مروری بر تمام الگوریتم‌‌های اجماع در ارزهای دیجیتال؛ از اثبات کار تا قاتل بلاک چین!

هرروز شاهد هستیم که نوآوری جدیدی در فناوری بلاک چین سر برمی‌آورد. فناوری‌های نوین صرف‌نظر از اینکه چقدر از آن‌ها استفاده می‌کنیم، به مسیر خود ادامه می‌دهند و همواره چیزهای جدیدی برای ارائه دارند. شاید تا‌به‌حال این سؤال برای شما به‌وجود آمده باشد که «اساس فناوری‌های بلاک چین چیست؟» در پاسخ باید گفت که الگوریتم‌ اجماع (Consensus Algorithm) رکن اساسی این فناوری انقلابی محسوب می‌شود.

این الگوریتم‌ها هستند که فرایندهای اجماع در هر‌یک از بلاک‌چین‌ها را از بلاک‌چین دیگر متفاوت می‌کنند. شبکه بلاک چین در فضایی واحد به میلیون‌ها نفر خدمات ارائه می‌دهد. چطور می‌شود که هیچ تداخلی در امور مربوط به این افراد روی نمی‌دهد؟ پاسخ این پرسش در معماری هوشمندانه شبکه بلاک چین نهفته است که الگوریتم‌ اجماع در هسته آن جای می‌گیرد.

با‌توجه‌به اهمیت الگوریتم‌های اجماع در فهم نحوه کارکرد بلاک چین، در این مقاله انواع این الگوریتم‌ها را معرفی کرده‌ایم. با ما همراه باشید تا ببینیم هر‌یک از الگوریتم‌های اجماع چگونه کار می‌کنند.

الگوریتم‌ اجماع چیست؟

بلاک‌چین‌ها در‌حقیقت پایگاه‌های داده توزیع‌شده‌ای هستند که ذخیره و انتقال و تبادل اطلاعات را بدون نیاز به نهاد متصدی مرکزی انجام می‌دهند. بیشتر بلاک‌چین‌ها روی شبکه‌ای از نودهای مستقل توزیع‌شده ساخته شده‌اند و این نودها برای انجام تراکنش‌هایی که در این شبکه روی می‌دهد، باهم همکاری می‌کنند. ازاین‌رو، ضرورت دارد که هر شبکه بلاک چین مکانیسمی داشته باشد که ازطریق آن بتواند مطمئن شود که اطلاعات همه نودها باهم منطبق است و روی این موضوع با یکدیگر توافق دارند که کدام تراکنش‌ها صحیح هستند و باید به بلاک چین اضافه شوند. به این سیستم غیرمتمرکز که وضعیت صحیح بلاک چین را تعیین می‌کند، «مکانیسم اجماع» (Consensus Mechanism) می‌گویند. مکانیسم‌های اجماع علاوه‌بر تضمین اجرای همه عملیات یک بلاک چین، می‌توانند روی ویژگی‌های مالی و امنیتی شبکه نیز تأثیر مستقیم بگذارند.

بیشتر بخوانید: نود یا گره (Node) چیست؟

بیشتر بلاک‌چین‌ها سه ویژگی اصلی دارند: «مقیاس‌پذیری» و «تمرکززدایی» و «امنیت». توسعه‌دهندگان هر بلاک چین به‌دنبال راهی هستند تا این سه ویژگی را ازطریق کدهای برنامه‌نویسی در شبکه وارد کنند. ویتالیک بوترین، بنیان‌گذار اتریوم، این سه ویژگی را «سه‌گانه بلاک چین» (Blockchain Trilemma) نام‌گذاری کرده است؛ چون جمع‌کردن هم‌زمان هر سه آن‌ها در بلاک چین کار دشواری است. تلاش برای طراحی و پیاده‌سازی مدل حاکمیتی غیرمتمرکز برای بلاک چین که تعادلی میان این سه ویژگی برقرار کند، مشکلی است که همچنان ادامه دارد؛ ازاین‌رو، هر بلاک چین مکانیسم اجماعی را برای خود انتخاب می‌کند که با اولویت‌های راهبردی‌اش بیشترین مطابقت را دارد. در‌ادامه مطلب، رایج‌ترین الگوریتم‌های اجماع را به‌اختصار معرفی خواهیم کرد.

