الگوریتم اثبات تاریخ (Proof-of-History) روش جدیدی می باشد که در سیستم‌های بلاک چین استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل شود که داده‌های تاریخی دقیقی هستند، دستکاری نشده‌اند و نمی‌توان آنها را دستکاری کرد.
اولین بلاک، بلاکچین سولانا در ۱۶ مارس سال ۲۰۲۰ ایجاد شد و جهان را با مزایا و قابلیت‌های الگوریتم اثبات تاریخ آشنا کرده است، تکنیک جدیدی که ادعا می‌کند کارایی و مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاک چین را به طور گسترده افزایش می‌دهد. این فناوری که به عنوان «ساعت غیرمتمرکز» توصیف می‌شود، برای اولین بار توسط آناتولی یاکوونکو (Anatoly Yakovenko) بنیانگذار سولانا، در نوامبر ۲۰۱۷ در مقاله‌ای پیشنهاد شد.
در این مقاله به جزئیات فناوری الگوریتم اثبات تاریخ سولانا خواهیم پرداخت و نحوه عملکرد آن و ویژگی‌های کلیدی این الگوریتم را توضیح می‌دهیم. علاوه بر این، مزایا و معایب آن را در شبکه بلاک چین و نحوه مقایسه آن با سایر الگوریتم‌های اجماع دیگر مانند اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) را مورد بررسی قرار خواهیم داد.
الگوریتم اثبات تاریخ (POH)
الگوریتم اثبات تاریخ روش جدیدی است که در سیستم‌های بلاک چین استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که داده‌های تاریخی دقیق هستند، دستکاری نشده‌اند و نمی‌توان آنها را دستکاری کرد.
این امر با استفاده از یک تابع هش برای ایجاد یک «اثر انگشت» منحصر به فرد از مجموعه‌ای از داده‌ها (مانند تراکنش‌های گذشته) به دست می‌آید. سپس این در یک بلاک از بلاک چین گنجانده می‌شود و می‌تواند توسط نودهایی که در حال حاضر زنجیره بلاک را ایمن می‌کنند، تأیید و تثبیت شود. این نودها (گره ها) نیز می‌توانند اثر انگشت را با وضعیت فعلی داده‌های بلاک چین مقایسه کنند تا اعتبار و صحت آن را تأیید کنند.
از آنجایی که عملکرد هش قطعی است، هر گونه تغییر در داده‌ها منجر به اثر انگشت متفاوتی می‌شود که سپس توسط نودها جعلی بودن آن تشخیص داده می‌شود و بلاک حذف و دور ریخته می‌شود.
به طور کلی، الگوریتم اثبات تاریخ برای ایمن‌سازی و غیرمتمرکز کردن بلاک چین استفاده می‌شود و از هزینه مضاعف و اضافی جلوگیری می‌کند و همچنین اطمینان حاصل می‌کند که همه نودها نسخه‌های یکسانی از بلاک چین را میزبانی می‌کنند.
توجه: اثبات تاریخ به خودی خود یک الگوریتم اجماع نیست، بلکه راهی برای بهبود کارایی سیستم‌های بلاک چین است.
سولانا؛ اولین بلاک چینی که از الگوریتم اثبات تاریخ استفاده کرد
در مارس سال ۲۰۲۰ ، سولانا اولین بلاک چینی شد که از الگوریتم اثبات تاریخ به همراه اثبات سهام استفاده می کند.
سولانا به عنوان یک پلتفرم بلاک چین عمومی که برای تامین قراردادهای هوشمند سریع، در دسترس و مقیاس‌پذیر و برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps) طراحی شده است، از چندین فناوری و روش جدید برای انجام این کار استفاده می‌کند.
برای مثال، معماری سولانا مبتنی بر گونه‌ای از الگوریتم اجماع تحمل خطای بیزانس کاربردی (PBFT) می‌باشد که به نام «برج BFT» نیز شناخته می‌شود. این امکان پردازش موازی تراکنش‌ها را فراهم می‌کند و با تقسیم شبکه به گروه‌های جداگانه به نام «برج‌ها»، مقیاس‌پذیری شبکه را به‌طور جامعی بهبود می‌بخشد. هر یک از این برج‌ها می‌توانند زیرمجموعه‌ای از تراکنش‌های تایید نشده سولانا را پردازش کنند.
