الگوریتم اثبات فعالیت (PoA) یک الگوریتم اجماع بلاک چین است که در ارزهای دیجیتال و سیستم های مشابه استفاده می شود. این الگوریتم برای اطمینان از اصیل بودن تمام تراکنش ها روی بلاک چین و همچنین اطمینان از توافق همه ماینرها مورد استفاده قرار می گیرد. اثبات فعالیت ترکیبی از دو الگوریتم اجماع بلاک چین دیگر است: اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS).

درک الگوریتم اثبات فعالیت

بیت کوین، محبوب ترین ارز دیجیتال، از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده می کند. ویژگی بارز این الگوریتم این است که با گذشت زمان سطح سختی استخراج را افزایش می دهد. این روش همچنین از هک شدن شبکه بیت کوین جلوگیری می کند. با این حال، به دلیل افزایش سختی استخراج، مقادیر بیشتری از قدرت محاسباتی باید استفاده شود. در نتیجه علاوه بر مصرف بیشتر انرژی، هزینه های بیشتری نیز وجود خواهد داشت (از جمله هزینه های فرسودگی و استهلاک سخت افزارها) و همانطور که احتمالا می دانید، این امر اثرات زیست محیطی زیادی به دنبال خواهد داشت.

با استفاده از سیستم PoW، یک ماینر می تواند تراکنش ها را بر اساس میزان کار موثری که قبلا در بلاک چین انجام داده است، استخراج یا تأیید کند. با افزایش هزینه های انرژی و سخت افزار و در نتیجه ی آن، افزایش مشکل استخراج در شبکه های اثبات کار، سیستم اثبات سهام به عنوان یک جایگزین ظاهر شد. با استفاده از سیستم PoS، توانایی ماینر برای استخراج یا تأیید تراکنش ها بستگی به تعداد رمزارزهای آنها دارد. اگرچه سیستم PoS باعث کاهش مصرف برق می شود اما یک اثر جانبی ناخواسته آن این است که می تواند احتکار رمزارزها (به جای هزینه کردن) را افزایش دهد. 

هر دو سیستم اثبات کار و اثبات سهام برای جلوگیری از احتمال حمله 51 درصدی در نظر گرفته شده اند، وضعیتی که در آن گروهی از شرکت کنندگان بیش از نیمی از قدرت محاسباتی استخراج شبکه را به دست می گیرند. خطر حمله 51 درصدی این است که آن گروه می تواند کنترل کامل شبکه را داشته باشد: از جمله قدرت جلوگیری از تأیید تراکنش های جدید، توقف پرداخت بین کاربران مختلف بلاک چین و حتی معامله های انجام شده در گذشته در طول کنترل آنها که این امر خطر دوبار هزینه کردن را برای کاربران دیگر دارد. PoA از احتمال حمله 51 درصدی مانند POW و POS جلوگیری می کند زیرا نمی توان پیش بینی کرد که تایید کننده بعدی چه کسی خواهد بود و رقابت ذخیره کوین ها بین تایید کنندگان اجازه تجمع قدرت محاسباتی را در داخل یک گروه نمی دهد. 

پروسه استخراج در الگوریتم اثبات فعالیت

سیستم اثبات فعالیت تلاشی است برای ترکیب بهترین جنبه های سیستم های PoW و PoS. در اثبات فعالیت، فرآیند استخراج همانند یک فرآیند اثبات کار آغاز می شود: ماینرهای مختلف سعی می کنند از یکدیگر با قدرت محاسباتی بالاتر، برای یافتن یک بلوک جدید پیشی بگیرند. هنگامی که یک بلوک جدید پیدا می شود (یا استخراج می شود)، سیستم به اثبات سهام تغییر می کند و بلاک تازه پیدا شده فقط دارای یک هدر و آدرس پاداش ماینر است. براساس جزئیات هدر، یک گروه تصادفی جدید از تایید کننده های شبکه بلاک چین انتخاب می شوند. آنها ملزم به تایید یا امضای بلاک جدید هستند. هرچه کوین های اعتبارسنج بیشتر باشد، شانس بیشتری برای انتخاب به عنوان امضا کننده دارد. 

هنگامی که همه اعتبارسنج ها بلاک تازه پیدا شده را امضا می کنند، آن بلاک وضعیت یک بلاک کامل را بدست می آورد، شناسایی می شود و به شبکه بلاک چین اضافه می شود و تراکنش ها روی آن ثبت می شوند. در صورتیکه تعدادی از امضا کنندگان انتخاب شده برای تکمیل امضا و تایید بلوک قابل دسترس نباشند، پروسه به بلاک برنده بعدی همراه با تعدادی از تایید کنندگان جدید که به طور تصادفی (بر اساس تعداد سهامشان) انتخاب می شوند، منتقل می شود. این روند تا زمانی ادامه می یابد که یک بلوک برنده تعداد مورد نیاز امضا کنندگان را دریافت کرده و به یک بلوک کامل تبدیل شود. کارمزدها و یا پاداش استخراج بین ماینر و اعتبارسنج های مختلف که در نقش های مربوطه خود برای امضای بلوک مشارکت کرده اند، تقسیم می شود.

