هش گرف (Hashgraph) چیست؟

هش گرف (Hashgraph) یک پروتکل ارتباطی جدید است که با توجه به این که اخیرا به عنوان یک فناوری معرفی شده است توجه ها را به این موضوع جلب کرده است که احتمالا ممکن است کاربردهای آن باعث منسوخ شدن فناوری بلاک چین شود. در ادامه قصد داریم با توجه به این که این فناوری نوپا است، اطلاعاتی کامل در این باره ارائه و همچنین این فناوری را با فناوری بلاک چین و سرنوشتی که بلاک چین در کنار این فناوری جدید خواهد داشت، بررسی کنیم.

قابلیت های فناوری هش گراف عبارت است از:

• سریع است: در هر ثانیه ۲۵۰ هزار تراکنش را انجام می دهد
• عادلانه است: معقول بودن آن با روابط ریاضی اثبات شده است (از طریق Consensus Time Stamping)
• امنیت دارد: مانند سطح امنیت بانک ها

خواندن این سه ویژگی که برای فناوری هش گرف مشخص شده است ذهن ها را به این سمت می برد که احتمالا این فناوری نوپا قرار است بازی را تغییر دهد. با توجه به این که می تواند ۲۵۰ هزار تراکنش را در ثانیه انجام دهد مشکل مقیاس پذیری که هم حالا هم بلاک چین در گیر آن است را حل می کند.

مفهوم هش گرف (Hashgraph) چیست؟

هش گرف جایگزینی جدید برای بلاک چین است. این فناوری از یک Gossip Protocol (تبادل داده یک به یک) استفاده می کند به این شکل که هر گره در هش گرف می تواند اطلاعات امضا شده روی تراکنش های تازه و تراکنش های دریافت شده از دیگران را به همسایه های انتخاب شده به طور تصادفی پخش کند (که به آن رخداد می گویند). این همسایه ها رخداد های دریافت شده را در کنار اطلاعات بدست آمده از گره های دیگر در یک رخداد جدید جمع می کنند و سپس آن را به یک همسایه تصادفی دیگر ارسال می کنند. این فرآیند تا جایی ادامه می یابد که همه گره ها درباره اطلاعات ساخته شده یا دریافت شده در ابتدا آگاه شوند. به دلیل همگرایی سریعی که در Gossip Protocol وجود دارد هر بخش از اطلاعات می تواند به هر گره در شبکه با سرعت بالایی برسد.

تاریخچه Gossip Protocol که شاید بتوان آن را پروتکل شایعه پراکنی نامید چرا که در این روش هر گره وظیفه اطلاع رسانی به گره دیگر را دارد و همین روند ادامه می یابد تا همه گره ها اطلاعات بدست آمده باخبر شوند درست مانند چیزی که در شایع پراکنی ها می بینیم.

در ساختار پروتکل گاسیپ هر گره خودش یک گراف می باشد که ترتیبی از ارسال کنندگان و شاهدان برای انجام یک تراکنش است. همه گره ها دید یکسانی در مورد همه تراکنش ها و شاهدان دارند. علاوه بر این، با اجرای یک نظرسنجی مجازی درباره یک تراکنش، هر گره می تواند تشخیص دهد که آیا بر این اساس که تراکنش مورد نظر بیش از دو سوم گره ها را در شبکه به عنوان شاهد دارد یا خیر، معتبر است یا خیر. توجه داشته باشید که هش گرف در شرایط بیزانس کار می کند که در آن فرض بر این است که کمتر از یک سوم گره ها بیزانس هستند. (گره هایی که می توانند در قبال حذف، پاسخ یا جعل پیام های دریافتی یا ارسالی رفتار بدی داشته باشند)

ویژگی ها و معایب فناوری هش گرف (Hashgraph)

• سریع

هش گرف سریع است چون که از پروتکل شایعه پراکنی برای پخش پیام ها در شبکه استفاده می کند و همچنین یک سری بهینه سازی ها برای پیام های پراکنده شده برای کاهش بار ترافیکی ارتباطی انجام می دهد.

در ادامه تفاوت بین شبکه هایی که بر حسب اجازه دسترسی هستند و آن شبکه هایی که این طور نیستند را بررسی خواهیم کرد. تفاوت بین این دو مهم است چرا که تاثیر مستقیم روی خروجی راهکار های جمعی دارد.

