Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

الگوریتم اجماع اثبات سهام و الگوریتم اثبات کار چیست و چه تفاوتی دارند؟

زمان مطالعه: 8 دقیقه

الگوریتم «اثبات سهام» (Poof of Stack) به‌طور خلاصه (PoS)، یکی از الگوریتم‌های اجماع است که به دلیل نواقصی که در الگوریتم «اثبات کار» (Proof of Work) وجود داشت به وجود آمد. احتمالاً شنیده‌اید که «اتریوم۲» (Ethereum2) به‌روز رسانی‌ای از اتریوم است. اتریوم۲ از الگوریتم اثبات سهام برای فرآیند اجماع استفاده می‌کند. اثبات سهام چیست و چه مزایایی نسبت به اثبات کار دارد؟ چگونه در اتریوم۲ پیاده‌سازی می‌شود و دارندگان «اتر» (Ether)، چگونه می‌توانند با معماری جدید بلاکچین اتریوم ارتباط برقرار کنند؟ این‌ها سؤالاتی هستند که در این مقاله قصد داریم به زبان ساده به آن‌ها پاسخ دهیم. پس با دیدکس همراه باشید.

ایده اثبات سهام برای اولین‌بار در سال ۲۰۱۱ در انجمن جهانی «بیت کوین تاک» (Bitcoin Talk) مطرح شد. در سال ۲۰۱۲، برای اولین بار در ارز «پیرکوین» (Peercoin) از آن استفاده شد و بعد از آن ارزهای دیگری مثل “Nxt” و “Blackcoin” از این الگوریتم بهره بردند.

درک سازوکارهای اجماع

برای آشنایی با الگوریتم اثبات سهام لازم است ابتدا با سازوکاری به نام «الگوریتم اجماع» (Consensus Algorithm) آشنا شویم.
اگر مقاله مربوط به «بلاکچین» ما را مطالعه کرده باشید، احتمالاً می‌دانید که بلاکچین، نوعی پایگاه داده است، که ثبت اطلاعات در آن بر عهده اعضای آن است.
هنگامی‌که یک معامله انجام می‌شود، اطلاعات آن در اختیار اعضای بلاکچین قرار می‌گیرد و آن‌ها شروع به بررسی اطلاعات می‌کنند. اگر اکثریت اعضا، معامله را درست و معتبر تشخیص دهند، آن معامله در بلاک بعدی بلاکچین به ثبت می‌رسد. حداقل ۵۱ درصد از اعضای شبکه باید در مورد درست و معتبر بودن بلاک به توافق برسند. به این توافق «اجماع» (Consensus) گفته می‌شود.
الگوریتم اجماع انواع مختلفی دارد که معروف‌ترینِ آن‌ها اثبات کار و اثبات سهام هستند. برای درک بهتر الگوریتم اثبات سهام نیاز داریم ابتدا مروری بر پایه‌ای‌ترین الگوریتم اجماع یعنی اثبات کار داشته باشیم. در ادامه خواهید دید که چه عواملی باعث به وجود آمدن اثبات سهام شد.

الگوریتم اجماع اثبات کار چیست؟

پرکاربردترین الگوریتم اجماع، الگوریتم «اثبات کار» (Proof of Work) است. در این الگوریتم، توسط پروتکل شبکه بلاکچین، معما و مسائل ریاضی طرح می‌شود. جهت تائید اطلاعات برای ثبت در بلاکچین اعضای شبکه باید این مسائل را حل کنند.
به تائید تراکنش‌های کاربران و اطلاعات آن‌ها، اصطلاحاً «استخراج‌» (Mining) گفته می‌شود و به کامپیوترهایی که برای این منظور استفاده می‌شوند، نیز، «گره» (Node) می‌گویند.
برای حل این معماها به تجهیزات و کامپیوترهای پرهزینه‌ای نیاز است. انگیزه‌ای که ماینرها از قبول این هزینه‌ها و شرکت در بلاکچین دارند، دریافت پاداش است. منظور از پاداش همان «سکه» (Coin) بومی شبکه است. به‌عنوان‌مثال افراد با شرکت در فرآیند استخراجِ بیت کوین، مقداری بیت کوین پاداش می‌گیرند. در بلاکچین بیت کوین برای اینکه این پاداش‌ها منجر به تورم نشود، این پاداش هر ۴ سال یک‌بار نصف می‌شود. به این رویداد «هاوینگ» (Halving) می‌گویند.
برخی از رمزارزهای معروف که از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند؛ بیت کوین، اتریوم، لایت کوین، دوج کوین و … هستند.