علاوه بر این، از پروتکل شبکه‌ای به نام Gossip نیز استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل شود که تراکنش‌ها به سرعت و کارآمد در سراسر شبکه سولانا منتشر می‌شوند و به حداقل رساندن تاخیر کمک می‌کند. جزئیات بیشتر در مورد سیستم Gossip در وایت پیپر رسمی ارائه شده است.
با ترکیب این مورد با الگوریتم اثبات تاریخ برای پردازش تراکنش‌ها در زمانی ثابت، بلاک چین سولانا قادر می باشد که چیزی در حدود ۶۵۰۰۰ تراکنش در ثانیه (tps) را پردازش کند. این باعث می‌شود که این شبکه برای برنامه‌های با توان بالا مانند بازی‌های بلاک چین، بازارهای NFT و DeFi مناسب باشد.
اثبات کار و اثبات سهام و اثبات تاریخ
همه بلاک چین‌های غیرمتمرکز به راهی برای رسیدن نودها به اجماع در مورد وضعیت فعلی دفتر کل نیاز دارند. روشی که آنها این کار را انجام می‌دهند به طور قابل توجهی بین زنجیره‌ها متفاوت است، اما همه آنها از نوعی الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند.
در حال حاضر، الگوریتم اثبات کار و الگوریتم اثبات سهام بیشترین استفاده را دارند، در حالی که الگوریتم اثبات تاریخ به عنوان راه‌حلی برای افزایش کارایی الگوریتم‌های اجماع در حال ظهور می‌باشد.
جدول زیر یک نمای کلی از تفاوت اصلی بین این سه گزینه را ارائه می‌کند:
الگوریتم اثبات کار (PoW)
اولین الگوریتم اجماع، اثبات کار (Proof-of-Work) از شبکه‌ای از رایانه‌های قوی به نام ماینرها استفاده می‌کند تا شبکه‌های غیرمتمرکز را ایمن نگه دارد و در عین حال اطمینان حاصل شود که تراکنش‌ها می‌توانند به صورت همتا به همتا پردازش و تأیید شوند.
این الگوریتم در ابتدا برای ایمن‌سازی شبکه بیت کوین مورد استفاده قرار گرفت، اما بعداً توسط پلتفرم‌های جدیدتری مانند اتریوم (پیش از آپیدت Merge)، دوج کوین، لایت کوین و مونرو پذیرفته شد. اثبات کار در حال حاضر دومین الگوریتم اجماع محبوب می‌باشد.
این سیستم به گونه‌ای طراحی شده است که اعتبارسنجی تراکنش‌های جدید را به طور فزاینده‌ای دشوار می‌کند و تضمین می‌کند که شبکه حتی زمانی که هش ریت افزایش می‌یابد، ایمن باقی می‌ماند.
الگوریتم اثبات کار چگونه کار می‌کند؟
الگوریتم اثبات کار شبکه‌های بلاک چین را قادر می‌سازد تا تراکنش‌ها را تأیید کرده و بلاک‌های جدیدی را به زنجیره اضافه کنند. این امر تضمین می‌کند که یک سیستم توزیع شده می‌تواند در مورد وضعیت فعلی سفارش بدون اتکا به یک مرجع مرکزی به اجماع برسد.
در سیستم‌های اثبات کار فعلی، «ماینرها» پازل‌های پیچیده ریاضی (پازل‌های هش) را به منظور اضافه کردن بلاک‌های جدید به زنجیره حل می‌کنند. آنها باید یک هش خاص (nonce) را پیدا کنند که با هش هدف بلاک مطابقت داشته باشد.
به اولین ماینری که این معما را حل می‌کند پاداشی ارائه می‌شود که ترکیبی از پاداش بلاک به اضافه تمام هزینه‌هایی است که کاربران برای گنجاندن تراکنش خود در بلاک پرداخت می‌کنند. این سیستم به گونه‌ای طراحی شده است که اعتبارسنجی تراکنش‌های جدید را به طور فزاینده‌ای دشوار می‌کند و تضمین می‌کند که شبکه حتی زمانی که هش ریت کل افزایش می‌یابد، ایمن باقی می‌ماند.
