الگوریتم اثبات سهام چیست؟ کاربرد Proof of Stake یا PoS چیست؟

الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) یکی از روش‌های تأمین امنیت در بلاک چین است. وجود یک نهاد مرکزی در سیستم‌های متمرکز معایب بسیاری دارد، اما چند مزیت وجود این نهادها به اندازه‌ای مهم هستند که نمی‌توان آن‌ها را نادیده گرفت. تأمین امنیت و اطمینان از اعتبار تراکنش‌ها دو مورد از این مزیت‌های مهم هستند. در بلاک چین‌های غیرمتمرکز برای تأمین امنیت و اعتبار تراکنش‌هایی که در شبکه انجام می‌شود، به الگوریتم‌های اجماع نیاز داریم؛ آن‌ها انواع مختلفی دارند و هرکدام از آن‌ها به شیوه‌ای منحصر به فرد امنیت شبکه را تأمین می‌کنند.
الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) و الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) در بلاک چین، دو مورد از مشهورترین الگوریتم‌های اجماع هستند. در این مقاله قصد داریم بررسی کنیم اثبات سهام چطور کار می‌کند و چه تفاوتی با PoW دارد. اطلاعات این مقاله به زبان ساده نوشته شده است و برای درک آن‌ تنها کافی است با مفهوم بلاک چین و هش‌گذاری آشنا باشید.

الگوریتم اجماع اثبات سهام چیست؟

الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) که به اختصار PoS نامیده می‌شود، یکی از روش‌های بلاک چین برای تایید اعتبار تراکنش‌‌هاست. در واقع با استفاده از این الگوریتم اجماع می‌توان نبودِ نهاد مرکزی برای تایید اعتبار را جبران کرد.

الگوریتم PoS یک مکانیزم توافقی در بلاک چین است که برای اعتبارسنجی تراکنش‌های ارزهای دیجیتال در همان بلاک چین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در این الگوریتم اجماع افرادی که توکن بومی یک بلاک چین را خریداری می‌کنند، می‌توانند آن را سهام‌گذاری کنند. این افراد بخاطر سهمی که از بلاک چین خریداری کرده‌اند،‌ حق رأی به دست می‌آورند و می‌توانند تراکنش‌‌ها را تایید کنند.

با تایید هر تراکنش، بلاک‌های جدیدی تشکیل و به شبکه بلاک چین اضافه می‌شود. اولین سهام‌گذاری که یک بلاک را تشکیل داده باشد، پاداش استخراج آن را دریافت می‌کند.

الگوریتم اثبات سهام PoS در بلاک چین چطور کار می‌ کند؟

در یک شبکه بلاک چین نودهای مختلفی وجود دارند که هرکدام از آن‌ها وظیفه خاصی را انجام می‌دهند. در بلاک چین‌هایی که با الگوریتم اجماع یا گواه اثبات سهام کار می‌کنند،‌ نودهایی که توکن شبکه را خریداری و سهام‌گذاری کرده‌اند با نام اعتبارسنج (Validator) شناخته می‌شوند.

هر تراکنش به یک نود اعتبارسنج نیاز دارد؛ اعتبارسنج‌ها به صورت تقریبا تصادفی انتخاب می‌شوند. استفاده از تقریبا در جمله قبل به این خاطر است که هرچه یک نود توکن‌های بیشتری سهام‌گذاری کرده باشد و مدت بیشتری سهام خود را در شبکه نگه داشته باشد، شانس بالاتری برای انتخاب به عنوان اعتبارسنج خواهد داشت.

توکن‌هایی که نودهای اعتبارسنج در شبکه سهام‌گذاری (Staking) می‌کنند، به عنوان وثیقه کار می‌کنند. در واقع گرو گذاشتن این توکن‌ها نشان می‌دهد نود اعتبارسنج با صداقت عمل می‌کند و در غیر این صورت به عنوان جریمه، سهامش را به شبکه پرداخت خواهد کرد.

