الگوریتم گواه اثبات سهام (Proof Of Stake) یکی از معروفترین و مهمترین الگوریتم‌ها در بلاک چین است که بعد از گواه اثبات کار (Pow) بیشترین کاربرد را داخل بلاک چین دارد. الگوریتم Pos اولین بار در سال ۲۰۱۱ و در فروم Bitcointalk برای حل مشکلات محبوب ترین الگوریتم فعلی استفاده شد در بلاک چین یعنی الگوریتم گواه اثبات کار معرفی شد.
در حالی که هر دو الگوریتم هدف یکسانی برای دستیابی به اتفاق نظر در بلاک چین را دارند، اما روند رسیدن به هدف آنها کاملاً متفاوت است. مفهوم گواه اثبات سهام بیان می‌کند که یک شخص میتواند تراکنش‌های بلاک‌ها را با توجه به اینکه چند کوین در اختیار دارد استخراج یا تأیید کند. این بدان معنی است که کسی که دارای توکن‌های بیشتری باشد قدرت استخراج یا تایید بیشتری نیز خواهد داشت.
البته درالگوریتم گواه اثبات سهام خبری از دریافت پاداش نیست و تاییدکنندگان که به آنها Forgers هم می‌گویند تنها از طریق کارمزد تراکنش‌ها کسب درآمد می‌کنند. اولین ارزهای دیجیتالی که از شروع به استفاده از این روش برای استخراج کردند، Peercoin ,Nxt ,Blackcoin ,NuBit ,Qora ,Nav coin بودند.
البته هیچکدام از این رمز ارزها به شکل کامل از Pos استفاده نمی‌کنند و تا به امروز هیچ رمزارزی وجود ندارد که این الگوریتم را به صورت کامل استفاده کرده باشد. اتریوم را می‌توان اولین ارز دیجیتال نامید که سعی در استفاده از الگوریتم گواه اثبات سهام دارد و البته همچنان راه زیادی تا پیاده‌سازی کامل آن دارد.
آشنایی با گواه اثبات سهام (PoS)
الگوریتم گواه اثبات سهام به عنوان جایگزینی برای گواه اثبات کار (PoW)، برای حل مشکلات موجود در آن ایجاد شده است. فرایند استخراج، برای انجام محاسبات مختلف رمزنگاری و حل کردن چالش‌های محاسباتی، به مقدار زیادی قدرت محاسباتی نیاز دارد. این توان محاسباتی به مقدار زیادی برق و انرژی مورد نیاز برای گواه اثبات کار تبدیل میشود. در سال ۲۰۱۵، تخمین زده شد که یک تراکنش با بیت کوین به میزان برق مورد نیاز برای تأمین انرژی ۱.۵۷ خانوار آمریکایی در روز نیاز دارد.
گواه اثبات سهام (PoS) با نسبت دادن قدرت استخراج به نسبت توکن‌هایی که یک کابر در اختیار دارد، به دنبال حل این مسئله است. به این ترتیب، یک استخراج کننده در الگوریتم PoS به جای استفاده از انرژی برای حل پازل‌های بلاک، محدود به استخراج درصدی از تراکنش‌ها است که منعکس کننده سهام مالکیت وی است. برای اینکه این مطلب را راحت‌تر متوجه شوید با یک مثال آن را توضیح می‌دهیم : فرض کنید یک استخراج کننده که ۳٪ از بیت کوین موجود را در اختیار داشته باشد، پس او از نظر تئوری فقط ۳٪ از بلوک‌ها را میتواند استخراج کند. پیش از پرداختن به الگوریتم PoS، دو نوع دیگر از الگوریتم‌های آن را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
الگوریتم گواه اثبات سهام خصوصی شده (DPoS)
الگوریتم Delegated Proof Of Stake را می‌توان زیرشاخه‌ای از الگوریتم گواه اثبات سهام دانست. شبکه EOS از شبکه‌های بلاک چین است که از این روش استفاده می‌کند. این روش به اختصار DPoS نام‌گذاری شده است. این روش در واقع یک سیستم مبتنی بر دموکراسی است؛ به عبارتی، به جای آنکه نودهای یک شبکه، خود تراکنش‌ها را تایید کنند، افرادی را از میان خود انتخاب می‌کنند و کار تایید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌ها را به این افراد منتخب، محول می‌کنند.
