هش گراف چیست؟ نسل جدید مکانیزم اجماع یا جایگزین بلاکچین؟

بلاکچین فناوری قابل تحسینی است که موجب ایجاد شبکه‌ها و پروژه‌های فراوانی شده است. اما با اینهمه، به این دفتر کل توزیع شده (DLT) هم انتقاداتی وارد است. هش گراف (Hashgraph) به عنوان یک مکانیزم اجماع جدید با تکیه بر ساختاری متفاوت و همچنین به عنوان یکی دیگر از انواع دفتر کل توزیع شده، متولد شد تا ویژگی‌های سرعت، منصفانه بودن و ایمنی در برابر برخی حملات را همزمان فراهم کند. اگر کنجکاو شده‌اید بدانید هش گراف چیست و چطور کار می‌کند، چه ویژگی‌هایی دارد و تفاوت آن با بلاکچین چیست، خواندن این مقاله از میهن بلاکچین را از دست ندهید. 

هش گراف چیست؟

الگوریتم اجماع هش گراف در سال ۲۰۱۵ توسط دکتر لیمون برد (Leemon Baird)‌ ایجاد شد. او هم‌بنیان‌گذار و از جمله دانشمندان ارشد شبکه هدرا (Hedera) و همچنین بنیان‌گذار شرکت Swirlds است. همانطور که در ابتدای این مقاله گفتیم، تعریف هش گراف با دو عبارت اصلی گره خورده است؛ یکی مکانیزم اجماع و دیگری دفتر کل توزیع شده. پس هش گراف فقط یک پروتکل اجماع نیست و به عنوان یکی از قدرتمندترین دفاتر کل توزیع شده خودش را معرفی می‌کند. 

هش گراف به عنوان یک مکانیزم اجماع، جایگزین یا در واقع نسل جدید تکنولوژی نهفته در مکانیزم‌های اجماع بلاکچین معرفی می‌شود. پس اگر جایی شنیدید که هش گراف رقیب و جایگزین بلاکچین است، تعجب نکنید. Hashgraph به جای استفاده از توان محاسباتی شبکه‌های بزرگ به منظور تایید تراکنش‌ها، راهکار بهتری ارائه می‌دهد؛ یعنی تراکنش‌ها از طریق پروتکلی تایید می‌شوند که به ارتباط میان نودها تکیه دارد. Hashgraph اطلاعات را ذخیره می‌کند، آنها را از طریق رمزنگاری ایمن و دسترسی‌ها را محدود می‌کند و در نهایت از این داده‌های ذخیره‌شده، برای تایید تراکنش‌ها استفاده می‌کند. 

با مقایسه بلاکچین و هش گراف، متوجه می‌شویم که تفاوت این دو فناوری، در روش رسیدن به اجماعشان خلاصه می‌شود. همچنین در بلاکچین، هر بلاک با استفاده از داده‌های خود به بلاک قبلی متصل می‌شود و اعتبارسنج‌ها آنها را تایید می‌کنند. به این ترتیب بلاک بعدی ساخته می‌شود. این فرایند منجر به ایجاد یک زنجیره می‌شود. اما هش گراف یک زنجیره نیست؛ تمام اطلاعات در یک دفتر کل رمزگذاری‌شده نگهداری می‌شوند و هر کاربر (نه فقط اعتبارسنج‌ها) در فرایند اعتبارسنجی مشارکت می‌کند. ساختار داده و الگوریتم اجماع هش گراف زیرساختی جدید را برای اجماع توزیع‌شده فراهم کرده است. 

ایده و هدف هش گراف چیست؟

بلاکچین مثل درختی است که هرچه رشد می‌کند، شاخ و برگ‌های آن هرس می‌شود. عملیات هرس کردن برای این لازم است که بلاک‌ها تحت کنترل بمانند. همچنین به این ترتیب می‌توان مطمئن شد که دفتر کل تنها از یک زنجیره بلاک تشکیل شده و پای زنجیره‌های دیگر در میان نیست. ایده هش گراف این است که به جای هرس کردن، هرگونه رشد شبکه را به داخل بدنه دفتر کل هدایت کند. تصویر زیر بهتر می‌تواند این مفهوم را روشن کند.