سختی شبکه تنظیم می‌شود (در صورت افزایش هش ریت یا زمانی که کاهش می‌یابد)، به طوری که بلاک‌ها با ریت ثابت به زنجیره اضافه می‌شوند. این زمان بلاک مورد نظر اکنون ۱۰ دقیقه در شبکه بیت کوین و ۲.۵ دقیقه در شبکه لایت کوین می‌باشد.
این فرآیند را «ماینینگ» نامیده می‌شود و مقدار قابل توجهی از توان محاسباتی و انرژی مصرف می‌کند. این الگوریتم به عنوان روشی به منظور بازدارندگی بازیگران مخرب از تلاش برای به دست گرفتن کنترل شبکه با ایجاد چندین بلاک به طور همزمان استفاده می‌شود.
مزایا و معایب الگوریتم اثبات کار
در حال حاضر، اثبات کار ایمن‌ترین الگوریتم اجماع در نظر گرفته می‌شود، زیرا امنیت ارائه شده توسط شبکه بزرگی از ماینرها هنوز نمی‌تواند با سیستم‌های دیگر رقابت کند.
به همین ترتیب، بسیار فراگیرتر از الگوریتم‌های اجماع رقیب است، زیرا عملاً هر کسی می‌تواند به عنوان ماینر یا میزبان یک نود به شبکه بپیوندد. این امر باعث می‌شود که بلاک چین‌های اثبات کار به یکی از غیرمتمرکزترین شبکه‌های اصلی تبدیل شوند.
با این وجود، این الگوریتم بدون معایب نیست. شبکه‌های بزرگ اثبات کار برای حفظ امنیت خود مقادیر زیادی برق مصرف می‌کنند و شبکه بیت کوین به تنهایی به اندازه یک کشور کوچک برق مصرف می‌کند. در نتیجه این، بلاک چین‌های اثبات کار نیز دارای ردپای کربن نامتناسب زیادی هستند.
همچنین، بلاک چین‌های اثبات کار به طور کلی کند هستند. این به این دلیل است که شبکه باید منتظر باشد تا تعداد کافی ماینر در شبکه شرکت کنند و تراکنش‌ها را تأیید کنند که به زمان بلاک طولانی نیاز دارد. این زمان بلاک طولانی با افزایش مشارکت ماینرها امنیت و تمرکززدایی را به حداکثر می‌رساند، اما مقیاس‌پذیری و توان عملیاتی را کاهش می‌دهد.
این محدودیت‌ها باعث شده است که پلتفرم‌های اصلی بلاک چین از اثبات کار به نفع الگوریتم‌های اجماع با مصرف بهینه انرژی مانند اثبات کار دور شوند.
الگوریتم اثبات سهام (PoS)
اثبات سهام (Proof-of-Stake) نوعی الگوریتم اجماع است که در فناوری بلاک چین برای ایمن‌سازی و اعتبارسنجی تراکنش‌ها در شبکه استفاده می‌شود.
به جای استفاده از قدرت محاسباتی مانند الگوریتم اثبات تاریخ، این الگوریتم از سهام (یا مالکیت) توکن بومی شبکه برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده می‌کند.
در یک سیستم اثبات سهام، افرادی که مقدار قابل توجهی از کوین بومی شبکه را در اختیار دارند، می‌توانند از کوین‌های خود برای تبدیل شدن به یک اعتبارسنجی استفاده کنند. این اعتباردهنده‌ها به‌طور تصادفی برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها انتخاب می‌شوند و برای تلاش‌های خود پاداشی دریافت می‌کنند. هر چه کاربر کوین‌های بیشتری را به اشتراک بگذارد، به طور کلی شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان اعتبارسنجی را دارد.
امروزه اکثر بلاک چین‌ها از الگوریتم اثبات سهام یا برخی از مشتقات آن، از جمله زنجیره‌های محبوب مانند BNB Chain، NEAR Protocol و Aptos استفاده می‌کنند.
