الگوریتم اثبات مکان (PoL) چیست؟

الگوریتم اثبات مکان موقعیت یک فناوری است که مختصات مکان فیزیکی یک دستگاه را قادر می سازد تا در بلاک چین داده ها را پخش کند به گونه ای که سایر دستگاه ها می توانند بدون نیاز به اعتماد به باقی دستگاه ها به داده های مکان تکیه کنند. برنامه های وابسته به موقعیت، شامل زنجیره تامین، بیمه پارامتری، تأیید KYC/AML (احراز هویت) یا حتی تراکنش های مشتریان است. به عنوان مثال، یک فروشگاه آنلاین ممکن است نیاز به اثبات تحویل کالا به شما داشته باشد تا قرارداد هوشمند بتواند به طور خودکار پرداختی را از کیف پول شما آغاز کند.

دلیل عدم تکیه بر داده های GPS

ممکن است مشاغل از استفاده GPS خوشحال شوند، حتی اگر خالی از اشکال نباشد. در سال 2016، بوئینگ درخواست ثبت اختراع برای "سیستم پشتیبان گیری داخلی و سیستم GPS ضد جعل" کرد. این اختراع برخی از مشکلات GPS را نشان داد. نمونه هایی از اینکه چرا ممکن است سیگنال های GPS در دسترس نباشند عبارتند از تداخل عمدی، تداخل غیر عمدی، وقایع طبیعی و عدم پوشش.

نمونه هایی از تداخل عمدی شامل از بین بردن عمدی سیگنال های GPS بدون مشکل برای موقعیت یابی، ناوبری و زمانبندی و تنظیم فرکانس، استفاده از سیگنال های قدرت بالاتر برای از بین رفتن قفل ماهواره GPS و جلوگیری از دستیابی مجدد می باشد. همچنین کلاهبرداری هایی مانند انتشار عمدی سیگنال های جعلی GPS با ظاهر مناسب برای تغییر موقعیت GPS محاسبه شده یا اختلاف زمان بین GPS گیرنده و GPS هدف نیز وجود دارد.

هک کردن برنامه های تلفن همراه حتی راه ساده تری برای دخالت است. دیگر محدودیت های GPS شامل استفاده زیاد از قدرت باتری است که آن را برای برنامه های کاربردی اینترنت اشیا به چالش می کشد، چه برسد به مشکل استفاده از آن در داخل خانه. هم چنین فعالان حوزه‌ بلاک چین تمایل چندانی به متمرکز بودن GPS ندارند.

راه حل های بلاک چین

هدف پروتکل های بلاک چین بدون مجوز الگوریتم اثبات مکان (PoL)، ارائه منابع قوی تر، مطمئن تر، خصوصی تر و دقیق تر موقعیت یابی، ناوبری و زمان بندی (PNT) نسبت به آنچه در حال حاضر با GPS امکان پذیر است و هم چنین ارائه اثبات مکان، که با GPS امکان پذیر نیست، می باشد. به طور کلی، این مثال ساختار جریان PoL را در بلاک چین بدون مجوز نشان می دهد:

1. آلیس می خواهد مکان دستگاهی را که متعلق به اوست ثابت کند (دستگاه می تواند تلفن او باشد، یا تراشه ای در بسته ای که ارسال می کند یا تراشه ای در یقه حیوان خانگی اش). آلیس مبلغ خردی در قالب ارز دیجیتال به باب، یک مشارکت کننده در پروتکل در منطقه او، پرداخت می کند و باب با آلیس به صورت دیجیتالی همکاری می کند تا موقعیت و مکان دستگاه او را تایید کند. هر کس می تواند با بارگیری نرم افزار پروتکل از اینترنت و اجرای آن بر روی تلفن یا رایانه خود، یک شرکت کننده در پروتکل باشد. شرکت کنندگان در پروتکل مانند، باب ماینر نامیده می شوند و عوامل اجرای پروتکل PoL هستند زیرا به آنها ارزهای دیجیتال پرداخت می شود تا شاهد و تأیید ادعاهای حضور مانند ادعای آلیس باشند.