در یک محیط بدون نیاز به اجازه دسترسی (در بلاک چین) مانند بیت کوین و اتریوم، گره هایی که در پروتکل جمعی شرکت می کنند به عنوان گره نامعتبر شناخته نمی شوند چرا که تا زمانی که هر گرهی امکان پیوستن یا ترک شبکه را در آینده دارد. علاوه بر این ساز و کار جمعی برای انجام چنین کاری باید به عنوان کار تخریبی به حساب بیاید. احتمالا حمله Sybil که یک کاربر تتها، چند موجودیت می سازد که باعث بروز حملات می شود. حل این مشکل در یک محیط بدون نیاز به اجازه دسترسی روی خروجی کل تاثیر می گذارد.

در سویی دیگر، در یک دفتر کل توریع شده دارای اجازه دسترسی شناسایی همه گره ها پیش از هر چیز شناخته می شود و شبکه برای هر شرکت کننده ای باز نیست. دانش قبلی درباره هویت شرکت درباره هویت گره های شرکت کننده نوعی محافظت طبیعی در برابر حملات Sybil ارائه و رسیدن به یک توافق را ساده تر می کند. این بدان معناست که نیاز به هیچ ساز و کاری برای مقابله با Sybil نیست و در این صورت خروجی به صورت چشمگیری افزایش می یابد. (وقتی که با بلاک چین عمومی مقایسه می کنیم)

با توجه به این که هش گرف در حال حاضر یک دفتر کل توزیع شده خصوصی است، خروجی آن باید با چیز هایی مشابه با بلاک چین خصوصی مقایسه شود. برای مثال IBM HyperLedger Fabric (با قابلیت انجام ۷۰۰ تراکنش در ثانیه). خروجی آن نباید با بلاک چین عمومی مانند بیت کوین یا اتریوم مقایسه شود که می توانند ۱۰ تراکنش را در ثانیه انجام دهند چرا که مانند مقایسه سیب با پرتقال است! در حال حاضر هش گرف هنوز جزئیات فنی درباره این که آیا به عنوان یک دفتر کل عمومی مورد استفاده قرار می گیرد یا خیر، منتشر نکرده است.

• عادلانه

هش گرف با استفاده از زمان سنجی توافقی (consensus time stamping) عدالت را بر قرار می کند. این بدان معناست که اگر یک تراکنش به دو سوم دیگر تراکنشها در ابتدای شبکه برسد، آن تراکنش اولین به حساب می آید. این سیستم نسبتا عادلانه است چرا که دو سوم شبکه شاهد هستند و برای اکثر آن ها سخت است که تصمیمات ناعادلانه بگیرند. به هر حال هش گرف بر اساس پروتکل شاعه پراکنی است و این بدان معناست که زمانی که یک گره جانشینان خود را به طور یکنواخت و تصادفی انتخاب می کند، احتمالی وجود دارد (مثلا یک سوم، اگر همسایگان گره به طور جهانی، یکنواخت و تصادفی انتخاب شوند) که تمام گره های انتخاب شده احتمالا یا بیزانس یا مخرب هستند.

این جانشینان مخرب می توانند انتقال تراکنش به گروه بعدی از گره ها را متوقف کنند که یعنی ممکن است تراکنش به دو سوم شبکه نرسد که نتیجه آن می شود که سازنده آن تراکنش که صادقانه عمل کرده، به مشکل می خورد. به علاوه سعی می شود که هر گره صادق به گره های صادق متصل شود که در این صورت هر پیام به دیگر گره های صادق ارسال می شود بدون این که توسط گره های مخرب و نادرست متوقف شود. اگر چه این موضوع در حال حاضر مربوط به طبیعت خصوصی هش گرف نمی شود و این مشکل زمانی رخ می دهد که یک دفتر کل توزیع شده عمومی عرضه شود.

• ایمن

هش گرف یک BFT ناهمگام است ولی قطعی نیست. یکی از مختصصان در این حوزه در سال ۱۹۸۵ نشان داد که در سیستم های ناهمگام، پروتکل های قطعی توافقی حتی در موارد ساده با یک گره مشکل دار نیز امکان پذیر نیستند. یک پروتکل توافقی می تواند در محیط بیزانس بدون قطعیت و همگام سازی شده یا قطعی بدون همگام سازی کامل باشد.

