الگوریتم گواه اثبات اعتبار (POA)چگونه کار میکند؟

میدانید که گواه اثبات اعتبار به جای سپرده‌گذاری کوین‌ها از اعتبار افراد برای تایید تراکنش‌ها و ساخت بلاک‌ها استفاده می‌کند. در این زمینه، اعتبار به معنی مطابقت بین هویت فردی ولیدیتور در پلتفرم و اسناد صادر شده همان شخص است؛ یعنی ولیدیتور همان شخصی است که ادعا می‌کند. شما در سیستم‌های PoS، می‌توانید چند هویت (نود) داشته باشید و همزمان با همه آنها تراکنش‌ها را تایید کنید (البته این نیازمند استیکینگ مقدار مشخص شده کوین توسط پلتفرم، برای هر نود است). اما در PoA شما تنها می‌توانید با یک هویت یا نود فعالیت کنید؛ زیرا اثبات می‌کنید که همان فردی هستید که ادعا می‌کنید. این موضوع باعث می‌شود که فعالیت‌های مجرمانه کاهش چشمگیری پیدا کنند.

استیکینگ هویت بدین معنی است که شما به‌صورت داوطلبانه، هویت و موجودیت خود را افشا می‌کنید، تا بتوانید حق تایید تراکنش‌ها و ساخت بلاک‌ها را به‌دست بیاورید. یعنی منافعی که از ولیدیتور شدن و البته اقدامات بدکارانه شما، عمومی است و همه ولیدیتورها می‌توانند اقدامات شما را مشاهده کنند.

در الگوریتم PoA، در ابتدا ولیدیتورها به‌صورت تصادفی و در طی یک فرآیند دشوار انتخاب می‌شوند و سپس، یک سیستم رای‌گیری از سایر نودهایی که از قبل در شبکه به‌عنوان اعتبارسنج فعالیت می‌کردند، برگزار می‌شود، تا نودهای جدید را انتخاب کنند؛ این پروسه از دسترسی نودهای بدکاری که ممکن است عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهند، جلوگیری می‌کند. لازم به ذکر است که هر ولیدیتور، تنها می‌توانند یکی از هر سری از بلاک‌های متوالی را، در زمان اعتبارسنجی خود امضا کند.

سیستم PoS از هویت و اعتبار افراد همان‌گونه‌ای استفاده می‌کند، که سیستم PoS از کوین‌ها استفاده می‌کند. در این الگوریتم، هویت هر کاربر بسیار ارزشمند و مهم است. در واقع، برای مشارکت در این نوع شبکه‌ها، افراد باید هویت خود را افشا کنند، تا همه ولیدیتورها آنها را بشناسند. زمانی که اطلاعات ولیدیتور عمومی شد، وظایف او در شبکه مشخص می‌شود و در صورتی‌که ناسازگاری یا حرکتی از او مشاهده شود که امنیت شبکه به به خطر بیاندازد، سیستم به‌صورت اتوماتیک او را از شبکه حذف می‌کند.

به دلیل حفظ امنیت، این نوع شبکه‌های بلاکچینی به‌صورت روزانه اعتبار ولیدیتورها را بررسی می‌کنند. بنابراین نودها تمام تلاش خود را می‌کنند، که اعتبار خود را خدشه‌دار نکنند و عملکرد خوبی در شبکه داشته باشند.

نودهای ولیدیتور در بلاکچین‌های اثبات اعتبار، قدرت و اختیار تام برای ساخت بلاک‌های جدید دارند. این بدین معناست که اگر تراکنشی را مشاهده کردند که ممکن است به شبکه ضربه بزند، می‌توانند آن را حذف کنند.

در بسیاری از الگوریتم‌ها، نودها به یکدیگر اعتماد ندارند و این ممکن است باعث ایجاد ناسازگاری و کشمکش در شبکه شود. در الگوریتم PoA نودها تشویق می‌شوند که وظایف خود را صادقانه انجام دهند؛ زیرا مدام زیر نظر هستند و هر نود، به گره‌های دیگر نظارت می‌کند و عملکرد آنها را می‌سنجد. از آنجایی که به‌دست آوردن نقش ولیدیتور بسیار دشوار است، نودها به‌راحتی عملکرد بد از خود نشان نمی‌دهند.

