الگوریتم اجماع (Consensus Algorithms) چیست؟ ؛ قلب تپنده بلاک‌چین و راز امنیت ارز‌های دیجیتال

الگوریتم اجماع قلب تپنده بلاک‌چین است؛ همان مکانیزمی که بدون وجود هیچ نهاد مرکزی، باعث می‌شود هزاران نود در سراسر دنیا روی یک حقیقت مشترک توافق کنند. اگر این الگوریتم‌ها نبودند، هیچ تراکنشی در بیت‌کوین، اتریوم یا هر ارز دیجیتال دیگری قابل اعتماد نبود و شبکه به‌سادگی در برابر تقلب و دستکاری از هم می‌پاشید. 
اجماع نه‌تنها امنیت شبکه را تضمین می‌کند، بلکه تعیین می‌کند یک بلاک‌چین چقدر سریع باشد، کارمزدها چقدر باشد و حتی تا چه اندازه تمرکززدایی را حفظ کند. به همین دلیل شناخت دقیق الگوریتم‌های اجماع برای معامله‌گران، توسعه‌دهندگان و حتی سرمایه‌گذاران ضروری است؛ زیرا همین مکانیزم ریشه‌ٔ اختلاف شبکه‌های مختلف و دلیل برتری برخی پروژه‌ها نسبت به بقیه است.

الگوریتم اجماع چیست؟

الگوریتم اجماع در بلاک‌چین به‌عنوان هستهٔ اصلی و تعیین‌کنندهٔ حیات شبکه عمل می‌کند. در یک سیستم متمرکز، یک نهاد مسئول تأیید تراکنش‌ها و جلوگیری از تقلب است؛ اما در بلاک‌چین همه چیز بر پایهٔ مشارکت هزاران کاربر ناشناس بنا شده و هیچ مرجعی برای نظارت وجود ندارد. این‌جاست که الگوریتم اجماع وارد عمل می‌شود و مجموعه‌ای از قوانین را ایجاد می‌کند تا همهٔ نودها بتوانند روی یک حقیقت مشترک به توافق برسند. این توافق همان دفتر کل نهایی است که تمام تراکنش‌ها را در خود ثبت می‌کند.
وقتی تراکنشی در شبکه پخش می‌شود، نودها باید تصمیم بگیرند آیا این تراکنش واقعی است، آیا امضای درست دارد، آیا موجودی کاربر کافی بوده و آیا ترتیب تراکنش‌ها صحیح است. در غیاب یک سیستم واحد، نودها ممکن است نسخه‌های متفاوتی از حقیقت داشته باشند. وظیفهٔ الگوریتم اجماع این است که این اختلاف‌ها را حل کند و تنها یک نسخهٔ معتبر از تاریخچهٔ شبکه باقی بگذارد. به همین دلیل، اجماع نه فقط یک فرآیند فنی، بلکه یک مدل اقتصادی–امنیتی است که رفتار نودها را کنترل می‌کند، آنها را به رفتار درست تشویق و از تخلف بازدارندگی مالی ایجاد می‌کند.
الگوریتم اجماع تعیین می‌کند چه کسی حق تولید بلاک را دارد، چگونه بلاک‌ها تأیید می‌شوند، چه زمانی بلاکی «قطعی» و غیرقابل برگشت محسوب می‌شود و چگونه در صورت وقوع اختلاف زنجیره معتبر تشخیص داده می‌شود. تفاوت میان شبکه‌های مختلف، از امنیت بیت‌کوین تا سرعت سولانا و مقیاس‌پذیری کاردانو، در نهایت از همین الگوریتم ناشی می‌شود.

چرا بلاک‌چین به الگوریتم اجماع نیاز دارد؟

بلاک‌چین به عنوان یک دفترکل توزیع‌شده، بدون مرجع مرکزی عمل می‌کند و تمامی نودهای شبکه باید به یک نسخه واحد و معتبر از داده‌ها دسترسی داشته باشند. در چنین شرایطی، تضمین صحت تراکنش‌ها، جلوگیری از تقلب و هماهنگی میان هزاران نود که ممکن است به‌صورت همزمان فعال باشند، بدون وجود یک الگوریتم اجماع تقریبا غیرممکن است. 
الگوریتم‌های اجماع این امکان را فراهم می‌کنند که شبکه بدون نیاز به اعتماد به افراد یا سازمان‌ها، به صورت خودکار، امن و منسجم عمل کند. به عبارت دیگر، الگوریتم اجماع ستون فقرات بلاک‌چین است و بدون آن، هیچ تراکنش قابل اطمینانی وجود نخواهد داشت و عملا مفهوم بلاک‌چین غیرقابل تحقق می‌شود. در ادامه با بررسی عناوین به سوال چرا بلاک‌چین به الگوریتم اجماع نیاز دارد پاسخ می دهیم:

نبود نهاد مرکزی برای مدیریت شبکه

در سیستم‌های بانکی یا پایگاه‌های دادهٔ سنتی، یک نهاد مشخص مسئول ثبت و تأیید اطلاعات است؛ بنابراین هیچ‌کس دربارهٔ صحت داده‌ها تردید ندارد؛ اما در بلاک‌چین هیچ بانک، سازمان یا سروری وجود ندارد که تصمیم نهایی را بگیرد. 
همه‌چیز بین هزاران نود ناشناس پخش شده است. در چنین فضایی اگر الگوریتم اجماع وجود نداشته باشد، هر نود می‌تواند نسخه‌ای متفاوت از بلاک‌چین ارائه کند و شبکه ظرف چند ثانیه از هم می‌پاشد. اجماع با تعیین یک مجموعه واحد از قوانین، باعث می‌شود تمام نودها روی یک خروجی مشترک توافق کنند و شبکه پایدار بماند.

جلوگیری از تقلب، جعل و حملهٔ Double Spending

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های سیستم‌های مالی دیجیتال، جلوگیری از خرج دوبارهٔ یک دارایی است. در شبکه‌های متمرکز، بانک‌ها این کار را کنترل می‌کنند؛ اما در بلاک‌چین هیچ مرجعی برای بررسی موجودی‌ها وجود ندارد. اگر الگوریتم اجماع نباشد، یک مهاجم می‌تواند یک تراکنش را به یک نود و تراکنشی متفاوت را به نودی دیگر ارسال کند و این دو نسخهٔ ناسازگار باعث نابودی کل شبکه شود. 
اجماع با مکانیزم‌هایی مثل اعتبارسنجی امضاها، ترتیب تراکنش‌ها، ساختار بلاک‌ها و تأیید جمعی، جلوی این نوع تقلب را می‌گیرد. به همین دلیل است که بلاک‌چین بدون اجماع اصلاً نمی‌تواند یک سیستم مالی قابل اعتماد باشد.

ایجاد هماهنگی بین نودها و انتخاب زنجیرهٔ صحیح هنگام اختلاف

بلاک‌چین ذاتاً در معرض انشعاب (Fork) قرار دارد؛ زیرا ممکن است دو نود هم‌زمان بلاک جدید تولید کنند یا یک گروه از نودها شبکه را به‌طور موقت از بقیه جدا کنند. اگر مکانیزمی وجود نداشته باشد که تعیین کند کدام زنجیره معتبرتر است، بلاک‌چین به‌سرعت چندپارچه می‌شود و هیچ‌کس نمی‌تواند به تاریخچهٔ تراکنش‌ها اعتماد کند. 
الگوریتم اجماع دقیقاً مسئول حل این تعارض‌هاست که مشخص می‌کند طولانی‌ترین زنجیره معتبر است، یا زنجیره‌ای که بیشترین سهام را تأیید کرده، یا زنجیره‌ای که بیشترین رأی اعتبارسنج‌ها را دارد. این هماهنگی باعث می‌شود حتی در زمان بروز اختلاف، شبکه بتواند به نسخهٔ نهایی و یکپارچه برسد.

الگوریتم‌های اجماع چگونه کار می‌کنند؟

الگوریتم‌های اجماع مجموعه‌ای از فرآیندهای پشت‌صحنه هستند که تضمین می‌کنند بلاک‌چین حتی بدون وجود نهاد مرکزی، بتواند تراکنش‌ها را تایید کند، بلاک‌های معتبر را انتخاب کند و در نهایت یک نسخهٔ واحد و قطعی از تاریخچهٔ شبکه ارائه دهد. هر الگوریتم اجماع بر پایهٔ یک ساختار مشترک عمل می‌کند (نودها بر سر داده‌ها رأی می‌دهند، تراکنش‌ها را بررسی می‌کنند، بلاک‌های جدید را می‌سازند یا تأیید می‌کنند و در نهایت توافق جمعی ایجاد می‌شود). در ادامه، مهم‌ترین مراحل داخلی این فرآیند را به‌صورت تخصصی و کاملاً متنی بررسی می‌کنیم:

مکانیسم‌های رأی‌گیری (Voting Mechanisms)

