اوروبوروس (Ouroboros)؛ پروتکل اجماع کاردانو

واژه اوروبوروس از یونان باستان گرفته شده است و به معنای «دم خوار» یا «بلعنده دم» است.

این نماد نشان دهنده زمان بی‌نهایت یا با بازگشت به خود چرخه‌ای است که هرگز به پایان نمی‌رسد و همیشه در یک حلقه ابدی است.

بسیاری از فرهنگ‌ها از زمان مصر باستان (13 قرن قبل از میلاد مسیح) از این نماد استفاده کرده‌اند و تعابیر مختلفی برای آن مطرح کرده‌اند.

با این حال، رایج‌ترین تفسیر و نشانه نماد اوروبوروس به هم پیوستگی و بی‌نهایت بودن جهان است. اما در دنیای بلاک‌چین، Ouroboros چیست و چرا به وجود آمده است؟

نکات کلیدی

• اوروبوروس (Ouroboros) یک پروتکل اثبات سهام است که با حداقل مصرف انرژی، تضمین‌های امنیتی مکانیسم اثبات کار را فراهم می‌کند و آن‌ها را بهبود می‌بخشد.
• اوروبوروس یا دُنب‌خوار نمادی باستانی از مار یا اژدهایی است که دم خودش را می‌خورد. این نماد، نشان‌دهنده چرخه ابدی تناسخ یا ابدیت جهان است.
• Ouroboros، با تقسیم زنجیره‌ها به ایپاک‌ها (epoch) یا دوره‌هایی که خود به شکاف‌ها یا اسلات‌های زمانی تقسیم می‌شوند،بلوک‌های تراکنش را پردازش می‌کند.
• پروتکل اوروبوروس شامل 6 نسخه Classic ،BFT ،Praos ،Genesis ،Chronos و Crypsinous است.

اوروبوروس چیست؟

اوروبوروس (Ouroboros) پروتکل اجماع بلاک‌چین کاردانو است که سازندگان، آن را اولین مکانیسم ایمن اثبات سهام می‌دانند.

اوروبوروس همچنین اولین پروتکل بلاک‌چین بر اساس تحقیقات بازبینی همتا (peer-reviewed) است.

سازندگان پروتکل Ouroboros تکنولوژی و علم ریاضی را با روان‌شناسی رفتاری و اصول فلسفه اقتصادی ترکیب کرده‌اند تا مکانیسم تأیید این پروتکل را ایجاد کنند.

بنابراین، اوروبوروس امنیت و پایداری هر بلاک‌چینی را که از این پروتکل استفاده کند، در این مورد بلاک‌چین کاردانو، تأمین می‌کند.

نتیجه تلاش‌های تیم توسعه، پروتکلی با امنیت پیشرفته است که امکان انتشار یک شبکه بدون نیاز به مجوز (permissionless) با حداقل مصرف انرژی را در سطح جهان فراهم می‌کند.

نام این پروتکل از اساطیر مصری گرفته شده است که به طور دقیق‌تر به معنای مار یا اژدهایی که دم خود را گاز می‌گیرد و با این کار یک دایره بسته را تشکیل می‌دهد.

در سال 2017، چارلز هاسکینسون خالق شبکه کاردانو این نام را برای پروتکل اثبات سهام (PoS) کاردانو انتخاب کرد.

در این مورد، اوروبوروس نشان دهنده امکان رشد بی‌نهایت و اخلاقی یک بلاک‌چین با مقیاس پذیری روزافزون است. Ouroboros به ویژه بیانگر فرصتی برای ایجاد یک بلاک‌چین با مصرف انرژی حداقلی است.

اوروبوروس به ایجاد و به ثمر رساندن شبکه‌های توزیع شده و بدون نیاز به مجوز کمک می‌کند؛ شبکه‌هایی که می‌توانند به صورت پایدار از بازارهای جدید پشتیبانی کنند.

اوروبوروس چگونه کار می‌کند؟

Ouroboros بلوک‌های تراکنش را با تقسیم زنجیره‌ها به ایپاک‌ها (epoch) یا دوره‌هایی که خود به شکاف‌ها یا اسلات‌های زمانی تقسیم می‌شوند، پردازش می‌کند.

این اسلات‌های زمانی دوره‌های کوتاهی هستند که در آن‌ها شبکه بلوک‌های جدیدی به زنجیره اضافه می‌کند. شبکه برای هر یک از این اسلات‌ها یک نود را به عنوان رهبر انتخاب می‌کند.

نود انتخاب شده وظیفه اضافه کردن بلوک به زنجیره و ارسال بلوک به رهبر بعدی را بر عهده دارد. نودها به طور متناسب بر اساس تعداد توکن‌های استیک شده انتخاب می‌شوند.