اعتبار هر ولیدیتور بین ۰ تا ۱۰۰ درصد متغیر است؛ اما شرایط انتخاب تمام آنها یکسان است. بنابراین اگر اعتبار شما به‌عنوان ولیدیتور ۱۰۰ درصد باشد، می‌توانید تاثیر بسیار زیادی بر روی شبکه داشته باشید.

کاربردهای Proof of Authority

به این جهت که تعداد ولیدیتورها بسیار کم است (عموما تا ۲۵ اعتبارسنج در این شبکه‌ها فعالیت می‌کنند)، PoA برای شبکه‌های خصوصی بسیار مناسب‌تر از بلاکچین‌های عمومی مثل بیت کوین است، که هزاران نود تراکنش‌ها را تایید می‌کنند. برای مثال، هایپرلجر بسو، یک شبکه خصوصی بر روی بلاکچین اتریوم است، که از سیستم گواه اثبات اعتبار نیز استفاده می‌کند.

تست‌نت‌ها یا شبکه‌های آزمایشی نیز موارد دیگری هستند، که از اثبات اعتبار استفاده می‌کنند. این الگوریتم، برای ارائه محیط مدیریتی برای تست نت‌ها بسیار مناسب است. اکنون سه شبکه تستی اتریوم یعنی راپستن، Kovan و Goerly از این الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند. همچنین شبکه پولکادات در سال ۲۰۲۱ و قبل از انتقال به شبکه اصلی PoS خود، از نسخه بتای خود که مبتنی بر الگوریتم گواه اثبات اعتبار بود، استفاده می‌کرد.

از این مکانیزم اجماع، می‌توان برای زنجیره‌های جانبی (Sidechain) نیز استفاده کرد. سایدچین‌ها بلاکچین‌هایی هستند که به صورت موازی اجرا می‌شوند و از طریق یک بریج یا پل دوطرفه، به یک بلاکچین اصلی متصل هستند. مثالی برای سایدچین‌ها، شبکه POA است، که یک زنجیره جانبی بر روی شبکه اتریوم، متشکل از ولیدیتورهای از پیش تعیین شده، عمومی و قابل تایید است.

مزایای الگوریتم PoA

درست مانند گواه اثبات سهام، مکانیزم اثبات اعتبار نیز نیازمند یک حداقل توان محاسباتی است و از تجهیزات مخصوصی استفاده نمی‌کند. این موضوع باعث جلوگیری از اتلاف انرژی و مصرف زیاد انرژی می‌شود. البته این مکانیزم مزایای دیگری نیز دارد، که در ادامه آنها را توضیح خواهیم داد:

عدم نیاز به سخت‌افزارهای مخصوص

الگوریتم گواه اثبات کار نیازمند سخت افزارهای خاصی است، که توانایی حل معادلات پیچیده ریاضیاتی مورد نیاز برای ساخت بلاک‌های جدید را داشته باشند؛ اما در الگوریتم‌های PoA، چنین موضوعی مطرح نیست.

مقیاس پذیری بهبودیافته

مکانیزم اثبات اعتبار سرعت بسیار بالایی در اعتبارسنجی و تایید تراکنش‌ها دارد. بلاک‌ها با یک توالی قابل پیش‌بینی و نسبت به تعداد ولیدیتورها ساخته می‌شوند. بنابراین این بلاک‌چین‌ها می‌توانند تعداد تراکنش‌های بیشتری در ثانیه، نسبت به الگوریتم‌های اثبات کار و اثبات سهام پردازش کنند.

مقاومت در برابر حملات ۵۱ درصد

این الگوریتم‌ها در برابر حملات ۵۱ درصدی، مقاوم‌تر از PoW هستند. به این دلیل که شبکه نمی‌تواند توسط یک کاربر که توانسته ۵۱ درصد از قدرت شبکه را به‌دست بگیرد، مورد حمله واقع شود؛ زیرا کنترل بیش از ۵۱ درصد ولیدیتورهایی که به‌صورت مستقیم به شبکه وصل نیستند، کار بسیار دشواری است. به علاوه، نودها از قبل تایید شده‌اند و اگر یکی از آنها در دسترس نباشد، شبکه آن را از پروسه اعتبارسنجی حذف خواهد کرد.

