در دنیای بلاکچین، اجماع به فرآیند توافق‌گیری بین تمامی شرکت‌کنندگان شبکه اطلاق می‌شود که از طریق آن، وضعیت دفتر کل (لجر) به‌روزرسانی می‌شود. این فرآیند حیاتی برای تضمین امنیت، صحت و یکپارچگی داده‌ها در بلاکچین است. با توجه به رشد سریع بلاکچین و کاربردهای متنوع آن، مقایسه مدل‌های اجماع و انتخاب مدل اجماع مناسب از اهمیت زیادی برخوردار است.
در این مقاله، به مقایسه چهار مدل اجماع اصلی بلاکچین پرداخته می‌شود: PoW (Proof of Work)، PoS (Proof of Stake)، DPoS (Delegated Proof of Stake) و BFT (Byzantine Fault Tolerance). هرکدام از این مدل‌ها ویژگی‌ها، مزایا و چالش‌های خاص خود را دارند که درک این تفاوت‌ها می‌تواند به انتخاب مناسب‌ترین مدل اجماع برای یک پروژه بلاکچین کمک کند.
معرفی انواع مدل‌های اجماع در بلاکچین
در ادامه ویژگی‌های انواع مدل‌های اجماع اصلی را شرح می‌دهیم:
مدل اجماع Proof of Work (PoW)
مدل اجماع Proof of Work اولین و مشهورترین مدل اجماع بلاکچین است که توسط بیت کوین ایجاد شد. در این مدل، ماینرها برای تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های جدید باید یک مسئله پیچیده ریاضی را حل کنند. این کار نیازمند قدرت پردازشی بالاست که به‌طور خاص به منابع زیادی احتیاج دارد.
ویژگی‌ها و مزایا:
- امنیت بالا: PoW یکی از امن‌ترین مدل‌های اجماع به شمار می‌آید زیرا برای حمله به شبکه، مهاجم باید بیش از ۵۰ درصد از قدرت پردازشی شبکه را در اختیار داشته باشد.
- تمرکززدایی: در PoW، هیچ‌کس نمی‌تواند به‌راحتی کنترل شبکه را در دست گیرد زیرا رقابت برای حل مسائل ریاضی نیاز به منابع زیادی دارد.
معایب:
- مصرف بالای انرژی: یکی از بزرگ‌ترین معایب PoW مصرف بالای انرژی است. برای مثال، شبکه بیت کوین برای تأیید تراکنش‌ها به قدرت پردازشی زیادی نیاز دارد که موجب مصرف زیاد برق می‌شود.
- مقیاس‌پذیری پایین: به دلیل نیاز به حل مسائل پیچیده، PoW نمی‌تواند به راحتی تعداد تراکنش‌های بیشتری را پردازش کند.
مدل اجماع Proof of Stake (PoS)
مدل Proof of Stake به‌جای استفاده از قدرت پردازشی برای حل مسائل ریاضی، از مقدار توکن‌های موجود در اختیار کاربران برای انتخاب اعتبارسنج‌ها استفاده می‌کند. در این مدل، افرادی که توکن‌های بیشتری دارند، شانس بیشتری برای انتخاب به‌عنوان اعتبارسنج دارند.
ویژگی‌ها و مزایا:
- مصرف انرژی کمتر: در مقایسه با PoW، PoS به منابع کمتری برای پردازش تراکنش‌ها نیاز دارد.
- مقیاس‌پذیری بهتر: مدل PoS می‌تواند تعداد تراکنش‌های بیشتری را نسبت به PoW پردازش کند.
معایب:
- تمرکز بیشتر: در مدل PoS، افرادی که توکن‌های بیشتری دارند، شانس بیشتری برای اعتبارسنجی دارند، که ممکن است باعث تمرکز قدرت در دستان افراد خاصی شود.
- هزینه‌های بالای سرمایه‌گذاری اولیه: برای شرکت در فرآیند اعتبارسنجی، نیاز به داشتن مقدار زیادی توکن است که ممکن است برای کاربران جدید هزینه‌بر باشد.
مدل اجماع Delegated Proof of Stake (DPoS)
مدل Delegated Proof of Stake یکی از نسخه‌های بهبود یافته PoS است که در آن، کاربران به جای انتخاب اعتبارسنج‌ها به‌طور مستقیم، به نمایندگان خود (ولین‌های شبکه) رأی می‌دهند تا وظیفه اعتبارسنجی تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌ها را بر عهده بگیرند.
