نکات کلیدی

• اجماع نظر ناکاموتو (Nakamoto Consensus) پروتکلی است که از آن برای دستیابی به توافق بر سر یک نسخه امن و واحد از بلاک چین استفاده می‌شود.
• این پروتکل بر اساس الگوریتم اجماع نظر اثبات کار (PoW)، تنظیم دشواری بلاک و تمرکز زدایی کار می‌کند تا از دستکاری شبکه جلوگیری کرده و جامعیت آن را حفظ کند.
• با وجود مزایای این پروتکل از جمله امنیت و شمول اقتصادی، این مدل هم با چالش‌های خاصی همراه است از جمله مصرف انرژی زیاد و ریسک متمرکز شدن.

مقدمه

اجماع نظر ناکاموتو یکی از مفاهیم بنیادی در دنیای ارزهای دیجیتال و به ویژه بیت کوین است. این الگوریتم که بر اساس نام خالق ناشناس بیت کوین، ساتوشی ناکاموتو نامگذاری شده، تحول چشمگیری در شیوه دستیابی به اجماع نظر در شبکه‌های غیرمتمرکز به وجود آورد. در این مقاله، به شما توضیح می‌دهیم که اجماع نظر ناکاموتو چیست، چگونه کار می‌کند و چه اهمیتی دارد.

اجماع نظر ناکاموتو چیست؟

اجماع نظر ناکاموتو، پروتکلی است که شبکه‌های بلاک چین از آن برای دستیابی به توافق در رابطه با وضعیت بلاک چین استفاده می‌کنند. وجود این الگوریتم، برای جامعیت و امنیت شبکه‌های نظیر به نظیری مثل بیت کوین ضروری است.

در واقع، اجماع نظر ناکاموتو کمک می‌کند که همه اعضای شبکه، در رابطه با وضعیت بلاک چین به توافق رسیده و از شرایطی مثل خرج کردن دوباره جلوگیری می‌کند تا تراکنش‌ها معتبر باشند.

اجزای کلیدی اجماع نظر ناکاموتو

برای درک هر چه بهتر الگوریتم اجماع نظر ناکاموتو، باید با اجزای کلیدی آن آشنا باشید که عبارتند از:

1. اثبات کار

اثبات کار مکانیزمی است که از آن برای اضافه کردن بلاک‌های جدید به بلاک چین استفاده می‌شود. این مکانیزم شامل حل مسائل محاسباتی پیچیده‌ای است که نیاز به قدرت محاسباتی چشمگیری دارند. در این شبکه‌ها، ماینرها چنین مسائلی را حل می‌کنند. اولین ماینری که این کار را انجام دهد، حق اضافه کردن بلاک جدید به بلاک چین و دریافت پاداش بلاک را دارد که این پاداش متشکل از بیت کوین‌های تازه تولید شده و کارمزد تراکنش‌ها است.

2. دشواری شبکه

دشواری مسائل محاسباتی که ماینرها باید حل کنند، به صورت منظم و دوره‌ای تنظیم می‌شود. به این ترتیب، می‌توان مطمئن شد که بلاک‌ها با نرخی منسجم به بلاک چین اضافه می‌شوند؛ که در رابطه با بیت کوین، این زمان حدود 10 دقیقه است. همچنان که ماینرهای بیشتری به شبکه ملحق شده و توان محاسباتی (نرخ هش) بیشتری اعمال می‌شود، سطح دشواری هم برای تطبیق یافتن با این نرخ، افزایش پیدا می‌کند.

3. انگیزه و پاداش بلاک

ماینرها از طریق کارمزد تراکنش و پاداش‌های بلاک برای شرکت در شبکه انگیزه می‌گیرند. زمانی که ماینری با موفقیت یک بلاک را به بلاک چین اضافه می‌کند، پاداش او در قالب بیت کوین‌های تازه تولید شده پرداخت می‌شود. بعلاوه، ماینرها کارمزد تراکنش‌ها را دریافت می‌کنند. این پاداش‌ها برای حفظ انگیزه ماینرها جهت مشارکت در شبکه ضروری هستند.

4. تمرکززدایی

الگوریتم اجماع نظر ناکاموتو به روش غیرمتمرکز کار می‌کند و این یعنی هیچ موجودیت مرکزی برای کنترل شبکه وجود ندارد. در عوض، اجماع نظر از طریق تلاش‌های جمعی ماینرهایی که در سطح جهان فعالیت می‌کنند، حاصل می‌شود. این تمرکززدایی، نقش مهمی در حفظ امنیت و مقاومت شبکه دارد.

اجماع نظر ناکاموتو چگونه کار می‌کند؟

می‌توان فرایند دستیابی به اجماع نظر در الگوریتم ناکاموتو را به چند گام مهم تقسیم کرد:

1. پخش تراکنش

وقتی کاربری قصد اجرای تراکنش را دارد، آن را روی شبکه پخش می‌کند. سپس این تراکنش توسط نودها (کامپیوترها)ی متصل به شبکه بیت کوین انتخاب می‌شود.