الگوریتم اجماع اثبات سهام

الگوریتم اثبات کار راه‌ را برای پیشرفت رمزارزها کاملاً باز کرد اما به دلیل مشکلاتی که در آن وجود داشت، به‌خصوص مصرف زیاد انرژی و مشکل مقیاس‌پذیری، الگوریتم اثبات سهام پیشنهاد شد. اکنون تمام شواهد به این اشاره دارند که آینده رمزارزها در دستان کوین‌های دارای الگوریتم اثبات سهام است و این کوین‌ها بازار ارزهای دیجیتال را تحت سلطه خود درخواهند آورد.
اتریوم بزرگ‌ترین ارز دیجیتالی است که تصمیم دارد از اثبات کار به اثبات سهام کوچ کند؛ اما در حال حاضر، پولکادات (Polkadot)، ایاس (EOS)، تزوس (Tezos)، کاردانو (Cardano) و ده‌ها ارز دیجیتال بزرگ دیگر از اثبات سهام یا شکل تغییریافته آن استفاده می‌کنند.
توسعه اتریوم ۲.۰، چهار فاز مختلف دارد. هر فاز، عملکرد و کارایی اتریوم را از جنبه‌های مختلف بهبود می‌دهد. قرار بود فاز صفر در سال ۲۰۲۰ ارائه شود اما پس از اجرای نسخه آزمایشی آن، مشکلات و باگ‌های در مورد آن آشکار شد که روند آن را به تأخیر انداختند.
حال وقت آن رسیده است که ببینیم اثبات سهام چیست و چه تفاوت‌هایی با اثبات کار دارد که می‌خواهد جای آن را بگیرد.
برخلاف اثبات کار، در این روش تمام واحدهای ارز مورد نظر از قبل استخراج‌ شده‌اند و تعداد آن هرگز تغییر نمی‌کند. درنتیجه در اثبات سهام از پاداش استخراج خبری نیست و اعضا به‌جای استخراج باید اطلاعات تراکنش‌های شبکه را بررسی و تائید کنند. به همین دلیل به آن‌ها ماینر (استخراج‎ کننده) نمی‌گویند بلکه آن‌ها در الگوریتم اثبات سهام، «اعتبارسنج» (Validator) نام دارند. در اثبات سهام، استخراجی اتفاق نمی‌افتد. پس از پاداش استخراج خبری نیست و افراد فقط کارمزدهای شبکه را دریافت می‌کنند.

نحوه کار اثبات سهام

در اثبات کار سکه‌ها از دل سیستم پاداش‌دهی بیرون می‌آیند و توزیع می‌شوند. در مورد الگوریتم اثبات سهام، سکه‌ها از قبل استخراج شده‌اند و بلاکچین‌های اثبات سهام یا با یک «عرضه اولیه سکه» (ICO) و یا یک دوره مقدماتی هشینگِ اثبات سهام، کار خود را آغاز می‌کنند.
کسانی‌که قصد مشارکت در فرآیند اعتبارسنجی تراکنش‌ها در شبکه رادارند، ابتدا باید توکن بومی شبکه را بخرند و طی قرار‌دادهایی به شبکه اختصاص دهند یا به عبارت دقیق‌تر «سهام‌گذاری» (Stacking) ‌کنند. هرچه مقدار بیشتری سهام‌گذاری کنند، پاداش بیشتری نیز دریافت خواهند کرد.
در مورد اتریوم ۲، اعتبارسنج‌ها، حداقل باید ۳۲ اتر به قرارداد رسمی سپرده اتریوم ۲ واریز کنند.
شبکه، بلاک‌هایی را به‌منظور بررسی به اعتبارسنج‌ها پیشنهاد می‌کند. اعتبارسنج‌ها باید تصمیم بگیرند که کدام بلاک را تائید کنند. آن‌ها بلاکی را که فکر‌ می‌کنند می‌تواند به بلاکچین اضافه شود، انتخاب کرده و روی آن به‌نوعی شرط‌بندی می‌کنند.
در مورد اتریوم۲، هر بار که بلاکی پیشنهاد می‌شود، حداقل ۴ و حداکثر ۶۴ کمیته تصادفی از ۱۲۸ گره اعتبارسنج از کل اعتبارسنج‌ها برای تائید بلاک انتخاب می‌شوند.
در اثبات کار اعضا محدودیت انرژی داشتند. در اثبات سهام هر فرد بسته به اینکه چقدر ارز نگه داشته باشد مجاز به استخراج تعداد محدودی بلاک است. برای مثال، کسی که ۳ درصد از اتریوم‌های در دسترس را در اختیار دارد می‌تواند فقط ۲ درصد از بلاک‌ها را استخراج کند. این تکنیک باعث افزایش امنیت می‌شود.
اگر بلاک موردنظر ثبت‌شده و به بلاکچین اضافه شود، شبکه نسبت به میزان ارزی که سپرده‌گذاری شده، مدت‌زمان قفل‌ماندن آن و بر اساس بازده سرمایه‌گذاری (ROI)، به اعتبارسنج‌ها پاداش می‌دهد. پاداش نیز همان توکن بومی شبکه است.