بنابراین این توکن‌ها در طی زمانی که نود به عنوان اعتبارسنج در شبکه فعالیت دارد، قفل هستند و نمی‌توان آن‌ها را معامله کرد. البته اگر اعتبارسنج بخواهد، می‌تواند توکن‌هایش را برداشت کند و از فرایند تایید تراکنش‌های اثبات سهام خارج شود.

بعد از اینکه یک نود اعتبارسنج توسط شبکه برای سنجش اعتبار یک تراکنش انتخاب شد، می‌تواند اعتبار آن تراکنش را با هش گذاری تایید کند. اگر تراکنش معتبر باشد، بلاک جدید به شبکه معرفی می‌شود.

در صورتی که اعتبارسنج‌های دیگر هم آن را تایید کنند، بلاک به بلاک چین اضافه می‌شود و اعتبارسنج اصلی بخشی از کارمزد تراکنش را به عنوان پاداش دریافت خواهد کرد. فرایند تایید تراکنش در الگوریتم اثبات سهام با نام اعتبارسنجی شناخته می‌شود. در این روش از لفظ «استخراج» استفاده نمی‌کنیم.

امنیت الگوریتم اثبات سهام

در الگوریتم اجماع یا گواه اثبات سهام هم مانند گواه اثبات کار، تنها از طریق در مالکیت بیشتر از نصف شبکه می‌توان تغییرات مخرب در آن ایجاد کرد. امنیت بالای الگوریتم PoS دو علت مهم دارد. علت اول این است که نودهای اعتبارسنج توکن‌هایی را به عنوان وثیقه در بلاک چین قفل کرده‌اند، بنابراین اگر عملکرد نادرستی داشته باشند، سرمایه‌شان به صورت خودکار توسط شبکه ضبط می‌شود و دیگر به آن دسترسی نخواهند داشت.

در اغلب موارد کارمزدی که تایید اعتبار یک تراکنش دریافت می‌کنند، خیلی کم‌تر از توکن‌هایی است که سهام‌گذاری کرده‌اند. بنابراین اینکه بخاطر یک تراکنش مخرب، سرمایه سهام‌گذاری‌شده خود را از دست بدهند، برایشان صرفه اقتصادی ندارد.

اگر هم یک نهاد بخواهد در شبکه تغییراتی ایجاد کند، باید حداقل نیمی از توکن‌های شبکه را خریداری و سهام‌گذاری کند تا بتواند قدرت پردازش بلاک چین را در اختیار بگیرد. این کار به بودجه زیادی نیاز خواهد داشت، زیرا خارج کردن این حجم توکن از بازار باعث تورم و افزایش شدید قیمت خواهد شد. به همین دلیل حتی حمله ۵۱ درصد هم صرفه اقتصادی ندارد، مگر اینکه بلاک چینی کوچک باشد و توکن‌های محدودی در بازار داشته باشد.

انواع الگوریتم اجماع اثبات سهام

الگوریتم‌های اثبات سهام دارای سه مدل DPoS، LPoS و PoS هستند. فرایند کلی تایید تراکنش در هر سه روش یکسان است و تفاوت میان آن‌ها به سهام‌گذاری و نودهای اعتبارسنج برمی‌گردد.

• الگوریتم اثبات سهام (PoS): این روش همان الگوریتم اجماعی است که در قسمت‌های قبل عملکرد آن را توضیح دادیم. افراد با خرید توکن و سهام‌گذاری آن وارد فرایند اعتبارسنجی تراکنش‌ها می‌شوند.
• الگوریتم اجماع الگوریتم اثبات سهام نیابتی (Delegated PoS): در این روش همه نودها به عنوان اعتبارسنج کار نمی‌‌کنند. سهام‌گذاران از میان نودهای مختلف چند نماینده را به عنوان نود اعتبارسنج انتخاب می‌کنند و سهام خود را به نود نماینده می‌دهند. نماینده تراکنش‌ها را تایید می‌‌کند و سود حاصل از آن بین او و نودهایی که به سهامشان را در اختیارش قرار داده‌اند، تقسیم خواهد شد.
• الگوریتم اثبات سهام شناور (Liquid PoS): در این روش هر فرد می‌تواند تصمیم بگیرد سهامش را به نودهای نماینده بدهد یا خودش به عنوان نود اعتبارسنج در شبکه فعالیت داشته باشد. می‌توان گفت این روش ترکیبی از PoS و DPoS است. این دو روش مکمل یکدیگر هستند و در LPoS توانسته‌اند نقاط ضعف یکدیگر را پوشش بدهند.

