آشنایی با الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stakes)

الگوریتم اثبات سهام

الگوریتم اثبات سهام :الگوریتم اثبات سهام یا Proof of Stake که به اختصار به PoS معروف است، یکی از اصطلاحات پرکاربرد در دنیای پرداخت ارزی به خصوص ارز های دیجیتال است. الگوریتم اثبات سهم در کنار الگوریتم اثبات کار (Proof-of-Work) از مکانیزم‌های اجماع (Consensus Mechanism) به شمار می‌رود که از اهمیت بالایی در نحوه عملکرد یک پروژه خرید و فروش ارز دیجیتال دارند.

مکانیزم اجماع یک فرآیندی است که تراکنش‌ها را پردازش کرده و بلاک‌های جدید را ایجاد می‌کند. این مکانیزم در واقع، روشی است که داده‌های ورودی را اعتبارسنجی کرده و سپس به یک دیتابیس توزیع‌شده انتقال می‌دهد. پس از آن، وظیفه امنیت این دیتابیس که همان بلاک‌چین است نیز بر عهده مکانیزم اجماع خواهد بود. اگر به حوزه کریپتوکارنسی و بلاک‌چین علاقه‌مند هستید، امروز قصد داریم الگوریتم اثبات سهام را به طور مفصل توضیح دهیم، پس تا انتهای این مطلب با کافه ارز همراه باشید.

الگوریتم اثبات سهام چیست؟

الگوریتم اثبات سهم که به PoS معروف است یکی از انواع مکانیزم اجماع به شمار می‌رود که وظیفه اعتبارسنجی تراکنش‌ها و محافظت از بلاک‌چین را دارد. قبل از این‌که به توضیح الگوریتم اثبات سهام بپردازیم، بهتر است که مروری بر مفهوم مکانیزم اجماع داشته باشیم. الگوریتم اجماع اثبات سهام در پروژه هایی نظیر تزوس (Tezos)، ارز دیجیتال ترون (TRON)، ارز کازماس (Cosmos)، آنتولوژی و کیوتوم مورد استفاده قرار گرفته آزمون های سختی را پشت سر گذاشته است. الگوریتم اجماع سهام آنقدر خوب بوده است که اتریوم پس از گذشت 9 سال، روال کاری شبکه خود را تغییر داد. در جقیقت، اتریوم از طریق الگوریتم اثبات کار فعالیت داشت که وظیفه تایید یا ساخت بلاک‌ها برعهده ماینرها بود. ارز دیجیتال اتریوم در سال 2022 تغییر رویه داد و پروتکل اثبات سهام را در سراسر شبکه خود حاکم کرد.

پروژه‌های دیگری نیز وجود دارند که با به کارگیری الگوریتم Proof of Stake به محبوبیت زیادی در بازار کریپتو دست پیدا کرده‌اند. برای مثال، رمز ارز اولانچ (Avalanche) با مکانیزم اجماع منحصر بفرد خود یکی از پروژه‌های آینده‌دار کریپتوکارنسی محسوب می‌شود. پروژه بلاکچینی ارز الگورند (Algorand) نیز یکی دیگر از رمزارزهایی است که بر پایه گواه اثبات سهام فعالیت دارد. الگورند با فناوری‌های جدید خود به نسل سوم بلاکچین معروف است که با هدف مقیاس‌‌پذیری و افزایش سرعت تراکنش‌ها وارد بازار شده است.

مکانیزم اجماع (Consensus Mechanism) چیست؟

ارزهای دیجیتال به صورت شبکه‌های غیرمتمرکز فعالیت می‌کنند و از دخالت هرگونه نهاد مرکزی بر روی عملکرد سیستم آن‌ها جلوگیری شده است. اما برای حفظ امنیت چنین ساختاری باید از پروتکل‌های جدیدی نیز استفاده کرد؛ پروتکل‌هایی مانند مکانیزم اجماع که برای حفاظت از دارایی کاربران و مقابله با جعل تراکنش‌ها تعریف شده باشند.