نحوه انتخاب اعتبارسنج‌ها

در اثبات کار، ماینرها با استفاده از قدرت هش خود برای حل معمای بلاک‌ها تلاش می‌کنند و هنگامی‌که موفق شوند جواب را پیدا کنند، بلاکِ درست را به بلاکچین اضافه و جایزه دریافت می‌کنند؛ اما در اثبات سهام معمایی وجود ندارد و این خود شبکه است که به اعتبارسنج‌ها بلاک پیشنهاد می‌کند.

حال سؤالی که پیش می‌آید این است که شبکه بر چه اساسی اعتبارسنج‌ها را انتخاب می‌کند؟

باید گفت هر چه میزان سهام یک اعتبارسنج بیشتر باشد، شانس انتخاب او نیز بیشتر خواهد بود. برای اینکه در این روند تنها از ثروتمندترین گره‌ها استفاده نشود، روش‌های خاصی برای انتخاب تصادفی پیشنهاد شده است:
انتخاب تصادفی بلاک: از بین پایین‌ترین میزانِ هش و بالاترین مقدار سهام انتخاب تصادفی انجام می‎‌شود.
• سن ارز: در این روش، گره‌ها بر اساس مدتی که ارز را سهام‌گذاری یا قفل کرده‌اند انتخاب می‌شوند.
این مدت با ضرب تعداد روزهایی که ارز به عنوان سهام نگه‌داری شده، در تعداد سکه‌ها، محاسبه می‌شود.
سن ارز = تعداد روزهایی که ارز در شبکه استیک‌شده * تعداد ارز

هنگامی‌که یک گره اعتبارسنج، موفق به ایجاد یک بلاک می‌شود، سن ارز آن صفر می‌شود و مدت معینی را برای اینکه بتواند دوباره یک بلاک دیگر بسازد، باید صبر کند. این امر مانع از تسلط نودهایی می‌شود که سهام بزرگی در بلاکچین دارند.

امنیت در الگوریتم اثبات سهام

در الگوریتم اثبات کار، ماینرها منابع انرژی و تجهیزات پرهزینه خود را در فرایند استخراج به کار می‌گیرند. به این امید که بلاکِ درست را تائید کنند و سپس پاداش دریافت کنند؛ بنابراین تمام تلاش آن‌ها کار بر روی درست‌ترین زنجیره‌ است، اما در الگوریتم اثبات سهام اعتبارسنج‌ها بر اساس مقدار ارزی که استیک کرده‌اند پاداش می‌گیرند. بنابراین چرا باید دغدغه تائید بلاکِ درست را داشته باشند؟
کاربران برای کسب پاداش رقابت می‌کنند. به دست آوردن پاداش‌ و ساخت بلاک به توانایی آن‌ها بستگی دارد. اگر این رقابت و مسابقه با تساوی تمام شود چه؟
ناگهان 2 بلاک مختلف در یک‌زمان در زنجیره ساخته می‌شود. نتیجه آن ایجاد یک «فورک» (Fork) خواهد بود. پس زنجیره به ۲ انشعاب تقسیم می‌شود.
حال اگر چند ماینر خرابکار به استخراج و تائید تراکنش‌ها روی یک زنجیره بپردازند و آن‌قدر این ‌کار را ادامه دهند تا زنجیره‌ آن‌ها از زنجیره اصلی پیشی بگیرد، تمام تراکنش‌هایی که در زنجیره اصلی قرارگرفته‌اند، خالی شده و رد می‌شوند. این مسئله «سرمایه‌گذاری روی هیچ» (Nothing at Stake) نام دارد و در سیستم اثبات سهام احتمال اتفاق افتادن آن وجود دارد.
بنیان‌گذار اتریوم، «ویتالیک بوترین» (Vitalik Buterin)، برای اینکه کاربران برای اعتبارسنجی هر چه بیشتر بلاک، نهایت تلاش خود را به‌کار گیرند، پروتکلی تحت عنوان پروتکل «کسپر» (Casper) ارائه کرد. بر اساس پروتکل کسپر، اگر کسی قصد خرابکاری در شبکه را داشته باشد، جریمه (Slash) می‌شود. به این صورت که، تمام ارزهایی که در قرارداد استیکینگ، قرار داده است، از او گرفته می‌شود و سهامش پوچ می‌شود؛ بنابراین، اعتبارسنج‌ها باید شدیداً دستگاه‌های خود را بررسی کنند و تنبلی کردن در این مورد می‌تواند باعث از دست رفتن سرمایه‌شان شود.

