تحليل عميق لـ Usual Money: احذر من مصيدة العسل لمستثمر التجزئة والسيولة، فترة الإغلاق 4 سنوات من USD0++

أفضل آلية الإجماع هي دائمًا تلك التي تلبي احتياجات المستخدمين.

المتحدث: أوتشيها مادارا

المحرر: بوف

المصدر: Deschool

هذه المقالة هي ملاحظات التعلم للدورة الثالثة من دورة الجامعة في DeSchool على الويب 3، المعلم الرئيسي هو يوتشيها مادارا. المحتوى جاف للغاية ولا يحتوي على أي إضافات، لذا يُنصح بتخزينه ببطء لفهمه. بالإضافة إلى ذلك، لتسهيل الفهم، تم إجراء تعديلات وإضافات معينة على محتوى الدورة.

المحتوى الرئيسي للمقالة يتضمن:

1. مقدمة خوارزمية الإجماع

2. خوارزمية الإجماع تصنيف

3. خوارزمية الإجماع详解 ( PoW, PoS, PoH, PoA, PBFT 等 )

01 آلية الإجماع简介

في التواصل والتعلم حول البلوكشين، تُعتبر “خوارزمية الإجماع” مصطلحًا يُذكر بشكل متكرر، وذلك بفضل وجود خوارزمية الإجماع، تُمكن ضمان موثوقية البلوكشين.

1. لماذا نحتاج إلى آلية الإجماع؟

ما يُعرف بالإجماع هو المعنى الذي يصل إليه مجموعة من الأشخاص. حياتنا مليئة بآلية الإجماع، على سبيل المثال، عندما يحتاج شركة لاتخاذ قرار، يجب على المساهمين التشاور معًا، وعند توقيع عقد، يجب على الطرفين الجلوس للتفاوض. هذه العملية هي عملية الوصول إلى الإجماع.

في نظام blockchain، المهمة التي يجب على كل عقدة القيام بها هي جعل دفتر الحسابات الخاص بها يتماشى مع دفاتر الحسابات الأخرى. إذا كان ذلك في سيناريو مركزي تقليدي، فإن هذه ليست مشكلة تقريبًا، لأنه يوجد خادم مركزي، وهو ما يسمى بالمخزن الرئيسي، ويمكن لبقية المخازن الفرعية التكيف مع المخزن الرئيسي.

ولكن في الإدارة اللامركزية، لا يوجد وجود للزعيم، فكيف يجب اتخاذ القرارات؟ في هذه الحالة، نحتاج إلى خوارزمية لضمان الوصول إلى الإجماع. هذا هو ما سنتحدث عنه في هذه المقالة - آلية الإجماع.

2. ما هي آلية الإجماع؟

آلية الإجماع (Consensus Mechanism) هي عملية يتم من خلالها التحقق من المعاملات وتأكيدها في فترة زمنية قصيرة من خلال تصويت عقدة خاصة؛ إذا تمكنت عدة عقد غير متعلقة بالمصالح من التوصل إلى إجماع بشأن معاملة معينة، يمكننا اعتبار أن الشبكة بالكامل يمكن أن تتوصل إلى إجماع بهذا الشأن.

على الرغم من أن الإجماع (Consensus) والتوافق (Consistency) يُعتبران متساويين تقريبًا في العديد من سيناريوهات التطبيق، إلا أن هناك اختلافات دقيقة في معانيهما: تركز أبحاث الإجماع على عملية توافق العقدة الموزعة والآلية الخاصة بها، بينما تركز أبحاث التوافق على الحالة المستقرة التي تم التوصل إليها في نهاية عملية توافق العقدة؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم أبحاث التوافق الموزع التقليدية لا تأخذ في الاعتبار مشكلة تحمل الخطأ البيزنطي، أي تفترض عدم وجود عقدة بيزنطية خبيثة تقوم بالتلاعب أو تزوير البيانات. بعد كل شيء، في شبكة بلوكتشين العامة الشفافة تمامًا، لا يمكن ضمان عدم ارتكاب أي عقدة للأعمال السيئة.

3. آلية الإجماع يمكن أن تحل أي مشاكل؟

آلية الإجماع يمكن أن تحل مشكلة الثقة في الأنظمة الموزعة، وتضمن تناسق البيانات وأمانها بين العقد. في الأنظمة الموزعة التقليدية، بسبب عدم وجود آلية ثقة بين العقد، تكون عرضة لهجمات العقدة الخبيثة والتلاعب، مما يؤدي إلى انهيار النظام أو تعديل البيانات. بالإضافة إلى ذلك، قبل ظهور تقنية التشفير في البلوكشين، كان المال الرقمي مثل الأصول الأخرى، يمتلك قابلية نسخ غير محدودة، وإذا لم يكن هناك وسيط مركزي، لم يكن لدى الناس وسيلة للتأكد مما إذا كان قد تم إنفاق مبلغ من النقد الرقمي.

ببساطة، يمكن لآلية الإجماع حل مشكلتين بشكل فعال: مشكلة الإنفاق المزدوج (حيث تم إنفاق المال مرتين) والخطأ البيزنطي (حيث تقوم عقدة خبيثة بتغيير البيانات).

4. الإنفاق المزدوج (Double spend attack)

آلية الإجماع يمكن أن تحل إلى حد ما مشكلة الإنفاق المزدوج (attack الإنفاق المزدوج): أي أن يتم إنفاق المال مرتين أو أكثر، ويطلق عليه أيضًا “الإنفاق المزدوج”. في لعبة القط والفأر، قام ليزي بإجراء إنفاق مزدوج من خلال استخدام شيكات مزورة، لأن التحقق من الشيكات يحتاج إلى وقت، لذا في هذه الفجوة الزمنية استخدم عدة مرات نفس معلومات الشيك لشراء الأشياء.

من المعروف أن عقدة blockchain تعتبر دائمًا السلسلة الأطول كسلسلة صحيحة، وتواصل العمل على إطالتها. إذا تم بث كتلة جديدة بإصدارات مختلفة من قبل عقدتين في نفس الوقت، فسيتم العمل بناءً على الكتلة التي تم استلامها أولاً، ولكن سيتم أيضًا الاحتفاظ بسلسلة أخرى في حالة أصبحت الأخيرة هي السلسلة الأطول. عندما يتم اكتشاف إثبات العمل التالي، يتم التأكد من أن إحدى السلاسل هي الأطول، سيتحول العقد التي كانت تعمل على السلسلة الفرعية الأخرى إلى المعسكر الآخر.

كيف يتم تنفيذ الهجوم المزدوج؟ ينقسم إلى حالتين:

(1) الإنفاق المزدوج قبل التأكيد. من المحتمل أن لا يتم كتابة المعاملات ذات التأكيد صفر في سلسلة الكتل في النهاية. إلا إذا كانت صغيرة، فمن الأفضل الانتظار على الأقل للتأكيد لتجنب مثل هذا الإنفاق المزدوج.

(2) بعد التأكيد على الإنفاق المزدوج. يتطلب ذلك السيطرة على أكثر من 50% من قوة الحوسبة لتنفيذه. أي أنه يشبه fork صغير، حيث يتم وضع معاملات متجر في كتلة معزولة. هذا النوع من الإنفاق المزدوج بعد التأكيد، من الصعب تنفيذه، فهو قابل للتطبيق نظريًا فقط.

