الگوریتم اثبات سهام چیست و چرا بوجود آمد؟ بررسی Proof of stake در ارزهای دیجیتال

در این مقاله قصد داریم شما را با موضوع الگوریتم اثبات سهام آشنا کنیم. یکی از موضوعات بسیار مهم در جایگزینی مدیریت غیرمتمرکز به جای مدیریت متمرکز، امنیت یک شبکه است. زمانی که ساتوشی ناکاموتو ، بیت کوین را به عنوان یک جایگزین مردمی به جای ارزهای ملی و حاکمیتی معرفی کرد، یکی از مباحث مهمی که به آن پرداخت نحوه‌ی مدیریت شبکه بود که به آن »الگوریتم اجماع اثبات کار« می‌گویند.

بعد از مدتی الگوریتم اجماع اثبات کار ایراداتی پیدا کرد که کارشناسان الگوریتم جدیدی به نام اثبات سهام (Proof of Stake) را به عنوان جایگزین معرفی کردند. در این مقاله از پارسیان کریپتو قصد داریم به طور جامع، علمی و البته ساده و قابل فهم به سوال الگوریتم اثبات سهام چیست پاسخ دهیم.

مفهوم الگوریتم اجماع در ارز دیجیتال

الگوریتم اجماع به زبان ساده به قوانین و قواعدی گفته می‌شود که افراد برای عضویت و استفاده از یک بلاک‌چین و انجام تبادلات بایستی از آن‌ها پیروی کنند. برای مثال، در یک شبکه بانکی سنتی اگر بخواهید از طریق یک دستگاه خودپرداز (ATM) مبلغ مشخصی را به حساب فردی دیگر واریز کنید حتما بایستی یک رمز 4 رقمی برای خود در نظر گرفته و آن را هنگام واریز وجه وارد کنید.

این یک مثال از الگوریتم امنیتی سنتی بود. همچنین در صورتی که بخواهید از طریق اینترنت بانک اقدام به انجام امور بانکی خود نمایید، بایستی رمز اینترنتی بانک خود را از شعب آن بانک دریافت کنید. مسلم است که اگر سعی کنید به حساب فرد دیگری دسترسی داشته باشید سیستم بانکی شما را به عنوان یک فرد خرابکار شناسایی کرده و برخوردهایی را با شما انجام خواهد داد.

این‌ها روش‌هایی هستند که در سیستم‌های سنتی به جای الگوریتم‌هایی همچون الگوریتم اثبات سهام از آن‌ها استفاده می‌شود. برای مثال، اگر 3 بار رمز کارت بانکی را در یک ATM اشتباه وارد کنید، دستگاه آن کارت را توقیف می‌کند. برای دریافت مجدد کارت شما بایستی با در دست داشتن کارت شناسایی به یکی از شعب آن بانک مراجعه کرده و هویت خود را احراز کنید.

با توجه به اینکه در سیستم‌های غیرمتمرکز، دیگر بانکی وجود ندارد که بخواهد به حفظ امنیت بپردازد و در ازای آن کارمزد بانکی از شما دریافت کند، پای الگوریتم اجماع به میان می‌آید تا به کمک فرمول‌هایی امنیت شبکه را تأمین کند.  در ابتدا و در زمان ظهور بیت کوین، تنها یک الگوریتم اجتماع، الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work) یا به اختصار PoW مورد استفاده قرار می‌گرفت. پس از آن با بروز ایراداتی و انتقاداتی در این الگوریتم، روش اثبات سهام (Proof of Stake) هم معرفی شد.

بیشتر بخوانید: الگوریتم اجماع چیست

پیدایش الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake)

 

نقطه‌ی مقابل الگوریتم اجماع اثبات کار، الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) به اختصار PoS است. دلیل پیدایش الگوریتم اجماع اثبات سهام در فضای ارزهای دیجیتال، برطرف کردن نقاط ضعف الگوریتم اجماع اثبات کار بود.

این نقاط ضعف باعث شدند تا ارز دیجیتال پییِرکوین (PeerCoin) با استفاده از الگوریتم جدیدی به نام اثبات سهام (PoS) خلق شود. یکی از ایرادات اصلی اثبات کار این بود که با گذشت زمان مصرف برق دستگاه‌های ماینر به قدری زیاد شده بود که موجب نگرانی جدی جوامع و طرفداران محیط زیست شد.

