الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) چیست؟

ارز‌های دیجیتال از الگوریتم‌های مختلفی برای رسیدن به اجماع استفاده می‌کنند. الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) نیز نوعی مکانیسم اجماع است. در این الگوریتم لازم است تا برای مشارکت در تایید اعتبار تراکنش‌ها، ارز دیجیتال خود را در شبکه وثیقه قرار دهید. این کار برای حفظ امنیت و جلوگیری از خرابکاری افراد در شبکه بسیار مهم است. زیرا افراد در صورت آسیب زدن به شبکه، دارایی خود را نیز از دست خواهند داد.

هر فرد متناسب با مقدار دارایی که در شبکه سهام‌گذاری یا استیکینگ (Staking) کرده، می‌تواند تراکنش‌ها را اعتبار سنجی کند. مثلا اگر شخصی ۵ درصد کوین‌های سهام‌گذاری شده را در اختیار داشته باشد می‌تواند اعتبار ۵ درصد تراکنش‌ها تایید کند. اثبات سهام (PoS) به عنوان جایگزینی برای اثبات کار (PoW) که مکانیسم اجماع شبکه بیت کوین است، توسعه داده شده است.

مکانیسم اجماع در بلاک چین

رمز ارز‌ها دارای ساختاری غیرمتمرکز هستند و بدون نیاز به یک مرجع مرکزی (Central Authority) کار می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود تا شبکه بلاک چین به روش جدیدی برای حفظ امنیت تراکنش‌ها و دارایی کاربران نیازمند باشد. این روش با نام مکانیسم اجماع شناخته می‌شود. مکانیسم اجماع در شبکه بلاک چین را به عنوان یک توافق همگانی تعریف می‌کنند. تمامی شبکه‌های همتا به همتا به دلیل نداشتن سلسله مراتب مانند شبکه‌های متمرکز، به یک مکانیسم اجماع نیاز دارند. این مکانیسم‌ها ترکیبی از رمزنگاری و قوانینی برای پرداخت پاداش با مجازات در شبکه هستند.

مکانیسم اجماع در بلاک چین:

نود‌ها یا همان کامپیوتر‌های درون شبکه بر سر قوانین مشخصی به توافق می‌رسند. به این قوانین توافق شده میان کاربران، الگوریتم یا مکانیسم اجماع (Consensus Protocol) می‌گویند. تایید‌کنندگان (Validators) در این شبکه باید بر سر این که آیا فرستنده، واقعا پولی برای خرج کردن دارد یا نه؛ به توافق برسند. هر تراکنش باید توسط تمامی تاییدکنندگان امضا شود. در واقع یک تراکنش یا معامله زمانی تایید می‌شود که بر درستی آن، اجماع صورت بگیرید. مکانیسم اجماع یکی از مفاهیم اساسی مشترک میان تمام ارز‌های دیجیتال است.

الگوریتم اثبات سهام (PoS)

الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) در سال ۲۰۱۲ و به عنوان یک نسخه اصلاح شده از الگوریتم اثبات کار معرفی شد. هدف این الگوریتم حل مشکل وابستگی به انرژی برق برای تولید بلاک‌های جدید در مکانیسم اثبات کار بود. ‌ایده اولیه الگوریتم اثبات سهام استفاده از مالکیت برای تولید بلاک‌های جدید به جای رقابت برای به دست آوردن قدرت هش بیشتر است. این مکانیسم با استفاده از قوانینی مشخص، نود بعدی تولید‌کننده بلاک جدید را به صورت تصادفی انتخاب می‌کند. نقش نود انتخاب شده، تایید اعتبار تراکنش بلاک، امضای آن و پیشنهاد آن به شبکه برای اعتبارسنجی (Validation) است.

ساختار تشکیل بلاک چین

در یک بلاک چین مبتنی بر الگوریتم اثبات سهام، بلاک‌ها به ترتیب زمان انجام تراکنش‌ها مرتب می‌شود. اولین بلاک در این شبکه، بلاک جنسیس (Genesis Block) نام دارد و به شکل هارد-کد درون نرم‌افزار آن قرار گرفته است. بلاک‌های بعدی که به شبکه اضافه می‌شوند، همیشه به بلاک قبلی وابسته هستند. هر کدام از این بلاک‌ها حاوی یک نسخه از دفتر کل (Leger) به روز‌رسانی شده، هستند. در شبکه‌های بلاک چین مبتنی بر الگوریتم PoS برخلاف الگوریتم PoW هیچ رقابتی برای انتخاب فردی که بلاک بعدی را استخراج می‌کند، وجود ندارد. به همین دلیل در این شبکه‌ها از اصطلاح ساختن یا ضرب کردن به جای استخراج استفاده می‌شود.

