نود (Node) چیست و چه نقشی در بلاک‌چین دارد؟

نود (Node) کامپیوتری است که نرم‌افزار یک بلاک‌چین را اجرا می‌کند، نسخه‌ای از دفتر حساب آن را نگه می‌دارد و هر تراکنش و بلاک تازه را خودش با قوانین شبکه می‌سنجد. بلاک‌چین سرور مرکزی ندارد و خود شبکه همین نودهاست که در سراسر دنیا به هم وصل‌اند و اطلاعات را دست‌به‌دست می‌کنند. اگر کسی بلاکی بسازد که با قوانین جور درنمی‌آید، هر نود جداگانه آن را رد می‌کند و لازم نیست کسی به بقیه دستور بدهد.

احتمالاً هیچ‌وقت خودتان نودی راه نمی‌اندازید، ولی هر بار که موجودی کیف پولتان را می‌بینید یا تتر می‌فرستید، کیف پول در واقع با یک نود حرف می‌زند. بامداد ۱۸ مهر ۱۴۰۵ سایت Bitnodes حدود ۲۵ هزار و ۵۰۰ نود بیت‌کوین پیدا کرد که از بیرون در دسترس بودند و Ethernodes حدود ۸ هزار نود اتریوم شمرد. پایین‌تر می‌خوانید نودها چه انواعی دارند، اجرای هرکدام چه سخت‌افزاری می‌خواهد و وقتی نودی که کیف پول‌ها به آن تکیه کرده‌اند از کار بیفتد چه پیش می‌آید.

نود دقیقاً چه کار می‌کند؟

اگر بلاک‌چین را یک دفتر حساب مشترک در نظر بگیرید، هر نود حسابرس مستقلی است که نسخه خودش را از دفتر دارد. کار روزمره‌اش چهار بخش دارد:

1. گرفتن و بررسی تراکنش. وقتی کسی تراکنشی می‌فرستد، نود چک می‌کند امضا درست باشد، موجودی کافی باشد و تراکنش از قوانین شبکه پیروی کند. تراکنش نامعتبر همان‌جا کنار گذاشته می‌شود.
2. پخش کردن. نود تراکنش درست را برای نودهایی که به آن‌ها وصل است می‌فرستد و آن‌ها هم همین کار را تکرار می‌کنند تا تراکنش به کل شبکه برسد. Bitcoin Core، نرم‌افزار اصلی نودهای بیت‌کوین، به‌طور پیش‌فرض خودش به ۱۰ نود دیگر وصل می‌شود و در مجموع تا ۱۲۵ اتصال را می‌پذیرد.
3. بررسی بلاک‌های تازه. وقتی ماینر یا اعتبارسنجی بلاک تازه‌ای می‌سازد، هر نود تک‌تک تراکنش‌های آن را دوباره بررسی می‌کند و فقط اگر همه‌چیز درست بود، بلاک را به انتهای نسخه خودش اضافه می‌کند.
4. جواب دادن به پرسش‌ها. کیف پول‌ها، صرافی‌ها و بلاک اکسپلوررها از نود می‌پرسند موجودی یک آدرس چقدر است یا فلان تراکنش تأیید شده یا نه.

مرحله سوم از همه مهم‌تر است. ماینرها و اعتبارسنج‌ها فقط بلاک پیشنهاد می‌دهند؛ قبول یا رد کردنش با نودهاست. ethereum.org هم همین را می‌گوید: فول نود قوانین اجماع را خودش اجرا می‌کند و نمی‌شود وادارش کرد بلاکی خلاف قوانین را بپذیرد. شعار معروف «اعتماد نکن، بررسی کن» (Don't trust, verify) از همین‌جا آمده است. اینکه نودها از میان دو بلاک رقیب کدام را انتخاب کنند، به الگوریتم اجماع بستگی دارد.

سازوکار این انتخاب را در الگوریتم اجماع چیست توضیح داده‌ایم.

انواع نود

نودها همه یک‌جور نیستند. فرقشان در این است که چه مقدار از تاریخچه شبکه را نگه می‌دارند، چه چیزی را خودشان بررسی می‌کنند و آیا در ساختن بلاک نقشی دارند یا نه.

فول نود (Full Node)

فول نود همه قوانین شبکه را خودش اجرا می‌کند و برای درستی بلاک‌ها به هیچ نود دیگری اعتماد نمی‌کند. در بیت‌کوین، فول نود همه بلاک‌ها را از اولین بلاک تا امروز دانلود و بررسی می‌کند.

