معرفی ارز دیجیتالی سریع و کارآمد والت
به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ پژوهشگران آزمایشگاه علوم رایانه و هوش مصنوعی دانشگاه (MIT CSAIL) ارز دیجیتالی جدیدی را توسعه داده‌اند که در مقایسه با ارز رمزهای محبوب امروزی، حجم داده‌های موردنیاز آن برای پیوستن به شبکه و تأیید تراکنش‌ها تا 99 درصد کاهش پیدا کرده است. همین خصیصه باعث شده است تا آن‌ها بتوانند شبکه‌ای مقیاس‌پذیرتر را به وجود آورند.
ارزهای دیجیتالی محبوب مانند بیت‌کوین، شبکه‌هایی هستند که بر پایه بلاک‌چین توسعه داده شده‌اند. یک دفتر توزیع شده که توسط دنباله‌ای از بلاک‌ها به وجود آمده و هر کدامشان، حاوی داده‌های تراکنش منحصربه‌فردی هستند. این موضوع بیان می‌کند که هیچ بانک یا سازمانی برای مدیریت معاملات وجود نداشته، خود کاربران مجبور و به عضویت و ذخیره‌سازی داده‌ها هستند.
با وجود این، ایجاد سامانه‌های غیرمتمرکز، مشکلاتی را در مقیاس‌پذیری پديد می‌آورد. هر کاربری که بخواهد به شبکه‌ی یک ارز دیجیتالی ملحق شود، باید داده‌های صدها هزار تراکنش از بلاک‌های منحصر به فرد را دانلود کرده، روی سیستم خود ذخیره کند. آن‌ها همچنین باید همه‌ی این داده‌های دریافت شده را به منظور استفاده در خدمات و کمک به تأیید تراکنش به کار گیرند. این چالش‌ها، سرعت پردازش را کاهش می‌دهد یا در مواردی اجراي آن را غیرممکن می‌کند.
پژوهشگران MIT به تازگی ارزی دیجیتالی به نام «والت» (Vault) را معرفی کرده‌اند که به کاربران جدید اجازه می‌دهد تنها با دانلود بخش کوچکی از کل زنجیره، به آن ملحق شوند. به علاوه در ارز مجازی، روش‌هایی برای حذف حساب‌های کاربری خالی و بلااستفاده که فضا را اشغال کرده‌اند، ایجاد شده‌اند. به علاوه مرحله‌ی تأیید، تنها با استفاده از داده‌های تراکنش‌های اخیر که تقسیم شده و در سراسر شبکه به اشتراک گذاشته شده‌اند انجام می‌گیرد. به کمک این خصیصه‌ها داده‌ها و پردازش‌های موردنیاز کاهش پیدا می‌کند.
در زمان آزمایش نشان داده شد كه پهنای باند موردنیاز به منظور عضویت در شبکه والت، نسبت به بیت‌کوین و اتریوم به ترتیب، 99 و 90 درصد کاهش می‌یابد. مهم‌تر از همه، این که ارز مذکور همچنان از صحت همه‌ی تراکنش‌ها و گره‌ها اطمینان حاصل کرده، از سطح امنیتی مشابه با نمونه‌های امروزی بهره می‌برد.
هر یک از بلاک‌های داخل شبکه ارز مجازی، یک مهر زمانی، موقعیت در بلاک‌چین و رشته‌ای با طول ثابت از کاراکترها و اعداد دارد که به آن هش (Hash) می‌گویند و از آن برای شناسایی بلاک‌ها بهره گرفته می‌شود. هر بلاک جدید، شامل کد هش بلاک قبلی در زنجیره بلاک‌چین است. بلاک‌های والت نیز دربرگيرنده 10 هزار تراکنش (10 مگابایت داده) هستند که برای تأیید کاربر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ساختار و ویژگی موجود در بلاک‌چین، از عدم هک پذیری بلاک‌ها توسط یک هکر اطمینان حاصل می‌کند.
از طرفی کاربران جدیدی که بخواهند به شبکه‌های ارزهای دیجیتالی ملحق شوند باید همه‌ی تراکنش‌های گذشته را به منظور ایمن ماندن خود و داده‌ها دانلود کنند. برای مثال برای عضویت در بیت‌کوین در سال 2018، کاربر باید 500 هزار بلاک را که در مجموع حجمی حدود 150 گیگابایت داشتند دانلود می‌کرد. به علاوه باید موجودی همه‌ی حساب‌های کاربری برای حفظ جامعیت و صحت تراکنش‌ها نیز ذخیره مي‌شد. این مسئله برای بیت‌کوین شامل 22 میلیون اکانت می‌شود.
پژوهشگران MIT سامانه‌ی خود را بر پایه شبکه ارز دیجیتالی تازه‌ای به نام «آلگورند» (Algorand) توسعه دادند. این بستر، توسط سیلویو میکالی (Silvio Micali)، استاد اتحادیه فورد MIT توسعه داده شده است.
در ارزهای دیجیتالی سنتی، کاربران به منظور حل معادله‌های تأیید بلاک‌ها با یکدیگر رقابت می‌کنند و هر شخصی که زودتر بتواند به جواب برسد پاداشی را دریافت خواهد کرد. در این موقعيت، با گسترش دنباله‌ی بلاک‌ها، سرعت پردازش کاهش می‌یابد.