رای‌گیری اساس اجماع در شبکه‌های بلاک‌چینی است. نودها پس از دریافت تراکنش‌ها یا بلاک‌های جدید، نظر خود درباره معتبر بودن آن‌ها را اعلام می‌کنند؛ اما شکل این رأی‌گیری در الگوریتم‌ها متفاوت است. در PoW رأی‌گیری با قدرت محاسباتی انجام می‌شود، یعنی زنجیره‌ای معتبرتر است که کار محاسباتی بیشتری پشت آن باشد. 
در PoS رای‌گیری با مقدار سهام انجام می‌شود؛ نودی که سهم بیشتری قفل کرده وزن بیشتری در رأی دارد. در الگوریتم‌های BFT رای‌گیری مستقیم‌تری انجام می‌شود و نودهای شناخته‌شده پیام‌های تایید برای یکدیگر ارسال می‌کنند. هدف نهایی رأی‌گیری این است که همهٔ نودها یک بلاک را معتبر یا نامعتبر تشخیص دهند و از میان بلاک‌های رقیب، فقط یکی به‌عنوان بلاک رسمی پذیرفته شود.

اعتبارسنجی و انتشار بلاک (Validation & Propagation)

پس از ثبت تراکنش‌های جدید در مم‌پول، نودها موظف‌اند تک‌تک آن‌ها را بررسی کنند. این بررسی شامل صحت امضاها، موجودی فرستنده، ترتیب درست تراکنش‌ها و تطابق آن با قوانین شبکه است. وقتی یک نود یا ولیدیتور بلاک جدیدی می‌سازد، سایر نودها نیز همان مراحل را طی می‌کنند تا مطمئن شوند تراکنش‌های داخل بلاک واقعی و قانونی هستند. 
اگر بلاک مورد تأیید قرار گیرد، در شبکه پخش می‌شود و به‌عنوان بخشی از زنجیره پذیرفته می‌شود. این مرحله بسیار حیاتی است، زیرا کوچک‌ترین خطای اعتبارسنجی می‌تواند کل شبکه را در معرض حمله یا اشتباهات غیرقابل جبران قرار دهد.

انتخاب تولیدکننده بلاک (Block Producer Selection)

یکی از مهم‌ترین وظایف الگوریتم اجماع این است که مشخص کند چه کسی حق تولید بلاک بعدی را دارد. در PoW هر ماینری که مسئله رمزنگاری را سریع‌تر حل کند، برنده می‌شود. در PoS انتخاب معمولا بر اساس شانس و میزان سهام است؛ یعنی هرچه سهام بیشتری قفل کرده باشید، احتمال انتخاب شما بیشتر است. در DPoS این نمایندگان منتخب هستند که بلاک‌ها را تولید می‌کنند. 
در الگوریتم‌های BFT نیز مجموعه‌ای از ولیدیتورهای تأییدشده مسئول تولید بلاک هستند. انتخاب صحیح تولیدکننده بلاک برای جلوگیری از حمله، جلوگیری از تمرکز و حفظ سرعت و امنیت ضروری است.

مفهوم Finality و Confirmations

Finality یا قطعیت، نشان‌دهندهٔ این است که یک تراکنش تا چه حد برگشت‌ناپذیر شده است. در شبکه‌هایی مثل بیت‌کوین، قطعیت احتمالی است؛ یعنی پس از چند تأیید و اضافه شدن بلاک‌های جدید، احتمال برگشت تراکنش تقریباً صفر می‌شود. اما در الگوریتم‌های BFT یا PoS مدرن، قطعیت آنی یا شبه‌قطعی وجود دارد؛ یعنی به محض تأیید، تراکنش دیگر قابل برگشت نیست. Confirmations همان تعداد بلاک‌هایی است که بعد از بلاک اصلی اضافه می‌شود و نشان می‌دهد تراکنش چقدر امن و نهایی شده است. تفاوت در Finality یکی از دلایل اختلاف سرعت بین بلاک‌چین‌هاست.

مفهوم Fork و دلیل وقوع آن (Forking & Chain Splits)

فورک زمانی رخ می‌دهد که دو مسیر متفاوت برای ادامهٔ بلاک‌چین شکل بگیرد. این اتفاق معمولاً هنگام تولید هم‌زمان دو بلاک، اختلاف‌نظر بین نودها، وجود مهاجم یا حتی در زمان ارتقای شبکه رخ می‌دهد. بیشتر فورک‌ها موقت هستند و با انتخاب یکی از زنجیره‌ها اختلاف برطرف می‌شود؛ اما اگر تغییرات بزرگی در قوانین شبکه ایجاد شود، فورک دائمی یا Hard Fork اتفاق می‌افتد که باعث ایجاد دو شبکهٔ جداگانه می‌شود. فورک بخش طبیعی کارکرد بلاک‌چین است اما مدیریت آن نیازمند مکانیزم‌های دقیق اجماع است تا شبکه به چندپارگی خطرناک نرسد.