لازم هم نیست همه این بلاک‌ها را برای همیشه نگه دارد. در حالت «هرس‌شده» (Pruned)، نود هر بلاک را کامل بررسی می‌کند و بعد بلاک‌های قدیمی را پاک می‌کند. طبق bitcoin.org این کار فضای لازم را از بیش از ۷۵۰ گیگابایت به حدود ۷ گیگابایت می‌رساند. از دقت بررسی هم چیزی کم نمی‌شود، چون هر بلاک پیش از پاک شدن کامل بررسی شده است. تنها فرقش این است که این نود دیگر نمی‌تواند بلاک‌های قدیمی را به نودهای تازه‌وارد بدهد.

نود اتریوم از دو نرم‌افزار جدا تشکیل می‌شود که کنار هم کار می‌کنند. «کلاینت اجرا» تراکنش‌ها را اجرا می‌کند و وضعیت فعلی حساب‌ها را نگه می‌دارد. «کلاینت اجماع» الگوریتم اثبات سهام را پیاده می‌کند. فول نود اتریوم همه بلاک‌ها را بررسی می‌کند، ولی وضعیت حساب‌ها را فقط برای بلاک‌های اخیر (معمولاً ۱۲۸ بلاک آخر) نگه می‌دارد و وضعیت قدیمی‌تر را هر وقت لازم شد دوباره می‌سازد.

آرشیو نود (Archive Node)

آرشیو نود فول نودی است که هیچ‌چیز را پاک نمی‌کند و وضعیت همه حساب‌ها را در هر لحظه از تاریخ شبکه نگه می‌دارد. اگر بخواهید بدانید موجودی یک آدرس در بلاک شماره چهار میلیون چقدر بوده، به آرشیو نود نیاز دارید. ethereum.org می‌گوید حجم این داده‌ها به چند ترابایت می‌رسد و بیشتر به کار سرویس‌هایی مثل بلاک اکسپلوررها، سازنده‌های کیف پول و شرکت‌های تحلیل داده می‌آید. طبق جدول همان سایت، آرشیو نود اتریوم بسته به نرم‌افزاری که انتخاب می‌کنید از حدود ۲٫۲ ترابایت تا بیش از ۱۲ ترابایت فضا می‌گیرد.

لایت نود (Light Node)

لایت نود به‌جای همه بلاک‌ها فقط «سربرگ» آن‌ها را دانلود می‌کند، یعنی خلاصه کوچکی از هر بلاک. هر اطلاعات دیگری را از فول نودها می‌پرسد و جوابشان را با همین سربرگ‌ها می‌سنجد. در بیت‌کوین به کیف پولی که این‌طور کار می‌کند SPV می‌گویند. لایت نود سخت‌افزار زیادی نمی‌خواهد، ولی بدون فول نودهایی که به سؤال‌هایش جواب بدهند کار نمی‌کند و نمی‌تواند اعتبارسنج باشد. به گفته ethereum.org، اتریوم هنوز شبکه بزرگی از لایت نودها ندارد و این بخش در حال توسعه است.

ماینر و اعتبارسنج

در شبکه‌های اثبات کار مثل بیت‌کوین، ماینرها بلاک می‌سازند و در شبکه‌های اثبات سهام، اعتبارسنج‌ها (Validator).

فرق این دو روش را در اثبات کار و اثبات سهام نوشته‌ایم. ماینر یا اعتبارسنج برای ساختن بلاک باید آخرین وضعیت شبکه را بداند، پس پشت هرکدامشان یک فول نود کار می‌کند. برعکسش درست نیست: بیشتر نودها هیچ بلاکی نمی‌سازند و فقط بررسی می‌کنند.

در اتریوم، اعتبارسنج نرم‌افزار سومی است که روی کلاینت اجماع سوار می‌شود. کسی که ETH را استیک می‌کند و خودش اعتبارسنج می‌شود، باید چنین نودی را شبانه‌روز روشن نگه دارد. در ترون فقط ۲۷ «نماینده ارشد» (Super Representative) بلاک می‌سازند، ولی هر کسی می‌تواند فول نود ترون اجرا کند و کار آن‌ها را بررسی کند. سمت ماینرها را هم در ماینینگ چیست توضیح داده‌ایم.

نود RPC

RPC کوتاه‌شده Remote Procedure Call است، یعنی راهی که یک برنامه از کامپیوتر دیگری چیزی می‌پرسد و جواب می‌گیرد. نود RPC معمولاً یک فول نود یا آرشیو نود است که راه ورودی برای کیف پول‌ها و برنامه‌ها باز گذاشته تا موجودی بخوانند و تراکنش امضاشده را به شبکه بفرستند.

