تأثیر مکانیزم‌های اجماع بر امنیت بلاکچین

مکانیزم‌های اجماع یکی از مهم‌ترین ستون‌های فناوری بلاکچین هستند. این مکانیزم‌ها نه‌تنها بستر اصلی برای تأیید تراکنش‌ها و ثبت دائمی آن‌ها را فراهم می‌کنند، بلکه مستقیماً بر امنیت و پایداری شبکه نیز تأثیرگذارند. در این مقاله، به بررسی تأثیر مکانیزم‌های مختلف اجماع بر امنیت بلاکچین خواهیم پرداخت و نقش آن‌ها را در جلوگیری از حملات و تضمین عدم تمرکز شبکه تحلیل می‌کنیم.

مکانیزم اجماع چیست؟

مکانیزم اجماع در بلاکچین، فرآیندی است که طی آن تمام نودهای شبکه به توافق می‌رسند که کدام تراکنش‌ها معتبر هستند و باید به بلاکچین اضافه شوند. از آنجا که بلاکچین‌ها معمولاً به صورت توزیع‌شده و بدون نیاز به نهاد مرکزی فعالیت می‌کنند، این مکانیزم‌ها برای حفظ هماهنگی و جلوگیری از حملات، حیاتی به شمار می‌روند.

مهم‌ترین مکانیزم‌های اجماع

• اثبات کار (Proof of Work - PoW): این مکانیزم، که بیت‌کوین و بسیاری از ارزهای دیجیتال اولیه از آن بهره می‌برند، مبتنی بر حل مسائل پیچیده ریاضی توسط ماینرها است. نودی که موفق به حل این مسئله شود، حق افزودن بلاک جدید به بلاکچین را کسب می‌کند. این مکانیزم به دلیل نیاز به توان محاسباتی بالا، امنیت قابل توجهی را فراهم می‌کند اما مصرف انرژی زیاد و کارمزدهای بالای تراکنش را نیز به همراه دارد.
• اثبات سهام (Proof of Stake - PoS): در این سیستم، اعتبارسنج‌ها به جای ماینینگ، بر اساس میزان سهام (ارز دیجیتال) خود و به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند. این روش به دلیل عدم نیاز به قدرت محاسباتی بالا، انرژی کمتری مصرف می‌کند و به همین دلیل به عنوان یک گزینه پایدارتر و مقیاس‌پذیرتر مورد توجه است.
• اثبات سهام محول‌شده (Delegated Proof of Stake - DPoS): در این مدل، کاربران شبکه به اعتبارسنج‌های مشخصی رأی می‌دهند تا در فرآیند اجماع شرکت کنند. این مکانیزم سرعت بالاتری نسبت به PoW و PoS دارد، اما خطر تمرکز را نیز افزایش می‌دهد.

این 3 مکانیزم، تقریبا رایج ترین و مطمئن ترین مکانیزم‌های موجود میباشند اما چندین مکانیزم نو ظهور دیگر نیز وجود دارند که پر اهمیت ترین آنها، اثبات تاریخچه یا همان PoH میباشد. معروفترین شبکه ای که از این مکانیزم استفاده میکند، سولانا میباشد. در ادامه به بررسی بیشتر این مکانیزم های نوظهور خواهیم پرداخت.

اثبات تاریخچه (Proof of History - PoH)

اثبات تاریخچه (PoH) یک مکانیزم اجماع جدید است که توسط آناتولی یاکوونکو (Anatoly Yakovenko) برای شبکه سولانا طراحی شده است. PoH یک روش برای تأیید ترتیب و زمان‌بندی تراکنش‌ها قبل از وارد شدن به بلاک است. این مکانیزم با استفاده از یک تابع تأخیر قابل تأیید (Verifiable Delay Function - VDF)، یک ترتیب زمانی رمزنگاری‌شده ایجاد می‌کند که همه نودها می‌توانند به آن اعتماد کنند.

چگونه PoH کار می‌کند؟

در PoH، به‌جای اینکه هر نود برای تأیید تراکنش‌ها نیاز به هماهنگی و توافق مستقیم با سایر نودها داشته باشد، زمان‌بندی تراکنش‌ها به‌صورت رمزنگاری‌شده و با استفاده از یک تابع تأخیر مشخص می‌شود. این تابع به‌صورت مداوم یک خروجی تولید می‌کند که نشان‌دهنده‌ی گذر زمان است، و هر تراکنش یا رویداد در بلاکچین با این خروجی زمان‌سنجی می‌شود.

این ترتیب زمانی از پیش تعیین‌شده به نودها اجازه می‌دهد که بدون نیاز به صبر برای تأیید شبکه، تراکنش‌ها را پردازش کنند. این مکانیزم همزمانی زیادی به فرآیند اجماع می‌بخشد و به سولانا این امکان را می‌دهد که هزاران تراکنش در ثانیه را پردازش کند.

