مکانیزم اجماع بلاک چین برای اطمینان حاصل کردن از وجود توافق بین شرکت کنندگان در خصوص وضعیت فعلی بلاک چین استفاده می‌شود. مکانیزم اجماع تعیین می‌کند که چه کسی می‌تواند بلاک های جدید را اضافه کند و یکی از اهداف اصلی آن اطمینان از این موضوع است که زنجیره بازنویسی نشود.

اجماع گواه اثبات کار (PoW)

در بلاک چین های دارای اجماع گواه اثبات کار (نظیر بیت کوین)، فقط ماینرهایی که دارای سخت افزارهایی هستند که با کارایی خوبی پاسخ مسائل ریاضیاتی را حدس بزنند، می‌توانند بلاک های جدید اضافه کنند. هر بار ماینر حدس درستی بزند، می‌تواند بلاکی ایجاد کند که مورد پذیرش شبکه باشد. اگرچه ماینرها می‌توانند انتخاب کنند که در کدام زنجیره استخراج کنند، اما شبکه فقط زنجیره هایی را می‌پذیرد که دارای گواه اثبات کار مجتمع تری به عنوان زنجیره قابل قبول داشته باشد. این موضوع بدان معنا است که ماینرها برای استخراج در زنجیره های طولانی تر تشویق می‌شوند و هنگامی که بلاک جدید معتبری مشاهده کردند، به یافتن راهکاری برای بلاک بعدی تلاش خواهند کرد.

دشواری بازنویسی بلاک چین همان چیزی است که به بلاک چین امکان می‌دهد تا همانند دفترکل برای تراکنش های مالی عمل کند. هنگامی که تراکنش ارسال کوین به کیف پول در بلاک ایجاد می‌شود و چندین بلاک نیز بر بستر این بلاک ایجاد شده اند، بازنویسی بلاک و تراکشن بسیار غیرمحتمل خواهد شد.

اگر نهاد یا فردی توان هشینگ کافی برای غلبه بر “زنجیره درستکار” در اختیار داشته باشد می‌تواند با انجام ماینینگ در بلاک قدیمی به جای ماینینگ در آخرین بلاک، بلاک چین را بازنویسی کند. در ادامه به مثالی از چنین حملات می‌پردازیم که به حملات ۵۱ درصد معروف هستند.

حمله کننده با ارسال کوین به صرافی در بلاک X شرکت می‌کند، سپس ماینینگ زنجیره موازی را به طور خصوصی شروع می‌کند (در این حالت بلاک ها به شبکه ارسال نمی‌شود). پس از رسیدن به تعداد تاییدیه های مورد نیاز، حمله کننده کوین ها را در صرافی با کوین دیگری مبادله و از صرافی برداشت می‌کند. پس از برداشت، زنجیره موازی را عرضه می‌کند و اگر گواه اثبات کار (بلاک) بیشتری نسبت به زنجیره اصلی داشته باشد، شبکه این زنجیره را به عنوان زنجیره معتبر خواهد پذیرفت و سابقه زنجیره اصلی (که شامل سابقه واریز حمله کننده نیز می‌شود) پاک خواهد شد. سپس حمله کننده می‌تواند این کوین ها را بار دیگر خرج کند.

از آنجایی که ماینرها تنها افرادی هستند که در ارزهای دیجیتال دارای گواه اثبات کار می‌توانند مستقیما بلاک جدید به زنجیره اضافه کنند، این موضوع به آنها نقش بسیار مهمی در نظارت بر شبکه می‌دهد. انجام هرگونه تغییر در قوانین اجماع شبکه باید به گونه ای باشد که تغییر مورد نظر از اکثریت توان هش پشتیبانی کند. سافت فورک ها به تعداد ماینرهای کافی برای تشخیص قوانین جدید نیاز دارد تا کاربران بتوانند تراکنش انجام دهند و انتظار داشته باشند که تراکنش های آنها به طور مناسب پردازش و وارد بلاک شده است. هاردفورک ها شبکه را به دو بخش تقسیم می‌کنند و طبق قانون، زنجیره ای که گواه اثبات کار (بلاک) بیشتری داشته باشد زنجیره اصلی است. بر اساس این قانون، ماینرها می‌توانند تصمیم بگیرند که کدام زنجیره مورد پذیرش و معتبر است.