اثبات کار

الگوریتم‌ اجماع اثبات کار (Proof of Work) یا PoW مکانیسم اجماع غیرمتمرکزی است که مشارکت‌کنندگان در شبکه را به حل معمایی ریاضی با استفاده از قدرت محاسباتی ملزم می‌کند تا از اقدامات مخرب و اسپم در سیستم جلوگیری کند. در این روش، همه ماینرها تلاش می‌کنند تا معمای ریاضی را حل کنند و کسی که موفق شود آن را حل کند، بلاک بعدی را ایجاد و در ازای آن پاداش دریافت می‌کند.

بیت کوین اولین ارز دیجیتالی است که از روش اجماع اثبات کار استفاده کرد. هر بلاک یک هِدِر (Header) دارد که از هش حاوی اطلاعاتی از‌جمله عددی ۳۲رقمی به نام نانس (Nonce) تشکیل شده است. هش خروجی تابعی یک‌طرفه است که ورودی آن را نمی‌توان از روی خروجی حدس زد. ماینرها باید هِدِر بلاک بعدی را با استفاده از نانس‌های مختلف وارد تابع هش کنند تا زمانی‌که خروجی هش کمتر یا مساوی هش هدف را پیدا کنند که خود بلاک چین تعیین می‌کند. هر ماینری که هش مدنظر را پیدا کند، در‌واقع برنده حل همان معمای ریاضی است.

اثبات کار امنیت بلاک چین را تأمین و آن را از دست‌کاری و حملات هکری و دوبار خرج‌کردن (Double Spending) محافظت می‌کند؛ اما انتقادهایی هم به این روش وارد است که مهم‌ترین آن‌ها مصرف بسیار زیاد انرژی است. الگوریتم اثبات کار به قدرت محاسباتی بسیاری نیاز دارد که به مصرف انرژی فراوانی منجر می‌شود. گفتنی است علاوه‌بر بیت کوین، اتریوم نیز از این روش استفاده می‌کند؛ اما در حال انتقال به روش دیگری به نام اثبات سهام است که برای حل مشکلات اثبات کار طراحی شده است.

اثبات سهام

در مکانیسم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) یا PoS، مشارکت‌کنندگان به‌جای صرف قدرت محاسباتی و انرژی، باید مقداری از ارز دیجیتال همان بلاک چین را سهام‌گذاری (Staking) کنند. در این روش، هرکسی که سهام بیشتری در شبکه داشته باشد، بخت بیشتری برای برنده‌شدن و دریافت پاداش دارد. ابتدا عده‌ای از سهام‌گذاران به‌صورت تصادفی انتخاب می‌شوند تا به‌عنوان نود فعالیت کنند. این نودها باید مقداری حداقلی از توکن‌های خود را سهام‌گذاری کرده باشند. سپس، تعدادی از نودها طی رأی‌گیری انتخاب می‌شوند تا به‌عنوان اعتبارسنج تراکنش‌های معتبر را تأیید و بلاک بعدی را ایجاد کنند.

الگوریتم‌ اجماع اثبات سهام در بلاک‌چین‌های مختلف به شکل‌های متفاوتی پیاده‌سازی شده است؛ اما در همه آن‌ها اصل بر این است که افراد با سهام‌گذاری توکن‌های خود در شبکه مشارکت می‌کنند. مهم‌ترین مزیت اثبات سهام این است که به دستگاه‌های حرفه‌ای و انرژی زیاد نیازی ندارد و با کامپیوترهای عادی نیز می‌توان یک نود را در این شبکه‌ها اجرا کرد. بااین‌حال، برخی نیز انتقاد می‌کنند که روش اثبات سهام سیستم را از غیرمتمرکزبودن دور می‌کند. اتریوم ۲، بی‌ان‌بی چین (BNB)، تزوس (Tezos) و بسیاری دیگر از بلاک‌چین‌ها از این روش استفاده می‌کنند.