مزایای PoH

• سرعت بسیار بالا: یکی از بزرگ‌ترین مزایای PoH، افزایش چشمگیر سرعت پردازش تراکنش‌ها است. به لطف این مکانیزم، سولانا قادر است تا بیش از 65,000 تراکنش در ثانیه (TPS) پردازش کند، که آن را به یکی از سریع‌ترین بلاکچین‌های حال حاضر تبدیل کرده است.
• کاهش نیاز به همگام‌سازی نودها: PoH زمان مورد نیاز برای هماهنگی و همگام‌سازی نودها را به شدت کاهش می‌دهد، زیرا ترتیب زمانی تراکنش‌ها از پیش در تابع تأخیر ذخیره شده است.
• مقیاس‌پذیری بالا: به دلیل توانایی پردازش تعداد زیادی تراکنش در ثانیه، PoH مقیاس‌پذیری بالایی را برای شبکه‌های بلاکچین فراهم می‌کند. این ویژگی برای برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) و قراردادهای هوشمند که به تراکنش‌های سریع و کارآمد نیاز دارند، بسیار مفید است.

معایب و چالش‌های PoH

1. پیچیدگی فنی: PoH یک مکانیزم پیچیده است که به دانش فنی بالایی برای پیاده‌سازی و مدیریت نیاز دارد. این پیچیدگی ممکن است برای توسعه‌دهندگان و کاربران شبکه چالش‌برانگیز باشد.
2. تمرکز نودها: با وجود مزایای PoH، برخی از منتقدان معتقدند که سولانا به دلیل تعداد کم اعتبارسنج‌های فعال، ممکن است از نظر تمرکز با چالش‌هایی مواجه شود. اگرچه PoH به‌عنوان یک مکانیزم اجماع، مقیاس‌پذیری خوبی دارد، اما توزیع نودهای اعتبارسنج در شبکه باید گسترده‌تر شود تا خطر تمرکز کاهش یابد.

دیگر مکانیزم‌های اجماع نوظهور

علاوه بر PoH، چند مکانیزم اجماع نوآورانه دیگر نیز در حال توسعه هستند که هدف آن‌ها بهبود عملکرد، امنیت و مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاکچین است.

1. اثبات اعتبار (Proof of Authority - PoA)

اثبات اعتبار (Proof of Authority - PoA) یک مکانیزم اجماع است که در آن اعتبارسنج‌ها (Validators) بر اساس هویت واقعی و شهرت خود انتخاب می‌شوند. این مکانیزم به‌جای وابستگی به توان محاسباتی یا سهام (مانند PoW و PoS)، به اعتماد به افراد یا گروه‌هایی که به عنوان اعتبارسنج انتخاب شده‌اند، متکی است.

• مزایا: PoA سرعت بالایی دارد و برای شبکه‌های خصوصی و مجاز (permissioned) که در آن‌ها اعتماد بین شرکت‌کنندگان برقرار است، مناسب است.
• معایب: این مکانیزم ممکن است منجر به تمرکز شود، زیرا تعداد محدودی از اعتبارسنج‌ها در شبکه فعالیت می‌کنند و اعتماد به آن‌ها باید حفظ شود.

2. اثبات ظرفیت (Proof of Capacity - PoC)

در اثبات ظرفیت (Proof of Capacity - PoC)، نودها به جای استفاده از قدرت محاسباتی یا سهام، از فضای هارد دیسک خود برای شرکت در فرآیند اجماع استفاده می‌کنند. هرچه فضای ذخیره‌سازی بیشتری در دسترس باشد، شانس نود برای ایجاد بلاک جدید بیشتر است.

• مزایا: PoC مصرف انرژی کمتری نسبت به PoW دارد و به دلیل استفاده از فضای خالی دیسک، مقیاس‌پذیری بهتری ارائه می‌دهد.
• معایب: یکی از چالش‌های این مکانیزم، نیاز به فضای ذخیره‌سازی زیاد است که می‌تواند برای برخی از کاربران محدودیت ایجاد کند.

3. اثبات سوزاندن (Proof of Burn - PoB)

در اثبات سوزاندن (Proof of Burn - PoB)، کاربران ارز دیجیتال خود را می‌سوزانند (به‌طور دائم از بین می‌برند) تا حق شرکت در اجماع و استخراج بلاک‌ها را کسب کنند. این سوزاندن به عنوان نشان‌دهنده‌ی یک تعهد بلندمدت به شبکه در نظر گرفته می‌شود.

• مزایا: PoB به کاهش مصرف انرژی و استفاده از منابع کمک می‌کند و به‌عنوان یک روش سازگار با محیط‌زیست شناخته می‌شود.
• معایب: سوزاندن ارز دیجیتال یک فرآیند دائمی و غیرقابل بازگشت است، که ممکن است برای برخی کاربران جذاب نباشد.

4. اثبات زمان سپری‌شده (Proof of Elapsed Time - PoET)

اثبات زمان سپری‌شده (PoET) یک مکانیزم اجماع است که توسط شرکت اینتل (Intel) برای شبکه‌های بلاکچین مجاز توسعه داده شده است. در این مکانیزم، هر نود باید برای مدت زمان مشخصی منتظر بماند و نودی که زودتر این زمان انتظار را تمام کند، حق ایجاد بلاک جدید را خواهد داشت.