اجرای نود وقت و هزینه می‌خواهد، پس بیشتر کیف پول‌ها و برنامه‌ها به نودهای شرکت‌هایی وصل می‌شوند که این کار را به‌عنوان سرویس انجام می‌دهند. متامسک، کیف پول شناخته‌شده اتریوم، به‌طور پیش‌فرض از سرویسی به اسم Infura استفاده می‌کند. نود RPC بدون امضای شما نمی‌تواند پولتان را جابه‌جا کند، ولی به هشدار خود متامسک نود مخرب می‌تواند موجودی را غلط نشان دهد، تراکنشتان را به شبکه نفرستد و آی‌پی و فعالیتتان را ثبت کند.

چرا بعضی‌ها نود خودشان را اجرا می‌کنند؟

نود شخصی برای بیشتر مردم ضروری نیست، ولی چند فایده واقعی دارد:

• بررسی بدون واسطه. نودتان هر بلاک و تراکنش را خودش بررسی می‌کند. لازم نیست به حرف یک شرکت یا یک سایت اعتماد کنید که پولی به آدرستان رسیده یا نه.
• حریم خصوصی. کیف پولی که به نود یک شرکت وصل است، آدرس‌ها و موجودی‌تان را به آن شرکت نشان می‌دهد. ethereum.org می‌گوید وقتی کیف پول به نود خودتان وصل باشد، این اطلاعات به دست واسطه‌ها نمی‌رسد.
• وابسته نبودن به یک سرویس. متامسک و خیلی از کیف پول‌های دیگر اجازه می‌دهند آدرس نود خودتان را به‌جای سرویس پیش‌فرض وارد کنید. اگر آن سرویس قطع شود، کیف پول شما هنوز کار می‌کند.
• کمک به شبکه. هر نود مستقل یک نسخه دیگر از دفتر و یک داور دیگر است. bitcoin.org می‌گوید اگر نودهایی که به کیف پول‌های سبک جواب می‌دهند کم باشند، این کیف پول‌ها مجبور می‌شوند سراغ سرویس‌های متمرکز بروند.

یک انتظار را هم از همین اول کنار بگذارید: اجرای یک فول نود ساده درآمدی ندارد. پاداش فقط به ماینرها و اعتبارسنج‌ها می‌رسد. ethereum.org هم وقتی از فایده‌های نود حرف می‌زند، پاداش را فقط به استیک کردن ETH گره می‌زند، که یعنی قفل کردن سرمایه و پذیرفتن ریسک‌های آن.

اجرای نود چه سخت‌افزاری می‌خواهد؟

جواب به شبکه بستگی دارد و فاصله‌ها زیاد است. در جدول زیر حداقل سخت‌افزاری را آورده‌ایم که مستندات رسمی هر شبکه تا مهر ۱۴۰۵ اعلام کرده‌اند و هرجا پیشنهاد بالاتری داده‌اند، آن را هم نوشته‌ایم. این اعداد با بزرگ شدن هر بلاک‌چین بالا می‌روند. ethereum.org خودش نوشته دیسک ۲ ترابایتی احتمالاً به‌زودی برای نود اتریوم کم می‌آید.

منابع: صفحه نیازمندی‌های Bitcoin Core در bitcoin.org برای نسخه ۳۱، راهنمای اجرای نود در ethereum.org، راهنمای فول نود ترون و نیازمندی‌های اعتبارسنج سولانا در مستندات Anza. خود داده‌های نود اتریوم کمتر از این دیسک جا می‌گیرد، مثلاً بیش از ۵۰۰ گیگابایت برای کلاینت اجرای Geth و حدود ۲۰۰ گیگابایت برای کلاینت اجماع، ولی ethereum.org توصیه می‌کند بعد از همگام‌سازی هم چند صد گیگابایت جای خالی بماند.

نود بیت‌کوین هنوز روی یک لپ‌تاپ معمولی با دیسک بزرگ اجرا می‌شود و اتریوم SSD سریع و رم بیشتری می‌خواهد. ترون و سولانا ظرفیت بیشتری برای تراکنش دارند، ولی برای همین از نودهایشان سخت‌افزاری در حد سرور می‌خواهند و آدم‌های کمتری از پس اجرای نودشان برمی‌آیند. هر شبکه‌ای که سریع‌تر شده، معمولاً کمی از غیرمتمرکز بودنش را از دست داده است. به این کشمکش «سه‌گانه بلاک‌چین» می‌گویند.