کدام یک از ارزهای دیجیتال اثبات سهام استفاده می‌ کنند؟

گواه اثبات سهام الگوریتمی است که به تازگی توسط بلاک چین‌های مختلف استفاده می‌شود. این الگوریتم در هر بلاک چین با شرایط منحصر به فردی اجرا می‌شود. مثلا روند انتخاب نود اعتبارسنج در هرکدام از قوانین خاصی پیروی می‌کند.

در ادامه به برخی از ارزهای دیجیتالی که از این الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند، اشاره می‌کنیم:

1. ایاس: این ارز دیجیتال از الگوریتم DPoS استفاده می‌کند.
2. اتریوم ۲.۰: اتریوم با راه‌اندازی ورژن دوم بلاک چین خود روش PoS را با PoW جایگزین می‌کند.
3. کاردانو: بلاک چین و ارز دیجیتال کاردانو هم از PoS بهره می‌برند.
4. Tezos: تزوس یکی از جدیدترین بلاک چین‌های جهان است که با مکانیزم PoS کار می‌کند.
5. Algorand: یک بلاک چین لایه دو است که تراکنش‌ها را با سرعت بالایی پردازش می‌کند و از الگوریتم اجماع اثبات سهام بهره می‌برد.

مزایای استفاده از PoS

• اعتبارسنج‌های الگوریتم اجماع اثبات سهام به سخت‌افزارهای پیشرفته نیاز ندارند. قدرت پردازش شبکه در بلاک چین‌های PoS از دستگاه‌های بیرونی تأمین نمی‌شود. بنابراین مصرف برق در آن‌ها زیاد نیست و با محیط زیست سازگاری دارد.
• تراکنش‌های الگوریتم PoS در مدت زمان کوتاه‌تری نسبت به تراکنش‌های PoW پردازش می‌شوند و هزینه کم‌تری هم از کاربران دریافت می‌کنند. این الگوریتم به افزایش مقیاس‌پذیری بلاک چین کمک می‌کند.
• هر تریدری می‌تواند در سهام‌گذاری مشارکت داشته باشد و نیازی به خرید دستگاه ماینر نخواهد داشت.

معایب الگوریتم گواه اثبات سهام

• درباره امنیت این شبکه از نظر تئوری چالش‌های بسیاری وجود دارد. با وجود اینکه هنوز سابقه‌ای برای حمله هکرها به بلاک چین‌های PoS ثبت نشده، اما برخی از کارشناسان بر این باورند که امنیت آن‌ها به اندازه بلاک چین‌های PoW نیست.
• اعتبارسنج‌هایی که سهام زیادی خریداری کرده‌اند، می‌توانند روند تایید تراکنش‌ها را تحت تأثیر قرار بدهند.
• در برخی از بلاک چین‌ها سهام‌گذاری باید برای مدت مشخصی در شبکه قفل شود. یعنی زمانی که یک نود قصد سهام‌گذاری و فعالیت به عنوان اعتبارسنج را داشته باشد، تا پیش از سررسیدن موعد تعیین شده، نمی‌تواند توکن‌هایش را برداشت کند و از فرایند اعتبارسنجی خارج شود.

مقایسه PoW و PoS

اثبات کار اولین الگوریتم اجماعی بود که ساتوشی ناکاماتو برای بیت کوین از آن استفاده کرد. در اثبات کار دستگاه‌هایی وجود دارد که قدرت پردازش خود را در اختیار شبکه قرار می‌‌دهند و با هش‌گذاری بلاک‌ها، آن‌ها را به بلاک چین اضافه می‌کنند و پاداش می‌گیرند.