• مزایا: PoET مصرف انرژی کمتری دارد و برای شبکه‌های مجاز مناسب است.
• معایب: این مکانیزم به سخت‌افزارهای خاص (مانند پردازنده‌های اینتل) وابسته است که ممکن است دسترسی به آن‌ها محدود باشد.

تأثیر مکانیزم‌های اجماع بر امنیت

امنیت بلاکچین به چندین عامل بستگی دارد که مهم‌ترین آن‌ها شامل جلوگیری از حملات سایبری، اطمینان از عدم تمرکز و مقاوم بودن در برابر تقلب‌های تراکنشی می‌شود. مکانیزم‌های اجماع مختلف تأثیرات متفاوتی در این زمینه دارند.

1. مقاومت در برابر حملات 51 درصد

یکی از مهم‌ترین تهدیدات امنیتی برای یک بلاکچین، حمله 51 درصد است. این حمله زمانی رخ می‌دهد که یک فرد یا گروه موفق به کنترل بیش از 50 درصد قدرت محاسباتی (در PoW) یا سهام (در PoS) شبکه شوند. در چنین شرایطی، آن‌ها می‌توانند تراکنش‌ها را معکوس کنند و دوباره از همان ارز استفاده کنند، که به آن "دوبار خرج کردن" (double-spending) گفته می‌شود.

• در اثبات کار (PoW)، کنترل 51 درصد از قدرت محاسباتی نیازمند سرمایه‌گذاری عظیمی در تجهیزات محاسباتی و انرژی است که انجام آن را بسیار دشوار می‌کند. با این حال، در صورت رخ دادن این حمله، شبکه می‌تواند به طور جدی آسیب ببیند.
• در اثبات سهام (PoS)، کنترل 51 درصد سهام شبکه مستلزم این است که حمله‌کننده مقدار زیادی از ارز دیجیتال مربوطه را در اختیار داشته باشد. از آنجا که ارزش سهام نیز به موازات ارزش شبکه افزایش می‌یابد، دستیابی به این میزان سهام بسیار پرهزینه خواهد بود و انگیزه اقتصادی برای حمله را کاهش می‌دهد.

2. عدم تمرکز

یکی دیگر از عوامل مهم در امنیت شبکه‌های بلاکچین، عدم تمرکز است. هرچه شبکه توزیع‌شده‌تر باشد و نودهای بیشتری در فرآیند اجماع شرکت کنند، احتمال موفقیت حملات کاهش می‌یابد.

• اثبات کار (PoW) به تمرکززدایی نسبی کمک می‌کند، زیرا هر نود می‌تواند با فراهم آوردن توان محاسباتی به شبکه بپیوندد. با این حال، در عمل، تمرکز ماینرها در استخرهای ماینینگ بزرگ می‌تواند چالش‌هایی ایجاد کند.
• در اثبات سهام (PoS)، تمرکززدایی به میزان توزیع سهام وابسته است. اگر سهام به طور گسترده بین کاربران توزیع شود، شبکه از تمرکززدایی خوبی برخوردار خواهد بود. اما اگر بخش عمده‌ای از سهام در اختیار تعداد کمی از نودها باشد، تمرکززدایی مختل خواهد شد.

3. مقاومت در برابر حملات سیبیل (Sybil Attack)

در حمله سیبیل، یک مهاجم تلاش می‌کند با ایجاد چندین هویت جعلی، کنترل شبکه را به دست گیرد. مکانیزم‌های اجماع مختلف راهکارهای متفاوتی برای مقابله با این نوع حملات دارند.

• اثبات کار (PoW) به دلیل نیاز به سرمایه‌گذاری سنگین در تجهیزات و انرژی، از مقاومت خوبی در برابر حملات سیبیل برخوردار است.
• اثبات سهام (PoS) نیز به دلیل نیاز به داشتن سهام برای مشارکت در اجماع، جلوی این نوع حملات را می‌گیرد، زیرا ایجاد هویت‌های جعلی بدون دارا بودن سهام بی‌فایده است.

نتیجه‌گیری

مکانیزم‌های اجماع نقش کلیدی در امنیت بلاکچین‌ها ایفا می‌کنند. هر کدام از این مکانیزم‌ها مزایا و معایب خود را دارند و انتخاب مکانیزم مناسب بستگی به اهداف شبکه و نیازهای آن دارد.

در نهایت، انتخاب مکانیزم اجماع باید با توجه به نیازهای شبکه و اهمیت امنیت، مقیاس‌پذیری و تمرکززدایی انجام شود. همان‌طور که فناوری بلاکچین به تکامل خود ادامه می‌دهد، احتمالاً شاهد ظهور مکانیزم‌های اجماع جدیدی خواهیم بود که بتوانند تعادل بهتری بین این عوامل برقرار کنند.