أنواع خوارزميات الإجماع المختلفة

خوارزمية الإجماع هي إجراء يُستخدم في علوم الحاسوب، يوافق من خلاله المشاركون في شبكة موزعة على حالة الشبكة أو على حالة قيمة بيانات واحدة، ويؤسسون الثقة فيما بينهم بين أقرانٍ غير معروفين داخل الشبكة.

تم تصميم خوارزميات الإجماع بحيث يصل أعضاء سلسلة الكتل إلى اتفاق للتحقق من صحة معاملة على الشبكة، وتغيير معلمات الشبكة، وتحديد أي عُقد موثوقة لمعالجة كتل جديدة، ووظائف مهمة أخرى.

لا تدع الطبيعة التقنية لهذا المقال تُربكك — فعبارة “الإجماع” موجودة حولنا في كل مكان — إنها فكرة إنسانية جدًا، لكن تم تطبيقها على شيء يمكن أتمتته.

**لبدء الأمر، في الأنظمة المركزية، تُنفَّذ مهام الإجماع بواسطة سلطة مركزية. **

في الأنظمة اللامركزية مثل Bitcoin، لدينا شبكة تتكوّن من مئات وآلاف وحتى مئات الآلاف من القائمين بالتعدين أو العُقد التي تنضم لتنفيذ مهمة واحدة أو عدة مهام وتوفير نظام بيئي موثوق وفعّال.

عند التفكير في الإجماع اللامركزي بهذا المثال، لنفترض أنك في مجموعة من أربعة أصدقاء، وأحد الأعضاء، أليكس، يُدخل شخصًا خامسًا، بوب. عندما يغادر بوب، فمن المرجّح أن تبدأ المجموعة بالحديث عن بوب (وهذا هو البروتوكول) لمعرفة إن كانوا يحبّونه (والنتيجة ستكون “الإجماع”)

خوسيه: “يبدو أن بوب شخص رائع.”

كيفن: “نعم، شخص رائع. كيف قابلته؟”

أليكس: “كان في إحدى حصص التمويل عندي في الجامعة؛ كنا نشارك نصائح تداول العملات المشفرة، وانتهى به الأمر أن يكون شخصًا مضحكًا جدًا.”

كيفن: “جميل، لكن ميماته كانت غريبة جدًا.”

جون: “أنت فقط لا تفهم ثقافة الميمات.”

خوسيه: “نعم، أنت لا تقضي وقتًا كبيرًا في التمرير على TikTok — ظننت أنها كانت مضحكة جدًا.”

في هذا المثال، تم التوصل إلى “إجماع” حول ما إذا كان بوب يندمج جيدًا في مجموعة الأصدقاء. غالبًا ما توجد ضرورة لاتفاق الآراء حتى في غياب التزامات أو عقود محددة تم الاتفاق عليها. أحد المشاركين، كيفن، متردد بشأن السماح لبوب بالدخول إلى المجموعة، لكن خوسيه وأليكس وجون مرتاحون مع بوب.

في هذه الحالة، إذا كنا سنُحوّل المثال أعلاه إلى خوارزمية إجماع: فسيكون 3 “إنه شخص رائع” و1 “إنه شخص رائع لكنني غير متأكد بشأن XYZ” ومع ذلك ينتج في النهاية “إنه شخص رائع”. يفوز الأغلبية، لذلك سيحظى بوب بالقدرة على الجلوس مع الأطفال الرائعين على الرغم من رأي كيفن.

على سبيل المثال، تم تصميم Bitcoin للعثور على إجماع حول ما إذا كانت المعاملات الجديدة صالحة (“رائعة”) أم لا.

هنا سنراجع أكثر —وأقل— أنواع خوارزميات إجماع سلسلة الكتل شهرةً عبر الشبكات العامة والخاصة.

