امیرمحمد اسماعیلی 
الگوریتم‌های اجماع به عنوان یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های بلاکچین شناخته می‌شوند. هدف این الگوریتم‌ها بهبود عملکرد سیستم و جلوگیری از اختلال در شبکه است. این الگوریتم‌ها به عنوان پایه‌ای برای کاربران شبکه بلاکچین در نظر گرفته می‌شوند و مزایای بسیاری دارند. الگوریتم تحمل خطای بیزانس (BFT) یک الگوریتم اجماع منحصر به فرد است که مجموعه‌ای از قوانین را ایجاد می‌کند که به کمک آنها بلاکچین به رایانه‌ها و افراد اجازه می‌دهد بدون نیاز به اعتماد به یکدیگر، درباره مسائل به توافق برسند. در این مقاله به طور کامل بررسی خواهیم کرد که الگوریتم تحمل خطای بیزانس چیست و از چه اهمیتی برخوردار است.
آنچه در این مطلب میخوانید:
تحمل خطای بیزانس (Byzantine fault tolerance) چیست؟
تحمل خطای بیزانس که به اختصار BFT نامیده می‌شود، یکی از الگوریتم‌های مهم در شبکه‌های بلاکچین و ارزهای دیجیتال است. به طور کلی، تحمل خطای بیزانس به قابلیت یک سیستم کامپیوتری برای ادامه کار در شرایطی که تعدادی از اجزای آن دچار نقص یا خرابی شده‌اند، گفته می‌شود. این اصطلاح از یک مسأله نظری به نام “مشکل ژنرال‌های بیزانسی” الهام گرفته شده است.
مشکل ژنرال‌های بیزانسی سناریویی است که در آن گروهی از ژنرال‌های یک ارتش بزرگ بیزانسی در مکان‌های مختلفی مستقر هستند و باید به طور هماهنگ تصمیم بگیرند که به دشمن حمله کنند یا عقب نشینی کنند. اگر همه ژنرال‌ها به توافق برسند، عملیات موفقیت آمیز خواهد بود؛ اما اگر ارتباطات آنها دچار اختلال شود، امکان دارد تصمیم‌گیری‌ها ناهماهنگ شده و منجر به شکست شود. این مسئله که نمادی از خطای بیزانس است، به چالش‌های هماهنگی در سیستم‌های توزیع شده اشاره دارد.
BFT برای دستیابی به اجماع و حفظ سیستم در برابر اختلالات به کار می‌رود. در واقع، این الگوریتم کمک می‌کند تا حتی در صورتی که برخی از گره‌ها دچار نقص شده باشند، تاثیر زیادی بر عملکرد کلی یا تصمیم‌گیری جمعی نداشته باشند. برای حل این مشکل، راهکارهای مختلفی ارائه شده که بهترین آنها ایجاد یک سیستم قوی BFT است. یک بلاکچین با استفاده از الگوریتم اجماع می‌تواند به راحتی به تحمل خطای بیزانس دست یابد و از مزایای آن بهره‌مند شود.
چرا الگوریتم BFT از اهمیت خاصی برخوردار است؟
الگوریتم‌های تحمل خطای بیزانس به دلیل افزایش امنیت و قابلیت اطمینان سیستم‌های توزیع‌شده از اهمیت بالایی برخوردارند. در بسیاری از کاربردهای حیاتی مانند بانکداری، سیستم‌های مالی و شبکه‌های بلاکچین، وقوع خطاهای بیزانسی می‌تواند منجر به خسارات جبران ناپذیر شود. به همین دلیل، وجود مکانیزم‌هایی که بتوانند این خطاها را تحمل کنند و از تاثیرات منفی آنها جلوگیری کنند، ضروری است. همچنین، با توجه به افزایش پیچیدگی و گستردگی سیستم‌های توزیع‌شده، نیاز به الگوریتم‌های BFT بیش از پیش احساس می‌شود.