اثبات سهام نمایندگی‌شده

اثبات سهام نمایندگی‌شده (Delegate Proof of Stake) یا DPoS یکی دیگر از انواع اثبات سهام است. در این مکانیسم نیز مشارکت‌کنندگان باید مقداری توکن در شبکه سهام‌گذاری کنند تا امکان مشارکت را داشته باشند. تفاوت اثبات سهام نمایندگی‌شده با اثبات سهام عادی این است که در روش نمایندگی‌شده، سهام‌گذاران حق رأی ناشی از توکن‌های خود را به افرادی می‌دهند که به آنان نماینده (Delegate) گفته می‌شود. سپس، این نمایندگان با رأی‌گیری اعتبارسنج‌ها را از میان سهام‌گذاران انتخاب می‌کنند. این اعتبارسنج‌ها تراکنش‌ها را تأیید و در ازای آن کارمزد تراکنش‌ها را به‌عنوان پاداش دریافت می‌کنند.

قدرت رأی هریک از مشارکت‌کنندگان متناسب با مقدار توکن‌‌هایی است که سهام‌گذاری کرده‌اند. به‌دلیل همین سیستم رأی‌گیری است که برخی از این الگوریتم به‌عنوان روش اجماع دموکراتیک یاد می‌کنند. روش اثبات سهام نمایندگی‌شده درمقایسه‌با الگوریتم‌های اثبات کار و اثبات سهام عادی سرعت بیشتری در پردازش و تأیید تراکنش‌ها دارد؛ چراکه برای این کار به تعداد کمتری اعتبارسنج نیازمند است. ایاس (EOS) یکی از بلاک‌چین‌های محبوبی است که از الگوریتم‌ اجماع اثبات سهام نمایندگی‌شده استفاده می‌کند.

اثبات سهام اجاره‌شده

الگوریتم‌ اجماع اثبات سهام اجاره‌شده (Leased Proof of Stake) یا LPoS روشی مشابه اثبات سهام کلاسیک است. یکی از مشکلات روش اثبات سهام این است که کاربرانی با دارایی توکنی اندک نمی‌توانند در سیستم مشارکت کنند. در اثبات سهام، سهام‌گذاران بزرگ بیشترین کنترل را روی شبکه و بیشترین بخت را برای بردن پاداش دارند. اثبات سهام اجاره‌شده تلاش کرده است که این مشکل را حل کند.

در این روش، دارندگان توکن شبکه می‌توانند توکن‌های خود را به نودهای شبکه اجاره دهند تا آنان هم بتوانند در شبکه سهام‌گذاری کنند و از آن سود ببرند. هر نودی که توکن‌های بیشتری برای سهام‌گذاری داشته باشد، احتمال بیشتری دارد که برای تولید بلاک بعدی و در‌نتیجه دریافت پاداش انتخاب شود؛ ازاین‌رو، دارندگان کوچک یک استخر تشکیل می‌دهند و توکن‌های خود را به یک نود می‌دهند تا مجموع توکن‌ها به میزان درخورتوجهی برسد. نودها نیز برای جذب توکن‌های بیشتر ممکن است درصد پاداش بیشتری بدهند. این روش بیشتر در بلاک‌چین‌هایی کاربرد دارد که برای اجرای نود و پردازش تراکنش‌ها نیازمند سخت‌افزار قدرتمندتری هستند.

مکانیسم اجماع اثبات سهام اجاره‌شده از برخی جهات شبیه اثبات سهام نمایندگی‌شده است؛ اما تفاوت این دو مکانیسم اجماع آن‌‌جاست که در روش اثبات سهام نمایندگی‌شده، توکن‌ها به نمایندگان واگذار می‌شوند و آنان اعتبارسنج‌ها را انتخاب می‌کنند؛ در‌حالی‌که در روش اثبات سهام اجاره‌شده توکن‌ها مستقیم به اعتبارسنج‌ها اجاره داده می‌شوند. بلاک چین ویوز (Waves) از روش اثبات سهام اجاره‌شده استفاده می‌کند.

اثبات زمان سپری‌شده

الگوریتم‌ اجماع اثبات زمان سپری‌‎شده (Proof of Elapsed Time) یا PoET اساساً در بلاک‌چین‌های خصوصی یا نیازمند مجوز به‌کار می‌رود؛ یعنی بلاک‌چین‌هایی که برای ورود به آن نیاز به مجوز و احراز هویت است. در این روش، هریک از مشارکت‌کنندگان باید مدت‌زمان مشخصی را منتظر بمانند. طول این مدت‌زمان به‌صورت تصادفی تعیین می‌شود. هر کاربری که مدت‌زمان انتظارش سپری می‌شود، مجوز ورود به دفترکل را دریافت و بلاکی جدید ایجاد می‌کند.