ابزاری که باب برای مشاهده مکان دستگاه آلیس استفاده می کند بستگی به این دارد که باب و آلیس تصمیم بگیرند از کدام پروتکل استفاده کنند. (چهار پروتکل مختلف الگوریتم اثبات مکان در ادامه ی این مقاله معرفی شده است.) این ابزار ممکن است یک تلفن، یک دستگاه بلوتوث یا یک هات اسپات باشد که سیگنال ها را از دستگاه های فرکانس رادیویی کم توان دوربرد دریافت می کند؛ یا یک الگوریتم هوش مصنوعی که داده ها را از منابع مختلف مانند برج های تلفن همراه، GPS، اطلاعات شهرت یا NFC (ارتباطات میدانی نزدیک) جمع آوری می کند. همه این ابزارها در یکی از پروتکل های PoL مورد بحث در این مقاله استفاده می شوند.

2. ابزار تایید که گاهی اوقات دروازه، نقطه اتصال یا گره نامیده می شود، اطلاعات رمزگذاری شده در مورد مکان دستگاه آلیس (عرض/طول جغرافیایی و زمان) را در بلاک چین بدون مجوز در اینترنت می نویسد. این بلاک چین بدون مجوز، به جای پایگاه داده مجاز متعلق به یک شرکت واحد، محلی است که اطلاعات موقعیت مکانی وی ذخیره می شود. داده های مکان آلیس توسط شرکت کنندگان در پروتکل مانند باب تأیید می شود و اطلاعات در مورد مکان دستگاه آلیس (با استفاده از شناسه رمزگذاری شده) به همه شرکت کنندگان پخش می شود. 

3. آلیس، یا هر کسی که به او اجازه می دهد، می تواند با مشاهده پرونده های بلاک چین به داده های موقعیت مکانی خود دسترسی پیدا کند. آلیس انتخاب می کند که چه کسی داده های او را ببیند، چقدر آنها را ببیند و چه مدت آنها آن را ببیند. (برای جزئیات دقیق تر به بخش "حریم خصوصی" این مقاله مراجعه کنید.)

4. سرانجام، از لحاظ تئوری، اثبات مکان با افزایش اندازه شبکه (یعنی افراد بیشتری مانند باب) تقویت می شود. این موضوع با این فرض درست است که شبکه به خوبی طراحی شده، انگیزه دهی مناسبی داشته باشد، به خوبی کدگذاری شده و کاملا ممیزی شده باشد. به عبارت دیگر، هرچه دستگاه های مستقل تری که از پروتکل مکان استفاده می کنند و ادعاهای حضور را تایید می کنند، بیشتر باشد، اثبات مکان قوی تر می شود.

در ادامه به معرفی چهار پروتکل که از الگوریتم اثبات مکان استفاده می کنند، می پردازیم:

1. پروتکل Helium

Helium یک شبکه ماشین غیرمتمرکز (یا به اصطلاح خودشان DMN) است که یک پروتکل جدید و بی سیم شبکه کم توان گسترده به نام WHIP (پروتکل اینترنت بی سیم هلیوم) را اجرا می کند. هلیوم همچنین از مکانیسم اجماع سفارشی مبتنی بر "اثبات پوشش" به جای اثبات کار به نام HCP (پروتکل اجماع هلیوم) استفاده می کند. WHIP و HCP بر روی شبکه ای از دستگاه های هات اسپات فیزیکی اجرا می شوند. استقرار و نگهداری این دستگاه ها توسط یک ارز دیجیتال جدید به نام توکن هلیوم، ایجاد می شود.

همه این محصولات جدید از هدف اولیه هلیوم پشتیبانی می کنند که ارائه شبکه ای از پوشش اینترنت بی سیم برای دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) است. این پوشش، دستگاه های اینترنت اشیا را قادر می سازد تا بدون نیاز به خود اینترنت، به پروتکل های اینترنت و بلاک چین ارتباط داشته باشند. 

ایجاد یک بلاک چین جدید از ابتدا با اثبات پوشش به جای اثبات کار، شبکه RF (فرکانس رادیویی) را تضمین می کند و هات اسپات های بی سیم کارهای مفید و قابل استفاده مجدد را برای شبکه ارائه می دهند. هلیوم امیدوار است که افراد (ماینرها) برای راه اندازی و نگهداری سخت افزار هات اسپات که نرم افزار هلیوم را اجرا می کند، ترغیب شوند زیرا ماینرها می توانند با استفاده از توکن های هلیوم توسط کاربرانی (برای مثال، دستگاه های اینترنت اشیاء) که از طریق نقطه اتصالشان به اینترنت دسترسی پیدا میکنند، پاداش دریافت کنند.

