الگوریتم اثبات اعتبار (POA) چیست؟

فضای ارزهای رمزنگاری شده از زمان اولین تراکنش بلاک چین در شبکه بیت کوین بسیار تغییر کرده است. همراه با الگوریتم های اثبات کار و اثبات سهام، مکانیسم های اجماع دیگری برای دستیابی به اجماع در یک سیستم بلاک چین پیشنهاد شد. الگوریتم اجماع PoW که توسط بیت کوین استفاده می شود، امروزه قابل اطمینان ترین و امن ترین الگوریتم است اما مقیاس پذیر نیست. بیت کوین و سایر بلاک چین های مبتنی بر اثبات کار (PoW) از نظر تراکنش در ثانیه (TPS) عملکرد محدودی دارند. در این زمینه، الگوریتم اثبات اعتبار در حال حاضر به عنوان جایگزین کارآمدتری در حال اجرا است چرا که قادر است تراکنش های بیشتری را در ثانیه انجام دهد.

دلیل ایجاد چنین محدودیتی به این واقعیت مربوط می شود که بیت کوین به یک شبکه توزیع شده از گره ها متکی است که باید به اجماع رسیده و در مورد حالات فعلی بلاک چین به توافق برسند. این بدان معناست که قبل از تأیید بلوک جدید تراکنش ها، باید توسط اکثر گره های شبکه تأیید شود. بنابراین، جنبه غیرمتمرکز بیت کوین نه تنها یک سیستم اقتصادی مطمئن و بی اعتماد را فراهم می کند بلکه پتانسیل استفاده از آن را در مقیاس بزرگتر نیز محدود می کند. از نظر میزان تراکنش در ثانیه، بلاک چین اثبات سهام معمولاً عملکرد بهتری نسبت به بیت کوین دارد. با این حال، این تفاوت چندان مهم نبوده و شبکه های PoS واقعاً موفق به حل مشکل مقیاس پذیری نشده اند.

الگوریتم اثبات اعتبار (Proof of Authority) چیست؟

الگوریتم اثبات اعتبار (Proof of Authority – PoA) یک الگوریتم اجماع مبتنی بر شهرت است که یک راه حل عملی و کارآمد برای شبکه های بلاک چین (به ویژه شبکه های خصوصی) ارائه می دهد. این اصطلاح در سال 2017 توسط گاوین وود، بنیانگذار و CTO سابق اتریوم پیشنهاد شد. الگوریتم اجماع PoA از ارزش هویت استفاده می کند، به این معنی که اعتبارسنج های بلوکی سکه نبوده، بلکه شهرت خودشان هستند. بنابراین، بلاک چین های PoA توسط گره های معتبر که به طور دلخواه به عنوان نهادهای قابل اعتماد انتخاب شده اند، ایمن می شوند.

الگوریتم اثبات اعتبار POA، به تعداد محدودی اعتبارسنج بلوک متکی است و این چیزی است که آن را به یک سیستم بسیار مقیاس پذیر تبدیل می کند. بلوک ها و معاملات توسط شرکت کنندگانی که از قبل تایید شده و در موقعیت شغلی مدیران سیستم عمل می کنند، اعتبارسنجی می شوند.

این الگوریتم می تواند در سناریوهای مختلفی ایجاد شود و به عنوان یک گزینه با ارزش برای کاربردهای لجستیک محسوب شود. مثلا زمانی که در مورد زنجیره های تامین بحث و بررسی می شود، اثبات اعتبار می تواند راهکار خوبی باشد. مدل اثبات اعتبار شرکت ها را قادر می سازد تا ضمن استفاده از مزایای فناوری بلاک چین، حریم خصوصی خود را حفظ کنند. Microsoft Azure مثال دیگری است که PoA در آن اجرا می شود. در چند کلمه، پلتفرم Azure راه حل هایی را برای شبکه های خصوصی ارائه می دهد و سیستمی دارد که نیازی به ارز اصلی مانند گس اتریوم ندارد زیرا نیازی به استخراج در آن نیست.

