من PoW إلى BFT: كيف تكون خوارزميات بلوغ التوافق

يرتكز البلوكشين على خوارزمية بلوغ التوافق. ويجب أن تكون عالية الفعالية وآمنة في وقت واحد، وتوفر صحة البيانات المسجلة وحمايتها من التحريف. نحدث كيف تعمل خوارزميات بلوغ التوافق وعلى أي شكل تكون وما هي العملات المشفرة التي تستخدمها في بلوكشيناتها.

من بين أهم جوانب العملة المشفرة اللامركزية هي الخوارزمية التي تستخدم فيها لبلوغ التوافق، فهي بالذات التي يتوجب عليها الحيلولة دون المصروف المزدوج (قبل ظهور البلوكشين كانت هذه المشكلة بالذات عائقاً أساسياً على سبيل تطوير العملات الرقمية).

بما أن العملات المشفرة تتحقق على شكل سجلات لامركزية متاحة للجمهور حيث تضاف الكتابات فقط فلا تحذف أبداً ولا تتغير بأثر رجعي تستخدم خوارزمية التوافق لتنسيق "النسخة الموحدة للحقيقة" وإبعاد الاستهتار.

لنستخدم تعريف منشور TechTarget: " تسمى بخوارزمية التوافق في المعلوماتية عملية بلوغ الاتفاق بخصوص معنى مجموعة معينة من البيانات في الأنظمة أو العمليات الموزعة، والتي لا بد منها لتوفير الأمانة في الشبكة بمشاركة عدة عقد غير مأمونة، وهذا مهم عند إجراء حسابات موزعة في الأنظمة متعددة الوكالات كذلك. عندما يحلون هذه المشكلة ينطلقون على وجه الضرورة من الافتراض أن بعض العمليات والأنظمة ستكون غير متاحة، وأن بعض البلاغات لن يستلمها المستلمون. وهكذا فإن خوارزميات التوافق يجب أن تكون مقاومة للرفض إذ يفترض عادة أنه يجب أن تجيب لـ51% من عقود الشبكة على الأقل".

وفي سياق العملات المشفرة خصصت خوارزميات التوافق لتوفير صحة المعاملات، زد إلى ذلك أن التحقق يجب أن يوزع بين الكثير من المشاركين في الشبكة، وكذلك مقاومة الرفض على حساب الفائض.

نعرف اليوم أربع خوارزميات الأكثر منظورية، ولكل منها أفضلياتها ونواقصها.

كانت هذه الخوارزمية اللامركزية الأولى التي تم تنفيذها بنجاح في البلوكشين، وهي ما زالت تستخدم في شبكات Bitcoin و Ethereum (يخطط Ethereum الانتقال إلى برهان حصة الملكية) و Litecoin و Zcash و Monero وغيرها الكثير.

تطلب الخوارزمية أداء حسابات معقدة يجوز أن يتحقق المشاركون الآخرون في الشبكة من نتيجتها بسهولة. في الحال مع البيتكوين وهو (Bitcoin) يتنافس المعدنون في إضافة "الحزمة" الإضافية من المعاملات، التي تسمى بالوحدة، إلى البلوكشين العام المدعوم من قبل الشبكة. من أجل تحقيق هذا على المعدّن أن يكون الأول من يحسب تتابعية الرموز في آخر السطر، والذي سيبدأ رمزه الرقمي من عدد محدد من الأصفار.

أهم أفضلية هذا التحقيق هي الأمانة والاستخدام المختبر منذ سنوات ما لا يمكنه القول عن سائر خوارزميات التوافق. بيد أن لديها كذلك نواح سلبية ألا وهي الكمية الهائلة من الطاقة التي تصرف على إجراء الحسابات، وكذلك الإنتاجية المنخفضة للشبكة.

حتى الآن تم تقديم الكثير من التحقيقات المحتملة لهذه الخوارزمية. في كل الحالات تُطلب من المشارك "الحصة" أي جزء من العملات التي يخزنها في الشبكة لفحص المعاملات.

