العملات المشفرة هي أصول رقمية غير مركزية تعمل على شبكة ند لند. وهذا يعني أن العقد في الشبكة مسؤولة عن الحفاظ على أمان ونزاهة النظام. أحد التحديات الرئيسية التي تواجه هذه الشبكات هو مسألة التوافق، أي كيفية ضمان أن جميع العقد يتفقون على حالة النظام. الخطأ البيزنطي (BFT) هو آلية توافق تساعد في التعامل مع هذا التحدي. في هذه المقالة، سنناقش ما هو BFT، كيف يعمل، ومزاياه.

ما هو التوافق؟

التوافق هو مكون حاسم في الشبكات اللامركزية، وخاصة في عالم العملات المشفرة. وببساطة، يشير التوافق إلى عملية يتوصل خلالها مجموعة من الأفراد أو العقد في شبكة إلى اتفاق بشأن قرار أو معاملة معينة. في عالم العملات المشفرة، يعتبر التوافق أمراً حاسماً لأنه يضمن أن جميع العقد يتفقون على حالة النظام وأنه لا يمكن للمتسللين التلاعب بالشبكة.

تحقيق التوافق في شبكة متميزة يمكن أن يكون تحديًا بسبب عدة عوامل. أولاً، لا توجد سلطة مركزية أو صانع قرار في شبكة متميزة، مما يجعل من الصعب تأسيس الثقة بين العقد. ثانياً، قد تكون العقد في شبكة موجودة في أجزاء مختلفة من العالم ولديها مصالح مختلفة، مما يجعل من الصعب التوصل إلى اتفاق بشأن قرارات معينة. وأخيرًا، قد تكون الشبكة عرضة للهجمات من قبل أطراف غير مالوفة تهدف إلى تعطيل عملية التوافق وتلاعب النظام لصالحها.

أحد التحديات الرئيسية لتحقيق الإجماع في شبكة لامركزية هو مشكلة "الجنرالات البيزنطيين". يشير هذا إلى سيناريو افتراضي يجب أن تتوصل فيه مجموعة من الجنرالات إلى اتفاق على مسار عمل معين ، لكن بعض الجنرالات قد يكونون خونة يعملون ضد المجموعة. في مثل هذا السيناريو، من الضروري التأكد من أن جميع الجنرالات المخلصين يتفقون على نفس مسار العمل لمنع الخونة من تعطيل النظام.

في شبكة مركزية، يُعرف مشكلة الجنرالات البيزنطية باسم مشكلة تحمّل الأخطاء البيزنطية (BFT). تشير تحمّل الأخطاء البيزنطي إلى قدرة الشبكة المركزية على التوصّل إلى اتّفاق على الرغم من وجود عقد شريرة أو أخطاء. إنها مكون أساسي في تكنولوجيا سلسلة الكتل، والتي تضمن أن جميع العقد يتفقون على حالة النظام وأن المعاملات آمنة.

لتحقيق الاتفاق في شبكة لامركزية، تم تطوير آليات توافق مختلفة. تشمل هذه الآليات دليل العمل (PoW)، ودليل الحصة (PoS)، وDeleGate.iod دليل الحصة (DPoS). كل آلية لها نقاط قوة وضعفها، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات سلسلة الكتل المختلفة.

في PoW، يتنافس المُنقبون لحل مشاكل رياضية معقدة لتحقق صحة المعاملات وإضافة كتل جديدة إلى البلوكشين. المُنقب الأول الذي يحل المشكلة يتلقى مكافأة ويمكنه إضافة الكتلة إلى السلسلة. ومع ذلك، يتطلب PoW قدرًا كبيرًا من الطاقة الحاسوبية، مما يجعله مُستهلكًا للطاقة وبطيئًا.

في PoS، يتم اختيار المحققين استناداً إلى عدد القطع النقدية التي يمتلكونها، وهم مسؤولون عن تحقق المعاملات وإضافة كتل جديدة إلى السلسلة. يعتبر PoS أقل استهلاكاً للطاقة من PoW وأسرع، لكن يمكن أن يكون عرضة للهجمات من قبل الجهات الخبيثة التي تمتلك عدداً كبيراً من القطع النقدية.

DPoS مشابه ل PoS، ولكن يتم انتخاب المحققين من قبل أصحاب العملات، وهم مسؤولون عن التحقق من التحويلات وإضافة كتل جديدة إلى السلسلة. DPoS أسرع وأكثر كفاءة من PoW و PoS، ولكن يمكن أن يكون عرضة للتواطؤ بين المحققين.

على الرغم من قوة آليات الاتفاق هذه، قد لا تكون مناسبة لجميع تطبيقات سلسلة الكتل، خاصة تلك التي تتطلب مستوى عال من الأمان والموثوقية. هنا تأتي BFT لتوفير آلية أكثر قوة وأمانًا لتحقيق الاتفاق في شبكة مركزية.