معایب سیستم‌های گواه اثبات اعتبار

تمام الگوریتم‌های اجماع از جمله گواه اثبات سهام، اثبات کار و اثبات اعتبار، دارای معایب منحصر به خود هستند و هیچ مکانیزمی بدون اشکال نیست. در ادامه، به بررسی معایب و نقطه‌ضعف‌های الگوریتم PoA می‌پردازیم.

متمرکز بودن

اولین و بزرگ‌ترین عیب این شبکه‌ها این است که متمرکز هستند و عدم تمرکز را فدای مقیاس پذیری می‌کنند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که این مکانیزم‌ها برای سیستم‌های متمرکز کارآمد هستند.

قابل تغییر بودن اطلاعات

در حالی که PoA راه حلی جذاب برای شرکت‌های بزرگ هستند، محدودیت‌هایی نیز (به‌خصوص در حوزه کریپتوکارنسی‌ها) دارند؛ با وجود پردازش سریع تراکنش‌ها، ذات غیرقابل تغییر بودن بلاکچین‌ها، با وجود امکان سانسور و قرار دادن تراکنش‌ها در لیست سیاه، زیر سوال می‌رود.

امکان دستکاری نودها

یکی دیگر از معایب این الگوریتم این است که هویت تمام ولیدیتورها توسط هر کسی قابل مشاهده است. این موضوع می‌تواند باعث شود که اشخاص ثالث بتوانند اطلاعات را دستکاری کنند. برای مثال، اگر یک کامپیوتر بخواهد یک شبکه PoA را مختل کند، می‌تواند بر روی یکی از ولیدیتورها تاثیر بگذارد و باعث شود که این نود صادقانه عمل نکند و کل شبکه را از درون به خطر بیاندازد.

آسیب‌پذیر بودن

در صورتی‌که یک نود بدکار به لیست ولیدیتورها اضافه شود، شبکه باید توانایی دفاع در برابر اسپم شدن تراکنش‌ها و تغییر اطلاعات را داشته باشد. البته سیستم PoA برای جلوگیری از این موارد، یک محدودیت برای این موضوع گذاشته است؛ در صورتی‌که چنین اتفاقی در شبکه رخ دهد، ولیدیتورها تنها می‌توانند یک بلاک را به‌جای چند بلاک متوالی امضا کنند (همانطور که اشاره کردیم، هر نود در زمان مشخص، می‌تواند چند بلوک متوالی را اعتبارسنجی کند). این موضوع می‌تواند خسارتی که یک نود بدکار می‌تواند به سیستم وارد کند را کاهش دهد.

کدام پلتفرم‌ها از POA استفاده می‌کنند؟

یکی از الگوریتم‌های گواه اثبات اعتبار با نام Aura یا Authority Round، در کلاینت اتریوم نوشته شده با زبان برنامه‌نویسی Rust، یعنی پریتی (Parity) اجرا شده است.

دومین اجرای این الگوریتم، در کلاینت Geth (کلاینت مبتنی بر اتریوم نوشته شده با زبان GoLang) به نام کلیک (Clique) است.

همچنین این الگوریتم در شبکه‌های تستی اتریوم نیز استفاده می‌شود.

معروف‌ترین شبکه‌ای که از این مکانیزم اجماع استفاده می‌کند، POA Network است؛ یک شبکه عمومی برای اسمارت کانترکت‌ها، که به‌عنوان یک سایدچین اتریوم کار می‌کند. در این پروژه، نودها از ولیدیتورهای انفرادی تشکیل شده است، که از دیتابیس‌های عمومی به‌عنوان مکانیزم شایستگی اعتبارسنج‌ها استفاده می‌کنند.

هایپرلجر بسو و هایپرلجر فابریک نیز مکانیزم اثبات اعتبار استفاده می‌کنند. Hyperledger Fabric بر اساس تحمل خطای بیزانس (Byzantine Fault Tolerant) کار می‌کند، اما از الگوریتم PoA به‌عنوان بخشی از فریم‌ورک متن باز برای جامعه بلاکچین‌های خصوصی خود استفاده می‌کند.

یکی دیگر از زنجیره‌هایی که از این سیستم استفاده می‌کنند، وی‌چین (Vechain) است. این یک بلاکچین عمومی در سطح شرکت‌های بزرگ است، که اطلاعات مدیریت کسب و کار را به‌صورت شفاف ارائه می‌دهد. تخصص این شبکه، مدیریت زنجیره‌های تامین و لجستیک است.