اطلاعاتی که از دستگاه ماینر عبور می کند، رمزگذاری شده است بنابراین ماینرها نمی توانند آن را بخوانند. ماینرها کارمزدهای خود را برای دسترسی کاربران تعیین می کنند. اثبات پوشش برای ایمن سازی شبکه کار می کند اما از آنجا که هلیوم برای ایمن سازی پروتکل خود به بلاک چین اثبات کار متکی نیست، همان تخلیه انرژی فاجعه بار را به محیط تحمیل نمی کند. هلیوم توسط Shawn Fanning از "ناپستر" و سایر تکنسین های متخصص با تأمین بودجه قابل توجه 38.8 میلیون دلار تاسیس شده است. Google Ventures نیز به هلیوم کمک مالی کرده است. 

نقاط قوت

• عدم اتکا به اثبات کار
• بودجه قابل توجه و یک تیم قوی از تکنسین های با سابقه
• افزایش قابلیت اطمینان به اثبات مکان توسط راه حل سخت افزاری

نقاط ضعف

• چیزهای جدید زیادی که امکان ایجاد اشتباه در آنها وجود دارد شامل بلاک چین جدید، مکانیزم اجماع جدید و سخت افزار جدید
• برای نصب، اجرا و نگهداری سخت افزار به صورت محلی به انسان متکی است.

2. پروتکل FOAM

FOAM مجموعه ای از پروتکل ها، استانداردها و برنامه های اثبات مکان است که به گفته آنها، "داده های جغرافیایی را به بلاک چین ها می رساند و نقشه "اجماع محوری" از جهان را تقویت می کند." FOAM همچنین یک ابزار کاربردی در بلاک چین اتریوم است. تیم "فوم" اولین حرکت کننده در فضای الگوریتم اثبات مکان است که در سپتامبر 2018 پروتکل خود را بر روی شبکه اصلی اتریوم راه اندازی کرد. 

آنها با موفقیت قراردادهای هوشمند حسابرسی شده شخص ثالث را برای قراردادن نقاط مورد علاقه (POI) در بلاک چین اتریوم مستقر کرده اند. FOAM حاکمیت نمونه و شایان تقلیدی را در مشورت با جامعه خود و همکاری با آنها برای رویداد تولید توکن (TGE) خود نمایان می کند. در ارتباط با Token Foundry، فوم یک پرسشنامه یا امتحان سرمایه گذاری اجباری ایجاد کرد که از خریداران بالقوه می خواهد در امتحان به منظور خرید توکن قبول شوند. علاوه بر این، برای اثبات اینکه توکن FOAM یک توکن کاربردی است، فوم می خواهد که توکن ها به مدت 45 روز در شبکه اثبات مکان خود استفاده شوند تا بتوانند به کیف پول ثانویه منتقل شوند یا در صرافی شخص ثالث معامله شوند. 

امکان انتخاب نقاط مورد علاقه (POI) روی نقشه فوم (که به صورت زنده در map.foam.space موجود است)، هنگامی که ارزهای رمزنگاری شده (FOAM) برای POI ها استیک می شوند، وجود دارد. همه اعضای جامعه می توانند به هر دلیلی هر POI را به چالش بکشند و جامعه می تواند در مورد باقی ماندن یا حذف POI رای دهد. برندگان رأی، توکن های فوم را که توسط بازندگان در رای گیری تعیین شده است، دریافت می کنند. این گیمینگ سرپرستی و نگهداری POI، انگیزه ای قوی برای ایجاد POI های دقیق ایجاد می کند و برای حفظ نقشه به جامعه پاداش می دهد. فوم بودجه خوبی دارد و 15.5 میلیون دلار در رویداد تولید توکن خود در سال 2018 جمع آوری کرد.

نقاط قوت

• راه حل سخت افزاری قابلیت اطمینان الگوریتم اثبات مکان را افزایش می دهد.

• در حال حاضر از بلاک چین اتریوم، برای اجرای قراردادهای هوشمند خود استفاده می کند.

• نقشه ای مبتنی بر اجماع از جهان ایجاد می کند و به طور بالقوه حریم خصوصی بیشتری نسبت به نقشه های متعلق به شرکت ها (مانند گوگل و اپل) در اختیار کاربران خود قرار می دهد.

• امکان ارائه مکان، ناوبری و همگام سازی زمان به عنوان پشتیبان از GPS.

نقاط ضعف

• برای نصب و نگهداری سخت افزار به صورت محلی به شخص متکی است.

• در حال حاضر، امنیت و مقیاس پذیری FOAM وابسته به بلاک چین اتریوم است. (البته فوم می تواند بلاک چین خود را در آینده تغییر دهد.)

3. پروتکل Platin

Platin در سال 2017 توسط دو فارغ التحصیل دانشگاه کرنل تأسیس شد و یک راه حل مبتنی بر نرم افزار است که وعده می دهد راه حل های الگوریتم اثبات مکان سریع مبتنی بر GPS، هوش مصنوعی (AI)، شهرت، سنسورهای تلفن و سایر داده های موجود را برای اطلاعات و اثبات مکان بهتر ارائه دهد. پلاتین موقعیت جغرافیایی هر دارایی دیجیتالی را با استفاده از سه ستون امنیت تعیین می کند: ادغام سنسور، مکان در طول زمان و تایید همتا به همتا. 

توانایی تعیین مکان جغرافیایی هر دارایی دیجیتالی به این معنی است که کاربران تنها زمانی می توانند به آن دارایی دیجیتالی دسترسی پیدا کنند که در مکان خاصی باشند به عنوان مثال، یک فروشگاه می تواند دارایی های دیجیتالی مانند کوپن های تخفیف را در اطراف موقعیت فیزیکی فروشگاه خود برای جمع آوری مشتریان قرار دهد و یا مشاغل می توانند دسترسی به اسناد حساس و دیجیتالی کار را محدود کنند به صورتی که اجازه دسترسی را فقط در صورتی که کاربر در محدوده ساختمان اداری خود باشد، می دهند. 

"واقعیت افزوده" (AR) نقش مهمی در پروتکل پلاتین ایفا می کند تا راه حل آنها برای کاربران غیر فنی، قابل دسترسی تر، جذاب تر و قابل فهم تر باشد. پلاتین برای حفاظت از داده های مکان، از اثبات دانش صفر استفاده می کند. راه حل نرم افزاری پلاتین را می توان در مکانهایی که نصب سخت افزار سخت یا وقت گیر است، به راحتی استفاده کرد. Platin بر روی یک فورک بلاک چین اتریوم به نام Plexus اجرا می شود. 

نقاط قوت

• می تواند به سرعت در هر نقطه از جهان با دسترسی به اینترنت مستقر شود.

• از اثبات دانش صفر برای حفاظت از حریم خصوصی کاربر استفاده می کند.

• می تواند اطلاعات را از سایر پروتکل های اثبات مکان، برای کمک به تعیین موقعیت جغرافیایی هر دارایی دیجیتالی دریافت کند.

نقاط ضعف

• راه حل های نرم افزاری ممکن است نسبت به راه حل های سخت افزاری از قطعیت کمتری برای اثبات مکان برخوردار باشند.

4. پروتکل XYO

هدف XYO این است که اوراکل محل قراردادهای هوشمند باشد. XYO یک شرکت دستگاه های فناوری قابل پیدا کردن است (به عنوان مثال دستگاه "find my keychain") که به فناوری بلاک چین روی آورده است و از دستگاههای سخت افزاری بلوتوث خود به همراه تلفن های هوشمند و GPS برای ایجاد اثبات موقعیت بر اساس شهرت استفاده می کند. 

نقاط قوت

• از سخت افزار بلوتوث موجود و به خوبی استقرار یافته، در راه حل خود استفاده می کند.

نقاط ضعف

• داده های بلوتوث رمزگذاری شده و ایمن نیستند.

• راه حل های نرم افزاری ممکن است نسبت به راه حل های سخت افزاری از قطعیت کمتری برای اثبات مکان برخوردار باشند.

پروژه های دیگر PoL که شایان ذکر هستند نیز به شرح زیر می باشند: Fysical مجموعه ای از داده های جابجایی از برنامه های تلفن همراه، ماشین ها، حسگرها، دولت ها و مصرف کنندگان را برای ایجاد یک بازار داده برای خرید و فروش داده های مکان در یک بلاک چین ایجاد می کند. Fysical اخیرا از همکاری با XYO خبر داد. StreetCred، اخیرا آزمایشی را در نیویورک برای پرداخت بیت کوین به نقشه نگاران مستقل برای نقشه برداری از شهر اجرا کرده است. آنها امیدوارند از بلاک چین به عنوان بخشی از راه حل خود استفاده کنند اما هنوز جزئیات راه حل خود را فاش نکرده اند.

حریم خصوصی

حفظ حریم خصوصی یکی از موانع بسیاری است که برای فناوری بلاک چین به کار گرفته می شود. هویت دیجیتالی، مقیاس بندی، آموزش، مقررات و تجربه کاربر نیز مسائل مهمی هستند که باید حل شوند تا فناوری بلاک چین به طور موثر به پتانسیل خود برسد اما به نظر می رسد حریم خصوصی در این مراحل اولیه به دلیل تأثیر آن بر ایمنی و امنیت کاربران بسیار مهم است. 

فناوری بلاک چین نسبت به مدل های پایگاه داده متمرکز موجود، نوید حفظ حریم خصوصی بهتر را می دهد. با این حال، در این مرحله، تنها می تواند نام مستعار و نه ناشناس کامل را برای کاربران خود ارائه دهد. بسیاری از موارد حساس استفاده تا زمانی که به این مسئله رسیدگی نشود، قابل استفاده نیست. برخی از راه حل های رمزنگاری، مانند اثبات دانش صفر و برخی از بلاک چین ها مانند Zcash و Monero (که به ارزهای دیجیتال غیرقابل پیگیری معروف هستند) وعده بهبود حریم خصوصی کاربران را می دهند اما حفظ حریم خصوصی همچنان یک مشکل اکوسیستم بلاک چین است. به عنوان مثال، با کمی تحقیقات موشکافانه می توان اطلاعات زیادی را از مسیرهای عمومی که کاربران در اکثر بلاک چین های بدون مجوز بر جای می گذارند، به دست آورد. این امر پیامدهای جدی برای حفظ حریم خصوصی و ایمنی افراد، دستگاه ها و نهادهایی دارد که از این بلاک چین ها برای انجام معاملات استفاده می کنند. 

حریم خصوصی در اثبات مکان به خودی خود یک زمینه مطالعاتی است و باید کارهای بیشتری در این زمینه از تحقیق و آزمایش انجام شود. هدف رمزنگاری ایجاد حریم خصوصی است. امید است که هر یک از این پروتکل های جدید PoL از امکانات حریم خصوصی رمزنگاری استفاده کنند. با این حال، واضح است که محیط بلاک چین راه زیادی برای اطمینان از حفظ حریم خصوصی کاربران در پی دارد. 

جمع بندی

در این مقاله با الگوریتم اثبات مکان و تعدادی از پروتکل های معروف آن آشنا شدیم. پروتکل های PoL مکان را از طریق تبادل همتا به همتای داده های مکان ثابت می کنند. به همان روشی که بیت کوین مشکل دوبار هزینه کردن را حل کرد، پروتکل های الگوریتم اثبات مکان برای حل مشکل جعل مکان تلاش می کنند تا بتوانند در دنیای دیجیتالی، مواردی را که در دنیای فیزیکی هستند، ثابت کنند. پروتکل های PoL که در این سند بیان شده اند، بازارهای داده های موقعیت مکانی جدیدی را نشان می دهند و نشانه ای از شروع داده های موقعیت مکانی خود مختار می باشند؛ جایی که افراد مالک داده های موقعیت مکانی خود هستند، کنترل می کنند که چه کسی داده های آنها را مشاهده می کند، چه مقدار از داده های آنها به اشتراک گذاشته شده و چه زمانی به اشتراک گذاشته می شود. این طلوع جدید همچنین پاداش مالی برای افرادی که تأیید کننده ادعاهای مکان بوده و نقشه های دیجیتالی غیرمتمرکز را تهیه و نگهداری می کنند، به ارمغان می آورد. 

تمام پروتکل های PoL که در این سند بیان شده است به ارزش اکوسیستم اثبات مکان کنونی می افزایند. هر راه حل ویژگی های متفاوتی دارد، روشهای جدیدی برای تعامل با داده های مکان به ما می آموزد، سطوح مختلف اثبات موقعیت مکانی را ارائه می دهد و نقاط قوت و ضعف متفاوتی را در زمینه شگفت انگیز اثبات مکان به ارمغان می آورد.