در روش آلگورند از مفهوم اثبات سهم (proof-of-stake) بهره گرفته می‌شود تا بررسی و تأیید بلاک‌ها به شیوه مؤثرتر صورت گرفته، کاربران جدید، بهتر و ساده‌تر از نمونه‌های سنتی بتوانند به آن ملحق شوند. در این بستر، برای هر بلاک، یک نماینده‌ی تأیید در نظر گرفته می‌شود. در این حالت کاربرانی که از پول یا سهام بیشتری در شبکه برخوردار هستند از شانس بیشتری برای انتخاب بهره می‌برند. کاربران تازه نیز برای عضویت به جای تأیید همه تراکنش‌ها تنها باید گواهی‌ها را تصدیق کنند.
با وجود این، هر بلاک، داده‌هایی کلیدی را برای تأیید گواهی‌های بلاک پیشین در خود ذخیره می‌کند. به این معنی که کاربران باید از بلاک اول زنجیره شروع کرده، همه‌ی گواهی‌ها را به ترتیبی خاص تا رسیدن به انتهای زنجیره تأیید کنند که خود می‌تواند بسیار زمان بر باشد. به منظور سرعت بخشیدن به این بخش نیز پژوهشگران به داده‌های تأییدشده گواهی‌های هر بلاک، داده‌های چند صد، یا چند هزار بلاک پیشین خود را اختصاص داده‌اند. این روش «بردکرام، یا خرده نان» (breadcrumb) نام دارد.
زمانی که شخصی به عضویت شبکه در می‌آید، کاربر تنها نیاز دارد تشابه بردکرام‌های اولیه را با بردکرام‌های هزار بلاک پس از خود بررسی کند و این روند را تا انتها ادامه دهد.
پژوهشگران همچنین به منظور کاهش داده‌های موردنیاز برای ذخیره‌سازی، از طرح تازه‌ای به نام شاردینگ (Sharding) استفاده کرده‌اند. در این روش، داده‌ی تراکنش‌ها به بخش‌هایی کوچک‌تر تقسیم و در سراسر شبکه به اشتراک گذاشته می‌شود. بنابراین هر کاربر تنها باید حجم کمی از داده‌ها را به منظور تأیید تراکنش، پردازش کند.
به منظور پیاده‌سازی شیوه به اشتراک‌گذاری یادشده به شیوه‌ای ایمن، والت از ساختار داده‌ای به نام درخت باینری مرکل (binary Merkle tree) بهره می‌برد. در درخت‌های دودویی هر گره والد، به 2 زیرشاخه‌ی فرزند تقسیم می‌شود و این روند تا انتها ادامه پیدا می‌کند.
در درخت مرکل، گره والد شامل هشی به نام هش ریشه (root hash) می‌شود؛ اما درخت از پایین به بالا تولید می‌گردد. در این ساختارها هر جفت از فرزندان، با ترکیب هش‌های یکدیگر، کد موجود در گره والد را به وجود می‌آورد و این فرآیند تا رسیدن به بالاترین گره ادامه پیدا می‌کند. در ارزهای دیجیتالی، گره بالایی، هش یک بلاک را در خود دارد. هر یک از گره‌های زیرین نیز اطلاعاتی را از حساب‌های کاربری درگیر تراکنش موجود در بلاک ارائه می‌دهد. هش‌های توازن و بلاک والد به یکدیگر وابستگی کامل دارند.
به منظور تأیید هر یک از تراکنش‌ها، شبکه، گره‌های فرزند را با یکدیگر ترکیب می‌کند تا هش گره والد را به دست آورد. این فرآیند تا رسیدن به بالای درخت ادامه پیدا می‌کند. اگر در پایان این فرآیند، کد هش به دست آمده، با هش ریشه مطابقت داشته باشد، تراکنش تأیید می‌گردد. این در حالی است که در ارزهای دیجیتالی سنتی، کاربر باید کل ساختار درخت را در سیستم خود ذخیره می‌کرد.
والت درخت مرکل را به بخش‌های کوچک تقسیم کرده، آن را در میان گروه‌های مختلفی از کاربران توزیع می‌کند. در نتیجه هر کاربر تنها باید موجودی حساب‌ها و هش‌های ریشه را در سامانه‌ی خود ذخیره کند. در نتیجه هر فرد، یک‌لایه از گره‌های همه‌ی کاربران موجود در سراسر شبکه و درخت مرکل را در سیستم خود دارد. زمانی که مصرف‌کننده نیاز به تأیید یک تراکنش در خارج از بخش خود داشته باشد، می‌تواند مسیر موردنیاز را تا رسیدن به لایه‌ی موردنظر دنبال کند. سپس قادر خواهد بود تا موجودی حساب بخش بیرونی خود را تشخیص داده، فرآیند تأیید را به شیوه‌ای معمولی ادامه دهد.
به عبارت دیگر هر بخش از شبکه تنها مسئول ذخیره‌سازی بخش کوچکی از کل ساختار است؛ اما همین تکه‌ی کوچک، اجازه می‌دهد تا کاربران به همه‌ی تراکنش‌های موجود روی شبکه دسترسی داشته، آن را تأیید کنند.
به علاوه شبکه‌ی ارز دیجیتالی والت، همه‌ی کاربران را که موجودی آن‌ها برای مدت‌زمانی مشخص صفر باشد، حذف می‌کند. این در حالی است که نمونه‌های امروزی، همه‌ی حساب‌های خالی را هم در خود ذخیره می‌کنند که در نتیجه حجم داده‌های ذخیره‌سازی شده افزایش می‌یابد.