أكثر أنواع هجمات الإنفاق المزدوج شيوعًا هي ثلاث: هجوم بنسبة 51%، هجوم تنافسي (Race Attack)، هجوم فيني (Finney Attack).

هجوم 51%: يشير هجوم 51% إلى الشخص أو المجموعة التي حصلت على السيطرة على 51% من قدرة التجزئة في البلوكتشين، مما يعني أن لديهم القدرة على التحكم في بعض جوانب المشروع. على البلوكتشين القائم على إثبات العمل (مثل بيتكوين)، سيتم تحقيق ذلك من خلال الحصول على السيطرة على قدرة التعدين للشبكة. من ناحية أخرى، بالنسبة للبلوكتشين القائم على إثبات الحصة (مثل Cardano)، سيتم تحقيق ذلك من خلال السيطرة على 51% من عملات الحصة المرهونة.

هجوم المنافسة: يقوم مستخدم بإرسال معاملتين في وقت واحد إلى تاجرَيْن (أو تاجر ومستخدم نفسه). وبالتالي، سيتلقى المهاجم مجموعتين من السلع أو يستلم السلع ويسترد كلفة العملية الأصلية.

هجوم فني: يقوم المعدّن بالتعدين على كتلة واحدة أو سلسلة من الكتل، تحتوي هذه الكتل على المعاملات التي تحوّل فيها الأموال إلى عناوينه الأخرى. الكتل التي تم تعدينها لم يتم نشرها، بل احتُفظ بها أثناء تحويل المعدّن إلى التاجر. ثم، يقوم التاجر بإطلاق السلع المدفوعة من قبل المعدّن قبل أن يقوم المعدّن بنشر الكتل التي تم تعدينها. بعد ذلك، يقوم المعدّن بنشر الكتل التي تم تعدينها، مما يؤدي إلى محو المعاملة المدفوعة للتاجر، ليضطر التاجر لدفع المال من جيبه.

هجوم الإنفاق المزدوج الكلاسيكي:

في عام 2018، سيطر المهاجمون على أكثر من 51% من قوة الحوسبة على شبكة BTG، وخلال فترة السيطرة على قوة الحوسبة، أرسلوا كمية معينة من BTG إلى محفظتهم في التبادل. تم تسمية هذا الفرع بالفرع A. في الوقت نفسه، أرسلوا هذه BTG إلى محفظة أخرى يسيطرون عليها، وتم تسمية هذا الفرع بالفرع B. بعد تأكيد المعاملات على الفرع A، قام المهاجم ببيع BTG على الفور للحصول على النقد. ثم، قام المهاجم بالتعدين على الفرع B، وبما أنهم سيطروا على أكثر من 51% من قوة الحوسبة، سرعان ما تجاوز طول الفرع B طول الفرع A، وبالتالي أصبح الفرع B هو السلسلة الرئيسية، وتم التراجع عن المعاملات على الفرع A واستعادتها إلى الحالة السابقة. عادت تلك BTG التي تم تحويلها سابقًا إلى النقد إلى المهاجم، وهذه BTG كانت خسارة للتبادل. وهكذا، تمكن المهاجم من تحقيق “الإنفاق المزدوج” لنفس الأصول الرقمية بفضل السيطرة على أكثر من 50% من قوة الحوسبة.

5. الخطأ البيزنطي（Byzantine failures）

الخطأ البيزنطي هو مشكلة افتراضية طرحها ليزلي لامبورت في الثمانينيات من القرن العشرين. كانت القسطنطينية عاصمة الإمبراطورية الرومانية الشرقية، وبما أن الإمبراطورية الرومانية الشرقية كانت شاسعة في ذلك الوقت، كانت قوات كل جيش تفصلها مسافات بعيدة، وكان على الجنرالات الاعتماد على الرسل لنقل الرسائل. عند حدوث الحرب، كان يجب على الجنرالات وضع خطة عمل موحدة.

ومع ذلك، هناك خونة بين هؤلاء الجنرالات، ويأمل الخونة في التأثير على صياغة ونشر خطة العمل الموحدة، لتقويض خطة العمل المتسقة للجنرالات المخلصين. لذلك، يجب أن يكون لدى الجنرالات بروتوكول مُحدد، يسمح لجميع الجنرالات المخلصين بالتوصل إلى توافق. ولا يمكن لقلة من الخونة أن تجعل الجنرالات المخلصين يضعون خطة خاطئة. بمعنى آخر، جوهر الخطأ البيزنطي هو إيجاد طريقة تجعل الجنرالات يتوصلون إلى إجماع حول خطة القتال في بيئة غير موثوقة بها مليئة بالخونة.

في الأنظمة الموزعة، وخاصة في بيئة شبكة البلوكتشين، تشبه أيضًا بيئة جنرالات بيزنطة، حيث توجد خوادم تعمل بشكل طبيعي (تشبه الجنرالات المخلصين في بيزنطة)، وأخرى معطلة، وأخرى خبيثة (تشبه الجنرالات الخائنين في بيزنطة). جوهر الخوارزمية هو تشكيل إجماع حول حالة الشبكة بين العقد الطبيعية. إذا كان هناك 3 عقد فقط، فإن مشكلة جنرالات بيزنطة لا يمكن حلها. عندما يكون هناك x عقدة مشكلة، وعدد العقد الإجمالي أقل من 3x+1، فإن مشكلة جنرالات بيزنطة لا يمكن حلها.

ظهور بيتكوين حل هذه المشكلة بسهولة، حيث أضاف تكلفة لإرسال المعلومات، مما خفض من معدل نقل المعلومات، وأدخل عنصر عشوائي يجعل من الممكن أن يكون هناك جنرال واحد فقط قادر على بث المعلومات في فترة معينة. الجنرال الذي يبث المعلومات أولاً هو أول جهاز كمبيوتر يكتشف قيمة التجزئة الفعالة، طالما أن الجنرالات الآخرين استقبلوا وحققوا في هذه القيمة التجزئة الفعالة والمعلومات المرفقة بها، يمكنهم فقط استخدام المعلومات الجديدة لتحديث نسخ دفاتر حساباتهم، ثم إعادة حساب قيمة التجزئة. يمكن للجنرال الذي يحسب قيمة التجزئة الفعالة التالية إرفاق معلوماته المحدثة مرة أخرى بقيمة التجزئة الفعالة لبثها للجميع. ثم تبدأ منافسة حساب التجزئة من نقطة بداية جديدة. بسبب التزامن المستمر للمعلومات على الشبكة، تستخدم جميع أجهزة الكمبيوتر على الشبكة نفس نسخة دفتر الحسابات.

02 خوارزمية الإجماع تصنيف

1. آلية الإجماع التاريخية

عندما بدأت أجهزة الكمبيوتر والشبكات في الانتشار في الثمانينيات والتسعينيات، ظهرت قواعد البيانات المشتركة بحيث يمكن لعدة مستخدمين الوصول إلى المعلومات المخزنة. كان لدى معظمها قاعدة بيانات مركزية، حيث يمكن للمستخدمين الوصول إلى الأذونات من مواقع مختلفة. تطورت هذه الإعدادات إلى شبكات مركزية، حيث يمنح المسؤولون المستخدمين الأذونات ويحافظون على سلامة البيانات.

