از زمان تأسیس بیت کوین و به رسمیت شناختن مدل اثبات کار اجماع آن به عنوان مکانیزمی برای تأیید اعتبار شبکه بلاک چین به عنوان یک دفتر کل توزیع شده، مکانیسم های اجماع متعدد دیگری آزمایش و اجرا شده است. این مکانیسم‌های جدید مبتنی بر «تحمل خطای بیزانسی (BFT)» هستند و عمدتاً بر کاهش ناکارآمدی انرژی مرتبط با فرآیند استخراج فشرده در الگوریتم اثبات کار تمرکز دارند. “شواهد زمان سپری شده (PoET)” یکی از این مکانیسم های اجماع است که برای بهبود اثبات کار و ارائه جایگزین جدیدی برای شبکه های بلاک چین مجاز طراحی شده است.
زمینه
فناوری بلاک چین بدون الگوریتم های اجماع امکان پذیر نیست. آنها برای اطمینان از ثبات “زنجیره اصلی” در تمام گره های شبکه خدمت می کنند. در نتیجه، بلاک چین حالت پایداری دارد. به گفته آندریاس آندوپولوس، کارآفرین فناوری، الگوریتم‌های اجماع حرفه جدیدی در علوم کامپیوتر ایجاد کرده‌اند.
یکی از معروف ترین الگوریتم های اجماع و استخراج بلاک چین، اثبات زمان سپری شده (PoET) است که به عنوان اثبات زمان سپری شده نیز شناخته می شود. این مکانیسم اجماع به طور خاص برای بلاک چین های خصوصی توسعه یافته است و بسیار مقیاس پذیر است. به همین دلیل، بعید است که به فعالیت یک ارز دیجیتال بلاک چین عمومی مانند بیت کوین ادامه دهد.
با این حال، پتانسیل PoET با هدف استفاده از توسعه بلاک چین به عنوان جزئی از سیستم‌هایی با جریان‌های اطلاعاتی بزرگ است. به عنوان مثال، شرکت هایی که به سیستم های حسابرسی یکپارچه برای اطمینان از تغییر ناپذیری اطلاعات فوق الذکر، از جمله سایر خطوط جریان بسیار خودکار و فنی نیاز دارند.
Proof of Time توسط غول تراشه اینتل در سال 2016 به عنوان یک مکانیسم اجماع کارآمد در درجه اول برای شبکه های بلاک چین مجاز ایجاد شد. اکنون شواهد زمان سپری شده مدل اجماع برای چارچوب Hyperledger Sawtooth یک ابزار محبوب برای پیاده‌سازی و آزمایش سیستم‌های دفتر کل توزیع‌شده است. (Hyperledger Sawtooth یک پروژه منبع باز تحت چتر Hyperledger است و به عنوان یک سیستم بلاک چین در سطح سازمانی برای ایجاد و مدیریت برنامه ها و شبکه های دفتر کل توزیع شده به طور خاص برای استفاده توسط شرکت ها استفاده می شود.)
یکی از مؤلفه‌های مهم اجماع PoET، فناوری نوآورانه‌ای است که آنها با آن کار می‌کنند تا فرآیند اجماع بتواند مطابق با هدف کار کند. راهنمای مرجع برنامه نویسی SGX متعلق به اینتل. SGX که در سال 2015 با پردازنده های جریان اصلی نسل ششم اینتل معرفی شد، به عنوان یک محیط اجرایی قابل اعتماد (TEE) عمل می کند که به کد قابل اعتماد و قابل اعتماد اجازه می دهد مستقل از برنامه ای که در آن اجرا می شود اجرا شود.
قبل از اینکه بفهمیم Proof of Elapsed Consensus چگونه کار می کند، باید کمی در مورد نحوه عملکرد SGX بدانیم.
SGX چیست؟
SGX یک فناوری پیچیده است، اما در هسته آن مجموعه ای متداول از دستورالعمل های CPU است که توسط برنامه های کاربردی برای جداسازی مناطق خاص و قابل اعتماد از کد و داده ها استفاده می شود و یک محفظه امن برای توسعه دهندگان فراهم می کند تا از داده ها یا کدهای حساس در برابر تداخل یا تداخل خارجی محافظت کنند. بررسی.