مزایای الگوریتم اثبات سهام نسبت به الگوریتم اثبات کار

مصرف پایین‌تر انرژی: ایراد بزرگ اثبات کار مصرف بالای انرژی در آن است. علت اصلی به وجود آمدن الگوریتم اثبات سهام نیز همین موضوع است. اعتبارسنج‌ها در الگوریتم اثبات سهام، نگران هزینه‌های اولیه سخت‌افزار نیستند و به‌اندازه ماینرها در اثبات کار، دغدغه‌ هزینه برق ندارند.
• تمرکززدایی: در اثبات کار، ماینرها می‌توانند قدرت‌های هش خود را روی یکدیگر بگذارند و استخر استخراج تشکیل بدهند. این موضوع منجر به تمرکز قدرت می‌شود که با هدف بلاکچین – تمرکززدایی – در تضاد است. در سیستم‌های اثبات کار، قدرت هش بیش‌تر برای ماینرها و استخرها به معنی دریافت پاداش بیشتر است؛ اما در اثبات سهام، چه اعتبارسنج یک گره را اجرا کند و چه ۱۰۰۰ گره، درصد پاداش وی ثابت خواهد ماند. علاوه بر این، در این روش «صرفه‌های نسبت به مقیاس» (Economies of scale) بیشتر از اثبات کار است.
• مقیاس‌پذیری: اثبات سهام، بدون کاهش امنیت، یک راه‌حل مقیاس‌پذیر، تحت عنوان «شاردینگ» (Sharding) ارائه می‌دهد. در مکانیزم شاردینگ، یک بلاکچین به چندین زنجیره کوچک‌تر تقسیم می‌شود که هرکدام از آن‌ها تعدادی از بلاک‌ها را پردازش می‌کنند و هر زنجیره لازم نیست اطلاعات بلاک‌های دیگر زنجیره‌ها را نیز بررسی کند و به این طریق سرعت پردازش افزایش پیدا می‌کند.

شاردینگ اجازه می‌دهد تا چندین بلاک (و به‌عبارت‌دیگر مجموعه‌های بیشتری از داده‌ها) به‌طور هم‌زمان پردازش شوند. راه‌حل مقیاس‌پذیری اتریوم2.0 نیز استفاده از شاردینگ است.
• امنیت: با اثبات سهام، حمله‌کننده باید به ۵۱٪ رمزارزها دست یابد تا بتواند حمله ۵۱٪ را ترتیب دهد. اولاً که اگر هکر بخواهد ۵۱٪ از کل سکه‌ها را خریداری کند، به‌صورت خودکار و کاملاً طبیعی، قیمت سریعاً افزایش پیدا می‌کند و نمی‌تواند این‌چنین حجمی خرید کند. دوم اینکه، اگر حتی موفق به این کار شود خبر مورد حمله قرار گرفتن آن بلاکچین به سرعت پخش می‌شود و باعث افت شدید قیمت ارز می‌شود. او که بزرگ‌ترین سهام‌دار شبکه است از همه بیشتر ضرر می‌کند و بازنده اصلی در حقیقت او خواهد بود. پس ناخودآگاه برای امنیت شبکه تلاش خواهد کرد.
• سیستم پاداش‌دهی: کاربران می‌توانند فقط با نگهداری کوین‌ها، بسته به مقدار کوین و مدت‌زمان نگهداری، پاداش دریافت کنند و به هیچ اقدام خاصی برای سهام‌گذاری این کوین‌ها احتیاج نیست.

