تفسير التسامح مع الأخطاء البيزنطية

لقد كنت دائمًا مفتونًا بهذا المفهوم المتمثل في تحمل الخطأ البيزنطي. منذ ظهور البيتكوين في عام 2008 كنظام نقدي نظير إلى نظير، رأيت العديد من العملات المشفرة تتوالى، كل منها مع آلياتها الخاصة. ولكن تقريبًا جميعها تشترك في عنصر أساسي: البلوكشين.

تم تصميم البلوكتشينات عمداً لتكون لامركزية، حيث تعمل كدفتر أستاذ رقمي تديره شبكة موزعة من العقد الحاسوبية. لقد سمحت هذه التكنولوجيا بإنشاء أنظمة اقتصادية غير موثوقة، حيث يمكن تنفيذ المعاملات المالية الشفافة والموثوقة بدون وسطاء. لقد أصبحت العملات الرقمية بديلاً قابلاً للتطبيق للأنظمة المصرفية التقليدية التي تعتمد بشكل كبير على الثقة - وبصراحة، من لا يزال يثق بالبنوك؟

كما هو الحال في معظم الأنظمة المعلوماتية الموزعة، يجب على المشاركين في شبكة العملات المشفرة التوصل بانتظام إلى توافق حول الحالة الحالية لسلسلة الكتل - وهذا ما يسمى بالإجماع. لكن الوصول إلى هذا الإجماع في بيئة موزعة، بطريقة آمنة وفعالة؟ هذا بعيد عن كونه بسيطًا!

إذن كيف يمكن لشبكة موزعة من العقد أن تتفق إذا كان بعض العقد قد تتعطل أو تتصرف بشكل غير نزيه؟ هذه هي المسألة الأساسية لمشكلة القادة البيزنطيين الشهيرة، التي أدت إلى ظهور مفهوم تحمل الخطأ البيزنطي.

مشكلة الجنرالات البيزنطيين

تم تصور هذه المعضلة المنطقية في عام 1982 لتوضيح كيف يمكن لمجموعة من الجنرالات البيزنطيين أن تواجه مشاكل في التواصل عندما تحاول الاتفاق على مناورتهم القادمة.

يفترض المأزق أن كل جنرال يمتلك جيشه الخاص وأن كل مجموعة تقع في أماكن مختلفة حول المدينة التي يريدون مهاجمتها. يجب على الجنرالات الاتفاق إما على الهجوم أو الانسحاب. بغض النظر عن العمل المختار، طالما أن جميع الجنرالات يتوصلون إلى إجماع لتنفيذ العمل بشكل منسق.

لننظر إذن في هذه المتطلبات:

• يجب على كل جنرال أن يقرر: الهجوم أو الانسحاب
• بمجرد اتخاذ القرار، من المستحيل تغييره
• يجب على جميع الجنرالات الاتفاق على نفس القرار لتنفيذه بشكل متزامن

التحدي المركزي؟ لا يمكن للجنرال التواصل مع آخر إلا من خلال رسل. ويمكن أن تتأخر هذه الرسائل أو تُدمر أو تُفقد.

أسوأ من ذلك، حتى لو تم تسليم رسالة بشكل صحيح، قد يختار جنرال أو أكثر التصرف بشكل خبيث وإرسال رسالة مزيفة لإحداث الارتباك.

في سياق البلوكشين، يمثل كل جنرال عقدة من الشبكة، ويجب على العقد الوصول إلى توافق حول الحالة الحالية للنظام. بعبارة أخرى، يجب أن يتفق غالبية المشاركين في شبكة موزعة وينفذوا نفس الإجراء لتجنب الفشل الكامل.

الطريقة الوحيدة للوصول إلى هذا التوافق هي أن يكون لديك على الأقل ⅔ من العقد الموثوقة والصادقة. إذا قررت أغلبية الشبكة التصرف بشكل خبيث، يصبح النظام عرضة للهجمات - مثل هذا الهجوم الغبي بنسبة 51% الذي يجعلني دائمًا أعض على أسناني.

تحمل الخطأ البيزنطي (BFT)

تحمل الخطأ البيزنطي هو خاصية نظام قادر على المقاومة ضد الأعطال الناتجة عن مشكلة الجنرالات البيزنطية. وهذا يعني أن نظام BFT يمكن أن يستمر في العمل حتى إذا تعطلت بعض العقد أو تصرفت بشكل خبيث.

هناك العديد من الحلول الممكنة لهذه المشكلة، وبالتالي هناك عدة طرق لبناء نظام BFT. وبالمثل، هناك نهج مختلفة تتيح لبلوكتشين تحقيق هذا التحمل، مما يقودنا إلى خوارزميات الإجماع.

خوارزميات توافق آراء البلوكشين

خوارزمية الإجماع هي الآلية التي من خلالها يصل شبكة البلوكشين إلى الاتفاق. الأكثر شيوعًا؟ إثبات العمل (PoW) وإثبات الحصة (PoS). لنأخذ بيتكوين كمثال.

بينما يحدد بروتوكول بيتكوين القواعد الأساسية للنظام، يحدد خوارزمية PoW كيف ستتم متابعة هذه القواعد لتحقيق التوافق - خاصة عند التحقق من المعاملات.

على الرغم من أن مفهوم إثبات العمل أقدم من العملات المشفرة، إلا أن ساتوشي طور إصدارًا معدلًا كخوارزمية تسمح بإنشاء بيتكوين كنظام BFT.

لاحظ أن خوارزمية PoW ليست متوافقة بنسبة 100% مع تحمل الخطأ البيزنطي، ولكن بفضل عملية التعدين المكلفة والتقنيات التشفيرية الأساسية، فقد أثبتت أنها واحدة من أكثر التطبيقات أمانًا وموثوقية لشبكات blockchain. أجد أن هذا رائع، حتى لو لم يكن مثاليًا!

تأملات نهائية

مشكلة الجنرالات البيزنطيين هي معضلة مثيرة للاهتمام أدت في النهاية إلى ظهور أنظمة تحمل الخطأ البيزنطي، والتي تُطبق على نطاق واسع في سيناريوهات متنوعة. بالإضافة إلى صناعة البلوكشين، توجد هذه الأنظمة أيضاً في الطيران، والفضاء، وحتى في الصناعة النووية.

في سياق العملات المشفرة، يُعد الاتصال الشبكي الفعال مع آلية توافق جيدة أمرًا حيويًا لأي نظام بيئي قائم على البلوكتشين. تأمين هذه الأنظمة هو جهد مستمر، ويجب على خوارزميات التوافق الحالية أن تتجاوز بعض القيود مثل قابلية التوسع. ومع ذلك، تظل PoW و PoS نهجين مثيرين للاهتمام كنظم تحمل الخطأ البيزنطي، وتُلهم تطبيقاتهما المحتملة بوضوح الابتكار على نطاق واسع.