محتوى

• مقدمة

• خوارزميات الإجماع والعملات المشفرة

• أنواع خوارزميات الإجماع

  • إثبات العمل (PoW)

  • إثبات الحصة (PoS)

• خوارزميات الإجماع الأخرى

• الاعتبارات النهائية

مقدمة

خوارزمية الإجماع هي آلية تسمح للمستخدمين أو الأجهزة بالتنسيق في بيئة موزعة. ويجب أن تضمن أن جميع أعضاء النظام يمكنهم الاتفاق على مصدر واحد للحقيقة، حتى لو فشل بعض الأعضاء. بمعنى آخر، يجب أن يكون النظام متسامحًا مع الأخطاء (انظر أيضًا: ما هو التسامح مع الأخطاء البيزنطية؟).

في إعداد مركزي، تمتلك جهة واحدة سلطة على النظام. في أغلب الحالات، يمكنها إجراء تغييرات كما تشاء—ولا يوجد نظام حوكمة معقد لتحقيق الإجماع بين عدة إداريين.

في إعداد لامركزي، الأمر مختلف تماماً. لنفترض أننا نعمل مع قاعدة بيانات موزعة—فكيف يمكن التوصل إلى اتفاق بشأن المدخلات التي سيتم إضافتها؟

إن تجاوز هذا التحدي في بيئة لا يثق فيها الغرباء ببعضهم البعض، ربما كان أهم تطوير مهد الطريق للـ blockchain. في هذه المقالة، سنرى كيف أن خوارزميات الإجماع ضرورية لعمل العملات المشفرة والدفاتر الموزعة.

خوارزميات الإجماع والعملات المشفرة

في العملات المشفرة، يتم تسجيل أرصدة المستخدمين في قاعدة بيانات—وهي الـ blockchain. من الضروري أن يحتفظ جميع المستخدمين (أو بشكل أدق، جميع العقد nodes) بنسخة متطابقة من قاعدة البيانات. وإلا لحدثت معلومات متعارضة، مما يضر بالغرض الكامل من شبكة العملات المشفرة.

يضمن تشفير المفتاح العام أن المستخدمين لا يمكنهم إنفاق عملات الآخرين. لكن يظل هناك حاجة إلى مصدر واحد للحقيقة يثق فيه المشاركون في الشبكة، حتى يمكن تحديد ما إذا كانت الأموال قد تم إنفاقها بالفعل أم لا.

اقترح ساتوشي ناكاموتو، منشئ البيتكوين، نظام إثبات العمل (Proof of Work) لتنسيق المشاركين. سنشرح قريباً كيف يعمل PoW—وفي الوقت الحالي، سنحدد بعض السمات المشتركة بين مختلف خوارزميات الإجماع الموجودة.

أولاً، نطلب من المستخدمين الذين يرغبون في إضافة كتل (وسنطلق عليهم اسم المُتحققين) تقديم حصة (stake). الحصة هي نوع من القيمة التي يجب على المُتحقق تقديمها، ما يثنيهم عن التصرف بطريقة غير نزيهة. إذا غشّوا، فسيفقدون قيمة حِصتهم. ومن أمثلة الحصة: القدرة الحاسوبية أو العملات المشفرة أو حتى السمعة.

لماذا كانوا سيخاطرون بمواردهم الخاصة؟ علاوة على ذلك، توجد مكافأة متاحة. عادةً تكون المكافأة هي العملة المشفرة الأصلية للبروتوكول، وتتألف من الرسوم التي يدفعها مستخدمون آخرون، أو الوحدات الجديدة التي يتم توليدها من العملات المشفرة، أو كلاهما.

العنصر الأخير المطلوب هو الشفافية. نحتاج إلى القدرة على اكتشاف متى يقوم شخص ما بالغش. من الناحية المثالية، يجب أن تكون عملية إنتاج الكتل مكلفة، لكن التحقق منها من قِبل أي مستخدم يجب أن يكون رخيصاً. يضمن ذلك أن يتم فحص المُتحققين باستمرار بواسطة المستخدمين العاديين.