معایب الگوریتم اثبات سهام نسبت به الگوریتم اثبات کار

• سرمایه‌سالاری: هرکه میزان توکن بیشتری داشته باشد، بازده سرمایه بیشتری خواهد داشت و ثروتمندان هر روز ثروتمندتر می‌شوند.
به همین ترتیب، دریافت و انباشت سود بیشتر توسط سرمایه‌داران اصلی، می‌تواند قدرت بیشتری در اختیار اعتبارسنج‌های ثروتمندتر بگذارد و این امر ممکن است تهدیدی برای غیرمتمرکز بودن فرایند اعتبارسنجی در شبکه باشد.
• پایین بودن درآمد: درآمد اعتبارسنج‌ها در الگوریتم اثبات سهام، نسبت به درامد ماینرها در اثبات کار، تقریباً پایین است. اعتبارسنج‌ها در اتریوم ۲، می‌توانند سالانه بین ۴٫۶ تا ۱۰٫۴ درصد اتر عنوان پاداش سهام درآمد کسب کنند.
• انتخاب اعتبارسنج بر اساس سن ارز: انتخاب سکه‌ها بر اساس قدمت آن‌ها ایرادهای زیادی دارد. با آفلاین نگه‌داشتن مقدار زیادی از کوین‌ها برای مدت طولانی، می‌توان سن آن‌ها را افزایش داد و درنتیجه شانس انتخاب به‌عنوان گره اعتبارسنج را افزایش داد.
افرادی که قصد سوءاستفاده از این نقطه‌ضعف را داشته باشند، می‌توانند، تعداد زیادی از سکه‌های قدیمی را به شبکه تزریق کنند.
• هزینه‌ استیکینگ: اعتبارسنج‌ها برای اجرای یک گره اعتبارسنج کامل باید مقداری رمزنگاری را درگیر (Stack) کنند. برای بسیاری از افراد، تهیه این مبلغ دشوار و مانع شرکت در فرایند اعتبارسنجی است.
البته مشابه «استخرهای استخراج» (Mining Pools) در اثبات کار، اثبات سهام نیز «استخرهای ذخیره» (Stacking Pools) دارد. افرادی که توانایی پرداخت ۳۲ اتر را ندارند، می‌توانند، هرچقدر که در توان دارند، اتر به استخرهای ذخیره بدهند و این استخر از طرف آن‌ها سهام‌داری می‌کند و به آن‌ها درصدی از سهامشان را به‌عنوان پاداش می‌دهد.

الگوریتم اثبات سهام نوع مهمی از الگوریتم اجماع است که به دلایل مشکلاتی که در سیستم اثبات کار وجود داشت – به‌خصوص مصرف بسیار زیاد انرژی و سرعت پایین تراکنش‌ها – به وجود آمد. اعتبارسنج‌ها، مجبور به حل مسائل ریاضی و استفاده از تجهیزات پرهزینه ماینینگ، نیستند.
در عوض، تعداد مشخصی از رمزارزهای خود را به شبکه اختصاص می‌دهند و به این صورت، در فرایند تائید اعتبار بلاک‌ها شرکت می‌کنند. اعتبارسنج‌ها، به‌جای پاداش استخراج، کارمزدهای شبکه را دریافت می‌کنند.
با استفاده از مکانیزم شاردینگ نیز تعداد تراکنش‌های بیشتری در هر ثانیه ثبت می‌شود و مشکل مقیاس‌پذیری در اثبات کار به این شکل توسط اثبات سهام بهبود میابد. علی‌رغم ویژگی‌های مثبتی که در اثبات سهام وجود دارد، این الگوریتم قدمت چندانی ندارد و هنوز در مقیاس بزرگ آزمایش نشده است. به نظر شما آیا واقعاً اثبات سهام از اثبات کار بهتر است؟

منابع:

نویسنده: پرستو کوراوند

نمایش نظراتبستن نظرات

ارسال دیدگاه