اجماع ناکاموتو (Nakamoto Consensus)‌ چیست؟ و چه مزایایی دارد؟

اجماع ناکاموتو یک پروتکل است که توسط شبکه‌های بلاکچین برای دستیابی به توافق (اجماع) در مورد وضعیت بلاکچین استفاده می‌شود. این پروتکل برای حفظ یکپارچگی و امنیت شبکه‌های همتا به همتا (P2P) مانند بیت‌کوین حیاتی است.

اجماع ناکاموتو (Nakamoto Consensus)‌ یک مفهوم اساسی در دنیای ارزهای دیجیتال به‌ویژه بیت‌کوین است. این مکانیزم اجماع که به نام خالق ناشناس بیت‌کوین، ساتوشی ناکاموتو، نامگذاری شده است، نحوه دستیابی شبکه‌های غیرمتمرکز به توافق را بدون نیاز به یک مرجع مرکزی دگرگون کرده است. در این مقاله خواهیم آموخت اجماع ناکاموتو چیست، چگونه کار می‌کند و چرا برای عملکرد بیت‌کوین حیاتی است.

اجماع ناکاموتو چیست؟

اجماع ناکاموتو یک پروتکل است که توسط شبکه‌های بلاکچین برای دستیابی به توافق (اجماع) در مورد وضعیت بلاکچین استفاده می‌شود. این پروتکل برای حفظ یکپارچگی و امنیت شبکه‌های همتا به همتا (P2P) مانند بیت‌کوین حیاتی است.

به طور کلی، اجماع ناکاموتو اطمینان حاصل می‌کند که تمامی شرکت‌کنندگان در شبکه بر سر یک نسخه واحد از بلاکچین توافق دارند. این امر از بروز مشکلاتی مانند دو بار خرج کردن یک ارز جلوگیری کرده و تضمین می‌کند که تراکنش‌ها معتبر هستند.

در این رابطه بخوانید‌ : ربات معاملاتی تلگرام چیست؟

اجزای اصلی اجماع ناکاماتو

گواه اثبات کار (PoW)

گواه اثبات کار (Proof-of-Work) مکانیزمی است که به وسیله آن بلاک‌های جدید به بلاکچین اضافه می‌شوند. این فرآیند شامل حل مسائل پیچیده ریاضی است که به توان محاسباتی بالایی نیاز دارد. ماینرها (استخراج‌کنندگان)، در این شبکه برای حل این مسائل با یکدیگر رقابت می‌کنند. اولین ماینری که موفق به حل مسئله شود، مجوز اضافه کردن بلاک بعدی به بلاکچین را دریافت می‌کند و به عنوان پاداش، بیت‌کوین‌های جدید استخراج‌شده به همراه کارمزدهای تراکنش‌ها را دریافت می‌کند.

سختی بلاک

سختی مسائل ریاضی که ماینرها باید حل کنند، به صورت دوره‌ای تنظیم می‌شود. این تنظیمات برای اطمینان از اینکه بلاک‌ها با یک نرخ ثابت اضافه می‌شوند، انجام می‌شود. در مورد بیت‌کوین، این نرخ تقریباً هر ۱۰ دقیقه است. هنگامی که ماینرهای بیشتری به شبکه می‌پیوندند و توان محاسباتی (نرخ هش) افزایش می‌یابد، سختی مسائل نیز افزایش پیدا می‌کند تا این نرخ ثابت حفظ شود.

پاداش بلاک

ماینرها از طریق پاداش‌های بلاک و کارمزدهای تراکنش ها به مشارکت در شبکه ترغیب می‌شوند. وقتی یک ماینر موفق به افزودن یک بلاک به بلاک‌چین می‌شود، به عنوان پاداش بیت‌کوین‌های تازه ایجاد شده را دریافت می‌کند. علاوه بر این، ماینرها کارمزدهای تراکنش‌های موجود در بلاک را نیز جمع‌آوری می‌کنند. این مشوق‌ها برای انگیزه دادن به ماینرها برای اختصاص توان محاسباتی خود به شبکه بسیار حیاتی هستند.

غیرمتمرکز سازی

اجماع ناکاموتو به صورت غیرمتمرکز عمل می‌کند، به این معنا که هیچ مرجع مرکزی کنترل‌کننده‌ای در شبکه وجود ندارد. در عوض، اجماع از طریق تلاش جمعی شرکت‌کنندگان (ماینرها) که در سراسر جهان پراکنده‌اند، حاصل می‌شود. این غیرمتمرکز بودن یک ویژگی اصلی است که امنیت و مقاومت شبکه را تضمین می‌کند.

اجماع ناکاموتو چگونه کار میکند؟

فرایند دستیابی به اجماع در اجماع ناکاموتو می‌تواند به چند مرحله تقسیم شود:

انتشار تراکنش

زمانی که یک کاربر می‌خواهد یک تراکنش انجام دهد، آن را به شبکه ارسال می‌کند. سپس تراکنش توسط نودهای (رایانه‌ها) شبکه بیت‌کوین شناسایی می‌شود.

