الگوریتم اتریوم چیست

الگوریتم اتریوم اساساً به مکانیزم اجماع شبکه اشاره دارد که در طول زمان از اثبات کار (PoW) به اثبات سهام (PoS) تغییر کرده است. این تغییر برای افزایش مقیاس پذیری، کاهش مصرف انرژی و بهبود امنیت شبکه انجام شده است و اتریوم را به یکی از پیشروترین بلاکچین ها در فضای وب ۳ تبدیل کرده است. این تحول نشان دهنده گامی بزرگ در مسیر تکامل این فناوری است که با هدف پاسخگویی به نیازهای رو به رشد جامعه و محیط زیست انجام گرفت. مسیری که شبکه اتریوم طی کرده، از ابتدای فعالیت خود با اتکا به مفهوم ماینینگ آغاز شد و امروز با تکیه بر استیکینگ، افقی جدید را پیش روی خود و کاربرانش گشوده است.

در دنیای پرتحول ارزهای دیجیتال، اتریوم همواره به عنوان دومین بلاکچین بزرگ و تأثیرگذار، جایگاه ویژه ای داشته است. این پلتفرم نه تنها بستری برای ارز دیجیتال اتر (ETH) است، بلکه زیرساختی حیاتی برای هزاران پروژه نوآورانه، از جمله قراردادهای هوشمند، اپلیکیشن های غیرمتمرکز (DApps) و توکن های NFT به شمار می رود. قلب تپنده هر بلاکچین، الگوریتم اجماع آن است که وظیفه تأمین امنیت، حفظ یکپارچگی و تضمین عملکرد روان شبکه را بر عهده دارد.

اتریوم در یک نگاه: از پلتفرم تا ارز دیجیتال

اتریوم تنها یک ارز دیجیتال نیست، بلکه یک پلتفرم بلاکچینی هوشمند و توزیع شده است که به توسعه دهندگان اجازه می دهد قراردادهای هوشمند و برنامه های غیرمتمرکز را بسازند و اجرا کنند. این ویژگی، اتریوم را از یک ارز صرفاً تراکنشی فراتر برده و به زیربنایی برای ساختار جدید اینترنت (وب ۳) تبدیل کرده است. اتر (ETH)، ارز بومی این شبکه، نقش سوخت را برای اجرای تراکنش ها و قراردادهای هوشمند ایفا می کند و کارمزد تراکنش ها (که با «گس» اندازه گیری می شود) را پوشش می دهد.

اتریوم با بیت کوین، اولین و بزرگترین ارز دیجیتال، تفاوت های کلیدی دارد. در حالی که بیت کوین عمدتاً به عنوان ذخیره ساز ارزش و پول الکترونیک شناخته می شود، اتریوم با تمرکز بر قراردادهای هوشمند و ایجاد یک اکوسیستم برنامه نویسی شده، کاربردها و اهداف گسترده تری را دنبال می کند. این تفاوت در اهداف و کاربردها، زمینه ساز تفاوت هایی در الگوریتم های اجماع و رویکردهای فنی نیز شده است، که هر یک از این دو شبکه را برای مسیر خود منحصر به فرد می سازد.

الگوریتم اجماع چیست و چرا حیاتی است؟

تصور کنید گروهی از افراد در یک محیط غیرمتمرکز، بدون وجود یک رهبر یا مرجع مرکزی، باید بر سر یک موضوع واحد به توافق برسند. در دنیای بلاکچین، این وظیفه بر عهده الگوریتم اجماع است. مکانیزم اجماع، مجموعه ای از قوانین و پروتکل هاست که تضمین می کند تمامی شرکت کنندگان در شبکه (نودها) به یک وضعیت مشترک و صحیح از داده ها دست یابند. این توافق جمعی، برای حفظ یکپارچگی و امنیت بلاکچین ضروری است.

اهمیت الگوریتم اجماع در جلوگیری از مشکل «دو بار خرج کردن» (Double Spending) و تأمین امنیت شبکه بلاکچین نهفته است. اگر مکانیزم اجماع کارآمدی وجود نداشته باشد، یک کاربر می تواند یک توکن دیجیتال را بیش از یک بار خرج کند، که این امر به فروپاشی اعتماد و ارزش شبکه منجر می شود. الگوریتم های اجماع مانند «اثبات کار» (Proof of Work – PoW) و «اثبات سهام» (Proof of Stake – PoS) راه های متفاوتی برای دستیابی به این توافق جمعی ارائه می دهند که هر کدام مزایا و چالش های خاص خود را دارند.