ویژگی‌ها و مزایا:
- مقیاس‌پذیری بالا: DPoS می‌تواند تراکنش‌های بیشتری را نسبت به PoS و PoW پردازش کند.
- سرعت بیشتر: با توجه به تعداد کم اعتبارسنج‌ها (ولین‌ها)، فرآیند اجماع سریع‌تر از دیگر مدل‌ها انجام می‌شود.
معایب:
- تمرکز بالا: از آنجا که تنها تعداد محدودی از ولین‌ها برای تأیید تراکنش‌ها انتخاب می‌شوند، این مدل ممکن است به‌طور بالقوه تمرکز بیشتری را در اختیار گروه خاصی از کاربران قرار دهد.
- آسیب‌پذیری به فساد: اگر یک ولین یا گروهی از ولین‌ها رأی‌گیری را کنترل کنند، می‌توانند شبکه را به سمت منافع خود هدایت کنند.
مدل اجماع Byzantine Fault Tolerance (BFT)
مدل Byzantine Fault Tolerance برای مقابله با مشکل معروف “مسئله بیزانسی” طراحی شده است که در آن، تعدادی از نودهای شبکه ممکن است به دلایل مختلف به اشتباه رفتار کنند. در مدل BFT، شبکه باید به اجماع برسد حتی اگر برخی از نودها (تا حد معینی) خرابکار یا اشتباه‌کار باشند.
ویژگی‌ها و مزایا:
- امنیت بالا: BFT می‌تواند حتی در صورت وجود خرابکاری در بخشی از نودها، اجماع را حفظ کند.
- مقیاس‌پذیری بالا: این مدل قادر است تا به تعداد زیادی تراکنش در ثانیه پاسخ دهد.
معایب:
- پیچیدگی بالای پیاده‌سازی: پیاده‌سازی BFT پیچیده است و نیاز به الگوریتم‌های خاص برای هم‌زمانی نودها دارد.
- هزینه‌های بالا: برای به دست آوردن اجماع، نیاز به تبادل پیام‌های زیادی بین نودها است که هزینه بالایی ایجاد می‌کند.
جدول مقایسه مدل‌های اجماع در بلاکچین
در این جدول، مقایسه مدل‌های اجماع در بلاکچین را خلاصه کرده‌ایم:
| ویژگی‌ها | PoW | PoS | DPoS | BFT |
|---|---|---|---|---|
| امنیت | بسیار بالا | بالا | متوسط | بسیار بالا |
| مصرف انرژی | بسیار بالا | پایین | پایین | پایین |
| مقیاس‌پذیری | پایین | بالا | بسیار بالا | بالا |
| تمرکززدایی | بالا | متوسط | پایین | متوسط |
| پیچیدگی پیاده‌سازی | متوسط | کم | کم | بسیار زیاد |
| زمان تأیید تراکنش | کند | سریع | بسیار سریع | سریع |
مقایسه مدل‌های اجماع در بلاکچین: PoW، PoS، DPoS و BFT
در این بخش به مقایسه مستقیم چهار مدل اجماع مهم در بلاکچین پرداخته می‌شود: Proof of Work (PoW)، Proof of Stake (PoS)، Delegated Proof of Stake (DPoS) و Byzantine Fault Tolerance (BFT). هر کدام از این مدل‌ها ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند که می‌توانند در شرایط مختلف متفاوت عمل کنند.
بررسی امنیت مدل‌های اجماع
- PoW: یکی از امن‌ترین مدل‌های اجماع است. برای حمله به شبکه، باید بیش از ۵۰ درصد از توان پردازشی شبکه کنترل شود. این امر نیازمند منابع قابل توجه و هزینه‌های بالا است.
- PoS: امنیت به مقدار توکن‌های موجود در اختیار کاربران وابسته است. هرچه تعداد توکن‌ها بیشتر باشد، احتمال انجام حمله کاهش می‌یابد. با این حال، اگر یک گروه یا فرد کنترل تعداد زیادی توکن را داشته باشد، می‌تواند به شبکه آسیب بزند.
- DPoS: امنیت در این مدل به ولین‌ها (نمایندگان منتخب کاربران) بستگی دارد. اگر ولین‌ها به درستی انتخاب نشوند یا تحت کنترل یک گروه خاص قرار بگیرند، ممکن است امنیت شبکه تحت تأثیر قرار گیرد.
- BFT: مدل BFT در برابر خرابی و خرابکاری مقاوم است. حتی اگر تعدادی از نودها خرابکارانه رفتار کنند، همچنان شبکه به اجماع می‌رسد. این مدل به‌ویژه برای شبکه‌هایی که نیاز به اجماع سریع دارند، مناسب است.