ابتدا هریک از مشارکت‌کنندگان یک کد اعتماد را دانلود و یک جفت کلید دریافت می‌کنند. سپس با استفاده از آن کلیدها، کد اعتماد را به شبکه ارسال می‌کنند و درخواست دسترسی می‌دهند. هریک از مشارکت‌کنندگان مدت‌زمان انتظار تصادفی را از همان منبع کد می‌گیرند. وقتی مدت‌زمان انتظار سپری شود، کاربر مدنظر مجوز ایجاد بلاک را دریافت می‌کند. هایپرلجر ساوتوث (Hyperledger Sawtooth) بلاک چینی ماژولار است که از روش اثبات زمان سپری‌شده استفاده می‌کند.

گراف‌های جهت‌دار غیرمدور

گراف‌های جهت‌دار غیرمدور (Directed Acyclic Graphs) یا DAG در‌واقع نوعی ساختار داده است؛ اما می‌توان آن را روشی برای اجماع نیز در نظر گرفت. در بلاک چین، بلاک‌های حاوی اطلاعات تراکنش‌ها به‌صورت پشت‌سرهم به شبکه اضافه می‌شوند و توالی‌ای از داده‌ها را ایجاد می‌کنند. به‌همین‌دلیل، اگر دو ماینر هم‌زمان بلاک ایجاد کنند، برای لحظاتی شبکه به دو شاخه تقسیم می‌شود و نودها باید یکی از شاخه‌ها (بلندترین شاخه) را برای ادامه بلاک چین انتخاب کنند.

در DAG، همه تراکنش‌ها بدون درنظرگرفتن ترتیب آن‌ها وارد دفترکل توزیع‌شده می‌شوند. همچنین، برخلاف بلاک چین که برنده رقابت استخراج تراکنش‌ها را به بلاک چین اضافه می‌کند، در DAG همه کاربران می‌توانند این کار را انجام دهند؛ در‌نتیجه، تصویر کامل‌تری از تراکنش‌های شبکه به‌دست می‌آید. یکی از مزایای DAG در‌مقابل بلاک چین این است که حجم کمتری را اشغال می‌کند؛ ازاین‌رو، هزینه تراکنش کاهش و سرعت شبکه افزایش می‌یابد. آیوتا (IOTA) و هِدِرا هشگراف (Hedera Hashgraph) دو شبکه‌ای هستند که از گراف‌های جهت‌دار غیرمدور استفاده می‌کنند.

اثبات فعالیت

مکانیسم اجماع اثبات فعالیت (Proof of Activity) یا PoA دو روش اثبات کار و اثبات سهام را با یکدیگر ترکیب می‌کند. در بیشتر نمونه‌های اثبات فعالیت، ماینرها برای استخراج بلاک جدید با یکدیگر رقابت می‌کنند و در ازای آن پاداش می‌گیرند. بلاک‌های ایجادشده ماینرها حاوی تراکنش‌ها نیستند؛ بلکه قالب‌هایی خالی هستند که فقط عنوان تراکنش و آدرس پاداش بلاک در آن قرار گرفته است. با استفاده از اطلاعاتی که در عنوان تراکنش قرار دارد، یک نود اعتبارسنج به‌صورت تصادفی انتخاب می‌شود تا بلاک را امضا و آن را برای دفترکل بلاک چین تأیید کند.

شایان ذکر است که فقط دارندگان توکن می‌توانند اعتبارسنج شوند. کارمزد تأمین امنیت شبکه میان استخراج‌کنندگان و اعتبارسنج‌هایی توزیع می‌شود که در پردازش و امضای آن بلاک مشارکت کرده‌اند. مکانیسم اجماع فعالیت احتمال حمله ۵۱درصد را کاهش می‌دهد؛ چون ساختار آن امکان شناسایی اعتبارسنج بلاک بعدی را غیرممکن کرده است. همچنین، رقابت میان ماینرها و اعتبارسنج‌ها باعث ایجاد تعادلی در شبکه شده است که انگیزه چنین حمله‌ای را خنثی می‌کند.