گذشته اتریوم: دوران اثبات کار (Proof of Work – PoW)

در سال های اولیه فعالیت خود، اتریوم نیز مانند بیت کوین، بر پایه الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW) بنا شده بود. در این مکانیزم، ماینرها (استخراج کنندگان) برای اضافه کردن بلاک های جدید به بلاکچین، باید پازل های پیچیده محاسباتی را حل می کردند. این فرآیند، که به «ماینینگ» معروف است، نیازمند قدرت پردازشی بالا و مصرف انرژی قابل توجهی بود. ماینری که برای اولین بار پازل را حل می کرد، بلاک جدید را به شبکه پیشنهاد داده و پاداش (اتر جدید و کارمزد تراکنش ها) دریافت می کرد. رقابت شدید میان ماینرها برای حل این پازل ها، امنیت شبکه را تضمین می کرد، چرا که حمله به شبکه نیازمند کنترل بخش بزرگی از قدرت هشینگ (پردازشی) شبکه بود.

Ethash: الگوریتم اختصاصی اتریوم در دوران PoW

اتریوم برای پیاده سازی مکانیزم اثبات کار خود، از الگوریتمی اختصاصی به نام Ethash استفاده می کرد. Ethash بر پایه الگوریتم قدیمی تر Dagger-Hashimoto ساخته شده بود و ویژگی های منحصربه فردی داشت که آن را از سایر الگوریتم های PoW متمایز می ساخت. یکی از مهم ترین ویژگی های Ethash، «حافظه محور» (Memory-hard) بودن آن بود. این به معنای آن بود که فرآیند ماینینگ Ethash به جای تکیه صرف بر سرعت پردازش (مانند SHA-256 در بیت کوین که به دستگاه های ASIC بهینه بود)، به مقدار زیادی حافظه (RAM) نیاز داشت. این ویژگی باعث می شد که ماینینگ با کارت های گرافیک (GPU) به صرفه باقی بماند و مقاومت نسبی در برابر ظهور ماینرهای ASIC (تجهیزات تخصصی و بسیار گران قیمت برای ماینینگ) را ایجاد کند. این رویکرد به اتریوم کمک می کرد تا در ابتدا تمرکززدایی بیشتری در فرآیند ماینینگ داشته باشد و به افراد بیشتری اجازه مشارکت بدهد.

با وجود مزایای امنیتی و تمرکززدایی اولیه، الگوریتم اثبات کار با چالش های بزرگی برای اتریوم همراه بود. مصرف انرژی بسیار بالا یکی از مهم ترین این چالش ها بود که نگرانی های زیست محیطی فراوانی را در پی داشت. با رشد شبکه و افزایش تعداد تراکنش ها، مسئله مقیاس پذیری نیز به معضلی جدی تبدیل شد؛ شبکه با کندی و کارمزدهای بالا روبرو می شد. همچنین، با گذشت زمان، تمرکز قدرت ماینینگ در دست استخرهای بزرگ و شرکت های تولیدکننده ASIC، نگرانی هایی را در مورد تمرکززدایی واقعی شبکه ایجاد کرد.

چرایی تصمیم اتریوم برای تغییر الگوریتم اجماع

تصمیم برای تغییر الگوریتم اجماع اتریوم از اثبات کار به اثبات سهام، نتیجه سال ها پژوهش، بحث و توسعه در جامعه اتریوم بود. دلایل متعددی پشت این تحول بزرگ قرار داشت: مهمترین آن ها، فشار فزاینده جامعه جهانی و خود توسعه دهندگان برای کاهش مصرف انرژی بود. اتریوم با PoW، ردپای کربنی قابل توجهی داشت و این موضوع با اهداف بلندمدت برای ساخت آینده ای پایدار و وب ۳ همخوانی نداشت. نیاز به افزایش چشمگیر مقیاس پذیری شبکه نیز از دیگر دلایل اصلی بود. PoW ذاتاً محدودیت هایی در تعداد تراکنش های قابل پردازش در ثانیه ایجاد می کرد که با چشم انداز اتریوم برای میزبانی از میلیاردها کاربر و اپلیکیشن سازگار نبود. در نهایت، این تغییر به نوعی آمادگی برای آینده و امکان پیاده سازی نوآوری های بیشتر مانند شاردینگ (Sharding) را فراهم می آورد که در معماری PoW بسیار دشوار یا غیرممکن بود.