نقایسه مصرف انرژی
- PoW: مدل PoW بیشترین مصرف انرژی را دارد زیرا ماینرها باید مشکلات پیچیده ریاضی را حل کنند که نیازمند قدرت پردازشی بالاست.
- PoS: مصرف انرژی در PoS بسیار کمتر از PoW است زیرا نیازی به حل مسائل پیچیده نیست و اعتبارسنج‌ها به‌جای رقابت پردازشی، بر اساس میزان توکن‌های خود انتخاب می‌شوند.
- DPoS: مانند PoS، مصرف انرژی در DPoS نیز پایین است. در این مدل، چون تعداد کمی از ولین‌ها مسئول تأیید تراکنش‌ها هستند، مصرف انرژی محدود است.
- BFT: این مدل نیز نسبت به PoW کمترین مصرف انرژی را دارد، زیرا نیاز به قدرت پردازشی زیادی ندارد و به‌جای آن بر تبادل پیام‌ها بین نودها تمرکز دارد.
مقایسه مدل‌های اجماع از نظر مقیاس‌پذیری
- PoW: به دلیل نیاز به حل مسائل پیچیده، مقیاس‌پذیری در PoW محدود است. تعداد تراکنش‌های پردازش‌شده در هر ثانیه کم است.
- PoS: PoS مقیاس‌پذیری بالاتری نسبت به PoW دارد. از آنجا که این مدل از قدرت پردازشی کمتر و تصمیم‌گیری سریع‌تر استفاده می‌کند، می‌تواند تراکنش‌های بیشتری را پردازش کند.
- DPoS: DPoS به‌طور قابل توجهی از PoS سریع‌تر و مقیاس‌پذیرتر است. زیرا تنها تعداد محدودی از ولین‌ها مسئول تأیید تراکنش‌ها هستند که باعث افزایش سرعت و کاهش زمان پردازش تراکنش‌ها می‌شود.
- BFT: مدل BFT معمولاً مقیاس‌پذیری بالاتری نسبت به PoW دارد و در شبکه‌های خاص که نیاز به اجماع سریع دارند، می‌تواند عملکرد خوبی ارائه دهد. با این حال، مقیاس‌پذیری آن همچنان محدود است و در صورت افزایش تعداد نودها، پیچیدگی و هزینه‌ها افزایش می‌یابد.
مقایسه تمرکززدایی
- PoW: PoW به‌طور طبیعی ویژگی تمرکززدایی بالایی دارد زیرا رقابت برای حل مسائل ریاضی بسیار گسترده است و هیچ‌کس نمی‌تواند به‌راحتی کنترل شبکه را در دست گیرد.
- PoS: PoS ممکن است به تمرکز قدرت منجر شود، زیرا افراد یا گروه‌هایی که تعداد زیادی توکن دارند، شانس بیشتری برای انتخاب به‌عنوان اعتبارسنج دارند.
- DPoS: این مدل بیشتر از PoS متمرکز است زیرا فقط تعداد محدودی ولین مسئول تأیید تراکنش‌ها هستند که می‌تواند منجر به تمرکز بیشتر قدرت در دستان یک گروه خاص شود.
- BFT: در BFT، اگرچه تمرکز بیشتری نسبت به PoW وجود دارد، اما هنوز هم بر اساس توافق و تبادل پیام‌ها بین نودهاست و این ویژگی آن را کمتر از DPoS متمرکز می‌کند.
پیچیدگی پیاده‌سازی
- PoW: پیاده‌سازی PoW نسبتاً ساده است و در شبکه‌هایی مانند بیت‌کوین پیاده‌سازی شده است. اما به دلیل نیاز به قدرت پردازشی بالا، ممکن است برای شبکه‌های بزرگتر چالش‌برانگیز باشد.
- PoS: پیاده‌سازی PoS پیچیدگی کمتری نسبت به PoW دارد و به دلیل مصرف انرژی پایین‌تر، برای پروژه‌های بلاکچین جدید مناسب‌تر است.
- DPoS: پیاده‌سازی DPoS پیچیده‌تر از PoS است زیرا نیاز به سیستم رأی‌گیری و انتخاب ولین‌ها دارد. این فرآیند ممکن است باعث پیچیدگی بیشتر در شبکه شود.
- BFT: پیاده‌سازی BFT پیچیده‌ترین مدل از بین مدل‌های مطرح‌شده است. این مدل نیازمند تبادل پیام‌های زیادی بین نودها است و به همین دلیل ممکن است هزینه‌های بالایی داشته باشد.