تاریخچه الگوریتم PoA

شبکه آزمایشی Ropsten اتریوم در تاریخ ۲۴ فوریه ۲۰۱۷ با حمله “خودداری از خدمات یا Denial of Service (DOS) روبرو شد. این برای توسعه‌ دهندگان شبکه اتریوم به عنوان یک شبکه عمومی عمل می کند که پیش از اجرای قراردادهای هوشمند بر روی شبکه اصلی، اقدام به تست آنها در این شبکه ‌کند. یک تستنت جدید به دلیل وقوع این حمله، برای اتریوم ایجاد شد که با الگوریتم اثبات اعتبار کار می‌کرد، این شبکه Kovan نام دارد. این الگوریتم توسط گوین وود (Gavin Wood) هم‌ بنیان‌گذار اتریوم و بنیان‌گذار شبکه پولکادات، در سال 2017 معرفی شده است. گوین وود بعد از این که این الگوریتم را ابداع کرد در این رابطه گفت: پس از شکست خوردن راپستن، نیاز به یک زیرساخت قابل اطمینان کاملا واضح بود تا یک کمکی به توسعه برنامه‌های غیرمتمرکز اتریوم به شیوه‌ای قابل تعامل و فراگیر شود.

این مکانیزم در ابتدا، با هدف جلوگیری از حملات DOS (denial-of-service ) بر روی شبکه تستی Kovan اتریوم ساخته شد. البته به دلیل این که الگوریتم اثبات اعتبار دارای توانایی استفاده در سیستم‌های متنوع مانند زنجیره‌های تامین می باشد، با گسترش کاربردهای آن روبرو بوده ایم. در حال حاضر بلاک چین‌هایی مانند POA Network و VeChain برای رسیدن به اجماع شبکه خود از این مکانیزم استفاده می‌کنند. این شبکه‌ها برای نودها، فرآیندهای اعتبارسنجی شخصی‌ سازی شده‌ای دارند. هر دو بلاک چین، برای انتخاب اعتبارسنج‌ها، معیارهای سفت و سختی دارند، زیرا اعتبار آنها تضمین کننده یکپارچگی کل سیستم می باشد.

این الگوریتم برای بلاک چین‌های خصوصی به عنوان یکی از بهترین سیستم‌ها می باشد، زیرا علاوه بر حفظ مقداری از ویژگی عدم تمرکز خود، دارای سطح مقیاس پذیری زیادی می باشد. در نتیجه می‌تواند برای شرکت‌هایی که برای افزایش بهره ‌وری خود به دنبال پیاده ‌سازی راه حل‌های داخلی بلاک‌ چین هستند، به عنوان یک راه حل مناسب محسوب شود.

ایده و هدف مکانیزم اثبات اعتبار چیست؟

همانطور که گفته شد، مکانیزم اثبات اعتبار در ابتدا برای جلوگیری از حملات DOS بر روی شبکه Kovan اتریوم ساخته شد و سپس پیاده سازی آن در همه تستنت‌های اتریوم انجام شد.

اثبات هویت ولیدیتورها جهت جلوگیری از حملات گوناگون مانند DOS هدف اصلی موجود در پشت سیستم‌های مبتنی بر اعتبار می باشد. البته این الگوریتم به دلیل داشتن پتانسیل های متنوع، در بلاک چین‌ های خصوصی و شرکت‌ها نیز به کار گرفته شد. انتخاب اعتبارسنج‌ها پروسه آسانی نیست و داوطلبان نیز به‌ راحتی کنار گذاشته نمی‌شوند. باید افراد نامعتبر از بین داوطلبان شناسایی شوند و سپس حذف شوند. با توجه به این که همه داوطلبان پس از طی این پروسه انتخاب می‌شوند، قابل اطمینان بودن و امنیت شبکه تضمین می‌شود.