تحول بزرگ: رویداد مرج (The Merge)

در سپتامبر ۲۰۲۲، شبکه اتریوم شاهد یکی از بزرگترین و جاه طلبانه ترین تحولات در تاریخ بلاکچین بود: رویداد مرج (The Merge). این رویداد، ادغام بیکن چین (Beacon Chain)، که از قبل به عنوان یک لایه اثبات سهام مجزا فعال بود، با شبکه اصلی اتریوم (Mainnet) بود که بر پایه اثبات کار فعالیت می کرد. در واقع، موتور بلاکچین اتریوم، بدون وقفه در عملیات آن، از اثبات کار به اثبات سهام تغییر کرد. این فرآیند، برای بسیاری از ناظران، شبیه به تعویض موتور یک هواپیما در حین پرواز بود که با موفقیت کامل انجام شد و نشان دهنده توانایی بی نظیر تیم توسعه دهنده اتریوم بود.

اهداف اصلی رویداد مرج بسیار بلندپروازانه بودند:

• کاهش ۹۹.۹۵ درصدی مصرف انرژی: این هدف، بزرگترین دستاورد مرج بود. با حذف فرآیند ماینینگ پرمصرف، اتریوم به یکی از سبزترین بلاکچین ها تبدیل شد.
• پایه گذاری برای آپدیت های مقیاس پذیری آینده (شاردینگ): مرج، قدم اول و حیاتی برای پیاده سازی شاردینگ بود. شاردینگ، تکنیکی است که شبکه را به بخش های کوچک تر (شاردها) تقسیم می کند تا توان عملیاتی تراکنش ها به شدت افزایش یابد.
• افزایش امنیت شبکه: مکانیزم اثبات سهام در اتریوم، با引入 جریمه ها (Slashing) برای رفتار نادرست ولیدیتورها، امنیت شبکه را به شکل جدیدی تضمین می کند و حملات ۵۱ درصدی را بسیار پرهزینه تر و دشوارتر می سازد.

تأثیر مرج بر شبکه و کاربران آن بسیار عمیق بود. مهمترین تأثیر، توقف کامل ماینینگ اتریوم بود که به معنای پایان کار برای ماینرهای GPU بود. به جای ماینرها، ولیدیتورها (اعتبارسنج ها) و فرآیند استیکینگ (Staking) فعال شد. این تغییر، دریچه ای جدید برای کسب درآمد از طریق مشارکت در امنیت شبکه گشود و آن را برای عموم کاربران دسترس پذیرتر ساخت.

حال اتریوم: دوران اثبات سهام (Proof of Stake – PoS)

پس از رویداد مرج، اتریوم کاملاً به الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) کوچ کرده است. در این مکانیزم، مفهوم «استیکینگ» جایگزین «ماینینگ» شده است. به جای حل پازل های محاسباتی، شرکت کنندگان در شبکه که مایل به تأیید تراکنش ها و افزودن بلاک های جدید هستند، باید مقداری از ارز بومی شبکه (در اینجا اتر) را به عنوان «سهام» قفل کنند. این افراد «ولیدیتور» نامیده می شوند. سیستم به صورت تصادفی، ولیدیتورها را بر اساس میزان سهام و مدت زمان استیک آن ها، برای پیشنهاد و تأیید بلاک های جدید انتخاب می کند.