اجماع گواه اثبات سهام

اجماع گواه اثبات سهام روشی دیگر برای تعیین این موضوع است که چه کسی می‌تواند بلاک جدید اضافه کند و وضعیت فعلی بلاک چین را تایید کند. به جای رقابت ماینرها برای حل مسائل، در گواه اثبات سهام، توسط فرآیندی که بر اساس تعداد کوین های موجود در کیف پول است تولیدکنندگان بلاک بعدی مشخص می‌شوند. این فرآیند تضمین می‌کند افرادی که کوین بیشتری دارند و این کوین را در اختیار شبکه می‌گذارند، مسئول اخذ تصمیمات برای کل شبکه می‌باشند.

اجماع گواه اثبات سهام، نیاز به ماینینگ با مصرف انرژی بسیار زیاد را از بین می‌برد اما مشکل دیگری به وجود می‌آورد که به آن “نبود سهام” (وجود نداشتن هیچ کوینی برای در اختیار گذاشتن برای شبکه) می‌گویند. در مورد زنجیره فورک زده شده، سازندگان گواه اثبات سهام برای تایید بلاک ها در هر دو زنجیره پاداش دریافت می‌کنند زیرا کار بر روی زنجیره های اضافی، هزینه بسیار کمی را برای آنها در پی دارد و می‌توانند از هر دو زنجیره پاداش دریافت کنند. این موضوع را می‌توان مشکلی جدی برای شبکه دانست زیرا باید یک زنجیره وجود داشته باشد و هدف کلی مکانیزم اجماع، تایید وضعیت یک زنجیره می‌باشد.

مشکل دیگر گواه اثبات سهام در خصوص توزیع توکن ها است. ماینرهای گواه اثبات کار هزینه های بسیار زیادی نظیر هزینه برق و سخت افزار دارند معمولا باید اکثر کوین هایی که استخراج کرده اند را بفروشند تا این هزینه ها را جبران کنند. در نتیجه، بسیاری از کوین های استخراج شده به جای اینکه توسط ماینر ها ذخیره شود، در بازار به فروش می‌رسد. فورجرهای گواه اثبات سهام (در گواه اثبات سهام به ماینرها، فورجر گفته می‌شود) هزینه های عملیاتی بسیار کمی دارند، بنابراین فشاری برای فروش کوین های دریافتی به منظور حفظ شبکه را احساس نمی‌کنند. دارندگان بزرگ که در گواه اثبات سهام شرکت می‌کنند تمایل به این دارند که سهم خود از کوین های در حال گردش را افزایش دهند زیرا جایزه بلاک و کارمزد تراکنش سایر کاربران شبکه را دریافت می‌کنند. این موضوع همانند فئوداایسم است، به طوری که شبکه تحت اختیار و کنترل دارندگان کوین می‌باشد و کاربران برای استفاده از شبکه به این افراد اجاره پرداخت می‌کنند.

اجماع دوگانه گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام

هدف سیستم های اجماع دوگانه گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام، استفاده از مزایای این دو رویکرد و پوشش دادن نقطه ضعف های یکدیگر است. دیکرد (Decred) یکی از چند ارز دیجیتال است که از این رویکرد استفاده می‌کند و برای تولید مکانیزم اجماع دوگانه، روش های PoW و PoS را ترکیب می‌کند.

کوین های مسترنود نیز اجماع های دوگانه ای هستند که در آنها جزییاتی از گواه اثبات کار وجود دارد که نقش مشابهی همانند نقش خود در بیت کوین و نقش اضافه ای برای نودهای خاص اجرا می‌کنند. معمولا پیش نیازهایی وجود دارد که طی آن، نودهای خاص مقدار مشخصی ارز دیجیتال به عنوان وثیقه نزد خود نگهداری می‌کنند تا نشان دهند که می‌توان در خصوص اهداف شبکه به آنها اعتماد کرد. این موضوع مشابه با منطق گواه اثبات سهام است. دش (Dash) اولین کوین مسترنود است و به این مدل، گواه اثبات سرویس می‌گوید. تمرکز اصلی این مقاله بر اجماع های دوگانه ای است که ویژگی های گواه اثبات سهام را دارند.

ویژگی های گواه اثبات کار دیکرد (Decred) نیز همانند پروژه های دیگر مبتنی بر گواه اثبات کار عمل کرده و از تابع هش ۲۵۶ بیتی استفاده می‌کند. ویژگی های گواه اثبات سهام دیکرد و ارتباط آن با زنجیره کاملا منحصر به فرد است و به توضیحات بیشتری نیاز دارد.