برای مقابله با این مشکل که شاید کسی سعی کند با فعالیت خرابکارانه خود در بلاک‌چین اختلال ایجاد کند، هر نود در بلاک‌چین باید چند بلوک آخر را به عنوان بلوک‌های موقت در نظر بگیرد.

تنها زمانی که تعداد مشخصی بلوک موقت بالای یک بلوک وجود داشته باشد، مشخص می‌شود که بلوک به بخش نهایی زنجیره تبدیل شده است.

این مفهوم به نام «تأخیر تسویه» (به انگلیسی settlement delay) معروف است. این مکانیسم امکان منتقل شدن زنجیره به طور ایمن بین مشارکت کنندگان را فراهم می‌کند.

اوروبوروس تلفیقی از نوآوری تکنولوژیکی و فلسفه است. تحقیقات انجام شده روی این پروتکل به بررسی نحوه رفتار جامعه می‌پردازد تا به یک تعادل ایده آل بین منافع فردی و جمعی که به عنوان «نظریه بازی» شناخته می‌شود، برسد.

هدف سازندگان این است که از طریق این مکانیسم با دادن پاداش به مشارکت کنندگان درستکار اکوسیستم، آن‌ها را تشویق کند و در عین حال بازیگران خرابکار را با جریمه کردن دلسرد کند.

اثبات سهام (Proof-Of-Stake) و اثبات کار (Proof-Of-Work)

پروتکل‌های اصلی بلاک‌چین به دو دسته اثبات سهام (PoS) و اثبات کار (PoW) تقسیم می‌شوند. این پروتکل‌ها الگوریتم‌های اجماع برای شبکه‌های توزیع شده هستند.

به عبارت دیگر، این پروتکل‌ها مجموعه قوانینی هستند که نحوه به اجماع رسیدن شبکه‌ها (که از هزاران نود تشکیل شده‌اند) در مورد اضافه شدن بلوک‌های جدید در یک محیط بدون نیاز به مجوز را تعیین می‌کنند.

بیشتر بخوانید: راهنمای جامع انواع الگوریتم‌های اجماع در بلاک‌چین

مکانیسم اثبات کار پروتکل بلاک‌چینی است که در شبکه بیت‌کوین استفاده می‌شود. این مکانیسم در ابتدای معرفی با فراهم کردن زمینه برای ایجاد شبکه‌های توزیع شده، بدون نیاز به مجوز و ایمن انقلابی به پا کرد.

اما اثبات کار برای دستیابی به اجماع در مورد هر بلوک جدید به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد.

مقدار این انرژی به قدری زیاد است که بلاک‌چین‌ها برای ماندگاری، مقیاس پذیری و پاسخگویی به نیازهای شبکه‌های جهانی با مشکل روبرو می‌شوند.

بیشتر بخوانید: بلاک‌چین کربن منفی چیست؟

مکانیسم اثبات سهام با هدف برطرف کردن مشکلات عملکرد و مصرف انرژی در روش اثبات کار طراحی شده و راه حل پایدارتری برای رسیدن به اجماع ارائه می‌کند.

اثبات سهام به جای نیاز به «ماینرها»، از میان مشارکت کنندگان در شبکه (در شبکه کاردانو، استخرهای سهام) یکی را بر اساس میزان سهامی که در اختیار دارند انتخاب می‌کند تا بلوک‌های جدید را ایجاد کند.

این مکانیسم شبکه‌ها را قادر می‌سازد تا با افزودن نودهای بیشتر به صورت افقی مقیاس پذیر شوند؛ این برخلاف مکانیسم اثبات کار است که با افزودن سخت افزار قوی‌تر به صورت عمودی عملکردش ارتقا پیدا می‌کند.

تفاوت حاصل در مصرف انرژی را می‌توان به تفاوت در مصرف یک خانواده و یک کشور کوچک تشبیه کرد. اثبات سهام می‌تواند در سطح کلان مقیاس پذیر شود اما اثبات کار نه.

ویژگی‌های Ouroboros

اوروبوروس با هدف بازتعریف پارامترهای جدید برای دنیای جدید ایجاد شده است. پروتکلی امن‌تر، مقیاس پذیرتر و کارآمدتر از هر پروتکلی که تا به حال ساخته شده است،

Ouroboros چند ویژگی منحصر به فرد دارد از جمله:

امنیت ثابت شده

امنیت اوروبوروس در برابر مهاجمان را می‌توان از نظر ریاضی اثبات کرد.

این پروتکل تا زمانی که 51 درصد از سهام آن، یعنی توکن کاردانو (ada)، در اختیار مشارکت کنندگان درستکار باشد از حملات خرابکارانه در امان است.

این امر علاوه بر سایر مفاهیم جدید، از طریق انتخاب تصادفی رهبر نودها محقق می‌شود. پروتکل اوروبوروس از طریق تکرارهای جدید و تحلیل امنیتی دقیق به تکامل خود ادامه می‌دهد.