نقش و عملکرد ولیدیتورها در PoS اتریوم

ولیدیتورها قلب تپنده شبکه اتریوم در دوران PoS هستند. برای تبدیل شدن به یک ولیدیتور کامل در شبکه اتریوم، فرد باید حداقل ۳۲ اتر را در شبکه استیک کند. انتخاب ولیدیتورها برای پیشنهاد بلاک جدید بر اساس ترکیبی از شانس (تصادفی بودن) و میزان سهام (هرچه سهام بیشتر، شانس انتخاب بالاتر) انجام می شود. وظایف اصلی یک ولیدیتور شامل پیشنهاد بلاک های جدید حاوی تراکنش ها و سپس تأیید (Attest) بلاک های پیشنهادی توسط دیگر ولیدیتورهاست. در ازای انجام صحیح این وظایف، ولیدیتورها پاداش هایی به صورت اتر دریافت می کنند. برای تضمین صداقت و امنیت شبکه، سیستمی به نام اسلشینگ (Slashing) نیز در نظر گرفته شده است. در صورت رفتار نادرست یا مخرب یک ولیدیتور (مانند امضای همزمان دو بلاک یا عدم فعالیت طولانی مدت)، بخشی از سهام آن ها جریمه و سوزانده می شود. این مکانیزم، انگیزه قوی برای ولیدیتورها ایجاد می کند تا همواره به نفع شبکه عمل کنند.

مزایای کلیدی الگوریتم اثبات سهام اتریوم (PoS)

کوچ اتریوم به اثبات سهام، مزایای چشمگیر و گسترده ای را به همراه داشته است:

• کارآیی انرژی بی نظیر: شاید مهمترین مزیت، کاهش ۹۹.۹۵ درصدی مصرف انرژی باشد. این تغییر اتریوم را از یک شبکه پرمصرف به یک بلاکچین پایدار و دوستدار محیط زیست تبدیل کرده است. این ویژگی برای بسیاری از پروژه ها و سرمایه گذاران که به دنبال پلتفرم های سبزتر هستند، بسیار جذاب است.
• مقیاس پذیری بالاتر: PoS راه را برای پیاده سازی آپدیت های مقیاس پذیری مانند شاردینگ هموار می کند. شاردینگ امکان پردازش موازی تراکنش ها را فراهم می آورد که به شدت توان عملیاتی شبکه را افزایش می دهد و گلوگاه های گذشته را از بین می برد.
• امنیت بهبودیافته: در PoS، حمله ۵۱ درصدی (که در PoW با کنترل بیش از نیمی از قدرت هشینگ انجام می شود) مستلزم کنترل بیش از نیمی از کل اتر استیک شده است. هزینه دستیابی به این میزان اتر بسیار بالا و غیرمنطقی است. همچنین، مکانیزم اسلشینگ خطر و هزینه حملات را افزایش می دهد و انگیزه ولیدیتورها برای صداقت را تقویت می کند.
• اقتصادی تر و در دسترس تر: با حذف نیاز به سخت افزارهای گران قیمت ماینینگ، مشارکت در تأمین امنیت شبکه از طریق استیکینگ برای افراد بیشتری با سرمایه های مختلف امکان پذیر شده است. این امر به تمرکززدایی بیشتر کمک می کند.
• انعطاف پذیری بیشتر در توسعه: معماری PoS، فضای بیشتری برای نوآوری و پیاده سازی تغییرات و آپدیت های آینده در پروتکل اتریوم فراهم می کند، که برای رشد و تکامل مداوم شبکه حیاتی است.

با این حال، اثبات سهام نیز چالش های بالقوه خود را دارد. یکی از نگرانی های اصلی، امکان تمرکز سهام در دست «نهنگ ها» (افراد یا نهادهایی با مقدار زیادی اتر) و افزایش قدرت آن ها در شبکه است. اتریوم با طراحی سیستم پاداش و اسلشینگ، و همچنین ترویج استیکینگ از طریق استخرهای جمعی و استیکینگ مایع، تلاش می کند تا این تمرکز را کاهش داده و مشارکت گسترده تری را تشویق کند. همچنین، ریسک هایی مانند قفل شدن طولانی مدت سرمایه و نوسانات قیمت اتر نیز وجود دارد که سرمایه گذاران باید به آن ها توجه کنند.

تحول اتریوم از اثبات کار به اثبات سهام، تنها یک تغییر فنی نبود؛ این رویداد نشان دهنده تعهد عمیق این شبکه به آینده ای پایدارتر و مقیاس پذیرتر در دنیای بلاکچین بود که گامی مهم در مسیر دستیابی به چشم انداز وب ۳ محسوب می شود.