باوجوداین، انتقادهایی هم از این سیستم شده که مشابه همان انتقادهای مربوط به سیستم‌های سنتی اثبات کار و اثبات سهام است. در این روش، انرژی بسیار زیادی برای استخراج بلاک‌ها در فاز اثبات کار مصرف می‌شود. همچنین، در فاز اثبات سهام کسانی که توکن‌های بیشتری دارند، بختشان برای انتخاب‌شدن به‌عنوان امضاکننده بلاک بیشتر است؛ به‌همین‌دلیل، پاداش بیشتری هم دریافت می‌کنند. بلاک‌چین‌های دیکرد (Decred) و اسپرز (Espers) از الگوریتم‌ اجماع اثبات فعالیت استفاده می‌کنند.

اثبات اهمیت

اثبات اهمیت (Proof of Importance) یا PoI شاخه‌ای از اثبات سهام است که تلاش می‌کند رویکرد جامع‌تری به تعیین ارزش مشارکت نودها در شبکه داشته باشد. مکانیسم‌های اثبات سهام رایج برای تعیین حقوق حاکمیتی نودها فقط میزان سرمایه آنان را در نظر می‌گیرند؛ اما مکانیسم‌های اثبات اهمیت عوامل دیگری را هم در ارزیابی خود از نودها دخالت می‌دهند.

معیارهای مدنظر در اثبات اهمیت در بلاک‌چین‌های مختلف متفاوت است. بسیاری از این بلاک‌چین‌ها ویژگی‌های خود را از الگوریتم‌های اجماع به‌کاررفته در خوشه‌سازی شبکه‌ای (Network Clustering) و رتبه‌بندی صفحات (Page Ranking) گرفته‌اند. رایج‌ترین این معیارها عبارت‌اند از: تعداد تراکنش‌هایی که هر نود در بازه زمانی مشخصی در آن‌ها مشارکت کرده است و میزان ارتباطی که نودها ازطریق خوشه‌های فعالیت با یکدیگر برقرار کرده‌اند.

در مکانیسم اثبات اهمیت، دارندگانِ بیشترین توکن‌ها قدرت مطلق در شبکه نیستند؛ ازاین‌رو، ریسک تمرکز قدرت و ثروت در این روش اندک است. همچنین، اگر فورک جدیدی ایجاد شود، مشارکت‌کنندگان باید منابع بیشتری را به‌کار گیرند تا فعالیتشان را به فورک‌های جدید هم گسترش دهند و بتوانند امتیازشان را حفظ کنند. این باعث می‌شود که مشارکت‌کنندگان انگیزه چندانی برای ایجاد فورک‌های بی‌مورد نداشته باشند. بلاک‌چین‌های نیو اکونومی موومِنت (New Economy Movement) یا نِم (NEM) از مکانیسم اجماع اثبات اهمیت استفاده می‌کند.

اثبات ظرفیت / فضا

الگوریتم اجماع اثبات ظرفیت (Proof of Capacity) یا اثبات فضا (Proof of Space) که به‌اختصار PoC یا PoSpace نامیده می‌شود، از فضای قابل‌استفاده در هارد ماینرها برای تعیین حق استخراج و تأیید تراکنش بهره می‌برد. در این روش، پیش از آنکه فعالیت استخراج شروع شود، فهرستی از راهکارهای استخراج رمزنگاری‌شده در هارد دستگاه ماینر ذخیره می‌شود. هرچه فضای موجود در هارد بیشتر باشد، راهکارهای بیشتری در آن ذخیره‌شدنی است. پس هرچه ظرفیت ذخیره‌سازی ماینر بیشتر باشد، احتمال بیشتری دارد که مقدار هش بلاک جدید در هارد آن ماینر پیدا شود و او برنده پاداش استخراج باشد.