يقفل المشاركون عملاتهم برهانهم على انتهاء الوحدة بدلاً من التعدين. يتم بالعادة اختيار المشارك الذي يُمنح حق إنهاء الوحدة إما وفقاً لحجم الرهان أو بطول مدة قفل الموارد أو بأية طريقة أخرى بحيث أن تطابق مصالحه بأكبر قدر ممكن مصالح الشبكة طويلة الأمد.

إذا لم تكن الاستهتارات في خوارزمية البرهان على تنفيذ أعمال لصالح أحد لعلو تكلفتها، فهنا يقع عبء الفحص على أولئك الذين يهتمون أكثر الكل بيسر الشبكة. عدا ذلك يفقد المشاركون الذين يرهنون على نسخة السلسلة ذات معاملات مزورة رهانهم.

البرهان على حصة الملكية محقق اليوم في Peercoin و Decred ويستعد للإدراج في شبكة Ethereum، إذ تخطط هذه الشبكة التحول من خوارزمية إلى أخرى. تنحصر أفضلية PoS في الكفاءة العالية للطاقة وربما كذلك في الوقاية من الهجومات الأكثر نجاحاً، ولكن حتى الآن لم يتم تحقيقها ولا في أي مشروع كبير لذا فهي غير مختبرة بالزمن.

رغم تشابه التسميات بينها وبين الخوارزمية السابقة تفاصيل التحقيق هنا مختلفة تماماً. ففي DpoS لا يرهن حاملو التوكنات على فحص المعاملات وإنما يصوتون لصالح الجماعة التي ستقوم بفحصها.

تبقى DPoS لامركزية وذلك لأن كل مشاركي الشبكة يشاركون في اختيار العقود الفاحصة، ولكن في نفس الآن هي مركزية جزئياً وذلك لأن الجماعة الصغرى هي صاحبة القرار ما يسرع فحص ومعالجة المعاملات.

تقوم التحقيقات المختلفة لـ DPoS بدعم مؤسسة السمعة وعملية التصويت المستمرة ونظام إعادة الترتيب الذي يجعل "المصادقين" المختارين شاعرين بالمسؤولية وصادقين.

تنحصر أفضليات DPoS في أن هذه المنظومة تقاس بشكل جيد وتوفر الفحص السريع للمعاملات، أما نقصها فهو وجود بعض المركزية وكذلك عدم اختبارها في مشروع كبير. تستخدم DPoS في شبكات Steemit و EOS BitShares.

وهذا المفهوم معقد نوعاً ما، ولكن إذا أوجزنا فهذه الخوارزمية تسمح للجنرلات (المصادقين) على التحكم بحالة الشبكة وتبادل الرسائل القصيرة، ما يوفر الصدق ويساعد على اختيار النسخة الصحيحة من المعاملات.

تتحقق BFT من قبل شركة Ripple (حيث ينتخب المصادقون مسبقاً من قبل صندوق Ripple) و Stellar (وهنا يجوز لأي شخص أن يصبح مصادقاً، أما الثقة فتظهر بالإجماع).

من بين أفضليات BFT هي القياسية والمعاملات الرخيصة، ومن بين نواقصها وجود بعض المركزية.

يحتمل أنه ستظهر في المستقبل خوارزميات جديدة بأفضالياتها ونواقصها، وتبدل تلك النسخ التي هي معروفة لنا الآن. مثلاً تبدو وكأنها حلول ذات المنظورية الرسوم البيانية اللاحلقية (DAG) وتحقيقها من قبل Hashgraph و Tangle و Block-lattice.

خوارزميات التوافق المعروفة لنا هي عبارة عن حل وسط بين القياسية ودرجة المركزية (ولو أن الشبكات بمستويين يمكنها أن تعمل لأجل القياسية الأكبر ضمن إطار نفس الخوارزميات).

سيكون مثيراً جداً أن نرى ما هي الآليات التي ستكون أكثر فعالية لبناء الشبكات كبيرة القياس مع المشاركة الموزعة والإدارة المستقرة، كما ولا تقل إثارة عملية تكييف المجتمع مع إدراج هذه التصاميم.