دقیقا افرادی که در روش PoS دارایی دیجیتال خود را در اختیار شبکه قرار داده‌اند، از میان خود نمایندگانی را انتخاب می‌کنند تا این افراد به نمایندگی از نودها، تراکنش‌ها را ارزیابی و بلاک‌های جدید را ایجاد کنند. در کنار شبکه EOS، شبکه کاردانو نیز از جمله مشهورترین شبکه‌های بلاک چین است که از این روش استفاده می‌کند. شبکه ترون نیز از سال ۲۰۱۸ اعلام کرده که از این روش برای اجماع در شبکه خود استفاده خواهد کرد.
الگوریتم گواه اثبات سهام تصادفی (RPoS)
یکی از انتقادهایی که به روش DPoS میشود، متمرکز بودن آن است. هر کسی (برای مثال استخرها) که دارایی بیشتری را استیک کرده‌اند، رای آنها وزن بیشتری خواهد داشت؛ اما در روش RPoS انتخاب نودهای تاییدکننده تراکنش‌ها، به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند. در این روش، بلاک‌ها توسط نودهایی ایجاد میشود که به صورت تصادفی و رندوم انتخاب شده‌اند.
از دیگر زیرمجموعه‌های گواه اثبات سهام، می‌توان به گواه اثبات سهام استیجاری (LPoS) (که پلتفرم Waves از آن استفاده می‌کند) و گواه اثبات سهام هیبریدی (HPoS) (که شبکه BTCA آن را به کار می‌برد)، اشاره کرد.
گواه اثبات سهام چگونه کار می‌کند؟
الگوریتم گواه اثبات سهام از یک فرایند انتخاب شبه تصادفی برای انتخاب یک نود برای اعتبارسنجی بلاک بعدی استفاده می‌کند. این انتخاب براساس ترکیبی از عواملی مانند شامل مدت زمان استیکینگ، انتخاب تصادفی و دارایی نود است.
ارزهای دیجیتالی که از این سیستم استفاده می‌کنند اغلب با فروش توکن‌های از قبل استخراج شده شروع می‌شوند یعنی اینکه با الگوریتم اثبات کار راه اندازی می‌شوند و بعداً به Proof of Stake روی می‌آورند. و همانطور که قبلا اشاره شد اعتبارسنج‌ها در این روش از طریق کارمزد تراکنش‌ها، کسب درآمد می‌کنند.
کاربرانی که می‌خواهند به عنوان اعتبارسنج یا Forgers کار کنند، لازم است مقدار مشخصی توکن را به عنوان سهام خود در شبکه قفل کنند. اندازه سهم تعیین کننده شانس انتخاب یک نود به عنوان اعتبارسنج بعدی برای حل بلاک بعدی است. هرچه سهم کاربر بیشتر باشد، شانس بیشتری نیز خواهد داشت. البته برای اینکه در این فرآیند تنها از ثروتمندترین نودهای شبکه استفاده نشود، روشهای منحصر به فردتری به فرآیند انتخاب اضافه میشود. دو روشی که معمولاً استفاده شده انتخاب بلاک به صورت تصادفی و انتخاب از طریق مدت زمان استیک شدن توکن است. البته روشهای دیگری نیز وجود دارد برای مثال اتریوم برای شروع کار خود یک محدودیت میزان استیک برای کسانی که می‌خواهند به اعتبارسنج در شبکه آن فعالیت کنند، گذاشته است.
در روش انتخاب بلاک به صورت تصادفی، اعتبارسنج‌ها با جستجوی نودهایی با ترکیبی از کمترین مقدار هش و بالاترین میزان سهم انتخاب می‌شوند و و از آنجا که اندازه میزان استیک مشخص و عمومی است، Forger بعدی معمولاً توسط نودهای دیگر قابل پیش‌بینی است.
در روش دوم نودها را براساس مدت زمانی که توکن‌های خود را استیک کرده‌اند (یا سن توکن)، انتخاب می‌کنند.هنگامی که یک گره یک بلاک را Forge کرد، سن سکه او به صفر می‌رسد و باید مدت زمان مشخصی را صبر کند تا بتواند بلاک دیگری را Forge کند، این کار از غلبه نودهایی که میزان زیادی درایی را در آن بلاکچین استیک کردن، جلوگیری می‌کند. البته این روش‌ها به صورت اختیاری هستند و هر ارز دیجیتالی که با استفاده از الگوریتم گواه اثبات سهام می‌خواهد کار کند، قوانین و روشهای خاص خود را دارد و از بهترین ترکیب ممکنی که برای خود و کاربرانش مفید است، استفاده می‌کند.