الگوریتم PoW به سخت‌افزارهای قدرتمند زیادی برای تایید تراکنش‌ها نیاز داشت، به همین دلیل برق زیادی مصرف می‌کرد و به محیط زیست آسیب می‌رساند. این موضوع به مرور زمان باعث اعتراض مردم و جوامع مختلف به استخراج ارزهای دیجیتال شد.

الگوریتم PoS به عنوان جایگزینی برای Proof of Work ارائه شد تا مشکل مصرف برق را حل کند و با کم‌ترین میزان انرژی برای تایید تراکنش‌ها مورد استفاده قرار گرفت. مصرف برق پایین یکی از علت‌های محبوبیت این الگوریتم اجماع و کاربرد آن در بلاک چین‌های مختلف بود.

در ادامه به سایر شباهت‌ها و تفاوت‌های دو الگوریتم می‌پردازیم و مقایسه PoW و PoS را از جوانب مختلف انجام خواهیم داد.

توزیع درآمد عادلانه

در بسیاری از بلاک چین‌هایی که از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده می‌کنند، توکن‌های جدید به ماینرها پاداش داده می‌شود؛ اما اعتبارسنج‌های اثبات سهام بخشی از کارمزد تراکنش را به عنوان پاداش دریافت می‌کنند. البته بلاک چین‌هایی مانند بیت کوین اعلام کرده‌اند بعد از استخراج همه ۲۱ میلیون کوین، کارمزد تراکنش را به عنوان پاداش به ماینرها خواهد داد.

با وجود اینکه نودهای اعتبارسنج در بلاک چین‌های اثبات سهام نیازی به خرید سخت‌افزارهای گران قیمت ندارند، اما باز هم درآمد بیشتر به افرادی می‌رسد که بودجه بیشتری برای خرید سهام اختصاص می‌دهند. استخرهای سهام‌گذاری بزرگ شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان نود اعتبارسنج و تایید تراکنش خواهند داشت.

به همین دلیل به نظر می‌رسد مشکلات توزیع درآمد ناعادلانه تا حدودی بین هر دو الگوریتم مشترک باشد.

امنیت

فرایند تایید تراکنش‌‌های بلاک چین باید غیرمتمرکز و توزیع شده باشد. یکی از علت‌های امنیت بالای الگوریتم اجماع این است که نودهای اعتبارسنج و ماینرها توزیع شده هستند و اکثر آن‌ها ترجیح می‌دهند عملکرد درستی داشته باشند تا پاداش بگیرند. بنابراین اگر کسی بخواهد در شبکه تغییرات منفی ایجاد کند یا تراکنش‌های تقلبی را تایید کند، باید بخش زیادی از قدرت شبکه را در اختیار بگیرد.

وجود مزارع و استخرهای ماینینگ در الگوریتم اجماع اثبات کار در بلاک چین و استخرهای سهام‌گذاری در الگوریتم اجماع اثبات سهام، تا حدودی امنیت شبکه را تهدید می‌کند.

با وجود اینکه حمله به بلاک چین‌ها و ایجاد مشکل در تایید تراکنش‌ها هزینه زیادی نیاز دارد، اما ممکن است برخی از نهادهای ثروتمند صرفا به قصد تخریب اعتماد مردم به بلاک چین‌ها این هزینه را تقبل کنند. البته احتمال بسیاری از حملات تنها به صورت تئوری وجود دارد و از نظر عملی احتمال وقوع آن‌ها بسیار کم است.

تمرکززدایی

یکی دیگر از چالش‌های وجود استخرهای ماینینگ و سهام‌گذاری برای تایید تراکنش‌‌های بلاک چین، متمرکز شدن فرایند استخراج و تایید اعتبار تراکنش‌هاست. در الگوریتم PoS، استخرهای سهام‌گذاری معمولا شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان نود اعتبارسنج دارند، زیرا هم سهم بیشتری در اختیار دارند و هم مدت زیادی است در شبکه فعال هستند.