ما هو Proof of Work؟

**Proof of Work (PoW) هو خوارزمية الإجماع الأكثر شهرة والأقدم التي ظهرت مع إنشاء Bitcoin في 2009 بواسطة Satoshi Nakamoto. **يتألف نظام PoW من شبكة عالمية من القائمين بالتعدين —المسمّون عُقد الشبكة— الذين يتنافسون لحل ألغاز رياضية. يفوز القائم بالتعدين الذي يحل اللغز بنجاح بالحق في إضافة كتلة جديدة إلى سلسلة الكتل ويتلقى مكافأة تُدفع في عملة مشفرة مُنشأة حديثًا.

إن Proof of work هو عمليًا طريقة القائم بالتعدين لإثبات أنه قدّم قوة حوسبية لتحقيق إجماع الشبكة والتحقق من صحة كل كتلة. علاوة على ذلك، تُرتَّب كل كتلة (معاملة) في ترتيب تسلسلي، مما يلغي خطر الإنفاق المزدوج.

حتى الآن، كان PoW هو آلية الإجماع الأكثر أمانًا لسلاسل كتل العملات المشفرة. يتطلب تعديل الشبكة من المهاجم إعادة تعدين جميع الكتل الموجودة في السلسلة. كلما نمت سلسلة الكتل، أصبح من الأصعب احتكار قوة الحوسبة للشبكة، لأن ذلك سيتطلب استهلاك طاقة هائلًا وتجهيزات مكلفة.

بمجرد أن يحل القائم بالتعدين لغزًا، يجد nonce (اختصارًا لرقم يُستخدم مرة واحدة) يُنتج تجزئة بقيمة أقل من أو تساوي ما تحدده صعوبة الشبكة.

يُعد الـ nonce جزءًا مركزيًا من أنظمة PoW لأنه سيسمح للقائم بالتعدين بإنشاء رأس كتلة مُعالَج بتجزئة باستخدام دالة SHA-256، وهذا يعني وضع رقم مرجعي للكتلة داخل سلسلة. يحتوي رأس الكتلة أيضًا على طابع زمني وتجزئة الكتلة السابقة.

عيوب PoW

يحتاج القائمون بالتعدين إلى توفير قوة حوسبية كبيرة لحل الألغاز. لكن بما أن الحسابات معقدة، فإن كمية الطاقة التي يستهلكها S9 Antminer الواحد عادةً تتراوح بين 1400 – 1500 وات في الساعة عند معدل تجزئة 14.5 TH/s. بينما يستهلك S19، وهو إصدار أقوى، 3250 وات في الساعة عند معدل تجزئة 110 TH/s.

باستخدام بعض الحسابات، يمكننا حساب كمية الطاقة التي تستهلكها مراكز البيانات أو شركات التعدين مع مئات أو آلاف أجهزة التعدين في موقع واحد يوميًا. يُعد ارتفاع استهلاك الطاقة والأضرار البيئية هي أبرز الانتقادات الموجهة إلى إثبات العمل.

للتوضيح، قبل أن تنتقل Ethereum إلى Proof of Stake، كان القائمون بالتعدين في Ethereum حول العالم يستهلكون حوالي 10 TWh/yr، وهو ما يعادل جمهورية التشيك.

كما أن الضوضاء العالية تضر السمع لدى البشر —فوق 80 dBa. لذلك تُحفظ عادةً أجهزة التعدين في الطوابق السفلية أو مرافق التعدين لتجنب إزعاج الأنشطة اليومية.

ما هو Proof of Stake؟

Proof of Stake (PoS) هو ثاني أكثر خوارزمية إجماع شيوعًا. بدلًا من القائمين بالتعدين، تمتلك سلاسل كتل PoS مُدققين على مستوى الشبكة يستخدمون عملاتهم/رموزهم كدليل على التزامهم تجاه الشبكة بدلًا من قوة الحوسبة.

تعني الـ staking “قفل” أصول كريبتو لفترة على منصة داخل سلسلة بلوكشين، وبالمقابل يُكافَأ المستخدمون بمزيد من العملة المشفرة.