مشوق‌ها و پاداش‌ها

پروتکل Ouroboros برای اطمینان از پایداری شبکه‌های بلاک‌چین دارای مکانیسم تشویقی است که به مشارکت کنندگان شبکه پاداش می‌دهد.

کاربران می‌توانند این پاداش‌ها را از طریق مدیریت کردن یک استخر سهام یا واگذاری سهام کاردانوی خود به یک استخر سهام به دست بیاورند.

با انجام هر یک از این فعالیت‌ها می‌توان پاداش‌هایی (به شکل توکن کاردانو) به دست آورد.

بیشتر بخوانید: سهام‌گذاری ارزهای دیجیتال چیست؟

نمایندگی سهام و استخرهای سهام

اوروبوروس یک پروتکل اثبات سهام است و کنترل شبکه را در میان استخرهای سهام توزیع می‌کند.

این استخرها در واقع اپراتورهای نودها هستند که با زیرساخت مورد نیاز از اتصال ثابت و مطمئن به شبکه اطمینان حاصل می‌کنند.

برای هر اسلات، یک استخر سهام به عنوان رهبر اسلات اختصاص داده می‌شود و در ازای اضافه کردن بلوک‌های جدید به زنجیره به این استخر پاداش تعلق می‌گیرد.

دارندگان توکن کاردانو می‌توانند سهام خود را به یک استخر سهام خاص واگذار کنند و شانس آن استخر برای انتخاب شدن به عنوان رهبر اسلات را افزایش دهند. با این کار، آن‌ها بخشی از پاداش استخر سهام را دریافت کنند.

کارآمد از نظر انرژی

اوروبوروس بزرگ‌ترین چالش پیش روی بلاک‌چین‌های موجود یعنی نیاز به انرژی هر چه بیشتر برای دستیابی به اجماع را حل می‌کند.

حالا بلاک‌چین کاردانو به لطف اوروبوروس می‌تواند به طور ایمن، پایدار و اخلاقی مقیاس پذیر شود و تا چهار میلیون برابر بلاک‌چین بیت‌کوین راندمان انرژی داشته باشد.

پیاده سازی‌های اوروبوروس

اگرچه عملیات اوروبوروس از نظر کلی به یک شکل است، اما این پروتکل چند پیاده سازی مختلف دارد.

نسخه‌های مختلف اوروبوروس عبارت‌اند از:

• اوروبوروس کلاسیک (Ouroboros Classic)
• اوروبوروس تحمل خطای بیزانس (Ouroboros BFT)
• اوروبوروس پراوس (Ouroboros Praos)
• اوروبوروس جنسیس (Ouroboros Genesis)
• اوروبوروس کریپسینوس (Ouroboros Crypsinous)
• اوروبوروس کرونوس (Ouroboros Chronos)

اوروبوروس کلاسیک

اولین پیاده سازی اوروبوروس به سه نقطه عطف کلیدی دست یافت:

• پایه و اساس یک پروتکل کارآمد از نظر انرژی برای رقابت با مکانیسم اثبات کار
• معرفی چارچوب ریاضی برای تحلیل مکانیسم اثبات سهام
• اجرای یک مکانیسم تشویقی جدید برای پاداش دادن به شرکت کنندگان در محیط اثبات سهام

اما آنچه که واقعاً اوروبوروس را از سایر پروتکل‌های بلاک‌چین (مخصوصاً پروتکل‌های اثبات سهام) متمایز می‌کند، توانایی آن در انتخاب تصادفی و بی‌طرفانه رهبرهای پروتکل و تضمین امنیت متعاقب آن بود.

تصادفی بودن از تشکیل الگوها جلوگیری می‌کند که این برای حفظ امنیت پروتکل بسیار مهم است. اوروبوروس اولین پروتکل بلاک‌چین بود که با این نوع تحلیل امنیتی دقیق توسعه یافت.

اوروبوروس تحمل خطای بیزانس

Oroboros Fault Tolerance (BFT) یا تحمل خطای بیزانس، دومین پیاده سازی پروتکل اوروبوروس بود که در جریان به روز رسانی بایرون (مهاجرت از پایگاه کد قدیمی کاردانو به پایگاه جدید) استفاده شد.

این نسخه دوم، پروتکل کاردانو را برای غیرمتمرکز کردن شبکه که محصول هارد فورک شلی (Shelley) بود آماده کرد.

اوروبوروس تحمل خطای بیزانس، ارتباط هم‌زمان بین شبکه‌ای از سرورهای متحد، یعنی بلاک‌چین، را ممکن می‌کند و رسیدن به اجماع دفتر کل لجر را به روشی ساده‌تر و قطعی‌تر امکان پذیر می‌کند.