تُعرف هذه قواعد البيانات المشتركة باسم دفتر الحساب الموزع، لأنها تسجل المعلومات وتربطها لتوفير وصول العديد من المستخدمين من مواقع مختلفة. واحدة من أهم المشكلات التي يجب حلها هي منع التلاعب بالبيانات والوصول غير المصرح به، سواء كان ذلك خبيثًا أم لا. هناك حاجة إلى طريقة لإدارة قواعد البيانات الموزعة بشكل آلي لضمان عدم تغيير البيانات.

تسببت هذه الحاجة في ظهور الإجماع الذاتي الموزع، حيث تستخدم البرامج على الشبكة التشفير للتوصل إلى توافق حول حالة قاعدة البيانات. يهدف البروتوكول إلى تحقيق ذلك من خلال استخدام خوارزمية التشفير لإنشاء سلسلة طويلة من الأرقام والحروف (التجزئة) يتم التحقق منها بعد ذلك بواسطة البرامج التي تعمل على الشبكة. تتغير التجزئة فقط عندما يتغير المعلومات المدخلة إلى خوارزمية التجزئة، لذلك تم تصميم البرامج لمقارنة التجزئات للتأكد من تطابقها.

عندما تقوم كل برنامج يعمل على الشبكة بإنشاء سلسلة هاش متطابقة، يمكن القول أن البيانات قد تم التوصل إلى الإجماع عبر الشبكة. وبالتالي، تم إنشاء آلية الإجماع، وغالبًا ما تُنسب الفضل إلى خالق بيتكوين المجهول ساتوشي ناكاموتو. ومع ذلك، قبل أن ينشر ساتوشي ورقة بيضاء جعلت بيتكوين مشهورة، عمل العديد من الأشخاص على آلية الإجماع لسنوات.

مونى ناور، سينثيا دwork، آدم بيك، نيك سزابو وغيرهم من علماء البيانات وعلوم الحاسوب والعديد من الآخرين يكرسون جهودهم لتطوير آلية الإجماع الشبكي والمساهمة فيها.

2 خوارزمية الإجماع تصنيف

بناءً على اختلاف أنواع التحمل، يمكن تقسيم خوارزميات الإجماع إلى فئتين رئيسيتين: خوارزميات الإجماع من نوع CFT (تحمل الخطأ غير البيزنطي، أي لا تأخذ في الاعتبار العقدة الخبيثة) وخوارزميات الإجماع من نوع BFT (تحمل الخطأ البيزنطي، مما يعني أنها تأخذ في الاعتبار العقدة الخبيثة).

تشير تحمل الخطأ البيزنطي إلى ما إذا كان يمكن تطبيق الخوارزمية على الشبكات ذات الثقة المنخفضة. بشكل عام، يجب استخدام خوارزمية تحمل الخطأ البيزنطي في بيئات السلاسل العامة، بينما يمكن اختيارها في سلاسل التحالف اعتمادًا على مستوى الثقة بين المشاركين في التحالف، فإذا كان مستوى الثقة مرتفعًا، يمكن افتراض أن الجميع عقدة صالحة واستخدام خوارزميات CFT (غير تحمل الخطأ البيزنطي).

يمكن أيضًا تقسيمه بناءً على التوافق إلى فئتين رئيسيتين: خوارزميات التوافق الاحتمالية وخوارزميات التوافق المطلق. تشير خوارزميات التوافق الاحتمالية إلى أنه بين العقد الموزعة المختلفة، هناك احتمالية كبيرة لضمان توافق البيانات بين العقد، ولكن لا يزال هناك احتمال معين يجعل بعض البيانات بين العقد غير متوافقة. على سبيل المثال، خوارزمية إثبات العمل (Proof of Work, PoW) وخوارزمية إثبات الحصة (Proof of Stake, PoS) وخوارزمية إثبات الحصة المفوضة (DeleGated Proof of Stake, DPoS) جميعها تندرج تحت خوارزميات التوافق الاحتمالية.

تشير الخوارزمية إلى أن البيانات بين العقد المختلفة ستظل متسقة تمامًا في أي نقطة زمنية، ولا توجد حالات عدم تطابق بين البيانات على العقد المختلفة. على سبيل المثال، خوارزمية PAXOS وخوارزمية RAFT المشتقة منها.

سيتم تقسيم وتقديم ما يلي وفقًا لأنواع التسامح مع الأخطاء.

3 خوارزمية الإجماع من نوع CFT

تحمل الأخطاء Crash Fault Tolerance غير البيزنطي: مناسب للشبكات ذات مستوى ثقة مرتفع في العقدة. تشمل Paxos، Raft.

4 خوارزمية الإجماع من نوع BFT

تحقق مما إذا كانت العقدة لديها ميل للأخطاء البيزنطية الخبيثة في الهيكل اللامركزي، بما في ذلك إثبات العمل (PoW)، وتصديق (PoS)، وإثبات الحصة المفوضة (DPoS)، وإثبات السلطة (PoA) وغيرها.

03 خوارزمية الإجماع详解

هل بدأت تشعر بالتعب قليلاً هنا؟ اضغط على حفظ، واسترح قليلاً ثم عد لقراءة الجزء الأكثر عمقاً في هذه المقالة! يمكن للطلاب الذين لديهم وقت محدود البدء مباشرة من الخوارزمية الثالثة لنظام إثبات العمل.

1 Paxos الخوارزمية

• نبذة عن الخوارزمية: في عام 1990، تم تقديم خوارزمية باكسوس من قبل المعلم لامبورت، وهي خوارزمية توافق موزعة تعتمد على نقل الرسائل، وحصلت على جائزة تورينج في عام 2013. منذ ظهور باكسوس، سيطرت على خوارزميات التوافق الموزعة، حيث تحل بشكل رئيسي مشكلة كيفية الوصول إلى توافق حول قيمة معينة في الأنظمة الموزعة. عملية الإجماع في خوارزمية باكسوس تتمثل في طرح المقترحات من قبل Proposer لجذب دعم أغلبية Acceptor، وعندما يحصل أحد المقترحات على دعم أكثر من نصف الأصوات، يتم إرسال نتيجة الإغلاق إلى جميع العقدة للتأكيد. في هذه العملية، إذا حدث عطل لـ Proposer، يمكن حل المشكلة من خلال تفعيل آلية المهلة. إذا كان كل Proposer في جولة جديدة من المقترحات معطلًا، فلن يتمكن النظام من الوصول إلى توافق أبدًا. لكن احتمالية حدوث ذلك ضئيلة للغاية.

كان بروتوكول Basic Paxos المبكر معقدًا وذو كفاءة منخفضة نسبيًا، لذا تم تقديم إصدارات محسنة من Paxos لاحقًا. مثل: Fast Paxos و MULTI و Byzanetine Paxos وغيرها.