هدف از طراحی روش اجماع اثبات ظرفیت رفع مشکل مصرف زیاد انرژی در مکانیسم‌های اثبات کار و نابرابری در توزیع پاداش‌ها در مکانیسم‌های اثبات سهام است. اثبات ظرفیت شباهت‌های زیادی با روش اجماع ذخیره (Proof of Storage) در بلاک چین فایل کوین (Filecoin) دارد. مکانیسم اجماع اثبات ظرفیت در بلاک‌چین‌هایی مثل پرما کوین (Permacoin) و برست کوین (Burstcoin) و اسپیس مینت (SpaceMint) به‌کار رفته است.

اثبات سوختن

در روش اثبات سوختن (Proof of Burn) یا PoB، ماینرها باید توکن‌های خود را برای همیشه از بین ببرند یا به‌اصطلاح بسوزانند تا در ازای آن حق استخراج بلاک‌های جدید و تأیید تراکنش‌ها را به‌دست بیاورند. هرچه ماینرها توکن‌های بیشتری بسوزانند، بخت بیشتری برای انتخاب‌شدن به‌عنوان اعتبارسنج بلاک بعدی خواهند داشت.

بدین‌ترتیب، ماینرها به‌جای استفاده از منابع محاسباتی و سخت‌افزارهای قدرتمند استخراج، با سوزاندن توکن‌هایشان وفاداری خود را به شبکه نشان می‌دهند. روش اثبات سوختن از این طریق انرژی بسیار کمتری در‌مقایسه‌با سیستم‌های اثبات کار مصرف می‌کند. پروتکل‌های کانترپارتی (Counterparty) و اسلیم کوین (Slimcoin) و فکتوم (Factom) از مکانیسم اجماع اثبات سوختن استفاده می‌کنند.

اثبات وزن

اثبات وزن (Proof of Weight) یکی از مدل‌های ارتقاء یافته اثبات سهام است که می‌کوشد مشکل توزیع ناعادلانه پاداش را در اثبات سهام حل کند. در روش اثبات سهام، دارندگانِ سهام بیشتر بخت بیشتری برای انتخاب‌شدن به‌عنوان اعتبارسنج و در‌نتیجه دریافت پاداش دارند.

الگوریتم اثبات وزن علاوه‌بر میزان سهام مشارکت‌کنندگان، عوامل دیگری را نیز در نظر می‌گیرد. برای مثال، فایل کوین حجم داده IPFS مشارکت‌کنندگان را هم محاسبه می‌کند. این کار مشابه همان روشی است که در الگوریتم‌های اثبات فضا‌زمان (Proof Spacetime) و اثبات تکثیر (Proof of Replication) به‌کار می‌رود.

اثبات ذخیره و اثبات تکثیر و اثبات فضا‌زمان

الگوریتم‌ اجماع اثبات ذخیره (Proof of Storage) یا همان PoStorage به‌جای سهام‌گذاری، مبتنی‌بر داده طراحی شده است. این پروتکل به‌دلیل نوع عملکردش اساساً در شبکه‌هایی استفاده می‌شود که کار اصلی‌شان ذخیره‌سازی غیرمتمرکز داده است. در مکانیسم اثبات ذخیره، هر نود که ذخیره داده بیشتری به شبکه اختصاص داده باشد، برای استخراج بلاک جدید انتخاب می‌شود. از این نظر این پروتکل به اثبات سهام شباهت دارد؛ اما تفاوتش این است که در اثبات ذخیره به‌جای درنظرگرفتن توکن‌های سهام‌گذاری‌شده، مقدار ذخیره داده هر نود مبنا قرار می‌گیرد. در اثبات ذخیره، برای رسیدن به اجماع باید ثابت شود که هر مشارکت‌کننده همان مقدار ذخیره داده‌ای را که ادعا می‌کند، برای شبکه فراهم کرده است. پاداش مشارکت نیز بر همین اساس توزیع می‌شود.

فایل کوین (Filecoin)، یکی از تأمین‌کنندگان ذخیره‌سازی داده مبتنی‌بر بلاک چین، از دو نوع مکانیسم اجماع اثبات ذخیره استفاده می‌کند: یکی اثبات تکثیر (Proof of Replication) یا PoRep و دیگری اثبات فضا‌زمان (Proof of Spacetime) یا ProSpacetime. در اثبات تکثیر، نودهای مشارکت‌کننده در شبکه می‌توانند از‌طریق مکانیسم اجماع تأیید کنند که مقدار مشخصی داده در فضای ذخیره فیزیکی که منحصراً برای همان اختصاص داده شده، تکثیر شده است.