مزایا و معایب الگوریتم اثبات فعالیت

مزیت اصلی الگوریتم اثبات فعالیت، امنیت آن است. با ترکیب نقاط قوت اثبات سهام و اثبات کار، اثبات فعالیت تا حد زیادی خطر حمله ی 51 درصدی را کم می کند. این به آن دلیل است که مهاجم باید هر دو سیستم اثبات کار و اثبات سهام را در هم شکند. یعنی به عبارتی با دارا بودن نرخ هش بالای 50 درصد و مالکیت تعداد قابل توجهی کوین. طرفداران PoA می گویند که در آینده، می توان سطح مشارکت ماینرها و سهامداران را در شبکه اندازه گیری کرد که آنها را برای مشارکت در فرآیند اعتبارسنجی تشویق می کند. به نوبه خود با اجازه دادن به گره های PoW و PoS برای تعامل با یکدیگر، الگوریتم اثبات فعالیت یک توپولوژی شبکه پیشرفته را ترویج می کند. 

با این حال، ادغام اثبات کار و اثبات سهام همچنین نیاز به دو برابر قدرت محاسباتی لازم برای اجرای پروتکل دارد. این منجر به مصرف بیش از حد انرژی می شود که برای محیط زیست مضر است. اگرچه الگوریتم اثبات فعالیت ادعا می کند که کارمزد معاملات کمتری دارد اما اجرای یک الگوریتم اجماعی محاسباتی مانند PoA نیاز به سخت افزار استخراج پیشرفته دارد که سرمایه گذاری سنگینی برای برخی از ماینرها می باشد. 

ایراد احتمالی دیگر اینست که احتکارکنندگان کوین ها هنوز شانس بیشتری برای قرار گرفتن در لیست امضاکنندگان و جمع آوری پاداش های بیشتر دارند. همچنین برخی در جامعه رمزنگاری تصور می کنند که با وجود یک فرآیند اعتبارسنجی قوی تر، PoA هنوز مشکل امضای دوگانه را متوقف نمی کند.

با وجود ایرادات وارده، PoA یک مثال واقعی از این است که چگونه محققان بلاک چین دائما در تلاش هستند تا الگوریتم های اجماعی را برای انجام معاملات امن تر و مقرون به صرفه بهبود بخشند.

مثالهایی از الگوریتم اثبات فعالیت

Decred (DCR) مشهورترین ارز دیجیتال است که از الگوریتم اجماع اثبات فعالیت استفاده می کند. در Decred، بلاک ها تقریبا هر پنج دقیقه ایجاد می شوند. فرآیند استخراج برای Decred با گره هایی (رایانه هایی که در شبکه شرکت می کنند) که به دنبال راه حلی برای یک معمای رمزنگاری با سطح دشواری شناخته شده برای ایجاد یک بلوک جدید هستند، آغاز می شود. تا اینجا، این فرآیند شبیه یک سیستم اثبات کار است. پس از یافتن راه حل، این راه حل به شبکه پخش می شود سپس شبکه راه حل را تأیید می کند. در این مرحله، سیستم تبدیل به یک اثبات سهام می شود.

هرچه DCR بیشتری از یک گره استخراج شود، بیشتر احتمال دارد که برای رأی گیری در بلاک انتخاب شود. (در بلاک چین DCR، ذینفعان بلیط هایی را به دست می آورند که در ازای استخراج DCR به آنها قدرت رای می دهد.) پنج بلیط بصورت تصادفی از مجموعه بلیط ها انتخاب می شوند. اگر حداقل سه نفر از پنج نفر به اعتبار بلوک رأی مثبت دهند، آن بلوک به طور دائم به بلاک چین اضافه می شود. هم ماینرها و هم رای دهندگان با توکن های DCR پاداش می گیرند. نمونه ی دیگر Espers(ESP) می باشد. ESP در سال 2016 راه اندازی شد و خود را به عنوان یک پروژه بلاک چین با هدف ارائه پیام های ایمن، وب سایت های روی زنجیره و یک تجربه کلی خوشایند برای کاربر نامگذاری کرد. 

جمع بندی

در این مقاله با الگوریتم اثبات فعالیت آشنا شدیم. این مکانیزم در واقع ترکیبی از دو مکانیزم مشهور اثبات کار و اثبات سهام می باشد و در نتیجه مزایای استفاده از هر دو فرآیند را ارائه می دهد و برای جلوگیری از حمله 51 درصدی به نظر یک انتخاب مناسب باشد اما از سوی دیگر، معایب هر دو مکانیزم نیز در اثبات فعالیت خود را نشان می دهند که استفاده زیاد از منابع، یک نمونه ی آن است.

تاکنون، تعداد کمی از ارزهای دیجیتال از اثبات فعالیت استفاده کرده اند که نشان می دهد پیاده سازی آن دشوار بوده و یا مزایای آن بر معایب آن پیشی نمی گیرد. ارز دیجیتال DCR معروف ترین رمزارزی است که از این مکانیزم استفاده می کند و در زمان نگارش این مقاله قیمت هر توکن آن در حدود 100 دلار است و با ارزش بازاری در حدود 1.4 میلیارد دلار و قرار گرفتن در جایگاه 69 رمزارزها از نظر ارزش بازار، به نظر می رسد که جامعه ای قوی در پشت آن قرار دارد.