درآمدزایی از الگوریتم اجماع اتریوم: استیکینگ (Staking)

با مهاجرت اتریوم به اثبات سهام، شیوه درآمدزایی از مشارکت در شبکه نیز تغییر کرده است. به جای ماینینگ، حالا «استیکینگ» (Staking) راه اصلی برای کسب پاداش و مشارکت در امنیت شبکه است. استیکینگ به معنای قفل کردن مقدار مشخصی از اتر در شبکه به عنوان وثیقه، برای تبدیل شدن به ولیدیتور و تأیید تراکنش ها و بلاک هاست.

روش های مختلفی برای استیکینگ اتر وجود دارد:

1. استیکینگ انفرادی (Solo Staking): این روش نیازمند حداقل ۳۲ اتر است که باید به عنوان سهام قفل شود. یک ولیدیتور انفرادی باید یک نود کامل اتریوم را اجرا کرده و به صورت ۲۴/۷ آنلاین باشد. این روش بالاترین پاداش را ارائه می دهد، اما نیازمند دانش فنی و تعهد بیشتری است.
2. استخرهای استیکینگ (Staking Pools): برای کاربرانی که کمتر از ۳۲ اتر دارند یا نمی خواهند نود خود را مدیریت کنند، استخرهای استیکینگ گزینه ای عالی است. در این استخرها، اترهای کاربران با هم تجمیع شده تا به آستانه ۳۲ اتر برسند و یک ولیدیتور فعال کنند. پاداش ها متناسب با سهم هر فرد تقسیم می شود. این روش ریسک و پیچیدگی کمتری دارد.
3. استیکینگ مایع (Liquid Staking): این روش از طریق پروتکل هایی مانند Lido یا Rocket Pool انجام می شود. کاربران اتر خود را استیک می کنند و در ازای آن توکن های نماینده (مانند stETH) دریافت می کنند. این توکن ها قابل معامله هستند و به کاربران اجازه می دهند در حین استیکینگ، از نقدینگی سرمایه خود بهره مند شوند.

ولیدیتورها و شرکت کنندگان در استیکینگ، پاداش هایی را از دو منبع اصلی دریافت می کنند: پاداش های پروتکل برای پیشنهاد و تأیید بلاک ها، و کارمزدهای تراکنش که به ولیدیتورها پرداخت می شود. با این حال، استیکینگ نیز مانند هر سرمایه گذاری، با ریسک هایی همراه است، از جمله نوسانات قیمت اتر، خطر اسلشینگ در صورت عدم عملکرد صحیح ولیدیتور، و ریسک های مربوط به پلتفرم های استیکینگ شخص ثالث.

آینده الگوریتم اتریوم: فراتر از مرج (Ethereum 2.0 / Serenity)

مرج، نقطه پایانی در تکامل اتریوم نبود، بلکه آغاز فاز جدیدی از توسعه آن بود که به عنوان «Ethereum 2.0» یا «Serenity» شناخته می شود. این فاز شامل مجموعه ای از آپدیت های آتی است که هر یک جنبه های خاصی از شبکه را بهبود می بخشند. این آپدیت ها با نام های مرحله ای مانند «The Surge»، «The Scourge»، «The Verge»، «The Purge» و «The Splurge» معرفی شده اند.

• The Surge: بر پیاده سازی کامل شاردینگ تمرکز دارد که به شبکه اجازه می دهد تراکنش ها را به صورت موازی پردازش کند و مقیاس پذیری را به طور چشمگیری افزایش دهد.
• The Scourge: هدف آن اطمینان از تمرکززدایی بیشتر و مقاومت در برابر سانسور است، به ویژه در مورد MEV (حداکثر ارزش قابل استخراج).
• The Verge: شامل پیاده سازی Verkle Trees است که اندازه بلاک ها را کاهش می دهد و به ولیدیتورها اجازه می دهد داده ها را با کارایی بیشتری ذخیره و تأیید کنند.
• The Purge: به کاهش فضای ذخیره سازی مورد نیاز برای نودها با حذف تاریخچه قدیمی و غیرضروری شبکه کمک می کند، که به افزایش کارایی و کاهش بار بر روی نودها منجر می شود.
• The Splurge: مجموعه ای از بهبودهای متفرقه و بهینه سازی هاست که هدف نهایی آن ها، تکمیل چشم انداز اتریوم به عنوان یک بلاکچین فوق العاده مقیاس پذیر، امن، پایدار و تمرکززدایی شده است.

