راهنمای جامع الگوریتم اثبات سهام (PoS)

اثبات سهام چیست؟

اثبات سهام (Proof of Stake) یا به اختصار PoS، الگوریتم اجماع ارتقایافته‌ای است که برای حل مشکلات پیش روی اثبات کار (PoW) -از جمله هزینه‌های بالای برق و مسائل امنیتی- به کار می‌رود. در مقایسه با اثبات کار، اثبات‌سهام بر آن است تا از وابستگی خود به قدرت کامپیوتر بکاهد و بتواند زنجیره مشخصی از بلاک‌ها را تشکیل دهد.

بنابراین، بدون اینکه ماینرها با یکدیگر برای تکمیل تراکنش‌های شبکه به رقابت بپردازند، هیچ رقابتی برای گزینش افراد جهت افزودن بلاک‌ها وجود نخواهد داشت. در نهایت، اثبات‌سهام اعتبارسنجها را جایگزین استخراج کنندگان می‌کند تا دارایی خود را در سیستم رمزنگاری قفل کنند؛ به همین دلیل، این بلاک‌ها را به جای استخراج شده، ضرب شده (minted) می‌نامند.

اثبات سهام نمایندگی شده چیست؟

اثبات سهام نمایندگی شده (Delegated Proof of Stake) که با نماد DPoS مشخص می‌شود، یک مکانیسم اجماع است که مقیاس‌پذیری را بدون به خطر انداختن ساختار پاداش بلاک چین بهبود می‌بخشد. برخلاف ساز و کار معمول اثبات‌سهام، اثبات‌سهام نمایندگی شده به کاربران امکان کسب پاداش، اعتبارسنجی تراکنش و قرار دادن بلاک‌ها در کنار یکدیگر را از طریق استیکینگ کوین‌ها می‌دهد؛ بنابراین اگر کاربران موفق به تایید تراکنشی نشوند، بلاک از دست رفته و در نتیجه پاداش برای شاهدان بعدی انباشته می‌شود. در نهایت، این الگوریتم تلاش می‌کند تا اثربخشی کلی این مکانیسم را تقویت کرده و اکوسیستم منسجم‌تری ایجاد کند.

تاریخچه اثبات سهام

در سال 2012، سانی کینگ (Sunny King) و اسکات نادال (Scott Nadal) در وایت پیپر رمزارز پیرکوین (Peercoin) برای اولین بار به الگوریتم اثبات‌سهام اشاره کردند. به عقیده تیم پیرکوین، اثبات‌سهام یک طراحی همتا به همتای بیت کوین به شمار می‌آید. شبکه پیرکوین با مکانیسم ترکیبی اثبات‌سهام و اثبات کار راه‌اندازی شد که در آن اثبات کار اساساً برای تهیه منبع اولیه استفاده می‌شود. از این رو، اهمیت پایداری طولانی مدت شبکه به تدریج کمرنگ شد.

در واقع، اکثر امنیت شبکه از آن زمان متکی به اثبات‌سهام بود. اثبات‌سهام از سوی پلتفرم‌های غیرمتمرکز بی‌شماری از جمله پروتکل اینجکتیو (Injective) مورد استفاده قرار گرفت. در واقع، پروتکل مذکور، مکانیسم اثبات‌سهام مبتنی بر تِندرمینت (Tendermint) را به کار بست که تکرار خاصی از اثبات‌سهام‌های استفاده شده از سوی تعدادی از چین‌ها مانند کازماس (Cosmos) است.

عملکرد اثبات سهام

الگوریتم اثبات‌سهام بر اساس فرآیندهای انتخاب اختیاری برای انتخاب یک نود (به عنوان اعتبارسنج بلاک بعدی) مفهوم‌سازی شده است. برخلاف اثبات کار، هیچ معمای ریاضی برای حل تایید اعتبار بلاک در ازای دریافت پاداش وجود ندارد. از این رو، فرآیند پرمصرف استخراج کاهش می‌یابد.