کاربردهای الگوریتم اثبات اعتبار

از آن جایی که تعداد ولیدیتورها در الگوریتم اثبات اعتبار بسیار کم است (عموما در این شبکه‌ها تا ۲۵ اعتبارسنج فعالیت می‌کنند)، این الگوریتم برای شبکه‌های خصوصی در مقایسه با بلاک چین‌های عمومی مانند بیت کوین (که تایید هزاران نود تراکنش‌ها را انجام می دهد) بسیار مناسب‌تر است. برای نمونه، Hyperledger Besu که یک شبکه خصوصی بر روی بلاک چین اتریوم است، از PoA استفاده می‌کند.

تستنت‌ ها یا شبکه‌های آزمایشی نیز از PoA استفاده می‌کنند. PoA برای ارائه محیط مدیریتی برای تستنت‌ ها مناسب هستند. در حال حاضر سه شبکه تستی اتریوم که شامل Kovan، راپستن و Goerly هستند، از PoA استفاده می‌کنند. در سال ۲۰۲۱ شبکه پولکادات نیز از نسخه بتای خود که مبتنی بر الگوریتم گواه اثبات اعتبار بود استفاده می‌کرد، البته تا قبل از انتقال به شبکه اصلی PoS خود.

برای زنجیره‌های جانبی (Sidechain) نیز از این مکانیزم اجماع استفاده می شود. سایدچین‌ها بلاک چین‌هایی هستند که به یک بلاک چین اصلی از طریق یک بریج یا پل دوطرفه متصل هستند و به صورت موازی اجرا می‌شوند. شبکه POA مثالی برای سایدچین‌ها می باشد که یک زنجیره جانبی بر روی شبکه اتریوم، متشکل از ولیدیتورهای عمومی، از پیش تعیین شده و قابل تایید است.

مقایسه الگوریتم اثبات اعتبار با اثبات سهام

برخی از کاربران الگوریتم اثبات اعتبار را نسخه تعدیل شده اثبات سهام می دانند، فقط به جای هویت از کوین استفاده می کند. به دلیل ماهیت غیرمتمرکز اکثر شبکه های بلاک چین، PoS همیشه برای مشاغل و شرکت های خاص مناسب نیست. در مقابل، سیستم های PoA ممکن است راه حل بهتری برای بلاک چین خصوصی باشد زیرا عملکرد آن به طور قابل توجهی بالاتر است.

شرایط الگوریتم اثبات اعتبار چیست؟

اگرچه شرایط ممکن است از سیستم به سیستم دیگر متفاوت باشد، الگوریتم اجماع PoA معمولاً متکی به موارد زیر است:

• هویت های معتبر: اعتبارسنج ها باید هویت واقعی خود را تأیید کنند.
• سختی تبدیل به یک اعتبارسنج: یک فرآیند سخت موجب کاهش ریسک های انتخاب تایید کنندگان مشکوک شده و مشوق تعهد بلند مدت است.
• رعایت استاندارد ها برای تایید اعتبارسنج ها: روش گزینش اعتبارسنج ها برای تمامی کاندیدها برابر باشد.
• استانداردی برای تأیید اعتبارسنج: روش انتخاب اعتبارسنج ها باید با همه کاندیداها برابر باشد.

ماهیت سازوکار شهرت، اطمینان از هویت اعتبارسنج است. این نه می تواند یک فرایند آسان باشد و نه می تواند به راحتی کنار گذاشته شود. باید بتواند بازیکنان بد را از بین ببرد. در نهایت، اطمینان از اینکه همه اعتبارسنج ها از یک روش استفاده می کنند، یکپارچگی و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می کند.

محدودیت های الگوریتم اثبات اعتبار POA

هدف مکانیسم PoA این است که از تمرکز زدایی جلوگیری کند. بنابراین می توان گفت که این مدل الگوریتم اجماع فقط تلاشی برای کارآمدتر کردن سیستم های متمرکز است. اگرچه الگوریتم PoA می تواند برای شرکت های بزرگ با نیازهای اساسی مناسب به نظر برسد اما در حوزه ارزهای دیجیتال ممکن است اینگونه نباشد. سیستم های PoA دارای توان عملیاتی بالایی هستند اما هنگامی که مواردی مانند سانسور و لیست سیاه به راحتی قابل دستیابی است، جنبه های تغییر ناپذیری زیر سوال می رود.