• حالات الاستخدام: ZooKeeper
• مبدأ الخوارزمية: تعمل خوارزمية Paxos في أنظمة غير متزامنة تسمح بفشل التعطل، ولا تتطلب نقل رسائل موثوق، وتتحمل فقدان الرسائل، ووقت الإستجابة، والترتيب العشوائي، والتكرار. تستخدم آلية الأغلبية لضمان قدرة تحمل أخطاء تصل إلى 2f+1، مما يعني أن النظام الذي يحتوي على 2f+1 عقدة يمكن أن يسمح بحد أقصى f عقدة للفشل في نفس الوقت. طالما كانت حالات الفشل أقل من (n-1)/2، تصل خوارزمية Paxos إلى الإجماع. يجب ألا تكون هذه الفشل من نوع الفشل البيزنطي، وإلا فإن ذلك سينتهك إثبات BFT. وبالتالي، فإن فرضية هذه الخوارزمية هي أن الرسائل لن تتعرض للتدمير أبدًا، وأن العقد لن تتآمر لتدمير النظام.

تتم عملية Paxos من خلال مجموعة من جولات التفاوض، حيث يكون لدى عقدة واحدة حالة “زعيم”. إذا لم يكن الزعيم متصلاً، سيتوقف التقدم حتى يتم اختيار زعيم جديد، أو إذا عاد الزعيم القديم فجأة إلى الاتصال.

تقسم Paxos الأدوار في النظام إلى مقترح (Proposer) ، وقارئ (Acceptor) ، ومتعلّم القرار النهائي (Learner): مقترح: يقدم الاقتراح (Proposal). تتضمن معلومات الاقتراح رقم الاقتراح (Proposal ID) والقيمة المقترحة (Value). قارئ: يشارك في اتخاذ القرار ، ويرد على اقتراحات المقترحين. بعد استلام الاقتراح يمكن قبول الاقتراح ، إذا حصل الاقتراح على قبول أغلبية القارئين ، يُسمى الاقتراح معتمدًا. متعلم: لا يشارك في اتخاذ القرار ، يتعلم من المقترحين / القارئين أحدث الاقتراحات المتفق عليها (Value).

2. Raft الخوارزمية

مقدمة عن الخوارزمية: خوارزمية Raft (التكرار والتحمل للأخطاء) هي تنفيذ مبسط لخوارزمية Paxos. اسم Raft مستمد من الحروف الأولى لـ «موثوق، مكرر، زائد، وقابل لتحمل الأخطاء» (Reliable, Replicated, Redundant, And Fault-Tolerant). تستخدم Raft استمرارية السجل لإجراء العديد من التبسيطات الجيدة على Paxos. تضمن هذه الخوارزمية التناسق في نظام يتكون من n عقدة، مع وجود أكثر من نصف العقد تعمل بشكل طبيعي. على عكس خوارزمية Paxos التي تنطلق مباشرة من مشكلة التناسق الموزع، فإن خوارزمية Raft تُطرح من وجهة نظر الآلات الحالة المتعددة لإدارة نسخ السجل للآلة الحالة المتعددة. على سبيل المثال، في نظام مكون من 5 عقد، يُسمح بحدوث خطأ غير بيزنطي في 2 من العقد، مثل تعطل العقدة، تقسيم الشبكة، أو تأخير الرسائل.

حالات الاستخدام: نسخ قاعدة البيانات الرئيسية والتابعة، سلسلة التحالف.

مبدأ الخوارزمية: في نظام Raft هناك ثلاثة أدوار: الزعيم (Leader)، الأتباع (Follower)، والمرشح (Candidate) في الظروف العادية سيكون هناك زعيم واحد فقط، والباقي أتباع. الزعيم مسؤول عن جميع الطلبات الخارجية، وإذا استقبلت آلة ليست زعيماً الطلب، سيتم توجيه الطلب إلى الزعيم. عادةً ما يرسل الزعيم رسائل في فترات ثابتة، أي نبضات (heartbeat)، ليخبر الأتباع أن زعيم المجموعة لا يزال يعمل. كما أن كل تابع مصمم بآلية انتهاء (timeout)، عندما يتجاوز الوقت المحدد دون استلام نبض (عادةً 150 مللي ثانية أو 300 مللي ثانية)، سيدخل النظام في حالة انتخاب.

في هذه اللحظة، يدخل التجمع دورة انتخابية جديدة (term) ويبدأ الانتخابات، إذا نجح الانتخاب، يبدأ القائد الجديد في تنفيذ العمل، وإذا لم ينجح، تعتبر هذه الفترة قد انتهت، ويبدأ فترة جديدة وتبدأ الانتخابات التالية.

الانتخابات تُطلق من قبل المرشحين. عندما يتوقف نبض قلب الزعيم، يحتاج المرشحون إلى ترشيح أنفسهم بطريقة ‘الأسبقية’ وجذب الأصوات من الخوادم الأخرى. كل خادم سيصوت في كل جولة انتخابية مرة واحدة فقط للتعبير عن دعمه أو معارضته للمرشح الحالي. إذا لم يحصل المرشح على أكثر من نصف الأصوات، تنتقل الانتخابات إلى الجولة التالية. يستمر المرشحون الآخرون في ترشيح أنفسهم حسب الأسبقية. حتى يتم انتخاب الزعيم.

تفوق خوارزمية Raft: النقطة الأولى هي البساطة. إذا تم الغوص في عمق تعقيد Paxos مقارنة بـ Raft، اكتشف هايدي هوارد وريتشارد مورتير أن تعقيد Paxos يظهر في جانبين. أولاً، يقوم Raft بتقديم السجلات بالترتيب، بينما يسمح Paxos بتقديم السجلات بغير ترتيب، لكنه يحتاج إلى بروتوكول إضافي لسد الفجوات المحتملة الناتجة عن ذلك. ثانياً، جميع نسخ السجلات في Raft لها نفس الفهرس، والفترة، والأمر، بينما قد تختلف هذه الفترات في Paxos.

النقطة الثانية هي أن Raft يمتلك خوارزمية فعالة لانتخاب القائد. الخوارزمية الانتخابية التي تقدمها ورقة Paxos تعتمد على مقارنة أحجام معرّفات الخوادم، حيث ينتصر الخادم الذي لديه معرّف أكبر عندما تتنافس عدة عقد. المشكلة هي أن القائد الذي يتم انتخابه بهذه الطريقة، إذا كان يفتقر إلى بعض السجلات، فلا يمكنه تنفيذ عمليات الكتابة على الفور، بل يجب عليه أولاً نسخ بعض السجلات من عقد أخرى. Raft يضمن دائماً اختيار العقدة التي تمتلك سجلات الأغلبية، وبالتالي لا تحتاج إلى اللحاق بالسجلات، على الرغم من أنه في بعض الأحيان قد تتكرر الانتخابات بسبب تقسيم الأصوات، إلا أنها بشكل عام خوارزمية انتخابية أكثر كفاءة.

بالنسبة لخوارزمية باكسوس، إذا كان أحد الخوادم متأخراً جداً، حتى أنه متأخر بعدة أيام من السجل، لكنه تم اختياره كزعيم في某时候، فإن هذا سيؤدي إلى توقف لفترة معينة. ولكن في خوارزمية RAFT، لن يتم أبداً اختيار عقدة متأخرة في السجل.