تایید تراکنش

نودها با بررسی عواملی نظیر موجودی کاربر و رعایت قوانین شبکه، اعتبار تراکنش را تأیید می‌کنند.

گنجاندن تراکنش ها در یک بلاک

ماینرها، تراکنش‌های تأیید شده در یک بلاک را گروه‌بندی می‌کنند و به حل مسئله گواه اثبات کار (PoW) مرتبط با آن بلاک می‌پردازند.

حل مسئله گواه اثبات کار

ماینرها به رقابت برای حل مسئله ریاضی مورد نیاز برای گواه اثبات کار می‌پردازند. این مسئله شامل پیدا کردن یک هش (یک رشته از کاراکترها) است که شرایط خاصی را برآورده کند. این فرآیند نیازمند منابع زیاد و توان محاسباتی قابل توجهی است.

همچنین بخوانید : زنجیره جانبی چیست؟ و چه کاربردی دارد؟ (Sidechains)

افزودن بلاک

اولین ماینری که موفق به حل مسئله شود، راه حل خود را به شبکه ارسال می‌کند. سایر نودها راه حل را بررسی می‌کنند و در صورت صحیح بودن، بلاک جدید به بلاک‌چین اضافه می‌شود. این بلاک به عنوان آخرین ورودی در زنجیره قرار می‌گیرد و همه بلاک‌های بعدی بر اساس آن ساخته می‌شوند.

پیوستگی زنجیره

هنگامی که یک بلاک اضافه می‌شود، ماینرها شروع به کار بر روی بلاک بعدی می‌کنند و این فرآیند تکرار می‌شود. بلاک‌چین با گذر زمان رشد می‌کند و هر بلاک حاوی یک ارجاع (هش) به بلاک قبلی است، که یک زنجیره امن و مقاوم در برابر دستکاری ایجاد می‌کند.

مقاوم در برابر حملات

اجماع ناکاموتو برای تضمین امنیت و مقاومت در برابر حملات از چندین مکانیزم استفاده می‌کند:

تنظیم سختی

سختی مسئله گواه اثبات کار بر اساس قدرت محاسباتی کل شبکه تنظیم می‌شود. این تنظیمات به این معناست که بلاک‌ها به نرخ ثابتی اضافه می‌شوند و از اینکه یک ماینر یا گروهی از ماینرها به تنهایی بتوانند شبکه را کنترل کنند، جلوگیری میکند.

اصل اکثریت

شبکه بر اساس اصل اکثریت عمل می‌کند، به این معنا که برای ایجاد تغییر در بلاک‌چین، یک حمله‌کننده باید بیش از ۵۰٪ از قدرت محاسباتی کل شبکه را کنترل کند، که به حمله ۵۱٪ معروف است. این فرآیند در شبکه بیت‌کوین غیرعملی و پرهزینه است، اما احتمال رخ دادن آن در شبکه‌های کوچک‌تر بیشتر است.

غیرمتمرکزسازی

ماهیت غیرمتمرکز شبکه باعث می‌شود که هیچ نهاد واحدی نتواند کنترل شبکه را به دست گیرد. توزیع گسترده ماینرها در سراسر جهان، مقاومت و پایداری شبکه را افزایش می‌دهد.

انگیزه‌های اقتصادی

ماینرها به دلیل پاداش‌های مالی تشویق می‌شوند تا صادقانه عمل کنند و قوانین شبکه را رعایت کنند. اگر ماینری بخواهد به شبکه حمله کند یا بلاک‌های نامعتبری ایجاد کند، منابع خود را هدر می‌دهد و پاداش‌های بالقوه را از دست می‌دهد، که این موضوع باعث کاهش رفتارهای مخرب می‌شود.

مزایای اجماع ناکاماتو

اجماع ناکاموتو چندین مزیت قابل توجه ارائه می‌دهد که به موفقیت و پذیرش بیت‌ کوین کمک می‌کنند:

محیط بدون نیاز به اعتماد کردن

شرکت‌کنندگان در شبکه نیازی به اعتماد کردن به یکدیگر یا یک مرجع مرکزی ندارند. مکانیزم اجماع تضمین می‌کند که همه تراکنش‌ها معتبر هستند و بلاک‌چین به صورت امن و غیرقابل دستکاری باقی می‌ماند.

امنیت

ترکیب گواه اثبات کار، تنظیم سختی و غیرمتمرکزسازی، شبکه را بسیار ایمن می‌کند. احتمال وقوع حملات موفق به حداقل می‌رسد، که این موضوع یکپارچگی و امنیت بلاک‌چین را تضمین می‌کند.

شفافیت

بلاک‌چین یک دفتر ثبت عمومی است که به این معنا که تمام تراکنش‌ها برای تمام افراد قابل مشاهده هستند. این ویژگی شفافیت باعث افزایش قابلیت اطمینان در سیستم می‌شود، زیرا هر فرد می‌تواند تراکنش‌ها و وضعیت کلی بلاک‌چین را بررسی کند.