2. اعتبارسنجی تراکنش

نودها با بررسی چند فاکتور مختلف اعتبار تراکنش را بررسی می‌کنند از جمله اینکه آیا کاربر موجودی کافی را دارد یا خیر و اینکه تراکنش با رعایت قوانین شبکه اجرا شده است یا خیر.

3. درج در یک بلاک

ماینرها، تراکنش‌های تأیید شده را در یک بلاک گروه بندی و ترکیب می‌کنند. سپس شروع به حل مسئله PoW مربوط به آن بلاک می‌کنند.

4. حل مسئله اثبات کار

ماینرها، برای حل مسئله محاسباتی (هشینگ) مورد نیاز در فرایند اثبات کار، با هم رقابت دارند. حل این مسئله، شامل پیدا کردن یک هش (یه رشته کاراکتر) است که با شرایطی خاص تطبیق داشته باشد. این فرایند منابع زیادی مصرف کرده و نیاز به قدرت پردازشی چشمگیری دارد.

5. اضافه شدن بلاک

اولین ماینری که مسئله را حل کند، راه حل خودش را روی شبکه توزیع می‌کند. سایر نودها، این راه حل را بررسی کرده و در صورت صحیح بودن آن، بلاک جدید به بلاک چین اضافه می‌شود. این بلاک، تبدیل به آخرین بلاک از زنجیره شده و بلاک‌های بعدی بر اساس آن ساخته می‌شوند.

6. تداوم زنجیره

پس از اضافه شدن یک بلاک، ماینرها شروع به کار روی بلاک بعدی می‌کنند و این فرایند تکرار می‌شود. بلاک چین به مرور زمان رشد می‌کند و هر بلاک حاوی یک ارجاع (هش) به بلاک قبلی است تا یک زنجیره امن و ضد دستکاری تشکیل شود.

امنیت و مقاومت در برابر حمله

مکانیزم اجماع ناکاموتو طوری طراحی شده که در برابر حملات مختلف ایمن و مقاوم باشد. این هدف با استفاده از چند مکانیزم مختلف محقق می‌شود:

1. تنظیم دشواری

سطح دشواری مسئله PoW بر اساس قدرت محاسباتی کلی شبکه تنظیم می‌شود. این تنظیم باعث می‌شود که بلاک‌ها با نرخی منسجم به شبکه اضافه شوند و از سلطه یک ماینر یا یک گروه ماینر بر شبکه جلوگیری می‌کند.

2. قانون اکثریت

شبکه بر اساس قانون اکثریت کار می‌کند. یک مهاجم باید برای تغییر دادن شبکه، کنترل بیشتر از 50 درصد قدرت محاسباتی شبکه را در اختیار داشته باشد که به چنین شرایطی، حمله 51 درصد گفته می‌شود. انجام این کار در شبکه بیت کوین بسیار سخت و پرهزینه است اما شبکه‌های کوچکتر می‌توانند در برابر چنین حملاتی آسیب‌پذیرتر باشند.

3. تمرکززدایی

ماهیت غیرمتمرکز شبکه باعث شده که کنترل بر آن توسط یک موجودیت بسیار سخت باشد. توزیع وسیع ماینرها در سطح جهان هم مقاومت شبکه را بیشتر می‌کند.

4. انگیزه‌های اقتصادی

ماینرها برای عمل کردن به صورت صادقانه و پیروی از قوانین شبکه، انگیزه اقتصادی دارند. تلاش برای حمله به شبکه یا ایجاد بلاک‌های نامعتبر باعث اتلاف منابع زیاد و از دست رفتن پاداش‌ها می‌شود؛ در نتیجه ماینرها انگیزه‌ای برای این کار ندارند.

مزایای اجماع نظر ناکاموتو

الگوریتم اجماع نظر ناکاموتو مزایای خاصی دارد که در موفقیت و پذیرش گسترده بیت کوین نقش دارند.

1. محیط بی‌نیاز به اعتماد

نیازی نیست که شرکت کنندگان در شبکه به یکدیگر اعتماد داشته باشند یا یک مرجع مرکزی در شبکه وجود داشته باشد. مکانیزم اجماع نظر اطمینان می‌دهد که همه تراکنش‌ها معتبر هستند و بلاک چین امن و غیرقابل دستکاری خواهد ماند.

2. امنیت

ترکیب اثبات کار، تنظیم دشواری و تمرکززدایی باعث شده که شبکه بسیار امن باشد. احتمال حمله موفقیت آمیز به حداقل می‌رسد و جامعیت بلاک چین حفظ می‌شود.

3. شفافیت

بلاک چین یک دفتر کل عمومی است و این یعنی همه تراکنش‌ها برای همه قابل مشاهده هستند. این شفافیت، قابلیت اعتماد شبکه را افزایش می‌دهد چون همه می‌توانند تراکنش‌ها و وضعیت بلاک چین را مشاهده و بررسی کنند.