در پلتفرم‌های غیرمتمرکز مانند بلاک‌ چین، چون عملاً سلسه‌مراتب و چارچوب از بالا به پایینی برای نظارت وجود ندارد، باید از یک مکانیزم اجماع استفاده شود. مکانیزم اجماع در اصل پروتکل‌های رمزنگاری و قوانین مربوط به پاداش و جریمه کاربران را تعیین می‌کند.

به طور کلی، می‌توان گفت که نودهای شبکه که به تاییدکنندگان (Validators) مشهور هستند باید بر سر این قضیه که کاربر پولی برای خرج کردن در حساب دارد یا خیر، به توافق نظر برسند. تمام تراکنش‌ها باید توسط تمام اعتبارسنج‌ها مهر تایید بخورد، در غیر این صورت تراکنش تایید نخواهد شد.

الگوریتم اجماع اثبات سهام

مفهوم الگوریتم اثبات سهم برای اولین بار در تالار گفتگوی بیت کوین تاک (Bitcointalk) مطرح شد. در واقع، کاربران برای جبران مشکلات الگوریتم اثبات کار، پروتکل دیگری به نام Proof-of-Stake را پیشنهاد. البته، نخستین بار ایده اجرای این الگوریتم در وایت پیپر (Whitepaper) ارز دیجیتال PPcoin توسط اسکات کینگ و سانی نادال مطرح شد. به طور کلی، هدف اصلی هر دو الگوریتم Pos و اثبات کار PoW، رسیدن به یک اجماع در شبکه است اما نحوه اجرای مکانیزم اجماع در آن دو بسیار متفاوت است.

طبق مقاله‌ای در پلتفرم Investopedia در الگوریتم اثبات سهام، دارندگان ارز دیجیتال بومی بلاک‌چین با توجه به میزان دارایی که در شبکه سپرده‌گذاری (Stake) کرده‌اند، قادر خواهند بود تا تراکنش‌های بلاک را اعتبارسنجی کنند. در الگوریتم اثبات کار، ماینرها باید معادلات ریاضی رمزنگاری‌شده را حل می‌کنند. در الگوریتم اثبات سهم، اعتبارسنج‌ها (Validator) باید توکن‌های پلتفرم را خریداری و سپس در شبکه استیک (سپرده‌گذاری) کنند. در حقیقت، درآمد شبکه مبلغی را به عنوان کارمزد معاملات به کاربران پرداخت می‌کند.

ساختار الگوریتم اثبات سهام

ساختار الگوریتم اجماع اثبات سهام به گونه‌ای طراحی شده است که در مقابل حملات مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. بنابراین، پیاده‌سازی آن در یک شبکه بلاک‌چینی، ریسک بروز حملات را کاهش می‌دهد. الگوریتم اثبات سهام، برای تایید تراکنش‌ها و بلاک‌ها نیاز به قدرت محاسباتی ندارد. در حقیقت، اعضای یک پروژه بلاک‌چینی که مبتنی بر PoS کار می‌کند، مقداری از توکن بومی آن شبکه را خریداری کرده و به عنوان وثیقه در استخر نقدینگی آن پلتفرم سپرده‌گذاری می‌کنند.؛ این وثیقه برای نشان‌‌دادن حسن نیت و صداقت کاربران دریافت می‌شود.

اعتبارسنج‌ها برای تایید تراکنش‌ها و داده‌های مربوط به بلاک‌های جدید، به صورت کاملاً تصادفی انتخاب می‌شوند. در واقع این سیستم، روش دریافت پاداش را به سمت قانون احتمال سوق داده است، در حالی‌که در پروتکل گواه اثبات کار، پاداش ماینرها بر اساس یک مکانیزم کاملاً رقابتی و پیچیده پرداخت می‌شود. همچنین دیگر الگوریتم، الگوریتم اثبات سوختن(Proof of Burn یا POB) یکی از الگوریتم‌های اجماع بلاکچین است که نودها با سوزاندن توکن‌ها می‌توانند رای دهند و تراکنش‌ها را تایید کنند. این الگوریتم ضد تورمی است و نودها نیازی به خرید دستگاه‌های ماینینگ ندارند. هرچه ماینر توکن‌های بیشتری بسوزاند، شانس بیشتری برای دریافت پاداش دارد. برای اطلاعات بیشتر، مقاله کامل را مطالعه کنید.