در هر دو فناوری مذکور، هر کاربر می‌تواند تراکنشی ایجاد کند که سرانجام در یک کانتینر (بلوک) قرار می‌گیرد و سپس در سراسر شبکه توزیع‌شده، پخش می‌شود. در بلاکچین،‌ هر کدام از این بلاک‌های کانتینر به منظور تبدیل شدن به یک زنجیره طولانی واحد در نظر گرفته می‌شوند. اگر دو بلاک در یک زمان واحد ایجاد شوند، نودهای شبکه سرانجام یکی از زنجیره‌ها را انتخاب و دنبال می‌کنند. به این ترتیب عمل فورک بلاکچین و تقسیم آن به دو زنجیره متفاوت اتفاق می‌افتد. یعنی چیزی شبیه به هرس کردن رخ می‌دهد. 

هدف الگوریتم اجماع Hashgraph این است که به جامعه کاربران اجازه توافق بر سر برخی مسائل را بدهد. در مواقعی که تمام کاربران به یک شخص واحد اعتماد ندارند، به کمک این سیستم اعتماد ایجاد می‌شود. در بخش بعدی به سازوکار Hashgraph می‌پردازیم و بهتر متوجه کارایی آن می‌شویم.

هش گراف چطور کار می‌کند؟

در هش گراف برخلاف بلاکچین، هیچ‌کدام از بلوک‌ها نادیده گرفته نمی‌شوند و تمام آنها در دفتر کل گنجانده می‌شوند؛ یعنی تمام شاخه‌ها و زنجیره‌ها، تا ابد در دفتر کل می‌مانند و تشکیل یک ساختار کلی و واحد می‌دهند. همین مسئله یکی از مواردی است که به نظر برخی از افراد، باعث برتری Hashgraph نسبت به بلاکچین است.

Hashgraph‌ از یک الگوریتم تحمل خطای بیزانس نامتقارن یا غیرهمزمان بهره می‌برد. این یعنی هیچ‌ نودی به تنهایی نمی‌تواند مانع از دستیابی به اجماع و عدم فعالیت شبکه شود. همچنین اگر توافقی حاصل شود، هیچ‌کدام از نودها به تنهایی امکان تغییر اجماع را ندارند.

اجماع هش گراف از طریق مفاهیم گاسیپ (Gossip) و رای‌دهی مجازی صورت می‌گیرد. این مسئله سرعت و کارایی بالایی را ایجاد می‌کند که در سایر الگوریتم‌های مبتنی بر اجماع نظیر گواه اثبات کار دیده نمی‌شود. هش گراف از ساختار گراف غیرمدور جهت‌دار یا DAG بهره می‌برد که کمی جلوتر به آن می‌پردازیم.

اطلاعات اولیه در این سیستم، Gossip نام دارد و اطلاعات بعدی که در مورد این گاسیپ‌هاست، تحت عنوان Gossip about Gossip نامیده می‌شود. در حقیقت هش گراف به جای آنکه از خود محتوا برای ایجاد اجماع استفاده کند، از اطلاعاتی در مورد داده‌ها بهره می‌برد که در واقع همان پروتکل گاسیپ است. اطلاعات تراکنش‌ها هش می‌شوند و داده‌ها و تراکنش‌های جدید هم به آنها اضافه می‌شوند. 

آشنایی با مفاهیم گاسیپ و گراف جهت‌دار غیرمدور

برای درک بهتر ساختار و نحوه کارکرد هش گراف، اشاره‌ای مختصر به مفاهیمی می‌کنیم که در بالا از آنها نام بردیم.