توضیح کاملش را در لایه دوم چیست بخوانید.

مشکل اصلی معمولاً اینترنت است

برای کسی که اینترنت حجمی دارد، دردسر اصلی نود بیت‌کوین دیسک نیست؛ ترافیک است. همگام‌سازی اول یعنی دانلود و بررسی حدود ۷۴۰ گیگابایت داده، و حتی نود هرس‌شده هم این مرحله را از سر می‌گذراند، چون پیش از پاک کردن بلاک‌ها باید همه را بررسی کند. بعد از آن هم با تنظیمات پیش‌فرض ممکن است ماهی ۱۵۰ گیگابایت یا بیشتر آپلود کند. bitcoin.org هشدار می‌دهد بعضی سرویس‌دهنده‌های اینترنت برای مصرف اضافه پول بیشتری می‌گیرند یا حتی بی‌خبر اتصال را قطع می‌کنند.

Bitcoin Core چند تنظیم برای کم کردن ترافیک دارد:

• سقف آپلود (maxuploadtarget): نود بعد از رسیدن به سقف روزانه، دیگر بلاک‌های قدیمی را برای نودهای تازه نمی‌فرستد.
• بستن اتصال‌های ورودی (listen=0): نود فقط به همان ۱۰ نودی وصل می‌شود که خودش انتخاب کرده و بار کمتری دارد.
• حالت فقط بلاک (blocksonly): مصرف به حدود ۱۵۰ مگابایت دانلود و ۱ مگابایت آپلود در روز می‌رسد. در عوض نود تراکنش‌های ورودی را تا اولین تأییدشان نمی‌بیند.

در ترون همگام‌سازی از اولین بلاک، به گفته مستندات خودش، ممکن است چند هفته تا چند ماه طول بکشد. برای همین معمولاً نود را از یک اسنپ‌شات آماده، یعنی نسخه ذخیره‌شده‌ای از داده‌های شبکه، راه می‌اندازند.

در مهر ۱۴۰۵ چند نود فعال بود؟

هیچ‌کس فهرست کامل نودها را ندارد. سایت‌هایی که نودها را می‌شمارند شبکه را پیمایش می‌کنند و فقط بخشی از آن را می‌بینند. ethereum.org هم یادآوری می‌کند که این پیمایشگرها دید محدودی دارند و ممکن است عددهای متفاوتی بدهند. با همین محدودیت، ما بامداد ۱۸ مهر ۱۴۰۵ داده‌های Bitnodes را برای بیت‌کوین و Ethernodes را برای اتریوم گرفتیم و خلاصه کردیم:

چند نکته از این عددها بیرون می‌آید:

• عدد واقعی بیت‌کوین بیشتر است. Bitnodes فقط نودهایی را می‌شمارد که از بیرون اتصال می‌پذیرند. نودی که پشت مودم خانگی است یا اتصال ورودی را بسته، در این آمار نیست و کسی دقیق نمی‌داند چند نود این‌طوری وجود دارد.
• آی‌پی حدود دو سوم نودهای بیت‌کوین پیدا نیست. ۴۹٫۲ درصد از طریق Tor و ۱۶٫۴ درصد از طریق شبکه مشابهی به اسم I2P وصل بودند. فقط حدود ۳۴ درصد آدرس معمولی اینترنتی (IPv4 یا IPv6) داشتند.
• به‌روزرسانی اجباری نیست. bitcoin.org نسخه ۳۱ را نسخه فعلی Bitcoin Core معرفی می‌کند، ولی ۵۷٫۵ درصد نودهای Bitcoin Core نسخه‌ای قدیمی‌تر از آن داشتند. هیچ مرکزی نمی‌تواند نودها را مجبور به به‌روزرسانی کند و هر صاحب نود خودش تصمیم می‌گیرد.
• بیشتر نودهای بیت‌کوین کل تاریخچه را دارند. طبق اعلام خود نودها، ۸۸٫۳ درصدشان همه بلاک‌ها را به دیگران می‌دهند و ۱۱٫۷ درصد هرس‌شده‌اند.
• در اتریوم، لایه اجرا کلاینت مسلط ندارد ولی لایه اجماع دارد. ethereum.org هدف را این می‌داند که هیچ کلاینتی بر شبکه مسلط نباشد تا باگ یک نرم‌افزار کل شبکه را زمین نزند. در شمارش Ethernodes، کلاینت Lighthouse روی بیش از نیمی از نودهای لایه اجماع اجرا می‌شد. این عدد تعداد نود است، نه سهم اعتبارسنج‌ها یا ETH استیک‌شده، و این دو می‌توانند با هم فرق داشته باشند.