انواع الگوریتم‌های اجماع

الگوریتم‌های اجماع به‌مرور زمان و با گسترش نیازهای شبکه‌های بلاک‌چینی توسعه یافته‌اند. هر بلاک‌چین با توجه به اهدافی که دنبال می‌کند از یک نوع الگوریتم اجماع استفاده می‌کند. همین تفاوت در الگوریتم‌ها باعث شده است که عملکرد شبکه‌ها کاملاً متفاوت باشد؛ برای مثال بیت‌کوین امنیت را در اولویت می‌گذارد و از PoW استفاده می‌کند، در حالی‌که سولانا سرعت را هدف گرفته و بر پایه PoH کار می‌کند. 
شناخت انواع الگوریتم‌های اجماع کمک می‌کند تا دلیل برتری، ضعف یا معماری منحصربه‌فرد هر بلاک‌چین را بهتر درک کنیم. در ادامه، مهم‌ترین الگوریتم‌های اجماع دنیای کریپتو را با توضیحات کاملاً متنی و تحلیلی بررسی می‌کنیم:

الگوریتم اثبات کار (Proof of Work – PoW)

اثبات کار نخستین الگوریتم اجماع بلاک‌چین است که توسط بیت‌کوین معرفی شد. در این مدل، ماینرها با استفاده از توان محاسباتی خود باید مسائل رمزنگاری پیچیده را حل کنند. هر ماینری که سریع‌تر این مسئله را حل کند، بلاک جدید را تولید کرده و پاداش دریافت می‌کند. امنیت PoW از این واقعیت ناشی می‌شود که برای حمله به شبکه باید قدرت محاسباتی عظیمی در اختیار داشت؛ قدرتی که تهیه و نگهداری آن بسیار هزینه‌بر است. 
با این حال، مصرف انرژی بالا، سرعت محدود و نیاز به تجهیزات گران، از چالش‌های اصلی این الگوریتم محسوب می‌شود. PoW همچنان یکی از امن‌ترین مدل‌های اجماع در جهان کریپتو است.

الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake – PoS)

در PoS برای امنیت شبکه از قدرت محاسباتی استفاده نمی‌شود، بلکه کاربران باید مقدار مشخصی از ارز شبکه را قفل کنند تا به‌عنوان ولیدیتور انتخاب شوند. هر چه سهام یک کاربر بیشتر باشد، احتمال انتخاب او برای تولید بلاک نیز بیشتر است. 
این سازوکار باعث صرفه‌جویی در انرژی و افزایش سرعت شبکه می‌شود. PoS همچنین به کاربران انگیزه می‌دهد که رفتار صادقانه داشته باشند، زیرا در صورت تقلب، بخشی از سهام آن‌ها از بین می‌رود. اتریوم، کاردانو و پولکادات از جمله شبکه‌هایی هستند که از PoS یا نسخه‌های پیشرفته آن استفاده می‌کنند.

اثبات سهام نمایندگی‌شده (Delegated Proof of Stake – DPoS)

DPoS نسخه‌ای سریع‌تر و کارآمدتر از PoS محسوب می‌شود. در این الگوریتم کاربران سهام خود را به اعتبارسنج‌هایی که برای تولید بلاک انتخاب می‌شوند، «واگذار» می‌کنند. این اعتبارسنج‌ها معمولاً تعداد محدودی هستند و براساس رأی کاربران انتخاب می‌شوند. 
نتیجهٔ این مدل سرعت بسیار بالا و کارمزدهای پایین است، زیرا تولید بلاک توسط تعداد محدودی نود قابل اعتماد انجام می‌شود. البته تمرکززدایی در این الگوریتم تا حدودی کمتر است و قدرت در دست گروه کوچکی از نمایندگان قرار می‌گیرد. بلاک‌چین‌هایی مانند EOS و TRON از DPoS استفاده می‌کنند.

الگوریتم اثبات اعتبار (Proof of Authority – PoA)

در PoA برخلاف PoW یا PoS، تمرکز اصلی بر اعتبار هویتی نودهاست. تنها نودهایی که از نظر هویتی و سابقهٔ عملکرد مورد تأیید شبکه باشند اجازه تولید بلاک را دارند. این الگوریتم بیشتر در شبکه‌های خصوصی یا بلاک‌چین‌های سازمانی استفاده می‌شود، جایی که سرعت و اعتماد اهمیت بیشتری نسبت به تمرکززدایی دارند. PoA بسیار سریع و کم‌هزینه است، اما به دلیل اتکاء شدید به اعتماد به نودهای مشخص، معمولاً برای بلاک‌چین‌های عمومی مناسب نیست.