مصرف انرژی

در الگوریتم اثبات سهام، افراد را براساس قدرت هش (Hash Power) برای استخراج بلاک‌ها انتخاب نمی‌شوند. در الگوریتم اثبات کار ماینر‌های برای به دست آوردن قدرت هش بالا نیاز به مصرف انرژی بسیار زیادی دارند. به همین علت بسیاری از افراد مکانیسم Proof of Stake را بسیار کارآمد‌تر از Proof of Work می‌دانند. علاوه بر این، الگوریتم اثبات کار برای استخراج به سخت‌افزار‌ها خاص مانند ASIC یا کارت گرافیک‌های قدرتمندی نیاز دارد. در صورتی که الگوریتم اثبات سهام نت‌ها نیازمند یک اتصال به اینترنت است.

توزیع پاداش

مشابه الگوریتم اثبات کار، در الگوریتم اثبات سهام نیز به کسانی که اعتبار یک بلاک جدید را تعیین می‌کنند، پاداش تعلق می‌گیرد. در این الگوریتم تایید‌کنندگان هم در ازای استیکینگ و هم تایید تراکنش‌ها در شبکه، پاداش دریافت می‌کنند. میزان پاداش پرداختی در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام، متغیر است و بسته به تعداد کل تایید‌کنندگان فعال تغییر می‌کند.

مشارکت

در الگوریتم اثبات سهام، به دست آوردن فرصت برای مشارکت در اضافه کردن بلاک‌های جدید، بسیار ساده است. تنها لازم است تا مقدار مشخصی از ارز دیجیتال اختصاصی آن شبکه را، استیکینگ یا سهام‌گذاری کنید. هرچه مقدار کوین‌های استیک شده در شبکه بیشتر باشد، شانس شما برای انتخاب شدن به عنوان تولیدکننده بعدی بیشتر خواهد شد. الگوریتم اثبات سهام تلاش می‌کند با درنظر گرفتن عواملی دیگر، از انتخاب همیشگی نود‌های ثروتمند جلوگیری کند. برای مثال انتخاب تصادفی افراد، یا در نظر گرفتن افرادی که مدت زمان طولانی دارایی خود را استیکینگ کرده‌اند.

انواع الگوریتم اثبات سهام (PoS)

الگوریتم اثبات سهام، مدل‌های مختلفی دارد که همگی دارای ساختاری یکسان هستند. با این وجود نقش افراد و نحوه رسیدن به اجماع در هر یک از این مدل‌های الگوریتم اثبات سهام متفاوت است. در اینجا برخی از مهم‌ترین مدل‌های الگوریتم اثبات سهام را معرفی کرده‌ایم:

اثبات سهام واگذار شده (Delegated PoS)

در مدل اثبات سهام واگذار شده، نمایندگان منتخب مسئول تایید اعتبار بلاک‌ها هستند. در این مدل همه اعضای شبکه نمایندگانی را انتخاب کرده و سهم خود را به آن نماینده واگذار می‌کنند.

اثبات سهام شناور (Liquid PoS)

در مدل اثبات سهام شناور، واگذاری اختیاری است. این مدل از روش رای‌گیری، آن چین (On-Chain) استفاده می‌کند و اجازه می‌دهد تا تغییرات به طور مستقیم در شبکه بلاک چین اعمال شوند.

اثبات سهام ترکیبی (Hybrid PoS)

مدل اثبات سهام ترکیبی از دو مدل اثبات سهام واگذار شده و اثبات سهام شناور، استفاده می‌کند. از نظر تئوری این کار باعث می‌شود تا نقاط ضعف دو مدل دیگر، کاهش پیدا کند.

الگوریتم اثبات سهام یا الگوریتم اثبات کار

تفاوت اصلی الگوریتم PoW و PoS در نوع فعالیتی است که مشارکت‌کنندگان برای حفظ امنیت شبکه انجام می‌دهد. به مشارکت‌کنندگان در الگوریتم اثبات کار، ماینر یا استخراج‌کننده می‌گویند. در فرایند استخراج، مشارکت‌کنندگان باید از طریق آزمون و خطا، معادلات پیچیده ریاضی را حل کنند. این فرایند نیازمند دستگاه‌های ماینر قدرتمند و مقدار زیادی انرژی برق است. در مکانیسم اثبات کار، توکن‌های جدید برای پرداخت پاداش به استخراج‌کنندگان، تولید می‌شوند.

در واقع با استخراج هر بلاک جدید، مقدار ثابتی توکن به وارد تولید و چرخه اضافه می‌شود. در الگوریتم اثبات سهام، تاییدکنندگان باید دارایی ارز دیجیتال خود را در شبکه استیکینگ یا سپرده‌گذاری کنند. با این کار آن‌ها می‌توانند در رای‌گیری و تایید اعتبار بلاک بعدی در شبکه، مشارکت کنند.