4. شمول اقتصادی

ماهیت غیرمتمرکز الگوریتم ناکاموتو به همه اشخاصی که به اینترنت دسترسی دارند امکان می‌دهد که در شبکه مشارکت داشته باشند و به این ترتیب، شمول اقتصادی افزایش پیدا می‌کند.

چالش‌ها و انتقادات

با وجود مزایای مکانیزم ناکاموتو، این مکانیزم هم بدون چالش و انتقاد نیست؛ از جمله:

1. مصرف انرژی

مکانیزم اثبات کار نیاز به قدرت محاسباتی زیادی دارد که باعث افزایش مصرف انرژی می‌شود. این ویژگی باعث شکل گیری نگرانی‌های محیط زیستی شده و ضرورت ایجاد مکانیزم‌های اجماع کارآمدتر را ایجاد کرده است.

2. ریسک متمرکز شدن

با اینکه طراحی شبکه غیرمتمرکز است، اما اگر تعداد کمی از استخرهای ماینینگ کنترل بخش زیادی از قدرت محاسباتی شبکه را در اختیار بگیرند، خطر متمرکز شدن ایجاد می‌شود.

3. مقیاس‌پذیری

طراحی فعلی الگوریتم اجماع نظر ناکاموتو تعداد تراکنش‌های قابل اجرا در هر ثانیه را محدود می‌کند. با رشد و توسعه شبکه، مقیاس‌پذیری تبدیل به یک نگرانی مهم شده و راهکارهایی مثل شبکه لایتنینگ برای حل آن پیشنهاد شده‌اند.

4. انشعاب‌ها

اختلاف بین اعضای شبکه می‌تواند باعث ایجاد انشعاب شود که در آن بلاک چین بین دو زنجیره مختلف تقسیم می‌شود. این وضعیت مثل آنچه در سال 2017 و با تفکیک بیت کوین و بیت کوین کش مشاهده شد، باعث ایجاد ابهام و عدم قطعیت می‌شود.

مقایسه اجماع نظر ناکاموتو و سیستم‌های تحمل خطای بیزانس (BFT)

تحمل خطای بیزانس و اجماع نظر ناکاموتو، هر دو راهکارهایی برای حل مسئله ژنرال‌های بیزانس هستند. هر دو مفهوم برای دستیابی به توافق در سیستم‌های توزیع شده طراحی شده‌اند اما از نظر کاربرد و روش‌ها با هم تفاوت دارند.

BFT باعث می‌شود که سیستم حتی در صورت نقص عملکرد بعضی از اجزای آن به درستی کار کند. معمولاً این طرح، بر اساس یک فرایند رأی گیری بین اعضا کار کرده و در آن کمتر از یک سوم اعضاء می‌توانند دچار نقص عملکرد شوند.

در مقابل، اجماع نظر ناکاموتو که در بیت کوین کاربرد دارد، برای دستیابی به توافق نظر در محیط‌هایی غیرمتمرکز و بی‌نیاز به اعتماد، از اثبات کار استفاده می‌کند. در این سیستم، ماینرها برای اضافه کردن بلاک‌های جدید به بلاک چین، معماهای پیچیده را حل می‌کنند.

الگوریتم اجماع نظر ناکاموتو از اصول BFT استفاده می‌کند اما شامل مکانیزم‌هایی منحصربفرد مثل PoW و انگیزه‌های اقتصادی است که هدف آنها، حفظ امنیت و تمرکززدایی شبکه است. این مکانیزم برای شبکه‌های بازی مثل ارزهای دیجیتال طراحی شده و از تعداد اعضای زیاد پشتیبانی می‌کند، اما در عین حال با چالش‌هایی مثل مصرف انرژی و مقیاس‌پذیری روبرو است.

سیستم‌های BFT سنتی از نظر ارتباطات و مصرف انرژی بهره‌وری بیشتری دارند اما بیشتر مناسب محیط‌هایی هستند که شرکت کنندگان آنها کمتر بوده و بین اعضای آنها مقداری اعتماد وجود دارد. در نتیجه، الگوریتم ناکاموتو از نظر اعمال اصول BFT برای شبکه‌های غیرمتمرکز، نوآوری دارد.

جمع بندی

اجماع نظر ناکاموتو، یک طرح مبتکرانه است که امنیت و عملکرد بیت کوین با وجود آن حفظ می‌شود. این طرح با استفاده از الگوریتم‌های اثبات کار، تنظیم دشواری و مشارکت غیرمتمرکز، امکان تشکیل یک سیستم اقتصادی شفاف امن و بی‌نیاز به اعتماد را فراهم کرده است. با وجود چالش‌هایی مثل مصرف انرژی و مقیاس‌پذیری، تحقیق و توسعه برای حل این چالش‌ها ادامه دارد.