الگوریتم تحمل خطای بیزانس چیست؟ (PBFT)
الگوریتم تحمل خطای بیزانس که به اختصار PBFT نامیده می‌شود، سیستمی قدرتمند با استفاده از گره‌های اولیه و ثانویه است که به منظور رسیدن به اجماع با یکدیگر همکاری می‌کنند. این الگوریتم فرhیندی را طی می‌کند که به عنوان راه حلی برای حل مشکل ژنرال‌های بیزانسی شناخته می‌شود. PBFT کاملاً متفاوت از الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work) است و به تصمیم گیری بهتر و هماهنگ‌تر در سیستم کمک می‌کند.
عملکرد کلی الگوریتم تحمل خطای بیزانس به این صورت است:
- ابتدا مشتری یک درخواست به گره اولیه ارسال می‌کند.
- گره اولیه این درخواست را به گره‌های ثانویه ارسال می‌کند.
- گره‌ها درخواست‌ها را پردازش می‌کنند تا بتوانند خدمات بهتری را به مشتری ارائه دهند و پاسخگوی آن باشند.
- در نهایت، مشتری منتظر دریافت پاسخ یکسان از سمت گره‌ها می‌ماند.
نکته قابل توجه در مورد PBFT این است که حداکثر تعداد گره‌های معیوب و آسیب دیده نباید برابر یا بیشتر از یک سوم کل گره‌های سیستم باشد.
با استفاده از این الگوریتم، سیستم می‌تواند حتی در شرایطی که برخی از گره‌ها دچار نقص شده‌اند، به درستی و با هماهنگی عمل کند. PBFT از طریق این فرایندها، توانسته است راه حلی کارآمد برای مسائلی که در سیستم‌های توزیع شده به وجود می‌آید ارائه دهد و به این ترتیب امنیت و پایداری شبکه را تضمین کند.
معرفی ویژگی‌های الگوریتم تحمل خطای بیزانس
الگوریتم PBFT دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که آن را برای استفاده در سیستم‌های توزیع شده مناسب می‌کند. از جمله این ویژگی‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کارایی بالا: الگوریتم PBFT توانایی دستیابی به توافق در زمان کوتاه را دارد که این امر به افزایش کارایی سیستم کمک می‌کند.
- قابلیت اطمینان: این الگوریتم با وجود نودهای مخرب، قادر به تضمین صحت و درستی تصمیمات است.
- مقیاس پذیری PBFT: می‌تواند با تعداد زیادی نود کار کند و این امر آن را برای استفاده در شبکه‌های بزرگ مناسب می‌کند.
- انعطاف پذیری: این الگوریتم قابلیت تطبیق با تغییرات شبکه و نودهای جدید را دارد.
- امنیت بالا PBFT: با استفاده از مکانیزم‌های رمزنگاری و تایید صحت، امنیت بالایی را فراهم می‌کند.
معایب الگوریتم تحمل خطای بیزانس
با وجود مزایای فراوان، الگوریتم PBFT دارای معایبی نیز هست که باید به آنها توجه شود:
- پیچیدگی بالا: پیاده‌سازی و اجرای این الگوریتم به دلیل پیچیدگی‌های محاسباتی و نیاز به همگام‌سازی دقیق، دشوار است.
- هزینه‌های ارتباطی PBFT: نیاز به تبادل پیام‌های زیادی بین نودها دارد که این امر می‌تواند هزینه‌های ارتباطی را افزایش دهد.
- محدودیت در تعداد نودهای مخرب: این الگوریتم تا حدود یک سوم از نودها را می‌تواند تحمل کند و اگر تعداد نودهای مخرب بیش از این مقدار شود، سیستم دچار مشکل می‌شود. در ادامه به مزایای آن توجه کنید.
مزایای الگوریتم تحمل خطای بیزانس
موارد زیر را هم می‌توان به عنوان مزایای تحمل خطای بیزانس در نظر گرفت:
- انجام آسان تراکنش‌ها: یکی از مهم‌ترین مزایای این الگوریتم به سهولت انجام تراکنش‌ها برمی‌گردد. طبق این الگوریتم، تراکنش‌ها بدون نیاز به تایید چندگانه انجام می‌شوند. به عبارت دیگر، اگر گره‌ها در مورد یک بلوک از تراکنش‌ها به توافق برسند، تراکنش به سرعت تایید می‌شود.