الگوریتم اثبات سهام چگونه کار می‌کند؟
اثبات سهام فرآیند اعتبارسنجی تراکنش و تولید بلاک را با حذف کامل فرآیند ماینینگ ساده می‌کند و در عوض با استفاده از یک الگوریتم به صورت شبه تصادفی انتخاب می‌کند که کدام نود (معروف به اعتبارسنجی) بتواند بلاک بعدی را پر کند و آن را به زنجیره بلاک اضافه کند.
برای پیوستن به شبکه به عنوان اعتبارسنجی، کاربران باید برخی از کوین‌های بومی آن را «سهم» کنند و معمولاً الزامات سخت‌افزاری را برآورده می‌کنند. این امر آنها را به استخر اعتبارسنجی اضافه می‌کند و به آنها امکان می‌دهد که به طور بالقوه برای پردازش بلاک بعدی انتخاب شوند و برای انجام این کار پاداش دریافت کنند.
الگوریتم دقیقی که هر کدام از شبکه‌های اثبات سهام برای انتخاب اعتبارسنجی بعدی استفاده می‌کنند، از پیاده‌سازی تا اجرا متفاوت است، اما بیشتر آنها از انتخاب بلاک تصادفی بر اساس اندازه سهام کاربر استفاده می‌کنند، به‌طوری که کاربری که حدود ۱۰ درصدی از عرضه سهام را به اشتراک می‌گذارد، ۱۰ درصد از آن را نیز تأیید می‌کند.
شبکه‌های اثبات سهام شامل پاداش‌هایی برای اعتباردهندگانی است که صادقانه عمل می‌کنند (معمولاً کوین‌های تازه مینت شده + کارمزد تراکنش‌ها) و همچنین جریمه‌هایی برای کسانی که غیرصادقانه عمل می‌کنند.
مزایا و معایب الگوریتم اثبات سهام
اثبات سهام به طور گسترده به عنوان یک الگوریتم اجماع با مصرف بهینه انرژی و در نتیجه سازگار با محیط زیست مورد استقبال قرار گرفته است. از آنجایی که این الگوریتم به طور کامل ماینرها را به نفع نودهای اعتبارسنجی اقتصادی‌تر حذف می‌کند، به سیستم‌های بلاک چین اجازه می‌دهد تا از انرژی کمتری استفاده کنند.
اما بسیاری از بلاک‌چین‌های اثبات سهام از موانع زیادی برای ورود نیز رنج می‌برند، به طوری که کاربران ملزم به رعایت حداقل سهام و الزامات سخت‌افزاری گران‌قیمتی هستند. این معمولاً به هزاران تا میلیون‌ها دلار می‌رسد، به عنوان مثال: 32 ETH برای اتریوم، بیش از 9999 TRX برای TRON و 6000 XTZ برای Tezos.
برخی نیز نظراتی می‌دهند که این باعث می‌شود بلاک چین‌های اثبات سهام متمرکزتر شوند، زیرا افراد کمتر ثروتمندی اساساً به اعتبارسنجی تراکنش‌ها وروی می‌کنند و این امر تعداد کل اعتبارسنجی‌های بالقوه در استخر را محدود می‌کند.
بلاک چین‌های اثبات سهام عموماً تأخیر کمتری دارند و می‌توانند بلاک‌ها را سریع‌تر از بلاک‌چین‌های اثبات کار تولید و منتشر کنند. این امر به آنها اجازه می‌دهد تا به تراکنش بالاتری دست یابند.
الگوریتم اثبات تاریخ چگونه کار می‌کند؟
اثبات تاریخ یک راه‌حل مقیاس پذیری است که به بلاک چین‌های قابل تأیید امکان ایجاد و ایمن شدن را می‌دهد.
این امر با ایجاد یک برچسب زمانی برای هر بلاک و سپس استفاده از یک تابع تاخیر قابل تأیید (VDF) برای اثبات اینکه برچسب زمانی در مدت زمان مشخصی تولید شده است، کار می‌کند. این یک هش از اثبات تاریخ قبلی و بلاک فعلی است. زنجیره‌ای از این برچسب‌های زمانی به عنوان زنجیره زمانی شناخته می‌شود و ثابت می‌کند که بلاک‌ها در یک زمان خاص به بلاک چین اضافه شده‌اند.