برای فعالیت به عنوان یک ولیدیتور، دارندگان توکن بومی شبکه باید میزان مشخصی از دارایی دیجیتالی خود را در آن پلتفرم استیک کنند. برای مثال، شما با سپرده‌گذاری 32 واحد اتر در پلتفرم اتریوم، می‌‌توانید به عنوان اعتبارسنج در بلاک‌چین آن فعالیت کنید. در الگوریتم اثبات کار، هر بلاک باید توسط چند اعتبارسنج تایید شود، سپس تکمیل شده و در نهایت بسته خواهد شد.

البته، الگوریتم اثبات سهام در پروژه‌های مختلف ممکن است از روش‌های متفاوتی برای رسیدن به اجماع استفاده کنند. برای مثال، بلاک‌چین ارز دیجیتال اتریوم از تکنولوژی شاردینگ استفاده می‌کند. در واقع، یک اعتبارسنج تراکنش‌ها را تایید کرده و آن‌ها را به یک شارد بلاک (Shard Block) اضافه خواهد کرد. شارد بلاک شامل یک کمیته است که باید شامل حداقل 128 اعتبارسنج باشد. به محض این‌که شاردها تایید و بلاک‌ها ساخته می‌شوند، 60 درصد اعتبارسنج‌ها باید بر سر تایید تراکنش به توافق و اجماع برسند؛ فقط در این صورت است که تراکنش تکمیل و انجام خواهد شد.

تفاوت الگوریتم اثبات سهام و اثبات کار

هر دو مکانیزم اجماع به بلاک‌چین در همگام‌سازی داده‌‌ها، اعتبارسنجی اطلاعات و پردازش تراکنش‌ها کمک می‌کنند. هر دو الگوریتم موفقیت‌های چشمگیری را در زمینه پیشرفت بلاک‌چین داشته‌‌اند. البته، هر دو پروتکل دارای مزایا و معایبی هم هستند که در ادامه برخی از آن‌ها را توضیح خواهیم داد.

همان‌طور که در بالا به آن اشاره کردیم، بلاک‌ها در الگوریتم اثبات سهام توسط Validatorها ساخته می‌شوند. بررسی تراکنش‌ها، تایید فعالیت‌های موجود بر روی بلاک‌چین، شرکت در تصمیم‌گیری‌های پلتفرم و آرشیوکردن اطلاعات از وظایف یک اعتبارسنج‌ است. در الگوریتم اثبات کار، سازندگان بلاک، ماینر (Miner) نام دارند. ماینرها توابع ریاضی به نام هش را با استفاده از سیستم‌های کامپیوتری قدرتمند حل کرده و از این طریق تراکنش‌های مربوطه را تایید می‌کند. در حقیقت، شبکه در ازای حل هش به ماینرها پاداش می‌دهد.

برای شرکت در الگوریتم اثبات سهام، شما فقط به این نیاز دارید که مقداری از توکن بومی شبکه را خریداری کنید. در طرف دیگر، ماینرها در الگوریتم گواه کار برای حل کردن توابع ریاضی به دستگاه‌های پیشرفته و مقدار بسیار زیادی انرژی برق نیاز دارند. هزینه فعالیت در الگوریتم اثبات کار بسیار زیاد است، اما الگوریتم اثبات سهام، هزینه فعالیت در حوزه ارزهای دیجیتال را بسیار کاهش داده است.