- مصرف کم انرژی: بر خلاف الگوریتم‌های اجماع مبتنی بر کار (PoW)، الگوریتم PBFT به توان محاسباتی بالا یا مصرف انرژی زیادی نیاز ندارد. این الگوریتم‌ها با محیط زیست سازگار هستند و نیاز به انرژی زیادی ندارند که این ویژگی آنها را به گزینه‌ای مناسب برای کاهش مصرف انرژی تبدیل می‌کند.
- کاهش واریانس پاداش: در این الگوریتم، تصمیم‌گیری‌ها به صورت جمعی انجام می‌شود. بنابراین، هر گره در یک سیستم PBFT با انگیزه‌ی خود، واریانس پاداش برای ماینرها را کاهش می‌دهد. این امر موجب می‌شود تا سیستم پایدارتری داشته باشیم و انگیزه گره‌ها برای شرکت در فرایند اجماع افزایش یابد.
کدام پلتفرم‌های بلاکچینی از الگوریتم تحمل خطای بیزانس استفاده می کنند؟
در حال حاضر، تعدادی از پلتفرم‌های بلاکچینی از الگوریتم PBFT برای افزایش امنیت و کارایی خود استفاده می‌کنند. از جمله این پلتفرم‌ها می‌توان به زیلیکا (Zilliqa) و هایپرلجر (Hyperledger Fabric) اشاره کرد.
زیلیکا (Zilliqa)
زیلیکا یک پلتفرم قدرتمند و برجسته در دنیای ارزهای دیجیتال است که از نسخه بهینه شده الگوریتم PBFT استفاده می‌کند. این پلتفرم به صورت ترکیبی از الگوریتم PBFT و اجماع اثبات کار (PoW) در هر ۱۰۰ بلوک بهره می‌برد. زیلیکا برای کاهش هزینه‌های ارتباطی که در PBFT کلاسیک وجود دارد، از تکنیک چند امضا استفاده می‌کند و در محیط‌های آزمایشی خود به توانایی پردازش چند هزار تراکنش در ثانیه (TPS) دست یافته است. تمامی این فرایندها به منظور افزایش تعداد گره‌ها و بهبود کارایی سیستم انجام می‌شود.
به طور کلی، پلتفرم زیلیکا به شکلی طراحی شده است که گروه‌های اجماع PBFT را محدود نگه دارد، اما به جای آن بازدهی بالاتری از مکانیزم زیلیکا حاصل شود. این روش باعث شده است که زیلیکا بتواند به طور موثرتر و کارآمدتری عمل کند و همچنان هزینه‌های ارتباطی را به حداقل برساند. در نتیجه، زیلیکا توانسته است جایگاه خود را به عنوان یک پلتفرم پیشرو در صنعت بلاکچین تثبیت کند.
هایپرلجر (Hyperledger Fabric)
Hyperledger یک محیط مشارکتی برای پروژه‌ها و فناوری‌های منبع باز است. این پلتفرم توسط بنیاد لینوکس پشتیبانی می‌شود و از نسخه مجاز الگوریتم PBFT برای دستیابی به اهداف خود بهره می‌برد. در این زنجیره‌ها از گروه‌های اجماع کوچک استفاده می‌شود و نیازی به بلاکچین‌های عمومی مانند اتریوم نیست. به همین دلیل، استفاده از PBFT گزینه‌ای مناسب برای ارائه تراکنش‌های با توان عملیاتی بالا در پلتفرم Hyperledger محسوب می‌شود.
فناوری بلاکچین و الگوریتم تحمل خطای بیزانس (الگوریتم های اجماع در بلاک چین و الگوریتم تحمل خطای بیزانس)
یک الگوریتم اجماع، مکانیزمی است که از طریق آن یک شبکه بلاکچینی به توافق می‌رسد. دو نوع متداول این الگوریتم‌ها، اثبات کار (Proof of Work) و اثبات سهام (Proof of Stake) هستند. به عنوان مثال، شبکه بیت کوین را در نظر بگیرید.