• گاسیپ: اطلاعاتی که در مورد داده‌ها به دست می‌آیند، با نام Gossip شناخته می‌شوند. ساختار این داده‌ها شامل برچسب زمانی (Timestamp) و اطلاعات دو هش از آخرین رویدادهایی است که توسط دو نود اتفاق افتاده است. این نودها همگی به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند و اطلاعات را در سراسر شبکه منتشر می‌کنند.
• Gossip about Gossip: اطلاعاتی که در مورد داده‌های تراکنش‌ها منتشر می‌شود، با نام Gossip about Gossip شناخته می‌شود. این اطلاعات در شبکه هش گراف با استفاده از رویدادی تحت عنوان Gossip Sync همگام می‌شود. به این ترتیب تمام داده‌ها در سراسر هش گراف منتشر و اجماع حاصل می‌شود.
• رای‌دهی مجازی: نودها رویدادها را با هم مقایسه می‌کنند و از طریق الگوریتم رای‌دهی به اجماع می‌رسند. وقتی یک نود تراکنشی را دریافت می‌کند، یک برچسب زمانی به آن تراکنش تخصیص داده می‌شود. وقتی تراکنش به سایر نودها می‌رسد، در نهایت یک تایم استمپ زمانی به آن تخصیص داده می‌شود که میانه تمام تایم استمپ‌هایی است که گره‌ها در شبکه به آن تراکنش اختصاص داده‌اند. این میانه در واقع مثل نتیجه رای‌دهی‌ها عمل می‌کند. چنین مکانیزمی منجر به ایجاد سیستمی می‌شود که نسبت به بلاکچین منصفانه‌تر عمل می‌کند؛ چرا که شبکه در آن تصمیم می‌گیرد، نه نودها.
• گراف جهت‌دار غیرمدور: DAG یک ساختار داده است که از نودها و یال‌های جهت‌دار تشکیل شده است. ویژگی کلیدی دگ این است که یال‌ها جهت‌دار هستند و گراف فاقد هر گونه حلقه است. DAGها در دفاتر کل توزیع شده تاریخچه تراکنش‌ها یا رویدادهای درون شبکه را نشان می‌دهند. هر یک از راس‌های گراف هم نشان‌گر رویدادها یا تراکنش‌ها هستند. یال‌ها در این ساختار ارتباط میان رویدادها را به نمایش می‌گذارند. گراف‌های جهت‌دار غیرمدور برای نمایش وضعیت شبکه و ترتیب تراکنش‌ها کاربرد دارند.

ویژگی‌هاو مزایا و معایب Hashgraph

اگر بخواهیم به مزایای هش گراف اشاره کنیم، باید از موارد زیر یاد کنیم:

• عملکرد: به لحاظ انرژی و عملکرد، هش گراف یک پروتکل کاربردی است.
• ذخیره انرژی: هش گراف در مقایسه با دفاتر کل توزیع شده بلاکچین، هزینه انرژی کمتری دارد. دلیلش هم این است که از گواه اثبات کار که انرژی زیادی مصرف می‌کند، جلوگیری می‌کند. همچنین افراد و سازمان‌هایی که می‌خواهند نودهای هش گراف را اجرا کنند، نیازی به خرید تجهیزات و ریگ ماینینگ گران‌قیمت ندارند. تنها کافی است از تجهیزات ارزان‌تری که به صورت آماده در دسترس هستند، استفاده کنند.
• کارآمدی: هش گراف کارآمدی بسیار بالایی دارد. در بلاکچین برخی مواقع،‌ کار انجام‌شده به هدر می‌رود؛ چرا که ممکن است بلاک دور انداخته شود و مورد استفاده قرار نگیرد. اما در هش‌گراف چنین نیست و تمام اطلاعات حفظ می‌شوند. هش گراف همچنین به پهنای باند کمی برای رسیدن به برچسب زمانی اجماع و مرتب کردن تراکنش‌ها برای اجرا نیاز دارد.
• توان پردازشی و سرعت: سرعت، یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های هش گراف است که به پهنای باند مربوط است؛ یعنی اگر هر نود از پهنای باند کافی برای دانلود و آپلود تراکنش‌ها برخوردار باشد، شبکه می‌تواند تراکنش‌های زیادی را در هر ثانیه پردازش کند. چنین عملی حتی به کمک اینترنت‌های خانگی هم قابل انجام است.
• کارایی وضعیت: زمانی که یک تراکنش انجام می‌شود، تمام نودهای شبکه به سرعت می‌فهمند که آن تراکنش در تاریخچه تراکنش‌های شبکه، در کجا قرار می‌گیرد. یعنی در یک سیستم رمزارزی کوچک، هر نود تنها لازم است که بالانس فعلی هر حساب غیرخالی را در شبکه ذخیره کند. به این معنا که نیاز به یادآوری و ذخیره تاریخچه تمام تراکنش‌ها نیست.
• برابری: در هش گراف برابری وجود دارد. چرا که هیچ نود یا ماینری برای مشخص کردن Timestamp اجماعی که به یک تراکنش تخصیص داده شده است، دسترسی و مجوز ویژه‌‌ای ندارد. بلکه تایم استمپ اجماع برای تراکنش‌ها از طریق فرایندهای رای‌دهی اتوماتیک در الگوریتم محاسبه می‌شود. علاوه بر این، هیچ نودی نمی‌تواند مانع از ورود یک تراکنش به سیستم شود و این مسئله باز هم از برابری خبر می‌دهد. از آنجایی که برچسب زمانی که به هر تراکنش اختصاص داده می‌شود، به صورت منصفانه تعیین می‌شود، ترتیب سفارش‌ها هم به همین شکل منصفانه است و خبر از نابرابری نیست.