این نقشه راه بلندپروازانه نشان می دهد که اتریوم همواره در تلاش برای بهبود و انطباق با نیازهای آینده وب ۳ است. هدف نهایی، ایجاد یک زیرساخت قدرتمند است که بتواند میلیاردها کاربر را پشتیبانی کند و بستری امن و کارآمد برای نوآوری های بلاکچینی فراهم آورد.

سوالات متداول

الگوریتم فعلی اتریوم چیست؟

الگوریتم فعلی اجماع اتریوم، اثبات سهام (Proof of Stake) نام دارد که پس از رویداد مرج (The Merge) در سپتامبر ۲۰۲۲ به طور کامل پیاده سازی شد.

آیا اتریوم هنوز قابل ماینینگ است؟

خیر، از زمان رویداد مرج، اتریوم دیگر قابل ماینینگ نیست. مکانیسم اثبات کار (PoW) به طور کامل از شبکه اصلی حذف شده و تنها از طریق استیکینگ می توان در تأمین امنیت شبکه مشارکت و پاداش دریافت کرد.

Ethash هنوز هم در شبکه های دیگر استفاده می شود؟

بله، الگوریتم Ethash اگرچه دیگر در شبکه اصلی اتریوم استفاده نمی شود، اما همچنان در برخی فورک ها و بلاکچین های دیگر مانند اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic) و Ethereum PoW (ETHW) برای ماینینگ استفاده می شود.

تفاوت اصلی PoW و PoS چیست؟

تفاوت اصلی در نحوه تأیید تراکنش ها و افزودن بلاک هاست: در PoW، ماینرها با حل پازل های محاسباتی و مصرف انرژی زیاد رقابت می کنند، در حالی که در PoS، ولیدیتورها با قفل کردن دارایی (استیکینگ) در شبکه انتخاب می شوند.

آیا اتریوم کلاسیک هم از PoS استفاده می کند؟

خیر، اتریوم کلاسیک (ETC) که یک فورک از شبکه اصلی اتریوم است، همچنان از الگوریتم اثبات کار (PoW) و الگوریتم Ethash برای ماینینگ استفاده می کند و به اثبات سهام منتقل نشده است.

برای تبدیل شدن به ولیدیتور در اتریوم به چقدر ETH نیاز است؟

برای تبدیل شدن به یک ولیدیتور کامل در شبکه اتریوم و اجرای نود اختصاصی، حداقل ۳۲ واحد اتر (ETH) مورد نیاز است که باید به عنوان سهام قفل شود.

آیا استیکینگ اتریوم امن است؟

استیکینگ اتریوم به طور کلی امن است، اما با ریسک هایی مانند نوسانات قیمت اتر، خطر اسلشینگ (جریمه شدن سهام در صورت رفتار نادرست یا قطعی نود ولیدیتور) و ریسک های پلتفرم های استیکینگ شخص ثالث همراه است. انتخاب پلتفرم معتبر و درک مکانیزم ها اهمیت دارد.

نتیجه گیری

الگوریتم اتریوم، که روزگاری بر پایه اثبات کار و ماینینگ استوار بود، امروز با یک تحول بنیادین به اثبات سهام کوچ کرده است. این تغییر نه تنها یک پیشرفت فنی عمیق محسوب می شود، بلکه نمادی از تعهد اتریوم به آینده ای پایدارتر، مقیاس پذیرتر و کارآمدتر در فضای بلاکچین است. رویداد مرج، نقطه عطف این دگرگونی بود که مسیر را برای نوآوری های آتی و پذیرش گسترده تر این شبکه هموار ساخت.

با الگوریتم اثبات سهام، اتریوم اکنون با مصرف انرژی به مراتب کمتر، امنیت بهبودیافته و پتانسیل مقیاس پذیری بسیار بالاتر، جایگاه خود را به عنوان یکی از پیشگامان اصلی در توسعه زیرساخت های وب ۳ مستحکم تر کرده است. این تحولات نشان دهنده پویایی و قدرت تطبیق پذیری این بلاکچین است که همواره در تلاش است تا با چالش ها مقابله کرده و چشم انداز خود را برای ساخت یک اینترنت غیرمتمرکز، امن و در دسترس برای همگان محقق سازد.