PoW مقابل PoS: الاختلافات الرئيسية

في PoS، يمكن للمستخدمين المراهنة بجزء من أصولهم بهدف وحيد هو توليد دخل سلبي. الخيار الآخر هو أن تصبح مُدققًا. على عكس أنظمة PoW، لا يتنافس المُدققون لإنشاء كتل جديدة لأنهم يتم اختيارهم عشوائيًا بواسطة خوارزمية. كلما كانت Coins/tokens أكثر مما يراهن به المستخدم، زادت فرصه في أن يصبح مُدققًا وينشئ كتلًا جديدة في سلسلة الكتل.

في أنظمة PoW، يتم تحديد وقت توليد الكتل الجديدة بواسطة صعوبة التعدين؛ فكلما انضم المزيد من المشاركين إلى الشبكة، زادت hashpower، أي قوة الحوسبة المطلوبة لتعدين الكتل الجديدة. بالمقابل، تمتلك سلاسل PoS زمن إنشاء كتل ثابتًا يتم تقسيمه إلى slots —وهي المدة اللازمة لإنشاء كتلة— وepochs، وهي وحدات زمنية تتكون من slots.

ولشرح هذا بشكل أفضل، فإن الـ slot في Ethereum تتكون من 12 ثانية، وهي المدة التي يستغرقها إنشاء كتلة، و32 slot تُكوّن epoch. لذلك، فإن epoch واحدة تساوي 6.4 دقائق. يوجد في كل slot داخل سلسلة كتل PoS عدد محدد مسبقًا من المُدققين يصوتون على صحة الكتلة المقترحة. إذا كانت الكتلة صحيحة، تُضاف إلى السلسلة، ويتلقى مُقترح الكتلة والمُصدِقون مكافآت في ETH.

تعاقب سلاسل كتل PoS الجهات الخبيثة التي تهاجم الشبكة بهجمات على نمط 51%، ويُسمّى ذلك slashing، حيث يقوم المُدققون الأمناء بإقصاء المُدقق الخبيث من الشبكة واستنزاف رصيده. وهذا يُثبط الجهات الخبيثة عن مهاجمة الشبكة لأن العدد المطلوب من الأموال المرهونة مرتفع جدًا. في حالة Ethereum، يبلغ ذلك 32 ETH.

مزايا PoS:

• أقل استهلاكًا للطاقة مقارنةً بـ PoW
• أكثر ملاءمة للعمل مع حلول الطبقة-2 من PoW
• قادر على تحقيق إنتاجية أعلى لأن الإجماع يُؤسَّس قبل تمرير الكتل.
• أقل تكلفة من سلاسل كتل PoW لأنها لا تتطلب عتادًا فائقًا لإنشاء كتل جديدة.

عيوب PoS

• ما تزال أنظمة PoS عرضة للتمركز إذا تمكن مُدققون لديهم عدد كبير من الرموز المرهونة من التأثير على الشبكة.
• أقل إثباتًا من حيث الأمان مقارنةً بسلاسل كتل PoW.

ما هو Proof of History؟

**Proof of History (PoH) هو خوارزمية إجماع قدمتها سلسلة بلوكشين Solana ويتألف من وضع طابع زمني على جميع الأحداث في الشبكة لإثبات أنها حدثت في وقت محدد. **يمكن وصف PoH كساعة تشفيرية تؤكد المعاملات بالترتيب التسلسلي.

تجمع Solana بين نهجها في PoH وبين PoS. لذلك، يتعين على المشاركين في الشبكة رهن SOL ليصبحوا مُدققين ويعالجوا الكتل الجديدة، وتتحقق آلية PoH من صحة تلك المعاملات التي تحدث في الوقت الحقيقي. وبعبارة أخرى، تحافظ PoH على الأمان، بينما تجلب PoS شبكة من المُدققين الذين يمكنهم التحقق من الطوابع الزمنية وتأكيد المعاملات.

ومع ذلك، تُضحّي Solana باللامركزية لتوفير إنتاجية معاملات فائقة السرعة. تعتمد سلسلة الكتل على بنية شبه مركزية يتم فيها انتخاب عقدة واحدة كقائد يتولى تنفيذ مصدر واحد للوقت، أي ساعة PoH، ويجب على جميع العقد الأخرى اتباع تسلسلات الوقت وفقًا لذلك. تُنتخب القادة بشكل دوري عبر انتخابات PoS.