کدی که در یک محیط اجرای قابل اعتماد با استفاده از SGX اجرا می‌شود، می‌تواند یک گواهی تایید شده از یک پلتفرم یا برنامه‌ای که روی پردازنده ریشه دارد تولید کند، و اطمینان حاصل کند که کد به درستی در یک محیط قابل اعتماد اجرا می‌شود. یک مانع ذاتی برای ورود است و استفاده از آن را محدود می کند.
حافظه ای که کد امن در SGX ذخیره می شود، حتی در برابر کاربران مخربی که دسترسی فیزیکی به یک پلت فرم را کنترل می کنند و بالاترین سطح احراز هویت را برای دسترسی به حافظه آن دارند، محافظت می شود. به عنوان یک ویژگی امنیتی، SGX با توجه به امنیت بالقوه ای که این ویژگی فراهم می کند، با انتظارات قابل توجهی روبرو شده است.
در چارچوب اجماع شواهد زمان سپری شدهSGX به عنوان مکانیزمی عمل می کند تا شرکت کنندگان به شبکه بپیوندند و تأیید کنند که کد مورد اعتماد مورد نیاز برای اجرای فرآیند توافق PoET را اجرا می کنند.
اثبات زمان سپری شده چگونه کار می کند؟
اجماع PoET شکل کارآمدی از اثبات کار است که نیاز به فرآیند استخراج سنگین را از بین می برد و آن را با یک سیستم تایمر تصادفی برای شرکت کنندگان شبکه جایگزین می کند. به بیان ساده، به هر یک از شرکت‌کنندگان در شبکه یک شی تایمر تصادفی داده می‌شود و اولین تایمری که منقضی می‌شود، آن شرکت‌کننده را به‌اصطلاح «رهبر» بلوک تعیین می‌کند و بلوک جدید را تولید می‌کند.
این فرآیند یک راه حل ضروری و کارآمد تصادفی برای “مسئله انتخاب رهبر تصادفی” که در سیستم های BFT وجود دارد، ارائه می دهد. به عنوان مثال، PBFT از یک قالب دو طرفه استفاده می کند، در حالی که اثبات کار بیت کوین از اجماع Nakamoto استفاده می کند، جایی که رهبر توسط هر کسی که معمای رمزنگاری فشرده محاسباتی هر دور بلوک را حل کند انتخاب می شود.
اجماع PoET را می توان به دو مرحله تقسیم کرد:
- به شبکه بپیوندید و با استفاده از گواهینامه های SGX، محیط اجرای امن را بررسی کنید
- مدت زمان سپری شده برای برداشت ماینینگ
بررسی شبکه و SGX
این مرحله اولیه اجماع است و SGX نقش مهمی در آن دارد. همانطور که قبلا ذکر شد، هنگام استفاده از SGX، می توانید یک گواهی تایید شده برای اجرای کد قابل اعتماد ایجاد کنید که به درستی در محیط اجرای مورد اعتماد یا TEE پیکربندی شده است.
در PoET، یک شرکت‌کننده بالقوه شبکه کد مورد اعتماد را دانلود می‌کند و یک پیام “join” را با گواهی تایید شده توسط SGX به شبکه ارسال می‌کند که یک جفت کلید عمومی/خصوصی ایجاد می‌کند. سپس شبکه گره ها گواهی را می پذیرد یا رد می کند. در صورت قبولی، شرکت کننده به شبکه می پیوندد و می تواند در مرحله دوم اجماع شرکت کند.
زمان سپری شده قرعه کشی انتخاب تصادفی
این مرحله دوم و نهایی مکانیسم اجماع است. در هر دور اجماع، شرکت‌کنندگان شبکه یک شی تایمر امضا شده از کد مورد اعتماد دریافت می‌کنند که کاملاً تصادفی است. در واقع، ایده اصلی حذف هر عامل یا گره مخرب احتمالی است که سعی می‌کند سیستم را دستکاری کند تا یک تایمر کوتاه‌تر برای تولید بلوک‌های بیشتر بدست آورد.
هر شرکت کننده منتظر می ماند تا زمان سنج تصادفی منقضی شود. شرکت‌کننده‌ای که تایمرش منقضی می‌شود، ابتدا یک گواهی امضا شده به شبکه ارسال می‌کند که نشان می‌دهد رهبر بلوک تصادفی برای آن دور است. پیام تأیید می شود و یک بلوک ایجاد می شود. سپس یک دور جدید آغاز می شود.