برچسب زمانی هش اثبات تاریخ قبلی و بلاک فعلی است. این امر زنجیره‌ای از برچسب‌های زمانی را ایجاد می‌کند که می‌توانند برای اثبات اینکه یک بلاک در یک نقطه خاص از زمان به بلاک چین اضافه شده است، استفاده شوند. پس از آن، برچسب زمانی به شبکه پخش می‌شود و تمام نودها می‌توانند آن را تأیید و ذخیره کنند.
VDF یک تابع کریپتویی جدید است که برای محاسبه به مقدار زیادی کار محاسباتی نیاز دارد، اما به راحتی تأیید می‌شود. نودها به راحتی می‌توانند تأیید کنند که برچسب‌های زمانی در زمان درستی تولید شده‌اند و قبل از اضافه شدن بلاک به زنجیره محاسبه نشده‌اند.
با استفاده از الگوریتم اثبات تاریخ، سولانا می‌تواند مقدار داده‌هایی را که باید ذخیره و تأیید شوند را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و به شبکه اجازه می‌دهد تراکنش‌های بیشتری را پردازش کند و کاربران بیشتری را مدیریت کند.
مزایا و معایب الگوریتم اثبات تاریخ
الگوریتم اثبات تاریخ سولانا مزایای متعددی برای شبکه دارد. مزیت اصلی این است که به طور چشمگیری مقیاس‌پذیری بلاک چین را بهبود می‌بخشد، زیرا تراکنش‌های گذشته را می‌توان به طور موثری تأیید کرد، در حالی که نیاز به ذخیره‌سازی داده را به حداقل می‌رسد.
همچنین، این الگوریتم بسیار کارآمدتر در مصرف انرژی می‌باشد و ردپای کربن بلاک چین‌های دارای الگوریتم اثبات کار را کاهش می‌دهد.
مشکل اصلی این است که این الگوریتم برای تولید هش‌هایی که در بلاک چین گنجانده شده‌اند، به یک شخص ثالث قابل اعتماد، یعنی مولد اثبات تاریخ متکی است. این ژنراتور اثبات تاریخ نقش عمده‌ای در امنیت و قابلیت اطمینان شبکه ایفا می‌کند و اگر ژنراتور اثبات تاریخ غیرقابل اعتماد باشد، شبکه می‌تواند به طور نامطلوبی تحت تأثیر قرار گیرد.
مشکلات اثبات تاریخ
اگرچه الگوریتم اثبات تاریخ می‌تواند به فعال کردن سیستم‌های بلاک چین فوق‌العاده سریع و کارآمد کمک کند، اما مجموعه‌ای از محدودیت‌های خاص خود را دارد.
مهمترین آنها تمرکز است. در قلب سیستم اثبات تاریخ ژنراتورهای اثبات تاریخ قرار دارند که برای خروجی یک زنجیره اثبات تاریخ استفاده می‌شوند. از آنجایی که در هر زمان تنها یک مولد اثبات تاریخ وجود دارد، اینها نشان‌دهنده یک نقطه شکست واحد هستند و برخی آن را به عنوان یک درجه غیرقابل قبول از تمرکز می‌دانند.
فراتر از این، تولید هش‌های اثبات تاریخ از نظر محاسباتی دشوار می‌باشد که اجرای یک نود را پیچیده‌تر و گران‌تر می‌کند. طبق اسناد رسمی سولانا، نودهای اعتبارسنجی برای برآورده کردن الزامات سخت‌افزاری به تمام این مشخصات را نیاز دارند:
این مسئله به حفظ سرعت و کارایی شبکه کمک شایانی می‌کند، اما می‌تواند موانع فنی و مالی قابل توجهی را برای ورود ایجاد و همچنین تمرکززدایی بلاک چین‌های اثبات تاریخ را محدود کند.
منبع: CoinMarketCap