اینها مزایای هش گراف هستند، اما عیب آن چیست؟ از جمله معایبی که می‌توان برای هش گراف برشمرد، این است که هنوز به صورت وسیع مورد پذیرش و استفاده قرار نگرفته است و این برای مکانیزمی که آن را جایگزینی برای بلاکچین می‌دانند، امری پسندیده نیست. به جز این، درست است که گفتیم هش گراف هزینه تجهیزات کمتری نیاز دارد، اما نباید از هزینه فضای ذخیره‌سازی و پهنای باند غافل شد.

وضعیت فعلی هش گراف چگونه است؟

همانطور که اشاره کردیم، استفاده از هش گراف هنوز چندان گسترش پیدا نکرده و از این لحاظ، موفقیتی نداشته است. هم‌‌اکنون شبکه هدرا با رمزارز بومی خود با نام HBAR از هش گراف استفاده می‌کند. 

پرسش و پاسخ (FAQ)

• هش گراف چیست؟
  مکانیزم اجماع و یکی از انواع دفاتر کل توزیع شده است که از برچسب زمانی و پروتکل گاسیپ برای تایید تراکنش‌ها و ترتیب آنها استفاده می‌کند. در این سیستم، نودها اطلاعات خود را به صورت تصادفی با سایر نودهای شبکه به اشتراک می‌گذارند.
• تفاوت هش گراف و بلاکچین چیست؟
  هش گراف سرعت و کارایی بالاتری دارد و در مقایسه با بلاکچین، عملکرد منصفانه‌تری از خود ارائه می‌دهد. همچنین نحوه به اجماع رسیدن این دو DLT نیز با هم تفاوت دارد.

جمع‌بندی

نام دفتر کل توزیع‌شده که به میان می‌آید، همه از بلاکچین حرف می‌زنند؛ غافل از اینکه انواع دیگری از DLT هم وجود دارند. یکی از این دفاتر کل، هش گراف نامیده می‌شود. Hashgraph به کمک پروتکل گاسیپ و رای‌دهی مجازی، سرعت و مقیاس‌پذیری را به همراه می‌آورد و در تایید تراکنش‌ها، کاملا منصفانه عمل می‌کند. در این مقاله توضیح دادیم که تفاوت بلاکچین و هش گراف چیست و این ساختار داده چه ویژگی‌هایی دارد. با توجه به آنچه مطالعه کردید، آیا به نظرتان هش گراف جایگزین مناسبی برای بلاکچین است؟ آیا اصلا می‌تواند بلاکچین را کنار بزند؟ یا اینکه فکر می‌کنید هر کدام از این فناوری‌ها باید در جایگاه خود قرار گیرند و مقایسه میان آنها کار نادرستی است؟ مشتاقیم بدانیم نظر شما در این رابطه چیست.