الگوریتم اثبات ظرفیت / اثبات فضا (Proof of Capacity – PoC / Proof of Space)

در الگوریتم PoC یا PoSpace، میزان فضای خالی هارد دیسک معیار انتخاب تولیدکنندهٔ بلاک است. کاربران بخشی از حافظهٔ خود را برای ذخیرهٔ حل‌های احتمالی مسائل رمزنگاری اختصاص می‌دهند و هرچه فضای بیشتری ارائه کنند، شانس آن‌ها برای تولید بلاک بیشتر می‌شود. این روش به انرژی زیادی نیاز ندارد و برای کاربران معمولی قابل‌دسترسی‌تر است. شبکه‌هایی مانند Burstcoin از این مدل استفاده کرده‌اند. با این حال، نگرانی‌هایی دربارهٔ استهلاک هارددیسک‌ها و امکان حمله از طریق اجارهٔ حافظه وجود دارد.

الگوریتم اثبات تاریخچه (Proof of History – PoH)

PoH یکی از نوآورانه‌ترین الگوریتم‌های اجماع است که توسط سولانا معرفی شد. در این الگوریتم ترتیب رویدادها و تراکنش‌ها از طریق یک تابع رمزنگاری زمان‌محور ثبت می‌شود که امکان تعیین دقیق زمان وقوع هر تراکنش را بدون نیاز به هماهنگی میان نودها فراهم می‌کند. PoH معمولاً همراه با PoS استفاده می‌شود تا سرعت شبکه به شکل چشمگیری افزایش یابد. این الگوریتم به سولانا اجازه می‌دهد هزاران تراکنش در ثانیه پردازش کند؛ سرعتی که در بسیاری از شبکه‌های دیگر قابل دستیابی نیست.

الگوریتم اثبات سوزاندن (Proof of Burn – PoB)

در PoB کاربران برای به‌دست آوردن حق تولید بلاک باید بخشی از کوین‌های خود را به آدرسی غیرقابل برگشت ارسال کنند؛ یعنی عملاً آن‌ها را «می‌سوزانند». این کار نشان‌دهندهٔ تعهد کاربر به شبکه و تمایل او به سرمایه‌گذاری بلندمدت است. هرچه توکن‌های بیشتری بسوزانید، شانس بیشتری برای تولید بلاک خواهید داشت. مزیت PoB مصرف انرژی بسیار پایین‌تر نسبت به PoW است، اما به دلیل کاهش دائمی عرضه، ممکن است نوسانات قیمتی ایجاد کند. این الگوریتم بیشتر در پروژه‌های آزمایشی و شبکه‌های کوچک‌تر استفاده شده است.

الگوریتم گواه اثبات سهام استیجاری (Leased Proof of Stake – LPoS)

LPoS نسخه‌ای پیشرفته از PoS است که به کاربران اجازه می‌دهد سهام خود را به دیگر اعتبارسنج‌ها «استیجاری» بدهند تا شانس تولید بلاک افزایش یابد. این الگوریتم برای کسانی که سرمایه کافی برای تبدیل شدن به اعتبارسنج مستقل ندارند، فرصت مشارکت و دریافت پاداش فراهم می‌کند. LPoS به شبکه انعطاف‌پذیری بیشتری می‌دهد و میزان تمرکز قدرت را کاهش می‌دهد، در حالی که امنیت و سرعت شبکه همچنان حفظ می‌شود.

الگوریتم اجماع اثبات زمان سپری‌شده (Proof of Elapsed Time – PoET)

PoET مکانیسمی انرژی‌سازگار است که در آن نودها برای تولید بلاک به یک زمان تصادفی انتظار می‌کشند و سریع‌ترین نود انتخاب می‌شود. این الگوریتم با ترکیب تصادفی بودن و نظم زمان‌بندی، امکان تمرکززدایی و صرفه‌جویی در انرژی را فراهم می‌کند. PoET بیشتر در بلاک‌چین‌های سازمانی و شبکه‌های Hyperledger کاربرد دارد و نسبت به PoW انرژی بسیار کمی مصرف می‌کند.

الگوریتم اجماع اثبات وزنی (Proof of Weight – PoWeight)

PoWeight به جای قدرت محاسباتی یا میزان سهام، وزن نودها را معیار می‌گیرد. وزن می‌تواند بر اساس ترکیبی از سهام، فعالیت‌های شبکه یا سابقه اعتبارسنج محاسبه شود. این الگوریتم باعث می‌شود انتخاب تولیدکننده بلاک منصفانه‌تر و مبتنی بر مشارکت واقعی نودها باشد، و شبکه را همزمان از نظر امنیت و کارایی بهینه می‌کند.