به همین دلیل اشخاصی که قصد خرید سهام یک بلاک چین را داشته باشند، به جای سهام‌گذاری مستقیم، توکن‌هایشان را در استخرها به اشتراک می‌گذارند و از استخرها سود می‌گیرند.

در PoW هم چنین مشکلی وجود دارد. در حال حاضر دیگر کار با یک ماینر و در خانه صرفه اقتصادی ندارد. به همین دلیل افراد یا مزرعه ماینینگ راه‌اندازی می‌کنند یا وارد استخرهای ماینینگ می‌شوند تا شانس بیشتری برای کسب سود داشته باشند. در نتیجه بخش عمده قدرت پردازش شبکه در اختیار چند استخر قرار می‌گیرد.

بلاک چین‌های مختلف روش‌های گوناگونی برای مقابله با متمرکز شدن فرایند اعتبارسنجی در نظر گرفته‌اند. به عنوان مثال برخی از آن‌ها پاداش کم‌تری به اعتبارسنج‌های استخرهای بزرگ می‌دهند تا سهام‌گذاران برای دریافت پاداش بیشتر به سمت استخرهای کوچک‌تر بروند. این روش‌ها تا حدودی مشکل را حل می‌کند، اما همچنان پاسخ صددرصدی برای حل این چالش نیست.

کلام آخر

در این مقاله به زبان ساده روش کار الگوریتم اجماع اثبات سهام را بررسی کردیم. اطلاعات ارائه شده در این مقاله برای درک کلی عملکرد این الگوریتم اجماع کاربرد دارد. اکنون شما می‌دانید تراکنش در یک بلاک چین PoS چگونه تایید می‌شود و کارمزدی که پرداخت می‌کنید، کجا هزینه می‌شود.

بسیاری از تریدرها و سرمایه‌گذاران هنگام انتخاب بلاک چین و ارز دیجیتال برای سرمایه‌گذاری، به الگوریتم اجماع آن هم توجه دارند. PoS هنوز به صورت گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است، اما انتظار می‌رود با راه‌اندازی اتریوم ۲.۰ پذیرش بیشتری به دست آورد و تریدرها از آن استقبال کنند.

کارشناسان داموند اطلاعات بروز و کاربردی درباره بلاک چین و بازار ارزهای دیجیتال را از منابع معتبر جمع‌آوری می‌کنند و در مقالات مجله به کاربران ارائه می‌دهند. با مطالعه روزانه مجله داموند دانش خود را در زمینه ارزهای دیجیتال بروز نگه می‌دارید.

تریدرهایی که با دانش معامله می‌کنند، شانس بیشتری برای دیدن فرصت‌های سودآور و استفاده از آن‌ها دارند.

سوالات متداول

• آیا اتریوم از الگوریتم گواه اثبات سهام استفاده می‌کند؟

ورژن اول اتریوم که با نام اتریوم ۱.۰شناخته می‌شود، از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کند، اما ورژن دوم این بلاک چین که قرار است در سال ۲۰۲۲ راه‌اندازی شود، از اثبات سهام برای تایید تراکنش‌ها استفاده خواهد کرد.

• الگوریتم اجماع اثبات کار بهتر است یا اثبات سهام؟

کارشناسان بر این باورند اثبات کار امنیت بیشتری نسبت به اثبات سهام دارد، اما سرعت پردازش تراکنش‌ها در مکانیزم اثبات سهام بیشتر است. همچنین در بلاک چین‌های PoS کارمزد کم‌تری برای پردازش بلاک‌ها دریافت می‌شود و مصرف برق کم‌تری هم دارد.

• آیا احتمال هک شدن بلاک چین‌هایی که از اثبات سهام استفاده می‌کنند وجود دارد؟

تاکنون هیچ یک از بلاک چین‌های PoS هک نشده‌اند، اما نودهای فعال در این بلاک چین‌ها بارها و بارها مورد حمله قرار گرفته‌اند و این موضوع کاربران بلاک چین را نگران می‌کند.