شاملیت مالی

طبیعت غیرمتمرکز اجماع ناکاموتو به هر فردی که دسترسی به اینترنت دارد، امکان می‌دهد تا در شبکه شرکت کند و از این طریق به شاملیت مالی کمک می‌کند.

چالش ها و انتقادها

با وجود مزایای اجماع ناکاموتو، این اجماع با چالش‌ها و انتقاداتی همراه است:

مصرف انرژی

مصرف انرژی

مکانیزم گواه اثبات کار نیازمند قدرت محاسباتی زیادی است که باعث مصرف انرژی بالا می‌شود. این مسئله باعث ایجاد نگرانی‌های زیست‌محیطی شده و خواستار استفاده از مکانیزم‌های اجماع با بهره‌وری انرژی بیشتر شده است.

خطر مرکزی‌سازی

اگرچه شبکه به منظور غیرمتمرکزسازی طراحی شده است، اما اگر تعداد کمی از استخرهای استخراج ماینینگ، بخش زیادی از قدرت محاسباتی شبکه را کنترل کنند، خطر مرکزی‌سازی وجود دارد.

قابلیت مقیاس پذیری

طراحی فعلی اجماع ناکاموتو محدودیتی در تعداد تراکنش‌هایی دارد که می‌تواند در هر ثانیه پردازش شود. با افزایش اندازه شبکه، مشکل قابلیت ارتقاپذیری به وجود می‌آید و به همین دلیل راه‌حل‌هایی مانند شبکه لایتنینگ توسعه داده شده‌اند تا این مسئله را برطرف کنند.

فورک ها

عدم توافق درون جامعه می‌تواند منجر به تقسیم بلاک‌چین به دو زنجیره جداگانه شوند. این موضوع می‌تواند باعث ایجاد ابهام و ناتوانی گردد، مانند فورک بیت‌کوین و بیت‌کوین کش (Bitcoin Cash)‌ در سال 2017.

مقایسه اجماع ناکاماتو با سیستم تحمل خطای بیزانس

هر دو اجماع ناکاموتو و تحمل خطای بیزانس (Byzantine Fault Tolerance) به عنوان راه‌حل‌هایی برای مسئله ژنرال‌های بیزانس شناخته می‌شوند. این دو مفهوم هدفشان دستیابی به توافق در سیستم‌های توزیع‌شده است، اما با روش‌ها و کاربردهای مختلفی کار می‌کنند.

تحمل خطاهای بیزانسی (BFT) اطمینان می‌دهد که یک سیستم به درستی عمل می‌کند حتی اگر برخی از اجزا خراب شوند یا به طور عمدی بد رفتاری کنند. این روش معمولاً بر اساس یک فرآیند رأی‌گیری بین گره‌ها استوار است و نیاز به کمتر از یک سوم از شرکت‌کنندگان با عیب است.

به عنوان مقایسه، اجماع ناکاموتو که در بیت‌کوین استفاده می‌شود، از مکانیزم گواهی اثبات کار (PoW) استفاده می‌کند تا در یک محیط کاملاً غیرمتمرکز و بدون نیاز به اعتماد، اجماع را برقرار کند. در این روش، ماینرها با حل مسائل پیچیده، بلاک‌های جدید را به بلاک‌چین اضافه می‌کنند.

اگرچه اجماع ناکاموتو اصول تحمل خطاهای بیزانسی را دربرمی‌گیرد، اما مکانیسم‌های منحصر به فردی مانند گواهی اثبات کار (PoW) و پاداش‌های اقتصادی را معرفی می‌کند تا امنیت و غیرمتمرکزسازی را تضمین کند. این مکانیزم بهینه‌سازی شده برای شبکه‌های باز مانند رمزارزها است، که مشارکت گسترده‌ای را امکان‌پذیر می‌سازد، اما با چالش‌هایی مانند مصرف انرژی و قابلیت ارتقاپذیری مواجه است.

سیستم‌های BFT سنتی در مصرف انرژی و ارتباطات کارآمدتر هستند، اما برای محیط‌هایی که در آن‌ها درجه‌ای از اعتماد و مشارکت کمتر وجود دارد و اندازه‌ی کوچک‌تری دارند، مناسب‌تر هستند. به همین دلیل، اجماع ناکاموتو یک تطبیق نوآورانه از اصول BFT برای برنامه‌های غیرمتمرکز است.

کلام آخر

اجماع ناکاموتو نوآوری برجسته‌ای است که اساس امنیت و عملکرد بیت‌کوین را فراهم می‌کند. با بهره‌گیری از گواهی اثبات کار، تنظیم دشواری و مشارکت غیرمتمرکز، این اجماع یک سیستم مالی بدون نیاز به اعتماد، امن و شفاف فراهم می‌آورد. با این حال، چالش‌هایی مانند مصرف انرژی و قابلیت ارتقاپذیری همچنان وجود دارند و تحقیقات و توسعه مداوم به منظور حل این مسائل ادامه دارد.

ترجمه شده توسط مجله خبری نیپوتو

منبع : https://nipoto.com/mag/what-is-the-nakamoto-consensus