وقتی یک نود برای حل بلاک بعدی انتخاب میشود، بررسی می‌کند که تراکنش در بلاک معتبر است سپس بلاک را امضا و آن را به بلاکچین اضافه می‌کند و به عنوان پاداش، کارمزدهای تراکنش را که با تراکنش موجود در بلاک مرتبط است، دریافت می‌کند. اگر یک نود بخواهد از اینکار انصراف دهد، میزان دارایی استیک کرده و جوایز بدست آورده خود را پس از مدت زمانی خاص میتواند دریافت کند. این زمان برای این است که شبکه به بررسی اینکه هیچ بلاک تقلبی توسط نود به بلاک چین اضافه نشده است، بپردازد.
تفاوت الگوریتم گواه اثبات سهام با گواه اثبات کار در چیست؟
گواه اثبات سهام در واقع یک راه دیگر برای اعتباربخشی به تراکنش‌ها و برقرار کردن توافق توزیع شده است. هدف گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام یکسان است ولی فرایند رسیدن به این هدف متفاوت است.
برخلاف گواه اثبات کار که در آن به ماینرها برای حل پازل ریاضی با هدف تایید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک جدید پاداش داده میشود، در گواه اثبات سهام این خالق بلاک جدید است که بسته به میزان سرمایه‌اش یک راه قطعی انتخاب می‌کند که این سرمایه را استیک می‌نامند. پس جایزه‌ای در کار نیست و ماینرها فقط کارمزد تراکنش‌ها را دریافت می‌کنند. البته قابل ذکر است همانطور که گفتیم در سیستم PoS از کلمه Forger به جای ماینر استفاده میشود.
هزینه مصرف برق نیز در روش Pow بسیار بیشتر از روش PoS است. همچنین به دلیل اینکه اعتبارسنجی در الگوریتم گواه اثبات سهام بسیار ارزان‌تر از خرید دستگاههای ماینینگ برای استخراج است، افرادی بیشتری برای انتخاب به عنوان نود اعتبار سنج در آن شرکت می‌کنند.
امنیت چگونه در الگوریتم PoS تامین میشود؟
دارایی استیک شده به عنوان یک انگیزه مالی برای نود اعتبارسنج، برای عدم اعتبار سنجی یا ایجاد تراکنش‌های جعلی کار می‌کند. اگر شبکه یک تراکنش جعلی را تشخیص دهد، نود جاعل بخشی از دارایی خود را از دست می‌دهد و همچنین حق شرکت در این پروسه را در آینده از دست می‌دهد. بنابراین تا زمانی که دارایی استیک شده بالاتر از پاداش باشد، اعتبارسنج توکن‌های بیشتری را نسبت به توکن‌هایی که در صورت اقدام به کلاهبرداری به دست می‌آورد، از دست خواهد داد. این روش توسط خالق اتریوم یعنی ویتالیک بوترین مطرح شد و به آن پروتکل کسپر (Casper) گفته میشود.
برای کنترل کامل شبکه و تأیید تراکنش‌های تقلبی، یک نود باید دارای اکثریت دارایی استیک شده در شبکه باشد که به آن حمله ۵۱ درصد نیز گفته میشود. بسته به ارزش مربوط به آن ارز دیجیتال، این کار بسیار غیر عملی خواهد بود زیرا برای به دست آوردن کنترل شبکه باید ۵۱ درصد از منبع گردش مالی شبکه را بدست آورید. بنابراین مزایای اصلی الگوریتم گواه اثبات سهام امنیت و کاهش مصرف انرژی است.
از آنجا که این کار آسان و مقرون به صرفه است، تعداد بیشتری از کاربران برای اجرای نود در داخل شبکه تشویق می‌شوند. این امر همراه با فرآیند تصادفی سازی، باعث غیرمتمرکزتر شدن شبکه نیز میشود؛ زیرا برای استخراج بلاک‌ها دیگر به استخرهای استخراج نیاز نیست. و از آنجا که دیگر نیازی به انتشار بسیاری از توکن‌های جدید برای دادن پاداش نیست، این امر به ثبات قیمت یک توکن خاص کمک می‌کند.
نقاط قوت و ضعف در الگوریتم گواه اثبات سهام
هر الگوریتمی برای خود دارای نقاط ضعف و قدرت مخصوص به خود است که الگوریتم POS نیز از این بابت مستثنی نیست. پس در اینجا به معرفی آنها خواهیم پرداخت.
نقاط قوت
- مهمترین نقطه قوت این الگوریتم عدم نیاز به مصرف مقادیر زیادی انرژی است.