زمان تأیید تراکنش‌ها
- PoW: تأیید تراکنش‌ها در PoW معمولاً زمان‌بر است زیرا ماینرها باید مسائل پیچیده را حل کنند. این باعث می‌شود که زمان پردازش تراکنش‌ها طولانی‌تر از سایر مدل‌ها باشد.
- PoS: تأیید تراکنش‌ها در PoS سریع‌تر از PoW است زیرا فرآیند تأیید به‌طور مستقیم به اعتبارسنج‌ها و مقدار توکن‌ها مربوط است.
- DPoS: زمان تأیید تراکنش‌ها در DPoS به‌طور قابل توجهی سریع‌تر از PoS است زیرا تعداد محدودی از ولین‌ها مسئول تأیید تراکنش‌ها هستند.
- BFT: در مدل BFT، تأیید تراکنش‌ها سریع است و شبکه می‌تواند به سرعت به اجماع برسد. این مدل برای شبکه‌هایی که نیاز به اجماع سریع دارند، مناسب است.
نتیجه‌گیری
هرکدام از مدل‌های اجماع معرفی‌شده ویژگی‌ها و محدودیت‌های خاص خود را دارند. انتخاب مدل اجماع بستگی به نیازها و هدف‌های پروژه دارد. برای مثال، اگر امنیت اولویت باشد، PoW می‌تواند گزینه مناسبی باشد، در حالی که برای پروژه‌هایی که به مقیاس‌پذیری و مصرف انرژی کمتر نیاز دارند، مدل‌هایی مانند PoS یا DPoS بهتر عمل خواهند کرد. همچنین، برای شبکه‌هایی که نیاز به اجماع سریع و مقاوم به خرابکاری دارند، BFT می‌تواند بهترین انتخاب باشد.
در نهایت، انتخاب مدل اجماع باید با دقت و بررسی تمامی جوانب صورت گیرد تا بهترین نتیجه در امنیت، کارایی و مقیاس‌پذیری برای شبکه بلاکچین به دست آید.
سوالات متداول
PoS چه تفاوتی با PoW دارد؟
در مدل Proof of Stake (PoS)، اعتبارسنج‌ها برای تأیید تراکنش‌ها به‌جای استفاده از قدرت پردازشی، بر اساس میزان توکن‌هایی که در اختیار دارند انتخاب می‌شوند. برخلاف PoW که به قدرت محاسباتی بالا نیاز دارد، PoS از نظر مصرف انرژی بسیار کارآمدتر است و می‌تواند مقیاس‌پذیری بیشتری داشته باشد. اما این مدل ممکن است به تمرکز قدرت در دستان افرادی که تعداد زیادی توکن دارند منجر شود.
DPoS چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
مدل Delegated Proof of Stake (DPoS) نسخه‌ای بهبود یافته از PoS است که در آن کاربران به نمایندگان خود یا «ولین‌ها» رأی می‌دهند تا مسئولیت تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌ها را بر عهده بگیرند. این مدل سریع‌تر و مقیاس‌پذیرتر از PoS است، اما ممکن است به تمرکز قدرت در دستان تعداد محدودی از ولین‌ها منجر شود. برای شبکه‌هایی که نیاز به پردازش سریع تراکنش‌ها دارند، DPoS می‌تواند انتخاب مناسبی باشد.
BFT چیست و چرا استفاده می‌شود؟
Byzantine Fault Tolerance (BFT) یک مدل اجماع است که برای مقابله با “مسئله بیزانسی” طراحی شده است. این مدل قادر است به اجماع برسد حتی اگر تعدادی از نودها خرابکار یا نادرست عمل کنند. BFT معمولاً برای شبکه‌هایی که به اجماع سریع و مقاوم در برابر خرابی نیاز دارند مناسب است، اما پیاده‌سازی آن پیچیده و هزینه‌بر است.
کدام مدل اجماع برای پروژه‌های بلاکچین به‌صرفه‌تر است؟
برای پروژه‌هایی که به مصرف انرژی کم و مقیاس‌پذیری بالا نیاز دارند، PoS و DPoS به دلیل مصرف انرژی کمتر و توانایی پردازش تعداد بیشتری تراکنش در ثانیه، گزینه‌های بهتری هستند. در حالی که PoW از نظر امنیت بسیار قوی است، اما مصرف انرژی آن بالا است. برای پروژه‌هایی که نیاز به اجماع سریع و مقاوم در برابر خرابی دارند، BFT می‌تواند انتخاب مناسب‌تری باشد.