3 PoW（إثبات العمل）

مقدمة عن الخوارزمية: هي تقنية حاسوبية استخدمت في البداية لمكافحة البريد العشوائي. في عام 2008، قدم ساتوشي ناكاموتو في ورقة بيضاء بعنوان “بيتكوين: نظام نقدي إلكتروني من نظير إلى نظير” بيتكوين وكتلة blockchain، وصمم خوارزمية PoW بشكل مبتكر، والتي تم تطبيقها على بيتكوين، لحل معضلة رياضية للمشاركة في الإجماع. المحتوى الأساسي للخوارزمية هو استخدام قوة الحوسبة للبحث عن قيمة nonce التي تلبي تجزئة الكتلة. ولكن الناس سرعان ما اكتشفوا مشكلة في هذه آلية الإجماع، وهي استهلاك الطاقة العالي، وعندما تسيطر مجمع التعدين الكبيرة على قوة الحوسبة، لا يزال يؤدي إلى مشكلة المركزية.

حالات الاستخدام: بيتكوين ، ETH1.0 ، لايتكوين ، كونفلوكس ، دوجكوين.

مبدأ الخوارزمية: النظام المعتمد على إثبات العمل يتميز بأن العميل يحتاج إلى القيام بعمل معين صعب للحصول على نتيجة، بينما يمكن للجهة المصدقة التحقق بسهولة مما إذا كان العميل قد قام بالعمل المطلوب من خلال تلك النتيجة. واحدة من الخصائص الأساسية لهذه الخطة هي عدم التماثل: العمل بالنسبة للجهة الطالبة معتدل، بينما يكون من السهل التحقق منه بالنسبة للجهة المصدقة. وهذا يختلف عن رموز التحقق، حيث أن تصميم رموز التحقق يستند إلى سهولة الحل من قبل البشر بدلاً من الحل من قبل الحاسوب.

إثبات العمل (PoW) من خلال حساب البحث عن قيمة nonce، بحيث يكون قيمة hash للبيانات المجمعة من المعاملات تفي بالحد الأقصى المحدد. عندما تجد العقدة قيمة hash المطلوبة بنجاح، ستقوم على الفور ببث حزمة كتلة إلى الشبكة، وعندما تتلقى العقد الشبكة البث لحزمة الكتلة، ستقوم على الفور بالتحقق منها.

العيوب: بطء السرعة؛ استهلاك الطاقة الكبير، مما يؤثر سلباً على البيئة؛ سهل التأثر بـ «اقتصاديات الحجم» (economies of scale).

المزايا: تم اختباره على نطاق واسع منذ عام 2009 ولا يزال يُستخدم على نطاق واسع حتى الآن.

**4 إثبات الحصة (PoS)

مقدمة الخوارزمية: في عام 2011، تم اقتراح Quantum في منتدى Bitcointalk. في أغسطس 2012، وُلِدَ أول مشروع بلوكتشين قائم على إجماع PoS وهو عملة Peercoin، حيث تُعتبر Peercoin أول تطبيق يحقق خوارزمية PoS. في Peercoin، يتمثل الحق في الملكية في عمر العملة، حيث أن عمر العملة هو حاصل ضرب كمية العملات التي يمتلكها العقدة ومدة الاحتفاظ بها، وستستهلك المعاملات قدرًا معينًا من عمر العملة، وعند استهلاك 365 عمر عملة سيتم الحصول أيضًا على فائدة بنسبة 5% سنويًا.

المستخدمون: إيثريوم (2.0) ، كونفلوكس ، بيركوين.

مبدأ الخوارزمية: على سبيل المثال، إذا كان هناك شخص يمتلك 100 عملة من عملة معينة في معاملة واحدة، ويمتلكها لمدة 30 يومًا، فإن عمر العملة يكون 3000. بعد ذلك، تم اكتشاف كتلة PoS، وتمت إعادة تعيين عمر العملة إلى 0، والحصول على الفائدة سيكون 0.05*3000/365=0.41 عملة. خلال عملية الإجماع، تحصل العقدة على حق التسجيل من خلال استهلاك عمر العملة، وكلما زاد استهلاك العقدة لعمر العملة، زادت فرصتها في الحصول على حق التسجيل. المبدأ المحدد للسلسلة الرئيسية في الخوارزمية هو: السلسلة التي تستهلك أكثر عمر عملة هي السلسلة الصحيحة والفعالة في النظام.

المميزات: لا حاجة إلى أجهزة تعدين قوية ومكلفة. تقليل استهلاك الموارد، وتقليل احتمال هجوم 51%.

العيوب: قد يؤدي إلى تخزين الأغنياء للأصول الرقمية، مما يشكل تأثير متى، وقد يسبب مشاكل تضخم الأصول الرقمية.

5 إثبات التاريخ（Proof of History, PoH）

مقدمة عن الخوارزمية: إثبات التاريخ هو Solana إنشاء، وهو سلسلة كتل عالية الإنتاجية، تم إطلاقها في عام 2018، ويتيح إثبات التاريخ لمشاركي الشبكة الوصول إلى الإجماع زمنياً من خلال استخدام وظيفة تأخير قابلة للتحقق، مما يتجنب قاعدة “أطول سلسلة”.

PoH هو ساعة الشبكة، بينما TowerBFT هو برج المراقبة الخاص بها، ومهمته هي منع العقدة الخبيثة من خداع معلمات الوقت. يجب على أي مدقق يصوت على كتلة معينة الانتظار حتى يتم إنتاج الكتلة التالية، والحصول على تأكيد من إثبات التاريخ بأن “الوقت قد مضى”، قبل أن يتمكن من التصويت مرة أخرى.

تقوم Solana بذكاء بفصل سلسلة الزمن المعتمدة على التجزئة والحالة، حيث لا يتم ربط تجزئة كل كتلة ببعضها البعض، بل يقوم المدققون في الشبكة بتجزئة التجزئة نفسها داخل الكتلة، وآلية ذلك هي إثبات التاريخ (PoH). يعمل PoH من خلال استخدام دالة تأخير قابلة للتحقق عالية التردد (VDF) لبناء تسلسل الأحداث القابل للتحقق من خلال التشفير مع مرور الوقت. من الناحية الجوهرية، يعني ذلك أن PoH يعمل كساعة تشفيرية يمكن أن تساعد الشبكة على التوصل إلى توافق حول الوقت وتسلسل الأحداث دون انتظار رسائل من عقد أخرى. الإخراج المستمر لتجزئة حالة سلسلة الكتل المبنية على التاريخ يمكن أن يقدم تسلسل أحداث يمكن التحقق منه.

**المستخدم: **Solana

مبدأ الخوارزمية: يقوم Leader بإنشاء الطابع الزمني لكل بيانات التوقيع (الصفقات التي تحتاج إلى إثبات) وترتيب المعاملات مباشرة، مما يتجنب مشكلة ترتيب الوقت في PoS، حيث يمكن لكل المدققون ضمان التحقق بشكل مستقل، مما يقلل بشكل كبير من مشكلة إعادة ترتيب وقت التحقق، فقط يلزم إجراء التحقق من إثبات الصفقة.

المزايا: تكاليف منخفضة، حيث تبلغ تكلفة كل معاملة جزءًا من سنت فقط، سرعة المعاملات جيدة، وقابلية التوسع ممتازة،

العيوب: القلق من المركزية، حيث تحتوي Solana حالياً على أقل من 1200 من المدققون للتحقق من المعاملات على شبكتها. عدد أقل من تطبيقات اللامركزية: غالباً ما يُشار إليها بأنها قاتل إثيريوم. وفقاً لموقعها الإلكتروني، تم إنشاء أكثر من 350 Dapp على Solana، مقارنةً بـ 3000 Dapp تقريباً على إثيريوم، وهذا هو المكان الذي تحتاج فيه Defi حالياً إلى مزيد من وقت التطوير والابتكار.

6 إثبات السلطة (Proof of Authority, PoA)

مقدمة الخوارزمية: اقترحها غافين وود، أحد مؤسسي إثيريوم (ETH) وشركة Parity Technologies، في عام 2017. آلية PoA لا تتطلب التعدين ولا حاجة إلى TOKEN. في شبكة البلوكتشين القائمة على PoA، تتم معالجة جميع المعاملات والكتل بواسطة المدققين. منصة PoA لها تكاليف صيانة منخفضة، ولكن في PoA، يجب أن يكون المدققون للمعاملات والتحقق من البلوكتشين أشخاصاً يمكنهم اجتياز مراجعة موثوقة. لذلك، يجب أن يكون المدققون في PoA حريصين جداً على سمعتهم. السمعة في PoA هي أصل مهم جداً. في الحالات العامة، سيقوم المدققون بالإفصاح عن هويتهم الحقيقية. حالياً، تُستخدم هذه الآلية من البلوكتشين بشكل رئيسي في سلاسل التحالف وسلاسل خاصة ذات خصائص صناعية واضحة.

المستخدم: PoA، Ethereum Kovantestnet، xDai، VeChain وسلسلة لوجستية وول مارت.

الخوارزمية 原理：

ا. اختر موثقًا موثوقًا;

b. يتم إنشاء كتل سجلات المعاملات بواسطة عدد من المدققين، الذين يحصلون على مكافأة الكتلة وغسيل الأموال. في PoA، المدققون هم المفتاح في آلية الإجماع، حيث يحصل المدققون على حقوق شبكة الضمان من خلال وضع هذه الهوية، وبالتالي يكسبون مكافأة الكتلة. إذا كان هناك أي سلوك خبيث من المدققين خلال هذه العملية أو إذا تآمروا مع مدققين آخرين، يمكن إزالة واستبدال الفاعلين الخبيثين من خلال الإدارة داخل السلسلة. سيتم استخدام الحماية القانونية الحالية ضد الاحتيال لحماية المشاركين في الشبكة من سلوك المدققين الخبيث.

المزايا:

a. يحتاج إلى قوة الحوسبة أقل، لا حاجة للتعدين، ويوفر الطاقة ويحافظ على البيئة;

سرعة التحقق سريعة، تدعم المعاملات الأسرع؛

c. يراقب المدققون في الشبكة بعضهم البعض، ويمكنهم التصويت في أي وقت للانضمام إلى المدققين أو استبعاد المدققين غير المؤهلين.

d. الانقسامات الصلبة محمية قانونياً، وكل Validator يوقع اتفاقية قانونية.

العيوب:

أ. ستقلل الهوية العامة والخصوصية ومجهول الهوية

b. يتم تحديد المدقق كعقدة مركزية مدعومة قانونياً

**7 إثبات العمل المتأخر（**Delayed Proof-of-Work، dPoW）

نبذة عن الخوارزمية: قبل شرح DPoW، يجب أولاً توضيح ما هو PoB. PoB (Proof of Burn) يُسمى آلية إثبات الاحتراق، وهي وسيلة للتصويت على من يمتلك قيادة الشبكة من خلال حرق العملة التي يمتلكها الشخص. كلما زاد عدد العملات المحترقة، زادت احتمالية الحصول على قيادة الشبكة.

في البلوكتشين المعتمد على dPoW، لم يعد ما يحصل عليه المعدّنون من التعدين هو عملة مكافأة، بل “wood” القابلة للاحتراق - الخشب. يستخدم المعدّنون قوتهم الحوسبية الخاصة، ومن خلال خوارزمية التجزئة، بعد إثبات مقدار عملهم، يحصلون على الخشب المقابل، ولا يمكن تداول الخشب. عندما يتم تجميع كمية معينة من الخشب، يمكنهم الذهاب إلى موقع الاحتراق لحرق الخشب.

بعد حساب مجموعة من الخوارزميات، يمكن للأشخاص الذين يحرقون كمية كبيرة من الخشب أو BP أو مجموعة من BP الحصول على حق استخراج الكتلة في فترة الحدث التالية، وبعد النجاح في استخراج الكتلة يحصلون على مكافأة (Token). نظرًا لأنه قد يكون هناك العديد من الأشخاص الذين يحرقون الخشب في فترة زمنية واحدة، فإن احتمال استخراج الكتلة في الفترة الزمنية التالية يعتمد على كمية الخشب التي تم حرقها. كلما زادت الكمية المحروقة، زادت احتمالية الحصول على حق استخراج الكتلة في الفترة التالية.

يمكن أن يحقق ذلك توازناً بين قوة الحوسبة وحقوق التعدين. ليس من الضروري أن يكون المعدّنون أو مجمعات التعدين ذات قوة حوسبة ضخمة لكي يصبحوا منتجي الكتل. يمكن أن يكون لدى المعدّنين الصغار أيضاً فرصة، طالما أنهم يعملون بجد ويجمعون كمية معينة من الخشب، يمكنهم أيضاً إنتاج الكتل. يضمن هذا الكفاءة، ويشارك الجميع، وأبسط طريقة للمشاركة تضمن مفهوم اللامركزية، وتجنب احتكار الشبكة من قبل المنظمات التي تمتلك قوة الحوسبة أو مستثمرين كبار.

المستخدم: كومودو

مبدأ الخوارزمية: يوجد نوعان من العقد في نظام dPoW: عقدة الموثق والعقدة العادية. يتم انتخاب 64 عقدة موثقة بواسطة محتفظي حقوق dPoW، يمكنها إضافة كتل موثقة إلى سلسلة كتل PoW المرفقة من سلسلة كتل dPoW. بمجرد إضافة كتلة، ستتم إضافة قيمة التجزئة الخاصة بها إلى معاملة Bitcoin الموقعة من قبل 33 عقدة موثقة، مما ينشئ سجل كتلة dPow المرتبط بسلسلة كتل Bitcoin. تم توثيق هذا السجل من قبل معظم عقد الموثقين في الشبكة.

لتجنب نشوب حروب بين عقدة الموثقين في التعدين مما يؤدي إلى اسقاط كفاءة الشبكة، قامت كومودو بتصميم طريقة تعدين تعتمد على آلية الاستطلاع، وهذه الطريقة لها نمطان للتشغيل.

في وضع “لا موثق” (No Notary)، تدعم جميع عقد الشبكة المشاركة في التعدين، وهذا مشابه لآلية الإجماع التقليدية PoW. وفي وضع “الموثقون نشطون” (Notaries Active)، تستخدم موثقو الشبكة معدل صعوبة شبكة منخفض بشكل ملحوظ للتعدين. في وضع “الموثقون نشطون”، يُسمح لكل موثق باستخدام صعوبته الحالية لاستخراج كتلة، بينما يجب على بقية عقد الموثقين اعتماد صعوبة 10 أضعاف للتعدين، وتستخدم جميع العقد العادية صعوبة عقد الموثقين بمقدار 100 ضعف للتعدين.

المزايا: توفير الطاقة؛ زيادة الأمان؛ يمكن إضافة القيمة إلى سلاسل الكتل الأخرى عبر تقديم غير مباشر لبيتكوين (أو أي سلسلة أمان أخرى) دون الحاجة إلى تكلفة معاملات بيتكوين (أو أي سلسلة أمان أخرى).

العيوب: يمكن استخدام خوارزمية الإجماع هذه فقط في سلاسل الكتل التي تستخدم PoW أو PoS؛ في وضع “نشط الموثقين” (Notaries Active)، يجب معايرة معدل التجزئة لعقد مختلفة (موثقين أو عقد عادية)، وإلا ستحدث انفجارات في الفروق بين معدلات التجزئة.

8 تفويض PoS (DPoS، إثبات الحصة المفوضة)

مقدمة عن الخوارزمية: آلية DPoS، والمعروفة أيضًا باسم «نظام إثبات حصة التفويض» و«آلية الوصي»، تم اقتراحها في أبريل 2014 من قبل المطور الرئيسي لـ Bitshares دان لاريمر (BM). من زاوية معينة، تشبه DPOS نوعًا من النظام البرلماني أو نظام مؤتمر الشعب. إذا لم يتمكن الممثلون من أداء واجباتهم (عندما يحين دورهم، ولم يتمكنوا من إنشاء كتلة)، سيتم استبعادهم، وسيختار الشبكة عقدة جديدة فائقة لتحل محلهم.

لتسهيل الفهم، يمكننا إعطاء مثال آخر. تخيل أن هناك شركة مثل هذه: إجمالي عدد الموظفين في الشركة هو 1000 شخص، وكل شخص يمتلك حصصًا متفاوتة في الشركة. في كل فترة معينة، يمكن للموظفين أن يصوتوا لأفضل 10 أشخاص يثقون بهم لقيادة الشركة، حيث تكون قوة تصويت كل موظف متناسبة مع عدد الأسهم التي يمتلكها. بعد انتهاء جميع الموظفين من التصويت، يصبح الأشخاص العشرة الذين حصلوا على أعلى نسبة من الأصوات هم قادة الشركة.

إذا كان هناك قائد غير كفء أو قام بأشياء ضارة للشركة، يمكن للموظفين سحب تصويتهم ضد هذا القائد، مما يجعل معدل تصويته غير قادر على الدخول في المراكز العشرة الأولى، وبالتالي يخرج من الإدارة.

المستخدمون: BitShares ، Steemit ، EOS ، Lisk ، Ark.

المميزات: موفر للطاقة؛ سريع؛ موقع المدونات ذو الحركة العالية Steemit يستخدمه. وقت الكتلة لـ EOS هو 0.5 ثانية.

العيوب: مركزية قليلاً؛ يمكن للمشاركين ذوي الحصص العالية التصويت ليصبحوا مدققين (هذه مشكلة ظهرت مؤخراً في EOS).

9 التحمل البيزنطي للخطأ العملي (Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)

مقدمة عن الخوارزمية: في خوارزمية PBFT، يتم اعتبار عقدة واحدة كالعقدة الرئيسية، بينما تعتبر العقد الأخرى عقدًا احتياطية. تتواصل جميع العقد في النظام مع بعضها البعض، والهدف النهائي هو أن يتمكن الجميع من التوصل إلى الإجماع وفقًا لمبدأ الأقلية تخضع للأغلبية.

الإجماع العملية：

a. يرسل العميل طلبًا إلى العقدة الرئيسية لتنفيذ عملية معينة

b. العقدة الرئيسية تبث هذا الطلب إلى كل العقد الاحتياطية

ج. تقوم جميع العقد بتنفيذ العمليات وإرجاع النتائج إلى العميل

د. عندما يستلم العميل f+1 نتيجة متطابقة من عقد مختلفة، تنتهي العملية. f تمثل الحد الأقصى لعدد العقد التي قد تكذب.

المستخدمون: هايبر ليدجر فابريك، ستيلر، ريبل، ديسباتش

المزايا: سرعة عالية، قابلية التوسع.

العيوب: عادة ما تستخدم في الشبكات الخاصة والشبكات المرخصة.

10 تحمل الخطأ البيزنطي المفوض (dBFT DeleGated Byzantine Fault Tolerance، dBFT)

مقدمة الخوارزمية: قدمت مجتمع بلوكتشين الصيني NEO (الذي كان يُعرف سابقًا بـ小蚁) خوارزمية محسنة للتحمل الخطأ البيزنطي dBFT، حيث تستند هذه الخوارزمية إلى PBFT وتستفيد من فكرة تصميم PoS. أولاً، يتم اختيار المحاسب بناءً على حقوق عقدة، ثم يتوصل المحاسبون إلى توافق من خلال الخوارزمية لتحمل الخطأ البيزنطي. لقد حسنت هذه الخوارزمية مشكلة نقص التوافق النهائي في PoW وPoS، مما يجعل بلوكتشين ملائمًا للاستخدام في المشاهد المالية.

نفس الشيء من أجل حل الخطأ البيزنطي ، فإن آلية “تحمل الخطأ البيزنطي” هي نوع من خوارزمية الإجماع التي تضمن تحمل الخطأ داخل سلسلة الكتل NEO. في هذه الآلية ، هناك مشاركان ، أحدهما “عقدة التسجيل” المتخصصة في التسجيل ، والآخر هو مستخدم عادي داخل النظام.

يختار المستخدمون العاديون العقدة التي ستقوم بتسجيل الحسابات بناءً على نسبة حقوقهم المملوكة، وعند الحاجة إلى الوصول إلى إجماع، يتم اختيار متحدث واحد عشوائيًا من تلك العقد وفقًا للخوارزمية البيزنطية لتحمل الخطأ، أي مبدأ الأقلية تتبع الأغلبية، إذا أبدت أكثر من 66% من العقدة موافقتها على خطة المتحدث، يتم الوصول إلى الإجماع؛ وإلا، يتم إعادة اختيار المتحدث وتكرار عملية التصويت.

نظرًا لأن جميع الممثلين يمكنهم التحقق من اقتراحات الكتل، فمن السهل فهم ما إذا كانت البيانات المرسلة من قبل الرئيس صحيحة أم غير صحيحة. لذلك، إذا لم يكن الرئيس صادقًا وأرسل اقتراحات غير صحيحة إلى ثلثي الممثلين، فلن تتطابق الكتلة، ولن يتحقق مالكو العقدة منها. يتم التوصل إلى الإجماع بأصوات ثلثين، ويتم انتخاب رئيس جديد.

**المستخدم: **Neo

الإجماع العملية：

a. يمكن لأي شخص أن يصبح ممثلاً، طالما أنه أو أنها تستوفي المتطلبات. يمكن لجميع حاملي عملة NEO التصويت، الممثلون ليسوا مجهولين، ويحتاج أن يصبح مالك عقدة إلى 1,000 غاز.

ب. اختيار متحدث واحد عشوائيًا من الممثلين.

c. يقوم المتحدث ببناء كتلة جديدة من المعاملات التي تنتظر التحقق. ثم يرسل الرئيس الاقتراح إلى الممثلين المنتخبين. يجب عليهم تتبع جميع المعاملات وتسجيلها على الشبكة.

d. يمكن للممثلين مشاركة ومقارنة الاقتراحات التي تلقوها بحرية لاختبار دقة البيانات وصدق المتحدثين. إذا توصل أكثر من ثلثي الممثلين إلى الإجماع والتحقق، يتم إضافة هذه الكتلة إلى سلسلة الكتل.