برای شرکت در گواه اثبات سهام دیکرد، دارندگان کوین باید DCR خود را برای خرید تیکت، مسدود کنند. قیمت هر تیکت توسط مکانیزمی مشخص می‌شود که طی آن، سیستم ۴۰۹۶۰ تیکت ارائه می‌دهد. اگر تعداد تیکت ها بیشتر یا کمتر شود، قیمت نیز افزایش یا کاهش می‌یابد. هنگامی که کاربر تیکت را می‌خرد، DCR مورد استفاده مسدود می‌شود تا زمانی تیکت آنها برای رای گیری فراخوانده شود یا پس از ۱۴۲ روز منقضی شود. این امر فرصتی را برای گواه اثبات سهام به وجود می‌آورد تا اطمینان حاصل شود که رای دهندگان گواه اثبات سهام نقشی در این امر دارند و به نفع شبکه کار می‌کنند.

شرکت کنندگان گواه اثبات سهام (که به آنها رای دهندگان یا سهامداران نیز گفته می‌شود) سه نقش برجسته ایفا می‌کنند که عبارتند از: رای دهی بلاک ها، رای دهی در خصوص تغییر قوانین اجماع، رای دهی در خصوص مدیریت پروژه با استفاده از سیستم پروپوزال پولیتیا (Politeia). رای دهی بلاک ها، روشی است که طی آن، رای دهندگان گواه اثبات سهام بیشترین حضور مستقیم در حفظ اجماع را دارند.

رای دهی بلاک ها

هنگامی که ماینر گواه اثبات کار بلاک معتبری می‌یابد، آن را به شبکه ارسال می‌کند اما برای آنکه این بلاک معتبر در نظر گرفته شود، باید حداقل شامل ۳ رای از ۵ رای تیکت های انتخاب شده باشد. رای دهندگان گواه اثبات سهام کیف پول خود را باز نگه می‌دارند تا هنگامی که تیکت آنها فراخوانده شد آماده پاسخگویی باشند. هنگامی که تیکت گواه اثبات سهام برای رای دهی و پاسخ فراخوانده شد، دارنده آن جایزه دریافت می‌کند.

هنگامی که تیکت فراخوانده شود، دارندگان تیکت می‌توانند در خصوص تایید یا عدم تایید تراکنش های بلاک قبلی رای دهند. نودهای شبکه، بلاک جدید را تا زمانی که شامل ۳ رای نباشد معتبر نمی‌شناسند. اگر اکثر تیکت ها، تراکنش های بلاک قبلی را تایید نکنند، این تراکنش ها به استخر اعضا (mempool) برمی‌گردند. این تراکنش ها شامل جایزه ماینر گواه اثبات کار می‌باشد اما جایزه رای دهندگان گواه اثبات سهام را شامل نمی‌شوند.

بنابراین رای دهندگان گواه اثبات سهام قدرت این را دارند بدون آنکه خللی در پاداش خودشان ایجاد شود، پاداش ماینرها را کاهش دهند. این امر، قدرت ماینرهای گواه اثبات کار را برای وتو کردن تغییرات قوانین اجماع شبکه محدود می‌کند. در واقع، رای دهندگان گواه اثبات سهام می‌توانند اقدامات ماینرها را با سیاست رای منفی به اقدامات نامناسب و مخرب به صلاح خود رد کنند. این امر از نوشتن تراکنش ها و دریافت جایزه ماینر های سودجوی گواه اثبات کار جلوگیری می‌کند.

این لایه تاییدی گواه اثبات سهام، امنیت شبکه و محافظت شبکه در مقابل اکثر حملات را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد. روش رایج انجام اکثر حمله های دوبار خرج کردن به صورت بازنویسی بلاک چین توسط ماینینگ زنجیره جایگزین و سپس عرضه آن پس از مدتی مشخص و کسب سود از ابطال تراکنش های زنجیره قدیمی انجام می‌شود.

از آنجایی که بلاک های دیکرد به ورودی های تیکت های تصادفی نیاز دارند تا به عنوان بلاک معتبر شناخته شوند و تا زمانی که این ورودی را دریافت نکنند نمی‌توانند توسط ماینرهای گواه اثبات کار ایجاد شوند، ماینرهای گواه اثبات کار نمی‌توانند به صورت پنهانی به استخراج بپردازند مگر آنکه بخش اعظمی از تیکت ها را در اختیار داشته باشند.