برخلاف ماینر‌ها که بر روی تجهیزات استخراج سرمایه‌گذاری می‌کنند، تایید‌کنندگان از سرمایه خود را به صورت کوین‌های شبکه استفاده می‌کنند. در مقابل شبکه با تولید کوین‌های جدید در مقابل، پاداش آن‌ها را پرداخت می‌کند. الگوریتم اثبات سهام (PoS) مانند الگوریتم اثبات کار (PoW) به حداقل کاربران برای حفظ امنیت و نگهداری از شبکه، نیاز دارد. اگر تعداد نود‌های به اندازه کافی نباشد، امنیت شبکه کاهش می‌یابد و می‌تواند به راحتی مورد حمله قرار بگیرد. همچین ارزش دارایی‌های ارز دیجیتال درون شبکه باید از یک مقدار حداقلی، بیشتر باشد.

ارزش بالای این دارایی‌ها باعث افزایش امنیت شبکه خواهد شد، زیرا در هر دو الگوریتم مشارکت‌کنندگان در در فرایند اجماع، به عنوان پاداش کوین دریافت می‌کنند. این پاداش در واقع یک مشوق مالی است که باعث رشد شبکه بلاک چین می‌شود. بخشی از این پاداش‌ها نیز از کارمزد تراکنش‌های انجام شده به مشارکت‌کنندگان پرداخت می‌شود.

مزایا و معایب الگوریتم اثبات سهام

الگوریتم اثبات سهام، بزرگترین مشکل الگوریتم اثبات کار یعنی سختی ورود به فرایند اعتبار سنجی را حل می‌کند. در این الگوریتم کاربران دیگر برای به دست آوردن پاداش، نیازی به خریدن تجهیزات‌گران قیمت استخراج ندارند. الگوریتم PoS نسبت به PoW نیاز به قدرت محاسباتی و انرژی برق کمتری برای مشارکت دارد. در نتیجه تاثیرات زیست محیطی آن از جمله آلودگی هوا و گرمایش زمین، بسیار کمتر خواهد بود.

• بهره وری بیشتر در مصرف انرژی – استخراج بلاک‌ها نیاز به انرژی زیادی ندارد.
• موانع کمتر برای ورود به شبکه – برای اینکه شانس استخراج بلاک جدید را داشته باشید نیازی به دستگا‌های ماینر‌گران قیمت ندارید.
• مصونیت بیشتر در برابر خطر متمرکز شدن – الگوریتم اثبات سهام، مشارکت کاربران را افزایش می‌دهد و باعث متنوع شدن اکوسیستم و ایجاد نود‌های (Nodes) درون شبکه خواهد شد.

اولین مشکل در شبکه‌های PoS این است که اگر تعداد افراد مشارکت‌کننده در تایید تراکنش‌ها کم باشد، این افراد می‌توانند قدرت بسیار زیادی به دست آورند. البته قدرت افرادی که برخلاف منافع شبکه کاری انجام می‌دهد، به طور خودکار لغو خواهد شد. برای مثال اگر یک تولیدکننده کوین EOS بیشتر از ۲۴ ساعت در شبکه غیرفعال باشد، یک شخص جایگزین به سرعت جای او را خواهد گرفت.

مشکل دیگر الگوریتم اثبات سهام این است که این شبکه به نفع سرمایه‌داران عمل می‌کند. عملا هرچقدر کوین‌های بیشتری داشته باشید و در شبکه استیک (Stake) کرده باشید از حق رای بیشتری برای تایید تراکنش‌ها برخوردار خواهید شد. شبکه‌هایی مانند کاردانو با استفاده از مکانیسم انتخاب تصادفی، این مشکل را حل کرده‌اند. استفاده از این مکانیسم، قدرت تاثیرگذاری نهنگ‌های خارج از شبکه که سرمایه بیشتری از افراد فعال درون شبکه دارند را از بین می‌برد. البته همچنان کاربران ثروتمند، شانس بیشتری برای استخراج بلاک‌های درون شبکه دارند.

سوالات متداول

هدف از راه اندازی مکانیزم اثبات سهام چست؟

عدم استفاده از نیروی برق و کاهش هدر رفت منابع تجدید ناپذیر مهم ترین دلیل راه اندازی مکانیزم اجماع سهام است.

راهکار مکانیزم اثبات سهام برای رعایت عدالت بین نودها چیست؟

الگوریتم اثبات سهام تلاش می‌کند از انتخاب همیشگی نود‌های ثروتمند جلوگیری کند؛ برای مثال انتخاب تصادفی افراد (بلاک چین کاردانو) یا در نظر گرفتن افرادی که مدت زمان طولانی دارایی خود را استیکینگ کرده‌اند، از راهکارهای این مکانیزم برای رعایت عدالت بین نودهای شبکه است.

مطالب مرتبط:

فورک چیست؟ الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) چیست؟ شاردینگ (Sharding) چیست؟ آشنایی با راهکار مقیاس پذیری بلاک چین تعریف مفهوم مقیاس پذیری (Scalability)