- عدم نیاز به تولید کوین‌های بیشتر به منظور پاداش دادن به ماینرها
- کاهش خطر متمرکز شدن شبکه و حمله ۵۱ درصد
- عدم نیاز به خرید دستگاههای سخت افزاری و امکان برداشت موجودی استیک شده در هر زمان
- عدم تاثیر قیمت کوین شبکه در میزان درآمد کاربران آن
نقاط ضعف
- به دلیل استیک کردن کوین در سیستم، گردش کوین‌ها محدود شده و کاربری آن کم میشود
- دسترسی کمتر به دارایی‌ها زیرا برای بدست آوردن سود بیشتر باید کوین‌ها را درون شبکه نگهداری کنید
الگوریتم گواه اثبات سهام در اتریوم ۲.۰
از زمان معرفی به‌روزرسانی اتریوم مدتی زیادی است که می‌گذرد. این به‌روزرسانی از سال ۲۰۱۸ تاکنون در حال توسعه بوده است. و انتظار میرفت در تابستان سال ۲۰۲۰ عرضه شود، اما هنوز هم در دست توسعه قرار دارد.
یکی از تغییرات بحث‌برانگیز اتریوم ۲.۰، انتقال از الگوریتم اجماع گواه اثبات کار به گواه اثبات سهام است. شبکه اتریوم با عرضه نسخه ۲.۰ شاهد تغییر در الگوریتم اجماع خود خواهد بود. به عبارت ساده‌تر، این موضوع بدان معنا است نحوه دستیابی همتایان (Peers) به یک توافق مشترک درباره وضعیت فعلی دفترکل توزیع شده اتریوم تغییر خواهد کرد.
اتریوم ۲.۰ کاملا مطابق با اتریوم خواهد بود و از آن پشتیبانی خواهد کرد. این به‌روزرسانی در واقع یک تغییر در زیرساخت اتریوم است. این موضوع بدان معنا است که نیازی نیست کاربران یا توسعه‌دهندگان برنامه‌های غیرمتمرکز کاری انجام دهند.
مفهوم گواه اثبات سهام بیان می‌کند که توانایی افراد برای استخراج از طریق تایید تراکنش‌های هر بلاک رابطه مستقیمی با مقدار سرمایه‌ای دارد که در شبکه استیک کرده‌اند. استیکینگ به معنای مسدودسازی دارایی‌های ارز دیجیتال در شبکه و دریافت پاداش به ازای انجام این کار است. گواه اثبات سهام به نودها پاداش می‌دهد تا بر اساس مقدار بازگشت سرمایه و سود، به تایید شبکه و تراکنش‌های آن بپردازند. این موضوع بدان معنا است که برای انجام ماینینگ در اتریوم ۲.۰ باید اتر خود را در شبکه مسدود کنید.
در اتریوم ۲.۰، باید ۳۲ اتر استیک کنید تا به یک تاییدکننده تبدیل شوید. هرچند، سرویس‌ها و استخرهای استیکینگ امکان مشارکت و حضور تمام افراد را مهیا می‌کنند که طی این سرویس‌ها، اتر کمتری سرمایه‌گذاری خواهید کرد. اتریوم ۲.۰ به اولین شبکه‌ای تبدیل خواهد شد که الگوریتم گواه اثبات سهام را به شکل کامل اجرا خواهد کرد.
نتیجه‌گیری
باید بدانیم که صنعت رمز ارزها و به طور کلی دنیای کریپتو به سرعت در حال تغییر و حرکت به سمت جلو است. شاید در حال حاضر استفاده کامل از الگوریتم گواه اثبات سهام وجود ندارد؛ اما به احتمال زیاد با ورود اتریوم و آزمایش این که این الگوریتم به چه میزان موثر و کارآمد خواهد بود، استفاده از آن نیز بیشتر خواهد شد.
البته در حال حاضر نیز از این الگوریتم در شکل‌های دیگری مانند گواه اثبات سهام خصوصی شده (DPoS)، گواه اثبات سهام استیجاری (LPoS)، گواه اثبات سهام هیبریدی (HPoS) و غیره استفاده میشود. به نظر می‌رسد که این الگوریتم بتواند مشکلات زیادی را در آینده حل کند، که مهمترین آن مصرف کمتری انرژی است. شما نیز نظرات خود را در این مورد با ما در میان بگذارید و بگویید که آیا آینده رمز ارزها و فناوری بلاک چین در دستان الگوریتم گواه اثبات سهام قرار خواهد گرفت یا خیر؟
منبع:
