اجماع ناکاموتو به عنوان ستون فقرات شبکه بیت کوین عمل کرده و الهام بخش ایجاد تعدادی از تکنیک‌های اجماع با هدف رسیدگی به نگرانی‌های مصرف انرژی است.
ساتوشی ناکاموتو مفهوم مهم اجماع ناکاموتو را که به عنوان اثبات کار (PoW) نیز شناخته می شود، در ویات پیپر بیت کوین در سال 2008 پیشنهاد کرد. کلمه “ناکاموتو” در اجماع ناکاموتو به عنوان ادای احترام به شخصی که این اجماع را ایجاد کرده است استفاده می‌شود. بلاکچین و شبکه بیت کوین راهی برای اعتبار بخشیدن به مخترع مکانیزم اجماع است که هویت واقعی او ناشناخته باقی مانده است.
در شبکه‌های غیرمتمرکز، این روش اجماع سنگ بنای امنیت و اعتماد است. اولین ماینری که یک معمای چالش برانگیز ریاضی را در اجماع ناکاموتو با موفقیت کامل کند، یک بلوک جدید به بلاکچین اضافه و پاداش دریافت می‌کند. این تکنیک با بالا بردن هزینه نفوذ مهاجمان بر شبکه بیت کوین، از تمرکززدایی پشتیبانی می‌کند، با قدرت متمرکز بودن مخالفت و امنیت را تضمین می‌کند.
علی‌رغم ادامه بحث‌ها در مورد مصرف انرژی و اثرات زیست‌محیطی، اهمیت اجماع ناکاموتو در توانایی آن برای حل مشکل هزینه مضاعف (double-spending)، ارائه تراکنش‌های بدون نیاز به اعتماد و باز کردن دری برای گسترش فناوری بلاکچین به برنامه‌های مختلف است.
پیشینه اجماع ناکاموتو
اجماع ناکاموتو با استفاده از استخراج PoW، اطمینان از صحت و اعتبار رقابتی، با طولانی‌ترین قانون زنجیره که اجماع و امنیت را در شبکه‌های بلاکچین غیرمتمرکز تقویت می‌کند، به مشکل دوگانه خرج کردن در ارزهای دیجیتال می‌پردازد.
منشأ و مفهوم سازی
اجماع ناکاموتو به عنوان راه حلی برای مسئله هزینه مضاعف با ارزهای دیجیتال ایجاد شد. دوبار خرج کردن به امکان استفاده از یک واحد ارز دیجیتال بیش از یک بار اشاره دارد. ایده انقلابی ناکاموتو یک شبکه غیرمتمرکز با شرکت کنندگانی بود که می‌توانستند به طور مشترک در مورد ترتیب تراکنش‌ها تصمیم بگیرند و امنیت سیستم را از طریق اجماع حفظ کنند.
وایت پیپر ساتوشی ناکاموتو در مورد بیت کوین
در اکتبر 2008، ساتوشی ناکاموتو وایت پیپری را منتشر کرد که در آن ایده های اساسی سیستم بیت کوین را بدون نیاز به یک مرجع متمرکز تشریح می‌کرد.این مقاله طراحی یک سیستم نقدی الکترونیکی همتا به همتا را ارائه کرد که در آن کاربران، یا نودها، دفتر کل باز هر تراکنش را نگه می‌دارند. به منظور دستیابی به اجماع در داخل شبکه، ایده اجماع ناکاموتو ارائه شد.
نقش نودها در شبکه بیت کوین
شرکت کنندگان یا کامپیوترهایی که بلاکچین را حفظ می کنند، به عنوان نو یا گره ها در شبکه بیت کوین شناخته می شوند. گره ها در شبکه را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
-گره های کامل
این گره ها یک نسخه کامل از بلاکچین را دریافت کرده و روی خود نگه می دارند. آنها با اعتبارسنجی از قوانین شبکه اطمینان می‌دهند که بلوک‌ها و تراکنش‌ها از آنها پیروی می‌کنند. گره های کامل برای یکپارچگی و امنیت شبکه بیت کوین ضروری هستند.
-گره های ماینر
با حل معماهای چالش برانگیز ریاضی، این گره ها مسئول الحاق و پیوست تراکنش‌های جدید به بلاکچین (اثبات کار) هستند. ماینرها در ازای تلاش های خود، کارمزد تراکنش و بیت کوین تازه تولید شده را دریافت می کنند.
نقش مفهوم اثبات کار در اجماع ناکاموتو
مفهوم اساسی دستیابی به اجماع در شبکه بیت کوین، PoW یا همان اثبات کار است، تکنیکی که توسط ماینرها برای تایید تراکنش ها و افزودن بلوک های جدید به شبکه استفاده می شود. آنها این کار را با کار کردن از طریق معماهای رمزنگاری چالش برانگیز انجام می دهند، که مستلزم یافتن یک نانس (nonce) است که وقتی با محتویات بلوک هش می شود، هش با ویژگی های خاص به دست می آید.
این رقابت بین ماینرها، هر یک از طرفین را از به دست آوردن نفوذ نامتناسب بر سیستم باز می دارد، زیرا انجام چنین حمله‌ای به قدرت محاسباتی بیشتری نسبت به کل شبکه نیاز دارد. بنابراین، PoW تغییرناپذیری و امنیت بلاکچین را تقویت می کند و آن را در برابر دستکاری و حملات بسیار مقاوم‌تر می‌کند.
طولانی ترین قانون زنجیره‌ای (Longest chain rule)
یکی از اجزای کلیدی اجماع ناکاموتو و فناوری زیربنایی بیت کوین و سایر شبکه های بلاکچین، طولانی ترین قانون زنجیره است. در این شبکه‌ها، ماینرها برای حل پازل‌های محاسباتی و اعتبارسنجی تراکنش‌ها با هم رقابت می‌کنند که منجر به ایجاد بلوک‌های جدید می‌شود.
هنگامی که چندین ماینر به طور همزمان روی مشکلات کار می کنند، زنجیره های رقیب می توانند در یک شبکه رخ دهند. این موضوع از طریق قانون طولانی‌ترین زنجیره حل می‌شود، که زنجیره‌ای را که بیشترین تلاش محاسباتی را انجام می‌دهد به عنوان بلاکچین قانونی اعلام می‌کند. این روش با واداشتن هر بازیگر بدی یا همان کسانی که قصد سواستفاده و حمله دارند، به اعمال قدرت پردازشی بیشتر از کل شبکه نیاز دارند، در همین حال نیاز به همچنین قدرتی اجماع را تضمین می کند. امنیت و عدم تمرکز را حفظ کرده و در عین حال اعتماد و اجماع را در یک سیستم غیرمتمرکز ترویج می‌کند.
اجماع در سیستم‌های سنتی در مقابل اجماع ناکاموتو
رویه‌های اجماع برای اطمینان از اینکه سیستم‌های توزیع شده چگونه می توانند به طور مداوم به توفق داده‌ها برسند، ضروری است.
اگرچه دستیابی به اجماع هدف همفکری ناکاموتو در شبکه های بلاکچین مانند بیت کوین و سیستم های متمرکز مرسوم است، اما رویکرد آنها بسیار متفاوت است. در زیر مقایسه‌ای بین این دو روش وجود دارد:
چگونه اجماع ناکاموتو به بیت کوین قدرت می‌دهد
اساس موفقیت بیت کوین به عنوان یک ارز دیجیتال ایمن و شفاف، اجماع ناکاموتو است که تمرکززدایی، بدون نیاز به اعتماد و مکانیزم اجماع رقابتی را که توسط PoW هدایت می شود، ترکیب می کند.
می توان آن را به عنوان یک اجرای خاص تحمل خطای بیزانسی (BFT) در نظر گرفت. با این وجود بر این فرض استوار است که بیشتر توان محاسباتی شبکه صادقانه است و اغلب با BFT احتمالی قابل مقایسه است.
در اجماع ناکاموتو، اجماع از طریق یک فرآیند رقابتی حاصل می‌شود که در آن استخراج‌کنندگان پازل‌های محاسباتی را برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌ها حل می‌کنند. اگرچه این روش نهایی شدن آنی را ارائه نمی دهد، اما برای مقاومت در برابر شکست‌های بیزانس طراحی شده است.
اجماع ناکاموتو برای ترتیب و اعتبار معاملات ضروری است. تراکنش بیت کوین در شبکه پخش می‌شود و از طریق یک فرآیند اعتبارسنجی غیرمتمرکز می گذرد. چندین گره یا ماینر به طور مستقل صحت تراکنش را تایید می کنند.