أنواع خوارزميات الإجماع

إثبات العمل (PoW)

إثبات العمل (PoW) هو “العرّاب” لخوارزميات الإجماع في تقنية البلوك تشين. تم تطبيقه لأول مرة في البيتكوين، لكن الفكرة موجودة منذ مدة. في إثبات العمل، يقوم المُتحققون (المعروفون باسم القائمين بالتعدين) بتطبيق دالة التجزئة (hash) على البيانات التي يرغبون في إضافتها، حتى ينتجوا حلاً صحيحاً ومحدداً.

الـ hash هو سلسلة من الحروف والأرقام تبدو عشوائية، يتم إنشاؤها عندما تُدخل بياناتك من خلال دالة تجزئة. ومع ذلك، إذا أدخلت البيانات نفسها مرةً أخرى، فستحصل دائماً على نفس الناتج. لكن إذا غيّرت تفصيلاً واحداً فقط، فسيصبح hash الناتج مختلفاً تماماً.

بالنظر إلى الناتج، لا يمكن معرفة أي معلومات تم إدخالها في الدالة. لذلك، يمكن إثبات أنك كنت تملك معرفة ببيانات أو معلومات ما، قبل لحظة معينة. يمكنك أن تعطي شخصاً hash، وعندما تكشف البيانات لاحقاً، يمكنه إدخالها عبر الدالة للتأكد من أن الناتج سيكون نفسه.

في إثبات العمل، يحدد البروتوكول شروطاً لما يجعل الكتلة صالحة. يمكن أن توجد مثلاً شرط يقول إن الكتلة الوحيدة التي يكون hash الخاص بها يبدأ بـ 00 هي الكتلة الصالحة. الطريقة الوحيدة للمُعدّن لإنشاء كتلة تطابق هذا الشرط هي تجربة مُدخلات (inputs) متعددة. يمكنهم تعديل المعلمات في بياناتهم لإنتاج نتيجة مختلفة في كل محاولة، حتى يحصلوا على hash الصحيح.

في أهم البلوك تشينات، يكون مستوى الصعوبة مرتفعاً بشكل لا يصدق. ولكي تنافس مُعدّنين آخرين، ستحتاج إلى ورشة مليئة بأجهزة متخصصة للتجزئة (ASICs)، ثم يكون لديك فرصة لإنتاج كتلة صالحة.

عند القيام بالتعدين، فإن حِصتك (stake) هي تكلفة الآلات والكهرباء اللازمة لتشغيلها. تُصنع الـ ASICs (الدوائر المتكاملة الخاصة بالغرض) لأجل غاية واحدة، لذلك لا فائدة لها سوى تعدين العملات المشفرة. الطريقة الوحيدة لاسترداد استثمارك الأولي هي التعدين، وهو ما يوفر مكافأة كبيرة إذا تمكنت بنجاح من إضافة كتلة جديدة إلى البلوك تشين.

التحقق مما إذا كنت قد أنشأت فعلاً كتلة صالحة هو عملية بسيطة جداً بالنسبة للشبكة. حتى لو حاولت تريليونات من التركيبات للحصول على hash الصحيح، فإنهم يحتاجون فقط إلى إرسال بياناتك عبر الدالة مرة واحدة. إذا كانت بياناتك تنتج hash صالحاً، فسيتم قبولها وستحصل على مكافأة. أما إذا رفضت الشبكة الـ hash، فستكون قد أهدرت وقتاً وكهرباءً.

إثبات الحصة (PoS)

تم اقتراح إثبات الحصة (PoS) في الأيام الأولى من البيتكوين كبديل عن إثبات العمل. في نظام PoS، لا توجد مفاهيم المُعدّنين أو الأجهزة المتخصصة ولا حاجة لاستهلاك كبير للطاقة. كل ما تحتاجه هو كمبيوتر عادي.

حسناً، ليس هذا كل شيء في الواقع. ما زال يلزم بذل قدر من الجهد. في PoS، لا تقدم مورداً خارجياً (مثل الكهرباء أو الأجهزة)، بل مورداً داخلياً—عملة مشفرة. تختلف القواعد وفقاً للبروتوكول، لكن عادةً يحتاج المستخدم إلى الاحتفاظ بكمية حدية من الأموال للتأهل للمراهنة/الاستكثار (staking).