عدد بیت‌کوین و اتریوم را هم با هم مقایسه نکنید. این دو سایت با روش‌های متفاوتی شمرده‌اند و بیشتر بودن عدد یکی از آن‌ها به این معنا نیست که آن شبکه غیرمتمرکزتر است.

وقتی نود سرویس‌دهنده از کار بیفتد: قطعی Infura در آبان ۱۳۹۹

خطر وابسته بودن به نود دیگران را یک اتفاق واقعی خوب نشان می‌دهد. ۲۱ آبان ۱۳۹۹، ساعت ۱۱:۴۲ به وقت تهران، Infura در صفحه وضعیت سرویسش اعلام کرد سرویس شبکه اصلی اتریوم قطع شده است. حدود سه ساعت بعد علت را گفت: بخشی از زیرساختش روی نسخه‌های قدیمی Geth، از جمله 1.9.9 و 1.9.13، مانده بود. این نسخه‌ها در بلاک ۱۱٬۲۳۴٬۸۷۳ به یک باگ اجماعی خوردند و درباره درست بودن بلاک‌ها با بقیه شبکه اختلاف پیدا کردند. نسخه 1.9.19 و جدیدتر گرفتار این مشکل نشد.

اثرش خیلی فراتر از خود Infura بود. به گزارش The Block، متامسک که Infura سرویس پیش‌فرضش بود دچار مشکل شد و صرافی‌هایی مثل بایننس و بیتهامب برداشت ETH و توکن‌های ERC-20 را موقتاً بستند. مدیرعامل وقت بایننس گفته بود Etherscan و Blockchair، دو بلاک اکسپلورر معروف، بعد از همان بلاک دو زنجیره متفاوت نشان می‌دهند. بایننس حدود ساعت ۱۳:۳۰ برداشت‌ها را باز کرد و Infura ساعت ۱۸:۱۲ همان روز اعلام کرد همه بخش‌های سرویسش به حالت عادی برگشته‌اند. مدیر فنی وقت صرافی Bitfinex همان روز به The Block گفت صرافی‌ها باید نود اتریوم خودشان را اجرا کنند و Bitfinex هم همین کار را می‌کند.

از این ماجرا سه درس به درد کاربر معمولی می‌خورد:

1. اگر کیف پول موجودی را درست نشان نمی‌دهد، لزوماً پولتان از دست نرفته است. ممکن است فقط نودی که کیف پول از آن می‌پرسد مشکل داشته باشد. آدرستان را در یک بلاک اکسپلورر هم چک کنید. روشش را در TXID چیست توضیح داده‌ایم.
2. راه جایگزین را از منبع رسمی بگیرید. اگر کیف پول اجازه می‌دهد، آدرس RPC دیگری را فقط از مستندات رسمی همان شبکه بردارید، نه از گروه‌های تلگرامی.
3. هیچ «پشتیبانی» عبارت بازیابی نمی‌خواهد. برای حل هیچ مشکل اتصالی لازم نیست عبارت بازیابی کیف پولتان را جایی وارد کنید و هر کس به اسم پشتیبانی آن را بخواهد، کلاهبردار است.

یک محدودیت دیگر هم به نودهای سرویس‌دهنده مربوط است. متامسک توضیح داده Infura به‌خاطر تحریم‌های آمریکا به چند منطقه، از جمله ایران، سرویس نمی‌دهد و کاربر می‌تواند به‌جای آن از نودهای دیگر استفاده کند. جزئیات این کار را در راهنمای متامسک نوشته‌ایم.

آیا شما به نود شخصی نیاز دارید؟

اگر رمزارزتان در سواپ‌ولت است، کار با نودها با خود سرویس است. انتقال به مخاطبان سواپ‌ولت اصلاً روی بلاک‌چین نمی‌رود و برای همین فوری است. ولی برداشت به یک آدرس بیرونی تراکنش واقعی روی شبکه است و مثل هر تراکنش دیگری باید تأیید بگیرد. یادتان باشد که در حساب هر صرافی، کلید خصوصی دست خود صرافی است. فرق این حالت با کیف پول شخصی را در کلید عمومی و کلید خصوصی چیست توضیح داده‌ایم.