بیشتر بخوانید: هارد فورک کاردانو (Vasil) چیست و چگونه سرنوشت کاردانو را تغییر می‌دهد؟

اوروبوروس پراوس

Ouroboros Praos بهبودهای امنیتی و مقیاس پذیری قابل توجهی را در پیاده سازی کلاسیک ایجاد کرد.

نسخه Praos بلوک‌های تراکنش را با تقسیم زنجیره‌ها به اسلات‌های متعدد که به صورت ایپاک تجمیع می‌شوند پردازش می‌کند. اما نسخه پراوس بر خلاف اوروبوروس کلاسیک در یک محیط نیمه هم‌زمان تحلیل می‌شود و در برابر مهاجمان امنیت بالایی دارد.

در پراوس با استفاده از راهکارهایی مانند انتخاب رهبر به صورت خصوصی و امضاهای کلیدی در حال تغییر سعی می‌شود از اینکه یک دشمن قوی بتواند رهبر اسلات بعدی را پیش‌بینی کرده و یک حمله متمرکز (مانند حمله DDoS) به شبکه انجام دهد جلوگیری شود.

اوروبوروس جنسیس

تکرار یا ایتریشن چهارم اوروبوروس به نام جنسیس (Genesis) پس از پیاده سازی، به ارتقای بیشتر نسخه پراوس کمک می‌کند.

در واقع، جنسیس با افزودن یک قانون جدید برای انتخاب زنجیره که به طرفین امکان می‌دهد بدون نیاز به رد کردن نقاط بازرسی ایمنی یا هر فرضی در مورد در دسترس بودن در گذشته، راه‌اندازی شوند.

در وایت پیپر جنسیس همچنین اثبات ترکیب پذیری سراسری پروتکل ارائه شده است که نشان می‌دهد این پروتکل را می‌توان با سایر پروتکل‌ها در پیکربندی‌های دلخواه در یک محیط واقعی، بدون از دست دادن ویژگی‌های امنیتی آن، ترکیب کرد.

اوروبوروس کریپسینوس

نسخه Ouroboros Crypsinous تکرار جنسیس را به ویژگی‌های حفظ حریم خصوصی مجهز می‌کند.

کریپسینوس اولین پروتکل بلاک‌چین اثبات سهام و حفظ حریم خصوصی است که به طور رسمی تحلیل شده است.

این نسخه از اوروبوروس با یک تکنیک جدید تکامل کوین با تکیه بر SNARK‌ها و رمزگذاری ایمن کلید خصوصی، امنیت شبکه را در برابر حملات مختلف تأمین می‌کند و در عین حال حریم خصوصی کاربران را به خوبی حفظ می‌کند.

Crypsinous در حال حاضر برای پیاده سازی در کاردانو برنامه ریزی نشده است، اما زنجیره‌های دیگر می‌توانند از آن برای افزایش شرایط حفظ حریم خصوصی خود استفاده کنند.

بیشتر بخوانید: zkSNARK چیست و چرا در بلاک‌چین اهمیت دارد؟

اوروبوروس کرونوس

نسخه Chronos دو هدف را محقق می‌کند:

• نشان می‌دهد که چگونه پروتکل‌های بلاک‌چین می‌توانند کلاک‌ها (ساعت‌ها) را به‌طور ایمن از طریق یک مکانیسم جدید همگام‌سازی زمان جدید همگام‌سازی کنند و در نتیجه از سرویس‌های زمانی خارجی بی‌نیاز شوند.
• یک منبع زمان امن از نظر رمزنگاری برای پروتکل‌های دیگر فراهم می‌کند. به طور خلاصه، Chronos دفتر کل را در برابر حملاتی که اطلاعات زمانی را هدف قرار می‌دهند، مقاوم‌تر می‌کند.

از نقطه نظر کاربردی، Chronos می‌تواند تاب آوری ارتباطات راه دور، حمل و نقل و سایر زیرساخت‌های فناوری اطلاعات حیاتی را که نیاز به همگام‌سازی زمان محلی با یک کلاک شبکه یکپارچه دارد، به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

سؤالات متداول

سخن پایانی

انقلاب بلاک‌چین با بیت‌کوین آغاز شد و حالا با اوروبوروس (Ouroboros) شبکه کاردانو ادامه پیدا می‌کند.

اوروبوروس یک پروتکل اثبات سهام است که امنیت موجود در مکانیسم اثبات کار را در کسری از زمان و با حداقل انرژی تأمین می‌کند و حتی آن را بهبود می‌بخشد.

اوروبوروس برای تضمین یکپارچگی، ماندگاری و عملکرد پروتکل و شبکه‌های توزیع شده‌ای که به آن وابسته هستند، از رمزنگاری، ترکیب شناسی و نظریه بازی در ریاضی استفاده می‌کند.