اهداف Proof-of-Stake

نخستین چشم‌‌انداز الگوریتم اثبات سهم این است که میزان مصرف انرژی و آسیب به محیط‌ زیست را کاهش دهد. الگوریتم اثبات کار به گونه‌ای طراحی شده است که کاربران آن برای دریافت پاداش مضاعف، به استفاده از انرژی بیشتر ترغیب می‌شوند که همین امر در آینده‌ای نه چندان دور آسیب‌های جدی به اکوسیستم و طبیعت خواهد رساند. در حقیقت، ماینرها با پرداخت هزینه‌های گزاف مربوط به مصرف برق، به نوعی انرژی را با ارزهای دیجیتال مبادله می‌کنند. بد نیست بدانید که میزان مصرف برق استخراج ارزهای دیجیتال معادل هزینه کل برق مصرفی یک کشور کوچک است. الگوریتم اثبات سهام این مشکل را حل کرده است. هیچ ماینینگ و فارم استخراج در این مکانیزم انجام نمی‌شود و کاربران فقط با وثیقه کردن توکن‌های بومی شبکه، امنیت بلاک چین را تامین می‌کنند. همچنین دیگر الگوریتم که ما به آن اشاره کرده‌ایم، الگوریتم تندرمینت (Tendermint) یک زیرساخت بلاکچینی است که با استفاده از مکانیزم تحمل خطای بیزانس (Byzantine Fault Tolerance) به یک الگوریتم اجماع پویا و کارآمد تبدیل شده است. این معماری جدید به حل مشکلات امنیتی و بهبود ساختارهای قدیمی شبکه‌های بلاکچینی کمک می‌کند. برای شناخت بیشتر تندرمینت و نحوه عملکرد آن، مقاله کامل را مطالعه کنید.

امنیت الگوریتم اثبات سهام

حملات 51 درصدی یکی از نگرانی‌های اصلی طرفداران الگوریتم اثبات سهم محسوب می‌شود. البته احتمال وقوع آن بسیار کم است. حمله 51% در شبکه‌هایی که با الگوریتم اثبات کار فعالیت دارند، زمانی اتفاق می‌افتد که یک شخص یا نهاد کنترل بیش از 50 درصد از ماینرها را در دست بگیرد و از این طریق فعالیت بلاک‌چین را دستکار می‌کند. در الگوریتم اثبات سهام نیز اگر یک نهاد کنترل بیش از 50 درصد از دارایی‌های سپرده‌گذاری شده را در دست داشته باشد می‌تواند تمام تراکنش‌های موجود در شبکه را به نفع خود پردازش کند.

در دست گرفتن 51 درصد دارایی‌های استیکشده، پول بسیار زیادی می‌خواهد. الگوریتم اثبات سهم شبکه اتریوم به گونه‌ای طراحی شده است که در زمان وقوع حمله، اعتبارسنج‌های وفادار به شبکه می‌توانند با نادیده‌گرفتن اختلال در بلاک‌چین، دارایی‌های تصرف شده توسط مهاجمین را بسوزانند. توسعه‌دهندگان خیلی بر روی قابلیت‌های امنیتی تعبیه‌شده در مکانیزم اثبات کار مانور نمی‌دهند. در حقیقت، اگر ویژگی‌های امنیتی PoS فاش شوند، فرصت خوبی را در اختیار مهاجمان قرار می‌دهد تا این قابلیت‌ها را دور زده و به شبکه حمله کنند. علاوه بر این، بیشتر سیستم‌های اثبات سهام از امکانات امنیتی جانبی نیز به بلاک‌چین اضافه‌ کرده‌اند.

سخن پایانی

الگوریتم اثبات سهام یا Proof-of-Stake در کنار اثبات کار (Proof-of-Work) برای رسیدن به یک توافق عمومی (مکانیزم اجماع) در شبکه بلاک‌چین طراحی شده‌اند. الگوریتم اثبات سهم با هدف رفع مشکلات مکانیزم اثبات کار خلق شد و با شعار حفظ محیط زیست طرفداران بسیار زیادی پیدا کرد. در این روش، کاربران به جای استفاده از دستگاه‌های محاسباتی گران‌قیمت و پرداخت هزینه‌های سرسام آور، به راحتی و با خرید توکن‌های بومی یک پروژه، میزان مشخصی از آن را در پلتفرم سپرده‌گذاری می‌کنند. در حقیقت، با این‌کار کاربان در کارمزد تراکنش‌ها با خود شبکه شریک می‌شوند.