ما هي تحمل الخطأ البيزنطي (BFT)؟

التسامح مع الخطأ البيزنطي (BFT) هو آلية إجماع تمكن الشبكة اللامركزية من الوصول إلى توافق في الآراء على الرغم من وجود عقد خاطئة أو ضارة. تم تقديم BFT لأول مرة في عام 1982 من قبل ليزلي لامبورت وروبرت شوستاك ومارشال بيز في ورقتهم بعنوان "مشكلة الجنرالات البيزنطيين". كانت الورقة مستوحاة من مشكلة الجنرالات البيزنطيين ، وهو سيناريو افتراضي يجب أن يتوصل فيه الجنرالات إلى اتفاق على مسار عمل معين ، لكن بعض الجنرالات قد يكونون خونة يعملون ضد المجموعة.

يعمل BFT عن طريق التأكد من أن جميع العقد في الشبكة متفقة على قرار معين أو عملية قبل أن يتم اعتبارها صالحة. في نظام يعتمد على BFT، تتواصل جميع العقد مع بعضها البعض وتبادل الرسائل للتوصل إلى اتفاق. يحتوي كل عقد على نسخة من سلسلة الكتل أو الدفتر الأستاذ ويتحقق من المعاملات قبل إضافتها إلى السلسلة.

لضمان أن يتحمل الشبكة العقد المعيبة أو الخبيثة، يتطلب BFT حدًا معينًا من العقد للاتفاق على قرار أو عملية قبل أن يعتبر صالحًا. يُعرف هذا الحد بحد التحمل للأخطاء البيزنطية، ويختلف اعتمادًا على حجم وتعقيد الشبكة. على سبيل المثال، في شبكة تحتوي على ثلاثة عقد، قد يكون الحد هو اثنان، مما يعني أن عقدين يجب أن يتفقا على قرار أو عملية قبل أن تعتبر صالحة.

يمكن تنفيذ BFT بطرق مختلفة، بما في ذلك التسامح العملي للخطأ البيزنطي (PBFT)، واتفاقية البيزنطي المؤلفة (FBA)، وByzCoin. PBFT هو آلية توافق معتمدة على BFT تستخدم على نطاق واسع في شبكات البلوكشين ذات الإذن. يعمل عن طريق تقسيم العقد إلى أدوار مختلفة، بما في ذلك العقد الأساسي والاحتياطي وعقد النسخ. العقد الأساسي مسؤول عن جمع طلبات المعاملات وترتيبها قبل إرسالها إلى العقد الاحتياطي للتحقق. بمجرد تحقق العقد الاحتياطي من المعاملات، يرسلون موافقتهم إلى العقد الأساسي، الذي يبث بعدها المعاملات المعتمدة إلى عقد النسخ للتنفيذ.

FBA هي آلية توافق معتمدة على BFT تستخدم على نطاق واسع في الأنظمة اللامركزية، بما في ذلك Stellar و Ripple. تعمل عن طريق السماح للعقد بالتصويت على قرار أو معاملة معينة. عندما يتفق عدد معين من العقد على القرار، يُعتبر صحيحاً.

ByzCoin هي آلية توافقية معتمدة على BFT تستخدم في شبكة البلوكشين ByzCoin. تعمل عن طريق السماح للعقد بالتصويت على معاملة معينة أو قرار. بمجرد أن يتفق عتبة معينة من العقد على المعاملة، يُعتبر صالحًا ويتم إضافته إلى البلوكشين.

كيف يعمل تحمل الخطأ البيزنطي؟

في نظام التحمل للخطأ البيزنطي (BFT)، تلعب القُويمون دورًا حاسمًا في ضمان توصل الشبكة إلى اتفاق. القُويمون مسؤولون عن التحقق من المعاملات والكتل قبل إضافتها إلى السلسلة الكتلية. يتم اختيار هؤلاء القُويمون من عُقد الشبكة استنادًا إلى معايير معينة، مثل السمعة أو الحصة في الشبكة.

بمجرد اختيار المحققين، يبدأ عملية التحقق من الكتلة. في BFT، يتم التحقق من الكتل من خلال عملية متعددة الخطوات. أولاً، يقترح محقق كتلة، ثم يتم بثها إلى المحققين الآخرين للتحقق. يتحقق كل محقق من الكتلة ويبث موافقته أو رفضه إلى المحققين الآخرين.

لتحقيق التوافق، يجب أن يوافق نسبة معينة من المحققين على الكتلة. عادة ما يتم تعيين هذه النسبة عند ثلثي عدد المحققين الإجمالي في الشبكة. بمجرد تحقيق هذه النسبة، تعتبر الكتلة صالحة ويتم إضافتها إلى سلسلة الكتل.