در مورد پروتکل های قطعی، همه گره های صادق تا دوره r برای یک ثابت از پیش شناخته شده به توافق می رسند. در مورد پروتکل های احتمالاتی یا غیر قطعی، احتمال این که یک گره صادق بعد از r دو به موازات r که به بی نهایت می رسد، به صفر می رسد، تصمیمی گرفته نمی شود. در مورد پروتکل های همگام، تضمین می شود که پیام ها بعد از گذشت یک محدوده خاص برسد ولی پروتکل های ناهمگام چنین محدوده ای ندارند.

هش گرف با اضافه کردن تصادفی بودن، یک پروتکل ناهمگام غیر قطعی است. مصالحه این است که پروتکل قطعی ناگهانی از بین می برد ولی در این مورد چه زمانی از بین بردن رخ می دهد، موارد نامشخصی وجود دارد. در طراحی فعلی اش، هش گرف نوعی بازی شیر یا خط را برای گره ها و برای تصمیم گیری در زمانی که هیچ پردازشی در پروتکل قطعی نیست، به کار می گیرد. از این رو احتمال همه گره های صادق که بعد از چندین بار شیر یا خط کردن مقدار یکسان دارند، غیر صفر است.

در نهایت همه گره های راستگو تبدیل به یک توافق دست جمعی می شوند. به هر حال اگر همه گره های بیزانس تلاش کنند تا پروتکل را با دستکاری پروتکل شایعه پراکنی همانطور که در بخش دوم گفتیم، دچار اختلال کنند، اثر بخشی و بهره وری هدف شیر یا خط سوال بر انگیز می شود چرا که ممکن است نیاز به تعدا زیادی دور برای رسیدن به قطعیت باشد.

آیا هش گرف فناوری بلاک چین را منسوخ می کند؟

هش گرف یک پروتکل قطعی جالب است که هدف اصلی آن افزایش خروجی در محیط های ایستا و خصوصی است. هش گرف سریع، عادلانه و ایمن است در محیط با اجازه دسترسی کار می کند. ولی اگر در محیط عمومی مورد استفاده قرار بگیرد، هش گرف با همان مشکلی که بلاک چین در محیط عمومی مواجه هست، روبرو می شود و احتمالا نمی تواند ایمنی و عملکرد خود را نگهداری کند.

در واقع، مقایس پذیری همچنان مشکل برای بلاک چین های عمومی است. این که راهکار های تازه ای توسط انجمن ها معرفی می شود جالب است. مثلا اتریوم از PoS برای پروتکل Casper، نئو از dBFT، ای او اس از راهکار dPoS و زیلگا از sharding استفاده می کند. همه این راهکار ها مزایا و معایب خودشان را دارند چرا که هنوز راه حل قطعی برای حل مشکل مقیاس پذیری وجود ندارد

سوال مهم دیگر این است که راهکار مقیاس پذیری به چه معناست؟

آیا به این معناست که راهکار در تعداد کاربران مقیاس پذیر است یا در تعداد تراکنش ها یا حتی اندازه شبکه؟ اگر یک شبکه P2P قابلیت پردازش هزاران تراکنش را داشته باشد، آیا می توانیم این راهکار را مقیاس پذیر بنامیم؟ اگر این طور است چه اتفاقی می افتد اگر یک شبکه اندازه اش دو برابر شود؟ آیا می توان عملکرد را حفظ کرد؟ در واقع راهکار که مقیاس پذیر است در یک بعد ممکن است برای استفاده در یک مورد خاص مناسب نباشد. چنین خواسته ای نیازمند مقایس پذیری در ابعاد مختلف است. هش گرف تنها در مورد تعداد تراکنش ها مقیاس پذیر است ولی در مورد تعداد گره های موجود در شبکه مقیاس پذیر نیست. برای مثال زیلگا در مورد تعداد گره های شبکه مقیاس پذیر است.

بنابراین می توان گفت فناوری هش گرف قابلیت های خوبی دارد ولی نمی توان با چشم بسته تمامی ابعاد آن را مورد قبول دانست. در کنار این فناوری باید شکر گذار بلاک چین هم باشید و بدانیم که مشکلی که بلاک چین امروزه درگیر آن هست در هش گرف هم به وجود می آید، بنابراین هش گرف باعث منسوخ شدن بلاک چین نمی شود.

منبع: پی98