الگوریتم اجماع تاب‌آور خطای بیزانس عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance – PBFT)

PBFT الگوریتمی است که برای شبکه‌هایی با تعداد محدود نود طراحی شده و هدف آن رسیدن به توافق حتی در حضور نودهای مخرب است. این مکانیزم با تبادل پیام میان نودها و بررسی صحت داده‌ها، تضمین می‌کند که همه نودهای صادق به یک تصمیم یکسان برسند. PBFT سرعت بالایی دارد و مصرف انرژی کمی دارد، اما مقیاس‌پذیری آن محدود است و برای شبکه‌های بسیار بزرگ کاربردی ندارد.

الگوریتم اجماع   SBFT (Simplified Byzantine Fault Tolerance) 

SBFT نسخه‌ای ساده‌تر و سبک‌تر از PBFT است که پیچیدگی‌های پیام‌رسانی را کاهش می‌دهد و برای بلاک‌چین‌های کوچک و متوسط مناسب است. این الگوریتم امنیت شبکه را در برابر خطاها و نودهای مخرب حفظ می‌کند و زمان رسیدن به اجماع را کاهش می‌دهد. SBFT ترکیبی از سرعت و تحمل خطا است که اجازه می‌دهد شبکه‌ها با منابع محدود، عملکرد پایداری داشته باشند.

الگوریتم اجماع DBFT (Delegated Byzantine Fault Tolerance)

DBFT ترکیبی از DPoS و BFT است که توسط نودهای منتخب شبکه برای تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌شود. این الگوریتم تضمین می‌کند حتی در حضور نودهای مخرب، شبکه قادر به تولید بلاک‌های معتبر باشد. DBFT سرعت بالایی دارد و کارمزد تراکنش‌ها را کاهش می‌دهد، به همین دلیل در بلاک‌چین‌های تجاری و سازمانی محبوب است.

الگوریتم DAG (Directed Acyclic Graph)

DAG ساختاری غیرخطی است که به جای زنجیرهٔ بلاک‌های متوالی، تراکنش‌ها را به صورت گرافی جهت‌دار و بدون حلقه ثبت می‌کند. هر تراکنش می‌تواند چند تراکنش قبلی را تأیید کند، که این موضوع سرعت شبکه را بسیار افزایش می‌دهد و کارمزد تراکنش را کاهش می‌دهد. DAG بیشتر در پروژه‌هایی مثل IOTA و Nano استفاده شده و مناسب شبکه‌های با تراکنش بالا است.

الگوریتم اجماع اثبات اهمیت (Proof of Importance – PoI)

PoI علاوه بر میزان دارایی، فعالیت و مشارکت کاربر در شبکه را نیز در محاسبه شانس تولید بلاک لحاظ می‌کند. این الگوریتم کاربران را به تعامل و تراکنش بیشتر تشویق می‌کند و باعث توزیع عادلانه‌تر پاداش‌ها می‌شود. NEM یکی از مشهورترین شبکه‌هایی است که از PoI استفاده می‌کند و سعی دارد انگیزه‌های اقتصادی و اجتماعی کاربران را با هم ترکیب کند.

الگوریتم اجماع اثبات ظرفیت (Proof of Capacity – PoC)

PoC مشابه PoSpace است و انتخاب نود برای تولید بلاک بر اساس فضای خالی هارد دیسک انجام می‌شود. کاربران باید محاسبات و داده‌های احتمالی را روی حافظه خود ذخیره کنند و هرچه ظرفیت بیشتری ارائه دهند، شانس بیشتری برای تولید بلاک دارند. این الگوریتم مصرف انرژی بسیار کمتری نسبت به PoW دارد و برای کاربران عادی نیز دسترسی‌پذیر است.

کاربردهای الگوریتم اجماع در شبکه بلاکچین

الگوریتم‌های اجماع ستون اصلی عملکرد شبکه‌های بلاک‌چین هستند و بدون وجود آن‌ها هیچ داده‌ای قابل اعتماد، هیچ تراکنشی قابل ثبت و هیچ بلاکی قابل تأیید نبود. نقش این الگوریتم‌ها فراتر از صرفاً تأیید تراکنش‌هاست و در بخش‌های مختلف شبکه کاربردهای حیاتی دارند که در ادامه مهم‌ترین آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

• ایجاد یک نسخه واحد و معتبر از دفترکل

الگوریتم اجماع کمک می‌کند تمام نودهای شبکه، باوجود توزیع‌شدگی کامل بلاک‌چین، به یک نسخه مشترک و معتبر از دفترکل برسند. این روند باعث می‌شود هیچ اختلافی میان داده‌های ذخیره‌شده روی نودها وجود نداشته باشد. در نتیجه شبکه می‌تواند بدون وابستگی به سرور مرکزی، با انسجام کامل فعالیت کند.