اگرچه پروتکل بیت کوین قوانین اصلی سیستم را تعیین کرده است، اما الگوریتم اجماع PoW نحوه اجرای این قوانین برای دستیابی به اجماع، مانند زمان تایید و تصدیق تراکنش‌ها را تعریف می‌کند.
با اینکه مفهوم اثبات کار قدمتی بیشتر از رمزارزها دارد، ساتوشی ناکاموتو نسخه‌ای بهبود یافته از این الگو را توسعه داد که امکان ساخت بیت کوین به عنوان یک سیستم تحمل پذیر خطای بیزانس (BFT) را فراهم کرد.
نکته قابل توجه این است که الگوریتم PoW به طور کامل در برابر خطای بیزانس مقاوم نیست، اما به دلیل هزینه بالای فرایند ماینینگ و تکنیک‌های رمزنگاری مرتبط، به یکی از امن‌ترین و قابل اعتمادترین پیاده‌سازی‌ها برای شبکه های بلاکچینی تبدیل شده است. در این زمینه، الگوریتم اجماع اثبات کار طراحی شده توسط ساتوشی ناکاموتو توسط بسیاری به عنوان یکی از هوشمندانه‌ترین راه حل‌ها برای مسئله خطای بیزانس شناخته می‌شود.
بهبود شبکه بلاکچین با الگوریتم خطای بیزانس
الگوریتم تحمل خطای بیزانس به یکی از موضوعات کلیدی و اثرگذار در دنیای ارزهای دیجیتال تبدیل شده و نقش بسیار مهمی در تغییر رویکردهای اجماع ایفا می‌کند. برنامه‌های بلاکچین روز به روز پیشرفت می‌کنند و عملکردشان بهبود می‌یابد؛ اما همچنان نگرانی‌های زیادی در رابطه با خطای بیزانس وجود دارد. در این شرایط، الگوریتم تحمل خطای بیزانس به عنوان یک راه حل عملیاتی وارد میدان می‌شود و کمک می‌کند تا با وجود گره‌های مخرب در سیستم، بلاکچین همچنان عملکرد عادی خود را حفظ کند و در معاملات مربوط به تتر و سایر ارزهای دیجیتال با مشکلی روبرو نشوید.
این الگوریتم امنیت و سرعت بلاکچین را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و با وجود چنین الگوریتمی، می‌توانید با اطمینان بیش‌تری سرمایه‌گذاری‌های خود را انجام دهید. در نسخه‌های جدید بلاکچین، الگوریتم BFT بهبود می‌یابد و بدون شک تاثیرات مثبت بسیار زیادی به همراه خواهد داشت. فناوری بلاکچین به عنوان نقطه عطفی در اقتصاد نوین جهان به شمار می‌آید و برای ادامه فعالیت خود نیازمند رعایت عوامل مختلفی است.
جمع بندی
در این مقاله، به بررسی مفهوم خطای بیزانس و الگوریتم PBFT پرداختیم و ویژگی‌ها و دیگر موارد مرتبط با آن را در بلاکچین مورد بررسی قرار دادیم. الگوریتم PBFTبا وجود مزایا و معایب خود، یکی از مهم‌ترین الگوریتم‌های تحمل خطای بیزانس است که در بسیاری از پلتفرم‌های بلاکچینی برای افزایش امنیت و کارایی استفاده می‌شود. با توجه به اهمیت بالای این الگوریتم در سیستم‌های توزیع شده، آشنایی با آن و استفاده از آن می‌تواند به بهبود عملکرد و افزایش امنیت این سیستم‌ها کمک کند.
توضیحات الگوریتم تحمل خطای بیزانس واقعا عالی ومفید بودن
سلام موضوع آموزش ارز دیجیتال
مطلب اموزشی بسیار مفید باتشکراز تیم خوب کریپتونگار
با سلام
موضوع سرچ آموزش ارز دیجیتال
تشکر از زحمات و آموزش رایگان شما