا پاداش‌های ماینینگ بین ماینر و اعتبارسنجی‌های مختلفی که در نقش‌های مربوطه خود برای امضای بلوک مشارکت کرده‌اند تقسیم می‌شود.
مزایا و معایب الگوریتم اثبات فعالیت
مزیت اصلی الگوریتم اثبات کار امنیت آن است. با ترکیب نقاط قوت Proof of Stake و Proof of Work، Proof of Activity خطر حمله را تا 51 درصد کاهش می دهد. این به این دلیل است که یک مهاجم باید هر دو سیستم اثبات کار و اثبات سهام را بشکند. به عبارت دیگر داشتن هش بالای 50 درصد و داشتن تعداد قابل توجهی سکه. طرفداران PoA می گویند که در آینده امکان اندازه گیری سطح مشارکت استخراج کنندگان و ذینفعان در شبکه وجود خواهد داشت که آنها را تشویق به مشارکت در فرآیند اعتبار سنجی می کند. به نوبه خود، با اجازه دادن به گره های PoW و PoS برای تعامل با یکدیگر، الگوریتم Proof of Work یک توپولوژی شبکه پیشرفته را ارتقا می دهد.
با این حال، ادغام اثبات کار و اثبات سهام نیز به دو برابر قدرت محاسباتی مورد نیاز برای اجرای پروتکل نیاز دارد. این امر منجر به مصرف بیش از حد انرژی می شود که برای محیط زیست مضر است. با اينكه الگوریتم اثبات کار ادعا می‌کند که کارمزد تراکنش‌های کمتری دارد، اما اجرای یک الگوریتم اجماع محاسباتی مانند PoA به سخت‌افزار استخراج پیشرفته نیاز دارد که برای برخی از ماینرها سرمایه‌گذاری سنگینی است.
یکی دیگر از نقاط ضعف احتمالی این است که جمع‌آوران سکه هنوز شانس بیشتری برای قرار گرفتن در لیست امضاکنندگان و دریافت جوایز بیشتر دارند. علاوه بر این، برخی از جامعه ارزهای دیجیتال معتقدند که علیرغم یک فرآیند اعتبارسنجی قوی تر، PoA هنوز مشکل امضای دوگانه را متوقف نمی کند.
با وجود نقص‌های آن، PoA یک مثال واقعی از این است که چگونه محققان بلاک چین دائماً برای بهبود الگوریتم‌های اجماع تلاش می‌کنند تا تراکنش‌ها را ایمن‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر کنند.
نمونه هایی از الگوریتم های اثبات کار
Decred (DCR) محبوب ترین ارز دیجیتال است که از الگوریتم اجماع اثبات فعالیت استفاده می کند. در Decred، بلوک ها تقریباً هر پنج دقیقه ایجاد می شوند. فرآیند استخراج برای Decred با گره‌ها (رایانه‌های شرکت‌کننده در شبکه) شروع می‌شود که به دنبال راه‌حلی برای یک معمای رمزنگاری با مقداری دشواری برای ایجاد یک بلوک جدید هستند. تا کنون، این فرآیند شبیه به سیستم اثبات کار است. پس از یافتن راه حل، به شبکه پخش می شود و پس از آن شبکه راه حل را تأیید می کند. در این مرحله، سیستم به اثبات سهام تبدیل می شود.
هرچه تعداد DCR های بیشتری از یک گره کشیده شود، احتمال رای دادن به بلوک بیشتر می شود. (در بلاک چین DCR، ذینفعان بلیت هایی به دست می آورند که در ازای استخراج DCR به آنها حق رای می دهد.) پنج بلیط به طور تصادفی از مجموعه بلیط ها انتخاب می شوند. اگر از هر پنج نفر حداقل سه نفر به تایید اعتبار بلاک رأی دهند، آن بلوک به طور دائم به بلاک چین اضافه می شود. هم ماینرها و هم رای دهندگان با توکن های DCR پاداش می گیرند. مثال دیگر Espers (ESP) است. ESP در سال 2016 راه‌اندازی شد و به عنوان یک پروژه بلاک چین با هدف ارائه پیام‌های امن، وب‌سایت‌های زنجیره‌ای و در مجموع یک تجربه کاربری لذت‌بخش معرفی می‌شود.
نتیجه
در این مقاله با الگوریتم اثبات کار ملاقات کردم. این مکانیزم در واقع ترکیبی از دو مکانیسم شناخته شده اثبات کار و اثبات سهام است و در نتیجه مزایای استفاده از هر دو فرآیند را ارائه می دهد و به نظر می رسد انتخاب مناسبی برای جلوگیری از حمله 51 درصدی باشد، اما در از سوی دیگر، مضرات هر دو مکانیسم نیز فعالیت آنها را در شواهد نشان می دهد که نمونه ای از استفاده زیاد از منابع است.
تاکنون، تعداد کمی از ارزهای دیجیتال از اثبات فعالیت استفاده کرده اند، که نشان می دهد اجرای آن دشوار است یا مزایای آن بیشتر از معایب آن نیست. ارز دیجیتال DCR معروف ترین ارز رمزنگاری شده ای است که از این مکانیزم استفاده می کند و در زمان نگارش این مقاله قیمت هر توکن حدود 100 دلار با ارزش بازار حدود 1.4 میلیارد دلار است و از نظر ارزش بازار در رتبه 69 در بین ارزهای دیجیتال قرار دارد. به نظر می رسد که یک جامعه قوی پشت آن است.