المميزات: سريع (توليد كتلة يستغرق 15-20 ثانية)؛ قدرة معالجة معاملات عالية، لا تستهلك الطاقة، قابلة للتوسع، ولا يوجد fork.

العيوب: لا يوجد مجهول الهوية، يحتاج إلى هوية حقيقية ليتم انتخابه. يتنافس الجميع ليكونوا سلسلة الجذر. قد توجد العديد من سلاسل الجذر.

11. تحمل الخطأ البيزنطي بالتناوب (Rotation Practical Byzantine Fault Tolerance، RBPFT)

مقدمة عن الخوارزمية: dBft و RPBFT مبادئها مشابهة لـ PBFT، ولكن ليس جميع العقدة تشارك في الإجماع، بل يتم تقسيم العقدة إلى نوعين:

أ. عقدة الإجماع: عقدة تنفذ عملية إجماع PBFT، ولها الحق في التناوب على إنتاج الكتل.

ب. عقدة التحقق: لا تنفذ عملية الإجماع، تحقق من صحة عقدة الإجماع، تحقق من الكتلة، بعد عدة جولات من الإجماع، ستتحول إلى عقدة الإجماع.

تتبادل عقد الإجماع في تحمل الخطأ البيزنطي من خلال استبدالها بعقد التحقق.

حالات الاستخدام: Fisco-BCOS

المزايا: سرعة الانتشار أسرع من gossip، دون حزم رسائل زائدة

تقسيم وإدارة، كل عقدة لديها عرض نطاق O(1)، قابلية التوسع قوية

العيوب: العقدة الوسطى هي نقطة مفردة، تحتاج إلى استراتيجيات إضافية لتحمل الأخطاء.

12. أبتوس بفت

مقدمة الخوارزمية: وهي أيضا مشتقة من PBFT ، خوارزمية الإجماع التي سميت باسم Aptos ، والتي تعتمد على HotStuff ، والتي بدورها تعتمد على PBFT. مزايا هذا النموذج الخوارزمي هي مثل البصل ودمى التعشيش الروسية ، والتي تحتاج إلى تقشير طبقة تلو الأخرى. كل عقدة تتواصل فقط مع القائد ، وليس مع القائد وجميع “الجنرالات” الآخرين. يبث القائد رسالة للتصويت عليها (الكتلة المقترحة) ؛ ترسل كل عقدة صوتها إلى القائد الذي يجمع الرسالة.

حالات الاستخدام: Aptos

أخيرًا، أرفق ملخصًا كبيرًا لهذا الجزء:

بالإضافة إلى ذلك، هناك بعض خوارزميات الإجماع غير الشائعة.

في عام 2015، اقترح الأستاذ David Mazieres، كبير العلماء في Stellar.org، بروتوكول الإجماع النجمي (Stellar consensus protocol, SCP). تطور SCP على أساس الاتفاقية البيزنطية الفيدرالية وبروتوكول Ripple، وهو أول آلية إجماع قابلة لإثبات الأمان، ويتميز بأربعة خصائص رئيسية: التحكم الموزع، وقت الإستجابة المنخفض، الثقة المرنة، والأمان المتزايد.

في نفس العام، قدم مشروع بحيرة المسنن في هايبرليدجر خوارزمية الإجماع للتصويت بالإجماع (Quorum voting) من خلال دمج Ripple وSCP، لمواجهة تلك السيناريوهات التطبيقية التي تتطلب نهائية المعاملات الفورية.

في عام 2016، اقترح الحائز على جائزة تورينج، الأستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Sivio Micali خوارزمية إجماع سريعة تحمل خطأ بيزنطي تُسمى AlgoRand. تستخدم هذه الخوارزمية تقنية السحب العشوائي لتحديد المدققين والقادة في عملية الإجماع، وتحقق الإجماع على الكتل الجديدة من خلال بروتوكول BA* لتحمل الخطأ البيزنطي الذي صممه. تتطلب AlgoRand كمية ضئيلة من الحسابات وعدد قليل جدًا من الفروع، وتعتبر تقنية إجماع دفتر الحساب الموزع ديمقراطية حقًا وفعالة.

في عام 2017، اقترحت جامعة كورنيل خوارزمية جديدة تُعرف باسم Sleepy Consensus (الإجماع النائم). تستهدف هذه الخوارزمية الحالة الفعلية حيث يمكن أن تكون الأغلبية من عقد الإجماع في حالة عدم الاتصال في بيئة الإنترنت، مع وجود عدد قليل فقط من العقد المتصلة للمشاركة في عملية الإجماع. أثبتت هذه الدراسة أن الخوارزميات التقليدية للإجماع لا يمكنها ضمان أمان الإجماع في هذا النوع من البيئة. ومع ذلك، من خلال استخدام خوارزمية الإجماع النائم، يمكن ضمان الأمان والموثوقية طالما أن عدد العقد المتصلة الأمينة يتجاوز عدد العقد المعطلة.

04 الملخص

إذا خرجنا من وجهة نظر المطورين ودمجنا المزيد من طرق التفكير السياسية والاقتصادية، فقد تظهر المزيد من خوارزميات الإجماع، مثل طرق الإجماع المرتبطة بمفهوم PPP، التي لا تتمكن فقط من معاقبة المعتدين، بل قد تحقق أيضًا الهدف الأكثر كفاءة لتوفير قوة الحوسبة.

باختصار، آلية الإجماع هي جوهر تقنية blockchain، حيث يمكنها حل مشكلة الثقة في الأنظمة الموزعة، وضمان اتساق البيانات وأمانها بين العقد، وتجنب هجمات العقدة الخبيثة والتلاعب، مما يضمن استقرار نظام blockchain ومصداقيته. في نفس الوقت، يمكن لآلية الإجماع أيضًا حل مشكلة “الإنفاق المزدوج”، وزيادة قدرة معالجة نظام blockchain وسرعته. لكن ليست جميع خوارزميات الإجماع آمنة بشكل مطلق وفعالة واللامركزية.

لا توجد أفضل خوارزمية، فقط الخوارزمية الأكثر ملائمة لنفسك. اختيار خوارزمية الإجماع وتطبيقها مرتبطان ارتباطًا وثيقًا بسيناريوهات الاستخدام، في البيئات الموثوقة يمكن استخدام Paxos أو RAFT، بينما يمكن استخدام PBFT في الاتحادات المرخصة، وسلاسل غير المرخصة يمكن أن تكون PoW، PoS، أو الإجماع Ripple. أفضل آلية الإجماع دائمًا هي الآلية التي تناسب احتياجات المستخدم.

مرجع:

1. ما هي آليات الإجماع في البلوكشين والعملات المشفرة؟

2. هجوم الإنفاق المزدوج على تهديدات blockchain

3. اقرأ نصًا موجزًا عن 11 خوارزمية إجماع رئيسية، وافهم تمامًا ما هي PoS، PoW، dPoW، PBFT، dBFT.

4 فهم إنفاق الأموال المزدوج وكيفية منع الهجمات

5 مقدمة في تطبيقات آليات الإجماع البيزنطية

6 AptosBFT: كل ما تحتاج لمعرفته حول توافق BFT في Aptos