تراکنش به زنجیره بلوکی اضافه می شود و پس از تأیید در یک بلوک گنجانده می شود. از طریق فرآیند PoW، ماینرها برای ایجاد این بلوک ها با حل پازل‌های چالش برانگیز ریاضی با یکدیگر رقابت می‌کنند. با جلوگیری از کنترل شبکه توسط یک طرف، این فرآیند رقابتی امنیت و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشد.
از سوی دیگر، سیستم‌های BFT سنتی به مجموعه‌ای از اعتبارسنجی‌های از پیش تعیین‌شده نیاز دارند و برای شبکه‌های مجاز ساخته شده‌اند. هدف آنها دستیابی به توافق به شیوه ای قطعی تر است و آنها را برای برنامه های مهمی که نیاز به نهایی شدن آنی دارند ایده آل می کند. با این حال، آنها ممکن است کمتر از اجماع ناکاموتو غیرمتمرکز باشند.
محدودیت‌های اجماع ناکاموتو
اجماع ناکاموتو مزایای بسیاری را ارائه می‌دهد، اما همچنین دارای معایبی است که ممکن است سودمندی و کاربرد آن را محدود کند. مهم ترین مشکل آن مقیاس‌پذیری است. با افزایش تعداد شرکت کنندگان در شبکه، هم حجم تراکنش‌ها و هم قدرت محاسباتی مورد نیاز برای استخراج افزایش می یابد.
این مورد ممکن است باعث مشکلات مقیاس پذیری شود که هزینه‌های تراکنش را افزایش می دهد و باعث تاخیر در زمان تایید می شود. کاربرد اجماع ناکاموتو برای برنامه‌هایی که به توان عملیاتی بالا نیاز دارند ممکن است توسط این مشکلات محدود شود.
یک محدودیت مهم که باید در نظر گرفته شود، مصرف انرژی قابل توجهی است که به فرآیند اجماع ناکاموتو مرتبط است. روش اثبات کار انرژی زیادی مصرف می کند زیرا قدرت پردازش زیادی را می‌طلبد. نگرانی‌ها در مورد دوام طولانی‌مدت سیستم‌های بلاکچین که از این فرآیند اجماع استفاده می‌کنند، به دلیل تأثیر بالقوه زیست‌محیطی آن افزایش یافته است.
یک حمله 51 درصدی، که در آن یک فرد یا سازمان کنترل بیش از 50 درصد از ظرفیت پردازش شبکه را به دست می گیرد، می تواند اجماع ناکاموتو را تضعیف کند، البته در حال حاضر امکان همچنین موردی در حد صفر است. با این حال، تمرکززدایی و هزینه‌های محاسباتی بالا معمولاً به عنوان بازدارنده عمل می کنند.
اجماع ناکاموتو یک محدودیت عملی در قالب زمان‌های طولانی تایید دارد. ممکن است یک تراکنش قبل از اینکه نهایی تلقی شود نیاز به تایید بیش از یک بار داشته باشد. این تأخیر ممکن است برنامه‌هایی را که به پردازش سریع تراکنش نیاز دارند، با مشکل مواجه کند.
در نهایت، همیشه احتمال دوشاخه شدن شبکه وجود دارد. اختلاف نظرهای جامعه به طور بالقوه می‌تواند باعث ایجاد هارد فورک‌ها شود که بلاکچین را به دو زنجیره مجزا تقسیم می کند. این انشعابات پتانسیل این را دارند که مردم را گیج کنند و تعادل اکوسیستم را به هم بزنند.
آینده اجماع ناکاموتو
آینده اجماع ناکاموتو با تکامل و انطباق مداوم مشخص شده است. این کشور تمرکززدایی و امنیت خود را در طول زمان نشان داده است، اما همچنان با موانعی مواجه است که آینده آن را تعیین می‌کند.
استفاده از انرژی آن، با تمرکز پروژه‌ها بر روی توسعه سخت‌افزار با انرژی کارآمد و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، جستجو برای افزایش کارایی را برانگیخته است. تحقیقات و نوآوری حیاتی است و تضمین می کند که اجماع ناکاموتو جزء قوی و مرتبط فناوری بلاکچین باقی می‌ماند و در عین حال به مسائل برای برآورده کردن نیازهای یک چشم انداز در حال تحول رسیدگی می کند.