ورغم أن Solana تُعد واحدة من أسرع سلاسل الكتل في المجال، إلا أنها تتعرض بانتظام إلى فترات توقف. منذ إطلاقها في 2020، عانت الشبكة من حوالي عشر حالات توقف، وقع خمس منها في 2022. والسبب الرئيسي لهذه الأعطال هو “عقدة مُهيأة بشكل خاطئ”.

ما هو Delegated Proof of Stake؟

Delegated Proof of Stake** (DPoS) هو تباين لفكرة PoS، حيث تلعب المجتمعات دورًا مركزيًا.**

في سلاسل كتل DPoS، يقوم أعضاء المجتمع برهن عملاتهم المشفرة للتصويت على الشهود أو المندوبين القادمين لإنتاج الكتل. للقيام بذلك، يجب على المستخدمين تجميع رموزهم في تجمع الرهن الخاص بسلسلة الكتل ثم ربط الأموال بمندوب محدد.

تم تطوير DPoS بواسطة Dan Larimer، كبير التكنولوجيا السابق في EOS، والذي قام بتطبيق الخوارزمية على BitShares في عام 2015. وقد قال Larimer وأنصار DPoS الآخرون إن DPoS يوسع النطاق الديمقراطي لأنه المجتمع هو الذي يختار المُدقق التالي. اليوم، تستخدم سلاسل كتل مثل TRON وCardano DPoS.

لكن يتم انتقاد DPoS بأن منهجيته تُفضّل المستخدمين الأثرياء. إذ يمكن للذين يمتلكون عددًا كبيرًا من الرموز أن يكون لهم تأثير أكبر على الشبكة. كان Vitalik Buterin من أوائل المنتقدين لـ DPoS، إذ ذكر في منشور مدونة أن خوارزمية الإجماع هذه تحفّز الشهود على تكوين كارتلات وشراء الناخبين للحصول على الدعم.

ما هو Proof of Authority؟

**Proof of Authority (PoA) هي خوارزمية إجماع يمكن فيها فقط للأعضاء المصرّح لهم التفاعل مع سلسلة الكتل، وإجراء المعاملات، وطلب أو اقتراح تغييرات على معلمات الشبكة، ومراجعة سجل المعاملات، وما إلى ذلك. **

تمت صياغة المصطلح بواسطة Gavin Wood، وهو مطوّر بلوكشين شارك في تأسيس Ethereum وPolkadot وKusama Network.

في سلسلة بلوكشين PoA، **كل شيء يتعلق بالسمعة — إذ يقوم المشاركون في الشبكة برهن هوياتهم بدلًا من الرُغمز. **يوفر ذلك مستوى أعلى من قابلية التوسع والإنتاجية لأن الأمر يعتمد فقط على عدد محدود من المُدققين. قد نعتقد أن هذا نموذج شديد المركزية، لكن سلاسل كتل PoA تكون عادةً خاصة وتناسب بشكل أفضل الشركات والمؤسسات التي تستخدم تقنية البلوكشين لتعزيز الأعمال وأنظمة التشغيل.

ما هو Proof of Elapsed Time؟

Proof of Elapsed Time (PoET) هي خوارزمية إجماع أخرى تعمل بشكل أفضل مع سلاسل كتل خاصة.

تم تقديم خوارزمية PoET لأول مرة من قِبل مطوري برامج Intel وتم تنفيذها على Hyperledger Sawtooth، وموجهة لسلاسل كتل خاصة وللمؤسسات.

قد لا تكون الخوارزمية شائعة مثل غيرها من سلاسل الكتل لأنها لم تُعرَّف بشكل كافٍ. لكن كانت الفكرة هي تقديم محرك جاهز على طريقة Nakamoto يسمح لسلاسل الكتل الخاصة باختيار مُنتج الكتلة التالي. وكيف تختلف؟ حسنًا، تولّد الخوارزمية “وقت انتظار عشوائي” لكل عقدة في الشبكة، وخلال ذلك الوقت يجب على العقدة “الـنوم”. تستيقظ العقدة ذات أقصر مدة انتظار أولًا وتفوز بالحق في إنتاج كتلة في السلسلة.

لذلك، يتمثل الاختلاف الرئيسي في أن القائمين بالتعدين في PoET لا يعملون طوال 24/7 ولا يستهلكون طاقة أقل. إضافةً إلى ذلك، في شبكة PoW يتنافس المُعدّنون على تجزئة رأس الكتلة التالية، بينما في PoET الأمر أقرب إلى نظام اختيار عشوائي.

الأسئلة الشائعة حول خوارزميات الإجماع:

هل ستصبح Ethereum أسرع الآن بعد أن انتقلت إلى PoS؟

هناك اعتقاد خاطئ شائع وهو أن Ethereum ستعمل على التوسع تلقائيًا بمجرد أنها أصبحت تعتمد على blockchain قائم على PoS. لكن تم إجراء هذا الانتقال لتحسين Ethereum عبر:

• خفض استهلاك الطاقة
• خفض عوائق الدخول بإزالة متطلبات العتاد
• السماح بفرض عقوبات اقتصادية على سلوك العقد الخاطئ
• تقديم نموذج جديد لإصدارات الرموز
• وبنية تحتية أفضل للعمل مع حلول Ethereum Layer-2.

**ما هي سلاسل الكتل permissionless وpermissioned؟: **

تشير سلسلة بلوكشين permissionless إلى سلسلة عامة يمكن لأي شخص من خلالها إجراء معاملات، ومراجعة سجل المعاملات، والرهان على العملات، وأصبح مُدققًا، وما إلى ذلك. من ناحية أخرى، في سلاسل الكتل permissioned (الخاصة)، يمكن فقط للأعضاء الذين لديهم صلاحية الوصول إلى الشبكة لإجراء المعاملات والتفاعل مع عقد الشبكة وتتبع النشاط على السلسلة، وما إلى ذلك.

هل PoW هي أكثر خوارزمية إجماع أمانًا؟ لدى PoW نصيبها من العيوب، لكن حتى الآن كانت هي الطريقة الأكثر إثباتًا والموثوقة للحفاظ على إجماع الشبكة وأمنها داخل سلسلة بلوكشين.

الأفكار الختامية: شرح خوارزمية الإجماع

تُعد البلوكشين تقنية قادرة على حل العديد من التحديات ونقاط الألم داخل مختلف الصناعات، وليس فقط في مجال البنوك والتمويل. ومع ذلك، فهي تمتلك أيضًا حصتها من الانتكاسات. لذلك، قام المطورون بإنشاء أنواع متعددة وإصدارات من خوارزميات الإجماع لمعالجة المشكلات الشائعة، مثل التمركز وضعف قابلية التوسع وانخفاض الإنتاجية.

لكن الحديث عن مستقبل خوارزميات البلوكشين أمر صعب بسبب تحدٍ واحد: Blockchain Trilemma. وقد تم تحديده أولًا بواسطة Vitalik Buterin، وهو ينص على عدم قدرة شبكات البلوكشين على تقديم فائدتين من ثلاث فوائد: اللامركزية والأمان وقابلية التوسع. توجد عدة منصات بلوكشين، مثل Fantom وSolana، نفذت نسخًا هجينة خاصة بها من خوارزميات الإجماع في محاولة لحل Blockchain trilemma، لكن لم ينجح أي منها حقًا حتى الآن.

كما طُرحت مقاربات تقنية أخرى لتحسين خصائص البلوكشين، ومن أكثرها شيوعًا layer-2s، وهي سلاسل مرتبطة بـ layer-1، مثل Arbitrum مع Ethereum، وsharding، الذي يقسم سلسلة الكتل بأكملها إلى العديد من الشبكات الأصغر. يرى Buterin أن sharding هو أفضل نهج لتوفير الخصائص الثلاث الخاصة ببلوكشين مثالي.