• جلوگیری از دوبار خرج کردن (Double Spending)

در دارایی‌های دیجیتال امکان این وجود دارد که یک کاربر بخواهد یک کوین را در دو تراکنش مختلف استفاده کند، اما الگوریتم اجماع میان تراکنش‌ها ترتیب ایجاد کرده و مانع این تقلب می‌شود. این موضوع باعث افزایش اعتماد کاربران به شبکه و ارزشمندی واقعی دارایی‌ها می‌شود. عملاً بدون چنین مکانیزمی ارز دیجیتال قابل استفاده نبود.

• افزایش امنیت شبکه

شبکه بلاک‌چین دائماً در معرض خطاها یا حملات مختلف است و الگوریتم اجماع با سازوکارهای محاسباتی یا اقتصادی، امنیت شبکه را حفظ می‌کند. این الگوریتم‌ها با سخت و پرهزینه کردن دستکاری بلاک‌ها، احتمال حمله موفق را به حداقل می‌رسانند. همین ساختار امنیتی است که شبکه‌های بزرگ را پایدار و قابل اتکا می‌سازد.

• غیرمتمرکزسازی واقعی شبکه

یکی از اهداف اصلی بلاک‌چین حذف کنترل یک نهاد مرکزی است و الگوریتم اجماع این هدف را عملی می‌کند. با توزیع قدرت تصمیم‌گیری میان نودها، هیچ فرد یا سازمانی قادر نیست بلاک‌ها را به نفع خود تغییر دهد. این روند شفافیت، عدالت و اعتماد را در شبکه افزایش می‌دهد.

• هماهنگی نودها بدون اعتماد متقابل

نودهای یک شبکه بلاک‌چین معمولاً یکدیگر را نمی‌شناسند و دلیلی برای اعتماد ندارند. الگوریتم اجماع وظیفه دارد بدون نیاز به اعتماد انسانی، با استفاده از قوانین ریاضی و پروتکل، میان نودها هماهنگی ایجاد کند. این هماهنگی باعث می‌شود شبکه حتی در شرایط وجود نودهای مخرب نیز پایدار بماند.

• افزایش شفافیت و قابلیت رهگیری

تمام تراکنش‌ها در شبکه بلاک‌چین به‌صورت عمومی و غیرقابل‌تغییر ثبت می‌شوند و الگوریتم اجماع تضمین می‌کند این ثبت‌ها دقیق و صحیح باشند. این فرآیند شفافیت شبکه را افزایش می‌دهد و امکان رهگیری و تحلیل تراکنش‌ها را فراهم می‌سازد. به همین دلیل بلاک‌چین یکی از قابل‌اعتمادترین مدل‌های ثبت اطلاعات است.

• مدیریت و تأیید قراردادهای هوشمند

در بلاک‌چین‌های نسل جدید، اجرای قراردادهای هوشمند باید در همه نودها نتیجه یکسانی داشته باشد و الگوریتم اجماع این هماهنگی را تضمین می‌کند. این الگوریتم باعث می‌شود نتایج اجرای یک قرارداد در شبکه تحریف نشود و ترتیب اجرای تراکنش‌ها نیز دقیق ثبت شود. به این ترتیب سیستم قراردادهای هوشمند می‌تواند با ثبات و بدون امکان تقلب عمل کند.

چالش‌های الگوریتم‌های اجماع

الگوریتم‌های اجماع ستون فقرات بلاک‌چین هستند، اما با وجود نقش حیاتی‌شان، هیچ‌کدام بدون نقص نیستند. هر الگوریتم برای رسیدن به امنیت، مقیاس‌پذیری و عدم‌تمرکز باید میان این عوامل توازن ایجاد کند و دقیقاً همین نقطه است که چالش‌ها آغاز می‌شود. این مشکلات نه‌تنها بر عملکرد شبکه‌های فعلی تأثیر می‌گذارند، بلکه تعیین‌کننده مسیر آینده فناوری بلاک‌چین نیز هستند.

•  مصرف بالای انرژی در برخی الگوریتم‌ها (به‌ویژه PoW)

الگوریتم اثبات کار نیازمند قدرت پردازشی سنگین است و این موضوع باعث مصرف انرژی بسیار بالا می‌شود. استخراج‌کنندگان باید میلیون‌ها محاسبه انجام دهند تا یک بلاک را حل کنند و این مسئله نه‌تنها هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد، بلکه اثرات زیست‌محیطی گسترده‌ای نیز ایجاد می‌کند. همین چالش باعث شد بسیاری از پروژه‌ها به الگوریتم‌های جایگزین مهاجرت کنند.