همچنین، شبکه فایل کوین با استفاده از مکانیسم اثبات فضا‌زمان به‌صورت تصادفی ماینرهایی را انتخاب می‌کند که داده‌ها باید از‌طریق آن‌ها خوانده و سپس تأیید و در یک گواه اثبات فضا‌زمان فشرده‌سازی شود. سپس، ماینرها باید گواه متناظری فراهم کنند مبنی‌بر اینکه داده‌های مدنظر در دوره زمانی مشخصی به‌صورت مداوم در حافظه فیزیکی بوده است. از این طریق مشخص می‌شود که آیا نود مدنظر وظایفش را در هر بازه زمانی معین انجام داده است یا خیر.

پس اثبات تکثیر برای این استفاده می‌شود که ثابت کنیم یک ماینر نسخه منحصربه‌فردی از یک داده را در همان لحظه‌ای ذخیره کرده که مُهر شده است. از کاربرد دیگر اثبات فضا‌زمان این است که نودها را به‌صورت تصادفی بررسی می‌کند تا مطمئن شود که فضای ذخیره داده مدنظر را به‌صورت مستمر تأمین کرده‌اند. علاوه‌بر فایل کوین، استورج (Storj) نیز از مکانیسم اجماع اثبات ذخیره استفاده می‌کند.

اثبات اعتبار

روش اثبات اعتبار (Proof of Authority) یا PoA برای تأیید تراکنش‌ها و تولید بلاک‌های جدید از مدلی مبتنی‌بر شهرت (Reputation) استفاده می‌کند. در بلاک‌چین‌های اثبات اعتبار، معمولاً اعتبارسنج‌ها را دیگر مشارکت‌کنندگان شبکه به‌عنوان مدیران سیستم انتخاب می‌کنند. ازاین‌رو، اعتبارسنج‌ها معمولاً سرمایه‌گذاران نهادی یا شرکای راهبردی حاضر در اکوسیستم آن بلاک چین هستند که منافعشان در موفقیت بلندمدت شبکه است و با افشای هویت خود برای مسئولیت‌پذیری مشکلی ندارند.

در بلاک‌چین‌های اثبات سهام، نودهای اعتبارسنج برای تضمین رفتار مسئولانه باید سرمایه مالی خود را به‌میان بیاورند؛ اما در بلاک‌چین‌های اثبات اعتبار، آنان از سرمایه اجتماعی خود که همان شهرت است، برای تضمین عملکردشان هزینه می‌کنند. با‌وجود‌این، بسیاری از این بلاک چین‌ها اعتبارسنج‌ها را ملزم می‌کنند که علاوه‌بر اعتبارشان، سرمایه مالی سنگینی را نیز در شبکه سرمایه‌گذاری کنند. با این کار کسانی که اشتیاق کافی برای اعتبارسنج‌شدن ندارند یا انگیزه‌های مشکوک دارند، از گردونه حذف می‌شوند؛ اما نودهای درست‌کاری که برای فعالیت بلندمدت آمادگی دارند، مشوق‌های مالی دریافت می‌کنند.

این روش انتخاب اعتبارسنج باعث شده است که خیلی‌ها بلاک‌چین‌های اثبات اعتبار را دارای ماهیت متمرکز یا نیمه‌متمرکز قلمداد کنند. بیشتر بلاک‌چین‌های اثبات اعتبار تعداد اعتبارسنج‌ها را محدود می‌کنند تا مقیاس‌پذیری شبکه افزایش یابد. در‌نتیجه، این نوع بلاک چین‌ها عموماً امکان سازگاری‌ با سیستم‌های غیرمتمرکز و بدون نیاز به مجوز را ندارند؛ اما انتخاب مناسبی برای بلاک‌چین‌های خصوصی و نیازمند مجوز هستند. وی چین (VeChain) و تومو چین (TomoChain) جزو پروژه‌هایی هستند که از مکانیسم اثبات اعتبار استفاده می‌کنند.