انتشار گواهی امضا شده در واقع دیر یا زود برای همه شرکت کنندگان در شبکه اتفاق می افتد، حتی اگر در آن دور برنده نشده باشند. این در درجه اول برای اطمینان از 2 چیز است:
- که به هر گره یک تایمر تصادفی توسط کد اعتماد داده می شود.
- گره برای بازه زمانی مشخص شده توسط تایمر منتظر می ماند.
همانطور که می بینید، این فرآیند کاملاً تصادفی است و ادغام با فناوری SGX تضمین می کند که با کد مورد اعتماد پروتکل تداخلی نخواهد داشت. چندین ویژگی امنیتی دیگر نیز وجود دارد، مانند الگوریتمی برای مشاهده گره های مشکوک که به طور مداوم در لاتاری برنده می شوند یا به طور مداوم تایمرهای کوتاه تری دارند.
مکانیسم اجماع PoET بسیار کارآمد است و می تواند بدون مشکل به هزاران گره برسد. نگرانی ها این است که برای ساخت پروتکل خود به شدت به SGX متکی است و این نگرانی ها اخیراً تشدید شده است. اخیراً گروه داده‌ها و سیستم‌های مقیاس بزرگ (LSDS) در کالج امپریال لندن یک آسیب‌پذیری حیاتی در SGX به نام «Foreshdow» کشف کرده است که می‌تواند برای حمله به محیط امن SGX استفاده شود.
مزایا و معایب استفاده از اثبات زمان سپری شده
PoET بسیار کارآمد است و به اندازه سیستم های اثبات کار به منابع زیادی نیاز ندارد، اما مشکلاتی نیز دارد. در این بخش، مزایا و معایب کلی استفاده از آن به عنوان مکانیزم اجماع برای شبکه های اداری توزیع شده را شرح خواهیم داد.
مزایای
PoET بهبود قابل توجهی در بهره وری سیستم های اثبات کار است و مصرف برق بالای این سیستم ها را تجربه نمی کند. در عین حال، این فرآیند یک راه‌حل عالی برای «مسئله انتخاب تصادفی رهبر» بدون نیاز به منابع زیاد یا نیاز به مکانیسم‌های پیچیده و ساختارهای انگیزشی است که در مکانیسم‌های اجماع اثبات سهام وجود دارد. شواهد زمان سپری شده، همچنین یک مکانیسم اجماع عالی برای شبکه های مجاز است، به همین دلیل است که این مکانیسم اجماع برای Hyperledger Sawtooth استفاده می شود. علاوه بر این، این مکانیسم به طور موثر مقیاس می شود.
معایب
SGX یک فناوری قابل تحسین و نوآورانه است، اما پیشرفت‌های اخیر به وضوح نگرانی‌هایی را در مورد استفاده از آن برای الگوریتم اجماع PoET ایجاد می‌کند. اینتل به احتمال زیاد می تواند مشکل آسیب پذیری خود را حل کند، اما نقطه ضعف آن، اتکای آشکار و ضروری به سخت افزارهای تخصصی برای امنیت است.
نه تنها این، بلکه SGX کاملاً توسط اینتل ساخته شده است. بنابراین، اتکا به مدل اجماع به اینتل به عنوان یک شرکت شخص ثالث گسترش می یابد. ایده چنین اتکای در تضاد با پارادایم جدیدی است که ارزهای دیجیتال با شبکه های بلاک چین و حذف اعتماد به واسطه ها به دنبال آن هستند.
نتیجه
PoET نشان دهنده شاخه دیگری از مکانیسم های اجماع BFT برای سیستم های دفتر کل توزیع شده است. این سیستم بسیار کارآمد است و به موازات فناوری جدید دیگری به نام SGX کار می کند. در آینده، مشاهده تحولات پیرامون SGX تأثیر زیادی بر الگوریتم اثبات زمان به عنوان یک مدل اجماع پایدار خواهد داشت. در حال حاضر، این الگوریتم یک ابزار عالی برای Hyperledger Sawtooth است و نقشی حیاتی در آزمایش و توسعه چارچوب‌های بلاک چین مدولار ایفا می‌کند.