انتقاد رایج دیگر این است که هویت اعتبارسنج های PoA برای همه قابل مشاهده است. استدلال در این باره این است که تنها بازیکنانی که بتوانند این موقعیت را داشته باشند، واجد شرایط اعتبارسنج شدن هستند. با این وجود، دانستن هویت اعتبارسنج ها می تواند به طور بالقوه منجر به دستکاری شخص ثالث شود. به عنوان مثال، اگر یک رقیب بخواهد یک شبکه مبتنی بر PoA را مختل کند، ممکن است سعی کند تأییدکنندگان شناخته شده عمومی را تحت تأثیر قرار دهد تا با عدم صداقت رفتار کنند و در نهایت سیستم را از درون به خطر بیاندازند.

PoW، PoS یا PoA همه مزایا و معایب منحصر به فرد خود را دارند. به خوبی ثابت شده است که غیرمتمرکزسازی در جامعه ارزهای دیجیتال بسیار ارزشمند است و PoA، به عنوان یک سازوکار اجماع، تمرکز زدایی را فدای دستیابی به توان عملیاتی و مقیاس پذیری بالا می کند. تاکنون ویژگی های ذاتی سیستم های PoA با نحوه عملکرد بلاک چین تضاد کاملی دارد. با این حال، PoA یک رویکرد جالب ارائه می دهد و نمی توان در حال حاضر آن را به عنوان یک راه حل ظهور بلاک چین نادیده گرفت در حالیکه ممکن است برای برنامه های بلاک چین خصوصی مناسب باشد.

مزایای الگوریتم اثبات اعتبار چیست؟

• این نوع الگوریتم، هیچ قدرت محاسباتی و الکتریکی برای عملکرد خود ندارد.
• زنجیره بلوکی الگوریتم POA بدون نیاز به دارایی های دیجیتالی همچون بیت کوین و یا اتر وظایف خود را انجام می دهد. 
• الگوریتم POA برای انجام عملکرد خود، نیاز به تعداد محدودی از نودها دارد. شبکه می تواند با پردازش تراکنش های بیشتر، زمان هر بلوک را کاهش دهد. علاوه بر این برای پردازش هزینه های نزدیک به صفر، به صورت مرتب زنجیره های بلوک را به روز می کند. 
• الگوریتم اثبات اعتبار توان عملیاتی بالاتری نسبت به دیگر الگوریتم ها دارد چرا که تعداد اعتبارسنج های کمتری برای سازوکار اجماع نیاز دارد. 

عملکرد الگوریتم اثبات اعتبار POA چیست؟

الگوریتم اثبات اعتبار از یک نرم افزار، برای قراردادن تراکنش ها در بلاک ها استفاده می کند. البته این فرآیند به صورت اتوماتیک انجام می شود و نیازی به نظارت دائمی تایید کنندگان بر روی رایانه های شخصی آنها وجود ندارد.

به هر حال برای اینکه یک کاربر به عنوان یک اعتبارسنج شناخته شود باید شرایط زیر را داشته باشد. 

• تایید هویت کاربر به صورت رسمی در شبکه
• کسب حق انتخاب به عنوان یک اعتبارسنج که نیاز به تایید بلوک های بدست آمده و ارزیابی شده دارد.
• باید در تمامی مراحل تاسیس اختیارات سازگاری کامل با الگوریتم اثبات اعتبار وجود داشته باشد. به علاوه باید شرایط تبدیل شدن به اعتبارسنج ها را نیز داشته باشد، بنابراین انگیزه ای برای حفظ موقعیت نیز وجود خواهد داشت. 