طراحی اجماع دوگانه PoW/PoS، هزینه حملات به شبکه را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد زیرا دو سیستم جداگانه توسط حمله کننده باید فریب داده شود. گواه اثبات سهام به صورتی تنظیم شده است که این تیکت ها فقط می‌توانند به مقدار کمی تصاحب شوند. تعداد محدودی از تیکت ها را می‌توان در هر بلاک خرید و خرید حداکثر مقدار تیکت ها منجر به افزایش شدید قیمت می‌شود. به علاوه، پس از خریده شدن این تیکت ها، سرمایه استفاده شده برای خرید آنها به مدت مشخصی مسدود می‌شود و کوین های مسدود شده حمله کننده در معرض کاهش قیمت قرار می‌گیرند.

این پیش نیاز که سهامداران تصادفی به هر بلاک رای می‌دهند بدان معنا است که بلاک چین باید بین تمام شرکت کنندگان به اشتراک گذاشته شود، زیرا با استخراج شرکت کنندگان، امنیت شبکه افزایش می‌یابد. سیستم دوگانه دیکرد طوری طراحی شده است تا به سهامداران قدرت بیشتری نسبت به ماینرهای گواه اثبات کار بدهد.

رای گیری در خصوص تغییر اجماع

دیکرد (Decred) از ابتدا تصمیم گرفت که سهامداران گواه اثبات سهام را به نیروی تصمیم گیری غالب در خصوص نظارت بر بلاک چین تبدیل کند. تغییر در قوانین اجماع یک رویه تصویب به روز رسانی می‌باشد که به موجب آن، هرگونه تغییر در قوانین اجماع فقط پس از انجام فرایند رای گیری امکان پذیر است. تنها اگر حداقل ۷۵ درصد تیکت های رای گیری تغییرات مورد نظر را تایید کنند، این تغییرات می‌توانند اعمال شوند. این فرآیند پس از آن شروع می‌شود که بخش اعظمی از ماینرها (۹۵ درصد ماینرها) و رای دهندگان (۷۵ درصد رای دهندگان) نرم افزار به روز رسانی شده با آخرین تغییرات قوانین را اجرا کنند. اگر پروپوزال تغییر قوانین طی ۴ هفته توانست حمایت ۷۵ درصدی سهامداران را جلب کند مورد پذیرش واقع می‌شود، در غیر این صورت تایید نمی‌شود و فرایند رای گیری مجدد آغاز می‌شود. اگر پروپوزال مورد پذیرش واقع شود، تغییر قانون یک ماه بعد انجام می‌شود.

مدیریت پروژه پولیتیا

جایزه بلاک های دیکرد بین ماینرهای گواه اثبات کار (۶۰ درصد جایزه)، رای دهندگان گواه اثبات سهام (۳۰ درصد جایزه) و خزانه (۱۰ درصد جایزه) تقسیم می‌شود. ۱۰ درصد سهم خزانه به منظور تامین بودجه لازم برای توسعه نرم افزار متن باز پروژه های آتی می‌باشد. دارندگان تیکت حق رای دهی در خصوص خرج کردن این سرمایه، افزودن ویژگی های جدید و تعیین سیاست ها از طریق پلتفرم مدیریتی پولیتیا دارند.

نتیجه گیری

از آنجایی که رای دهندگان گواه اثبات سهام ۳۰ درصد جایزه بلاک را دریافت می‌کنند، نمی‌توانند سهم نسبی خود از موجودی DCR را با در اختیار گذاشتن کوین های خود به کسب کنند. اکثریت DCR های تازه صادر شده به ماینرهای گواه اثبات کار و در ازای نقشی که در ایمن سازی شبکه و حل مشکل سیستم های گواه اثبات سهام ایفا می‌کنند تعلق می‌گیرد. ماینرها معمولا باید بخش زیادی از جایزه دریافتی خود را بفروشند تا هزینه های عملیاتی را جبران کنند. این امر باعث افزایش موجودی DCR در بازار می‌شود.

بلاک چین دیکرد معماری منحصربه‌فردی را ارائه می‌دهد و یکی از قابل ذکرترین مثال های سیستم دوگانه PoW/PoS است. پروژه های آینده ای که از رویکرد PoW/PoS استفاده می‌کنند نیر منحصر به فرد خواهند بود و لزوما از چارچوب دیکرد پیروی نخواهند کرد.