در مقابل، سیستم اثبات‌ سهام به اعتبارسنج‌ها از طریق هزینه تراکنش پاداش می‌دهد. بنابراین، به کاربری که در فرآیند اعتبارسنجی برای استیک مقدار خاصی از کوین‌های شبکه شرکت می‌کند، ممکن فرصت انتخاب برای اعتبارسنجی بلاک بعدی داده شود.

برای نمونه، اگر سهم شرکت‌کننده‌ای پنج کوین باشد و در عین حال، کسی دیگر 50 کوین داشته باشد، به طور عادی، اعتبار سنج بلاک بعدی منتخب همیشه فردی با مقدار کل بالاتر است. در نهایت، هر چه سهم بیشتری داشته باشید، احتمال اینکه به عنوان اعتبارسنج بعدی انتخاب شوید، بیشتر خواهد بود.

به همین دلیل، اثبات‌سهام به دلیل گرایش نسبت به ثروتمندان مورد انتقاد قرار گرفته است. این سیستم احتمالاً ثروتمندترین فرد را انتخاب می‌کند، در حالی که افراد با ثروت کمتر مورد تبعیض قرار می‌گیرند. بی‌تردید این روش، بحثی را در مورد سیستم ناعادلانه ایجاد می‌کند. از این رو، انتخاب تصادفی بلاک، انتخاب سن کوین و سیستم فیشرمن (fisherman system) برای حل این مسئله وارد عمل شد.

چرا اثبات سهام از اثبات کار بهتر است؟

ما معتقدیم که اثبات‌سهام، مدل بهتری نسبت به اثبات کار است زیرا مسائل بیشتری را حل می‌کند. در ادامه قصد داریم به بررسی آن بپردازیم.

تمرکز

بلاک چین‌های اثبات کار به افرادی که دستگاه‌های قدرتمندتر به لحاظ سخت‌افزاری را خریداری می‌کنند، شانس بیشتری برای برنده شدن پاداش استخراج می‌دهد. نتیجه این امر، به وجود آمدن سازمان‌هایی متمرکز است که هزاران دستگاه (موسوم به ای‌ سیک) را خریداری می‌کنند که توان بالاتری برای استخراج داشته باشند.

 این روش که به «استخر استخراج» معروف است، به افراد امکان می‌دهد که منابع خود را با هم جمع کنند تا شانس بیشتری برای حل رمزنگاری داشته باشند. در نتیجه، تنها چهار استخر استخراج -که اکثرا در چین واقع شده‌اند- بیش از نیمی از کل ظرفیت استخراج بیت‌کوین را کنترل می‌کنند.

این سیستم ناعادلانه است؛ چرا که یک فرد عادی هیچ شانسی برای برنده شدن پاداش استخراج ندارد. اینجاست که اثبات سهام وارد عمل می‌شود و از تسلط افراد خاص بر شبکه جهت کسب سود جلوگیری می‌کند. به این صورت که افراد با قفل کردن دارایی خود به شبکه کمک می‌کنند و متناسب با سرمایه‌گذاری خود، پاداش می‌گیرند.

مصرف برق

همان طور که گفته شد، برخی از بلاک چین‌های اثبات کار مانند بیت کوین مقدار زیادی برق مصرف می‌کند. این روند به دلیل آن است که معادلات رمزنگاری که یک ماینر باید حل کند، بسیار پیچیده و دشوار است. مطالعات اخیر نشان داده است که مقدار کل برق مورد نیاز برای حفظ عملکرد شبکه بیت کوین، بیشتر از مقدار مورد استفاده از سوی بیش از 159 کشور به صورت جداگانه است.

نه تنها این امر به نفع محیط زیست نیست، بلکه میزانی که براساس آن رمزارز می‌تواند اتخاذ آنها در دنیای واقعی را افزایش دهد را با کندی مواجه می‌نمایند. دلیل این امر آن است که صورتحساب برق باید با استفاده از ارز فیات پرداخت شود. از سوی دیگر، اثبات سهام نیازی حل مسائل پیچیده ندارد و این بدان معناست که هزینه‌های برق مربوط به تایید تراکنش‌ها اساساً پایین‌تر است.