عملية التحقق من الكتلة في BFT مصممة لتكون متسامحة مع الأخطاء، مما يعني أنه يمكنها تحمل وجود المحققين الخاطئين أو الخبيثين. إذا تبين أن محققًا هو خبيث، يمكن إزالته من الشبكة، ويمكن اختيار محقق جديد لاستبداله.

واحدة من الفوائد الرئيسية ل BFT هي النهاية. النهاية تعني أنه بمجرد إضافة كتلة إلى blockchain ، لا يمكن إزالتها أو تغييرها. في آليات الإجماع الأخرى ، مثل إثبات العمل (PoW) ، تعتبر الكتل صالحة بمجرد إضافتها إلى السلسلة بمستوى معين من الثقة. ومع ذلك ، هناك دائما فرصة ضئيلة لإزالة الحظر أو تغييره إذا تمكن ممثل ضار من السيطرة على الشبكة. يلغي BFT هذا الاحتمال من خلال التأكد من أنه بمجرد إضافة كتلة إلى السلسلة ، فإنها نهائية ولا يمكن تغييرها.

لتحقيق النهوض في BFT، يجب تأكيد كتلة من قبل عدد معين من الموثقين. بمجرد تأكيد الكتلة، يُعتبر نهائيًا ولا يمكن تغييره. يوفر هذا مستوى عالٍ من الأمان للشبكة ويجعله مناسبًا لتطبيقات تتطلب مستوى عالٍ من الثقة والأمان.

ما هي مزايا التسامح مع الخطأ البيزنطي؟

يحتوي تحمل الخطأ البيزنطي (BFT) على عدة مزايا على آليات الاتفاق الأخرى. واحدة من أهم المزايا لتحمل الخطأ البيزنطي هي قدرته على تحقيق اتفاق بسرعة وبشكل موثوق. وهذا يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب معالجة معاملات سريعة وموثوقة، مثل المعاملات المالية وإدارة سلسلة التوريد.

ميزة أخرى لـ BFT هي قدرتها على تحمل هجمات من الممثلين الخبيثين. تم تصميم BFT لتكون مقاومة للأخطاء، مما يعني أنه يمكنه الاستمرار في العمل حتى لو تعرض عدد معين من المحققين للاختراق. هذا يجعله آمنًا للغاية ومقاومًا للهجمات، مما يجعله خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتطلب مستوى عالٍ من الأمان.

BFT مقياس بشكل كبير أيضًا، مما يعني أنه يمكنه التعامل مع عدد كبير من المعاملات والمستخدمين. يتم تحقيق هذه القابلية للتوسيع من خلال استخدام معالجة متوازية وتقنيات التجزئة، التي تسمح للشبكة بمعالجة عدة معاملات بشكل متزامن.

أمثلة عملية من BFT في العمل تشمل بروتوكول Ripple وخوارزمية الاتفاق Tendermint. يستخدم Ripple متغيرًا من BFT يُسمى خوارزمية Ripple Protocol Consensus Algorithm (RPCA) لتحقيق توافق بين محققيه. وقد سمح ذلك لـ Ripple بمعالجة آلاف المعاملات في الثانية، مما جعلها واحدة من أسرع وأكثر شبكات الدفع موثوقية في العالم.

تيندرمينت هو مثال آخر على خوارزمية توافقية معتمدة على BFT. يتم استخدامه من قبل عدة شبكات بلوكشين، بما في ذلك Cosmos وBinance Smart Chain. تيندرمينت قابل للتوسيع بشكل كبير، مع القدرة على معالجة آلاف المعاملات في الثانية، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في التطبيقات ذات حركة مرور عالية.

مثال آخر في العالم الحقيقي على تطبيق BFT هو منصة سلسلة كتل Hyperledger Fabric. تستخدم Hyperledger Fabric نسخة معدلة من BFT تسمى Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) لتحقيق التوافق بين محققيها. وقد جعل ذلك خيارًا شائعًا لتطبيقات الشركات التي تتطلب مستويات عالية من الأمان والقابلية للتوسع.

استنتاج

ميزة تحمل الأخطاء البيزنطية هي آلية توافق مهمة تساعد على ضمان أمان ونزاهة الشبكات اللامركزية. قدرتها على التعامل مع الأخطاء البيزنطية وتحقيق التوافق في نظام لامركزي جعلتها خيارًا شائعًا للعديد من تطبيقات تقنية البلوكشين. مع استمرار تطور العملات المشفرة، من المرجح أن تظل ميزة تحمل الأخطاء البيزنطية جزءًا مهمًا من منظر الاتفاق.