اثبات مشارکت

الگوریتم‌ اجماع اثبات مشارکت (Proof of Contribution) یا PoCo با الگوریتم‌هایی تخصصی مشارکت همه نودهای فعال در شبکه را در دوره اجماع بررسی می‌کند. سپس، حق ایجاد بلاک بعدی را به نود یا نودهایی می‌دهد که بیشترین مشارکت را کرده‌اند. در این روش، به هر اقدام اجرایی آستانه اعتماد مشخصی تخصیص داده می‌شود. این آستانه سطح حداقلی اعتمادی را تعیین می‌کند که برای محاسبات مربوط به همان اقدام لازم است. کاربرانی که می‌خواهند محاسبه‌ای درون‌زنجیره‌ای را انجام دهند، باید پیش‌از‌آن سپرده امنیتی ایجاد کنند. سطح مشارکت هر کاربر تابعی از سابقه و میزان سپرده او و نتیجه محاسباتش برای هر اقدام است.

در هر دوره اجماع، نتایج محاسبات مرتبط را گروهی از کاربرانِ دارای صلاحیت پیشنهاد می‌کنند. سپس، یکی از این کاربران که سطح اعتمادش با آستانه لازم برای آن محاسبه مطابقت دارد، می‌تواند نتیجه را پیشنهاد دهد. در مرحله بعد، کارمزد تراکنش‌ها به نودهایی پرداخت می‌شود که نتیجه معتبر را محاسبه کرده‌اند. سپرده کاربرانی که نتیجه محاسباتشان نادرست بوده است، نیز به آن نودها پرداخت می‌شود. درنهایت، اعتبار همه کاربرانی که در این فرایند مشارکت کرده‌اند، بر‌اساس عملکردشان بررسی و دوباره تنظیم می‌شود.

تقریباً در همه موارد، چندین کاربر موفق می‌شوند نتیجه را دقیق محاسبه کنند؛ به‌همین‌دلیل، امتیاز اعتماد کلی براساس مجموع سطح اعتماد این کاربران محاسبه و پاداش اجماع در میان آنان تقسیم می‌شود. استفاده از الگوریتم‌ اجماع اثبات مشارکت چندان گسترده نیست. در میان پروژه‌های معدودی که این الگوریتم را پیاده‌سازی کرده‌اند، می‌توان به آی‌اکسک (iExec) اشاره کرد. آیکون نتورک (ICON Network) نسخه‌ای اصلاح‌شده از اثبات مشارکت را دارد که اثبات مشارکت نمایندگی‌شده (Delegated Proof of Contribution) یا DPoC نامیده می‌شود. در این روش، کاربران امتیاز اعتبارسنجی خود را به نودهای منتخب واگذار می‌کنند تا آنان کار اعتبارسنجی را انجام دهند.

اثبات تاریخ

پروتکل اثبات تاریخ (Proof of History) یا PoH حافظه تاریخی داخلی دارد که از‌طریق آن لحظه وقوع هر رویدادی روی بلاک چین اثبات‌پذیر است. سولانا (Solana) یکی از بلاک‌چین‌هایی است که از اثبات تاریخ استفاده می‌کند. در بلاک‌چین‌های دیگر، اعتبارسنج‌ها باید درباره زمان وقوع تراکنش به اجماع برسند؛ اما در سولانا هر اعتبارسنج گذر زمان را از‌طریق تابع هش ساده SHA-256 رمزگذاری می‌کند و ساعت مخصوص خود را دارد.

هر‌بار که اعتبارسنج‌های سولانا با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند، یک گواه رمزنگاری‌شده از ترتیب و زمان هر پیام در دفترکل شبکه ذخیره می‌شود. بدین‌ترتیب، شبکه دیگر به ساعت نیازی ندارد و همه تأخیرهای احتمالی در شبکه را با زمان خودش برطرف می‌کند. این کار باعث می‌شود که انتقال و جمع‌آوری داده‌های تراکنش‌ها با کارایی بیشتری انجام شود و دیگر به رعایت ترتیب بلاک‌ها برای تأیید آن‌ها احتیاجی نباشد. استفاده از الگوریتم‌ اجماع اثبات تاریخ به سولانا امکان داده است که تأیید تراکنش‌ها را با سرعت بسیار زیادی انجام دهد، بدون اینکه چیزی از امنیت و غیرمتمرکزبودن شبکه کاسته شود.