من هنا، تقوم بقفل أموالك في محفظة (لا يمكن نقلها بينما أنت تقوم بالـ staking). عادةً ما يوجد اتفاق بين المُتحققين حول المعاملات التي سيتم إدخالها في الكتلة التالية. بطريقة ما، أنت تراهن على أي كتلة سيتم اختيارها. سيختار البروتوكول واحداً من الكتل المرشحة.

إذا تم اختيار كُتلتك، ستحصل على جزء من رسوم المعاملات، اعتماداً على قيمة حِصتك. كلما كانت لديك أموال مقفلة أكثر، كلما حصلت على مكافآت أكبر. لكن إذا حاولت الغش عبر اقتراح معاملات غير صالحة، فستفقد جزءاً (أو كل) من قيمة حِصتك. لذلك لدينا آلية شبيهة بآلية PoW—التصرف بنزاهة أكثر ربحية من التصرف بطريقة غير نزيهة.

عادةً لا يتم إنشاء عملات جديدة كمكافأة للمُتحققين. وبالتالي يجب إصدار العملة الأصلية لسلسلة الكتل بطريقة أخرى. يمكن القيام بذلك عبر توزيع أولي (أي ICO أو IEO) أو عبر إطلاق البروتوكول كـ PoW، ثم إجراء انتقال إلى نظام PoS.

حتى الآن، تم بالفعل تطبيق إثبات الحصة الصافي في عملات مشفرة أصغر فقط. لذلك، ما زال غير واضح ما إذا كان بإمكانه أن يكون بديلاً عملياً عن PoW. على الرغم من أنه يبدو صحيحاً من الناحية النظرية، إلا أنه يختلف كثيراً في الواقع.

بعد تطبيق PoS في شبكة بحجم كبير من القيمة، يصبح النظام ساحة لعبة لنظرية الألعاب والحوافز المالية. أي شخص لديه المعرفة لِـ “اختراق” نظام PoS، فمن المحتمل ألا يفعل ذلك إذا لم يكن قادراً على تحقيق ربح منه—لذلك الطريقة الوحيدة لمعرفة ما إذا كان نظاماً قابلاً للتطبيق هي تقييم شبكة تعمل عملياً.

قريباً، سنرى اختبار PoS على نطاق واسع—سيتم تنفيذ Casper ضمن سلسلة من تحديثات شبكة Ethereum (المعروفة مجتمعة باسم Ethereum 2.0).

خوارزميات إجماع أخرى

يُعد كل من Proof of Work و Proof of Stake من أكثر خوارزميات الإجماع التي يتم الحديث عنها. لكن توجد مجموعة كبيرة من الخوارزميات الأخرى، جميعها لها مزاياها وعيوبها. راجع المقالات التالية:

• ما هو إثبات العمل المؤجل (Delayed Proof of Work)؟

• خوارزمية إجماع إثبات الحصة المؤجر (Leased Proof of Stake)

• ما هو إثبات الصلاحية (Proof of Authority)؟

• ما هو إثبات الحرق (Proof of Burn)؟

• ما هو إثبات الحصة المفوض (Delegated Proof of Stake)؟

• إجماع هجين PoW/PoS

أفكار ختامية

تُعد آليات الوصول إلى الإجماع أمراً حيوياً لعمل الأنظمة الموزعة. يعتقد الكثيرون أن أكبر ابتكار في البيتكوين كان استخدام إثبات العمل لتمكين المستخدمين من الاتفاق على مجموعة من الحقائق المشتركة.

حالياً، لا تدعم خوارزميات الإجماع أنظمة المال الرقمي فحسب، بل تدعم أيضاً سلاسل الكتل (blockchains)، مما يسمح للمطورين بتشغيل الأكواد على شبكة موزعة. تمثل الآن العمود الفقري لتقنية البلوك تشين وهي حاسمة لاستمرارية الجدوى على المدى الطويل للعديد من الشبكات الموجودة بالفعل.

من بين جميع خوارزميات الإجماع، ما زال إثبات العمل هو المسيطر. لا تزال هناك حاجة إلى اقتراح بديل أكثر موثوقية وأماناً. توجد العديد من الأبحاث المتعلقة بتطوير بدائل عن PoW، ومن المحتمل أن نرى المزيد من المقترحات تظهر في السنوات المقبلة.