چرا الگوریتم اثبات اعتبار نسبت به اثبات کار بهتر است؟

الگوریتم اثبات کار، همان الگوریتمی است که در ارز دیجیتال بیت کوین مورد استفاده قرار می گیرد اما ایرادی که دارد عدم مقیاس پذیری آن است. ارز دیجیتال بیت کوین و دیگر بلاک چین های مبتنی بر POW دارای عملکرد بهتری برای انجام تراکنش در ثانیه یا همان TPS هستند. 

البته این محدودیت تحت شرایطی انجام می شود که بیت کوین به شبکه توزیع شده ای از نودها متکی باشد که به توافق رسیده و در مورد وضعیت فعالیت بلاک چین به توافق برسند. در هر حال این بدان معناست که قبل از تایید بلوک تراکنش جدید، باید توسط اکثر نودهای شبکه این تایید انجام شود. پس عدم تمرکز بیت کوین نه تنها یک سیستم اقتصادی قابل اطمینان فراهم می کند بلکه شرایط را برای استفاده گسترده تر فراهم می کند. 

دلیل برتری این الگوریتم نسبت به الگوریتم اثبات اعتبار، محدودیت تعداد اعتبارسنج های بلوک است که این امر موجب شده است که این سیستم نسبت به دیگر الگوریتم ها مقیاس پذیر باشد. 

کدام پلتفرم‌ها از POA استفاده می‌کنند؟ 

یکی از الگوریتم‌های POA، در کلاینت اتریوم نوشته شده با زبان برنامه ‌نویسی Rust، یعنی Parity با نام Aura یا Authority Round، اجرا شده است. دومین اجرای این الگوریتم، در کلاینت Geth به نام کلیک (Clique) می باشد که این کلاینت مبتنی بر اتریوم نوشته شده با زبان (GoLang) می باشد.

POA Network معروف ‌ترین شبکه‌ای است که از POA استفاده می‌کند. این شبکه برای اسمارت کانترکت‌ها یک شبکه عمومی است که به‌عنوان یک سایدچین اتریوم کار می‌کند. در این پروژه، نودها شامل ولیدیتورهای انفرادی می باشند که به‌عنوان مکانیزم شایستگی اعتبارسنج‌ها از دیتابیس‌های عمومی استفاده می‌کنند.

Hyperledger Besu و Hyperledger Fabric نیز از POA استفاده می‌کنند. Hyperledger Fabric بر اساس تحمل خطای بیزانس کار می‌کند، اما به‌عنوان بخشی از فریم‌ورک متن باز برای جامعه بلاک چین‌های خصوصی خود، از الگوریتم PoA استفاده می‌کند. وی‌چین (Vechain) نیز یکی دیگر از زنجیره‌هایی ست که از این سیستم استفاده می‌کنند. این یک بلاک چین عمومی در سطح شرکت‌های بزرگ است، که به‌ صورت شفاف اطلاعات مدیریت کسب و کار را ارائه می‌دهد. مدیریت زنجیره‌های تامین و لجستیک تخصص این شبکه است.

نتیجه گیری: 

با توجه به مطالبی که در این مقاله بیان شد متوجه شدید که الگوریتم اثبات اعتبار POA چگونه کار می کند. این الگوریتم برای اولین بار در سال 2017 فعالیت خود را آغاز کرد و روش کار آن بدین صورت است که به تعداد کمی از اجزای بلاک چین این قابلیت داده می شود تا معاملات را تایید کنند. در الگوریتم گواه اثبات اعتبار، بلاک چین توسط نودهای اعتبارسنج محافظت می شود. تمام ارزهای دیجیتالی که از این الگوریتم استفاده می کنند، قابلیت استخراج ندارند. از دیگر تفاوت هایی که این الگوریتم با الگوریتم اثبات کار دارد، مقیاس پذیرتر بودن آن است که به عنوان یک مزیت بزرگ برای این الگوریتم محسوب می شود. امیدواریم مطالب ارائه شده در این مقاله برای شما مفید بوده باشد.