• احتمال تمرکزگرایی در الگوریتم‌هایی مانند PoS و DPoS

اگرچه هدف بلاک‌چین عدم‌تمرکز است، اما در PoS معمولاً نودهایی با سرمایهٔ بیشتر قدرت رأی بیشتری دارند. این موضوع به‌تدریج باعث می‌شود کنترل شبکه در دست تعداد محدودی اعتبارسنج قرار گیرد. حتی در DPoS این مشکل شدیدتر است، زیرا تعداد کمی نماینده قدرت تصمیم‌گیری را در اختیار می‌گیرند و ممکن است شبکه را به سمت شبه‌متمرکز هدایت کنند.

• مقیاس‌پذیری پایین و کاهش سرعت پردازش

در برخی الگوریتم‌ها، تأیید جمعی تراکنش‌ها باعث می‌شود سرعت شبکه نسبت به سیستم‌های متمرکز بسیار کمتر باشد. هر نود باید تراکنش‌ها را بررسی و بلاک را تأیید کند، و این روند در شبکه‌های شلوغ به تأخیرهای قابل‌توجه منجر می‌شود. همین مسئله باعث شده برخی بلاک‌چین‌ها نتوانند با حجم بالای تراکنش رقابت کنند.

• مشکلات هماهنگی و ایجاد فورک‌های ناخواسته

شبکه‌های غیرمتمرکز بدون واحد مرکزی کنترل، بیشتر در معرض اختلاف میان نودها هستند. اگر دو بلاک هم‌زمان تولید شود یا گروهی از نودها به‌طور موقت از بقیه جدا شوند، احتمال ایجاد فورک بالا می‌رود. فورک‌های ناخواسته باعث کاهش امنیت، اختلال در تراکنش‌ها و حتی سردرگمی کاربران می‌شود.

آینده الگوریتم‌های اجماع

الگوریتم‌های اجماع نه تنها ستون فقرات شبکه‌های بلاک‌چین امروز هستند، بلکه تعیین‌کننده مسیر آیندهٔ فناوری دفترکل توزیع‌شده نیز خواهند بود. با رشد روزافزون تقاضا برای تراکنش‌های سریع، امن و کم‌هزینه، توسعه‌دهندگان به دنبال الگوریتم‌هایی هستند که همزمان مقیاس‌پذیری، امنیت و عدم‌تمرکز را بهبود دهند. در آینده نزدیک، ترکیب چند الگوریتم با یکدیگر و بهره‌گیری از فناوری‌های نوین مانند قراردادهای هوشمند پیشرفته، پردازش موازی و مکانیزم‌های رمزنگاری پیچیده، به‌طور قابل توجهی کارایی شبکه‌ها را افزایش خواهد داد.
انتظار می‌رود نسل بعدی الگوریتم‌های اجماع انرژی کمتری مصرف کنند و هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند، به‌گونه‌ای که حتی شبکه‌های بزرگ قادر باشند میلیون‌ها تراکنش در ثانیه را پردازش کنند بدون اینکه امنیت یا تمرکززدایی به خطر بیفتد. همچنین، نوآوری‌هایی مثل الگوریتم‌های اجماع ترکیبی (Hybrid Consensus) که نقاط قوت PoW و PoS را در کنار هم قرار می‌دهند، احتمالاً به استاندارد جدید شبکه‌های مالی و غیرمالی تبدیل خواهد شد.
از سوی دیگر، بهبود مقاومت در برابر حملات پیچیده، ایجاد Finality آنی و امکان ادغام با اینترنت اشیا و شبکه‌های نسل بعدی، از دیگر مسیرهای توسعهٔ الگوریتم‌های اجماع هستند. به عبارت دیگر، آینده این الگوریتم‌ها نه تنها در بهبود عملکرد شبکه‌ها، بلکه در شکل‌دهی به اکوسیستم‌های دیجیتال جهانی نقش تعیین‌کننده‌ای خواهد داشت.

سخن آخر

الگوریتم‌های اجماع ستون فقرات شبکه‌های بلاک‌چین هستند و نقش آنها فراتر از ثبت تراکنش‌هاست؛ امنیت، شفافیت، هماهنگی و قابلیت توسعه شبکه‌ها مستقیماً وابسته به انتخاب الگوریتم مناسب است. 
هر الگوریتم با مزایا و محدودیت‌های خود، برای اهداف مشخصی طراحی شده و شناخت آنها به کاربران و توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تصمیمات بهینه‌تری اتخاذ کنند. با رشد فناوری بلاک‌چین و افزایش تعداد تراکنش‌ها و نودها، الگوریتم‌های جدید و ترکیبی ظهور خواهند کرد که مصرف انرژی کمتر، سرعت بالاتر و امنیت بیشتر را ارائه می‌دهند. درک دقیق این الگوریتم‌ها کلید استفاده مؤثر از بلاک‌چین و سرمایه‌گذاری هوشمند در دنیای ارز دیجیتال است.