حمله 51 درصدی

حمله پنجاه و یک درصدی برای شرح رویداد ناخوشایندی به کار می‌رود که فرد یا گروهی بیش از 50 درصد از کل توان استخراج را به دست می‌آورد. اگر این روند در بلاک چین حاصل از اثبات کار روی دهد، فرد امکان اعمال تغییرات روی یک بلاک خاص را خواهد داشت. اگر این فرد مجرم باشد، می‌تواند بلاک را به نفع خود تغییر دهد.

نمونه اخیر حمله 51 درصد علیه بلاک چین وِرج روی داد که در آن به هکر اجازه سرقت 35 میلیون کوین ورج (XVG) به ارزش 1.75 میلیون دلار را داد.

هنگام استفاده از مکانیسم اجماع اثبات سهام، تلاش برای انجام حمله پنجاه و یک درصدی منطقی نخواهد بود. برای رسیدن به این مقصود، افراد خرابکار به حداقل 51 درصد مقدار کل گردش مالی ارز دیجیتال نیاز دارند. تنها روشی که می‌توانند این کار را انجام دهند، خرید کوین در بازار آزاد است. اگر آنها تصمیم به خریداری این حجم کوین بگیرند، ارزش واقعی آن افزایش خواهد یافت. در نتیجه، آنها به میزان بیشتری از آنچه می‌توانند از این حمله به دست آورند، هزینه می‌كنند!

مزایا و معایب اثبات سهام

مزایا

  • اثبات‌سهام نیازی به توان محاسباتی اثبات کار ندارد و بنابراین به لحاظ انرژی کارآمدتر است.
  • اثبات‌سهام پاداش بهتری را برای نودهای درگیر ارز دیجیتال ارائه می‌کند.
  • اگرچه سیستم اثبات‌سهام ذاتاً مقیاس‌پذیری را بهبود نمی‌بخشد، اما رسیدن به برخی ویژگی‌های مبتنی بر همان زیرساخت فناوری هم وجود دارد. توسعه دهندگان شاردینگ اثبات‌ سهام را ایجاد کرده‌اند که به آنها اجازه بهبود سرعت شبکه و در عین حال حفظ محیطی ایمن را می‌دهد.

معایب

  • مدل‌های اثبات‌سهام به طور کلی به شبکه‌ غیرمتمرکز کمتری منتهی می‌شود.
  • اثبات‌سهام اغلب از ایمنی کمتری برخوردار است و بیشتر مستعد حملات کم هزینه می‌باشد.
  • مدل‌های اثبات‌سهام کماکان در مراحل اولیه خود هستند و در مقایسه با اثبات کار کمتر آزمایش شده است.

نتیجه‌گیری

پروتکل اثبات سهام یکی از مهم‌ترین عناصر معماری بلاک چین معاصر است. نه تنها موجب ایجاد کارآیی می‌شود، بلکه مقرون به صرفه و با دوام هم هست. از آنجا که فناوری بلاک چین به سرعت در حال گسترش در زمینه‌هایی غیر از ارز دیجیتال است، پروتکل اثبات کار، به دلیل عدم کارآیی و ماهیت قدیمی خود از رقابت جا مانده است. اگرچه پروتکل اثبات کار ممکن است برای ارزهای دیجیتال مفید باشد، اما اثبات‌سهام در زمینه حوزه‌های غیر مرتبط مانند لجستیک، بیگ دیتا، هوش مصنوعی و دیگر زمینه‌های ریاضی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است.

اثبات ‌سهام به عنوان الگوریتم جامع، راه‌حلی عالی برای ایجاد سیستم غیرقابل‌اعتماد است که نه تنها مبتنی بر ارزهای بزرگ مانند اتریوم است، بلکه برای ساختارهای کوچکتر نیز استفاده می‌شود. استفاده از سیستم پاداش و جریمه نیز موجب جلوگیری از هرگونه سوءاستفاده اجتماعی و محاسباتی می‌شود.

منبع: bybit , blog.injectiveprotocol , bitdegree