محدودیت انرژی‌های تجدیدناپذیر مانند سوخت‌های فسیلی (پیش‌نیاز تولید برق) از یک طرف و انتشار آلاینده‌های هوا از طرفی دیگر، انتقادات زیادی را به تکنولوژی خلق شده توسط ساتوشی ناکاموتو وارد کرد. علاقه‌مندان و طرفداران بلاکچین و ارزهای دیجیتال با هدف جلوگیری از نابودی این پدیده به فکر پدید آوردن الگوریتمی دیگر برای حفظ امنیت شبکه افتادند و در نهایت اولین شبکه‌ی مبتنی بر الگوریتم اثبات سهام را خلق کردند.

در الگوریتم اثبات سهام، برعکس الگوریتم اثبات کار، شبکه از وجود دستگاه‌های پرهزینه‌ای به نام ماینر بی‌نیاز شد و مسئله‌ی امنیت به شکل دیگری برطرف شد. هرچند به روش اثبات سهام هم انتقاداتی وارد است. با این حال، متخصصان شبکه و کارشناسان و توسعه‌دهندگان بلاکچین همواره در تلاش برای برطرف مشکلات این الگوریتم بوده‌اند.

الگوریتم اثبات سهام چیست؟

در  این ویدئو خلاصه ای از الگوریتم اثبات سهام را به شما عزیزان توضیح داده ایم. برای تماشای نسخه کامل ویدئو به لینک زیر آن مراجعه کنید.

https://youtu.be/OhakWt2-nic

الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake یا PoS) یکی از روش‌های مورد استفاده در بلاکچین برای تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید است. در این الگوریتم، برخلاف اثبات کار (Proof of Work)، نیازی به استفاده از قدرت محاسباتی بالا و مصرف زیاد انرژی نیست. به جای آن، اعتبارسنجان (Validators) با توجه به تعداد کوین‌هایی که در شبکه دارند (سهامشان)، انتخاب می‌شوند تا تراکنش‌ها را تأیید و بلوک‌های جدید را ایجاد کنند. این روش باعث افزایش کارایی و کاهش مصرف انرژی در شبکه‌های بلاکچین می‌شود.

یکی از مزایای اصلی اثبات سهام، امنیت بالای آن است. با توجه به اینکه اعتبارسنجان برای مشارکت در تأیید تراکنش‌ها باید تعدادی از کوین‌های خود را به عنوان وثیقه نگه دارند، هرگونه تقلب یا حمله به شبکه می‌تواند منجر به از دست رفتن سهام آنها شود. این انگیزه مالی باعث می‌شود اعتبارسنجان به درستی عمل کنند و شبکه‌ای امن و پایدار ایجاد شود. به همین دلیل، بسیاری از پروژه‌های بلاکچینی به سمت استفاده از الگوریتم اثبات سهام حرکت می‌کنند.

نحوه عملکرد مکانیسم Proof of Stake

برای اینکه نحوه عملکرد الگوریتم POS را کاملا درک کنید با یک مثال کار را شروع می کنیم. فرض کنید علی  قصد دارد 1 بیت کوین را به حساب مهسا منتقل کند و روشی به نام اثبات کار وجود ندارد. یعنی دیگر رمزنگاری و رمزگشایی به شکل قبلی انجام نمی‌شود که نیاز به دستگاه‌های ماینر وجود داشته باشد.

شبکه‌ای که این 1 بیت کوین به همراه آدرس مقصد در آن قرار دارد را شبیه به یک خیابان در نظر بگیرید که قرار است بسته‌ی مورد نظر از آن عبور کند و به مقصد برسد. اگر این بسته که رمزگذاری هم نشده، تنها بسته‌ی موجود در حال حرکت در این خیابان باشد، هکر خرابکار به سادگی می‌تواند با ورود به این خیابان بسته‌ی مورد نظر را گشوده و آدرس مقصد را تغییر دهد.

اما حالا فرض کنید که بسته‌های زیادی در این خیابان در حال حرکت باشند و شخص خرابکار برای ورود به این خیابان می‌بایست مبلغی را به عنوان ضمانت ورود به این خیابان نزد یک عوارضی بلوکه کند، که مقدار آن بستگی به تعداد بسته‌های موجود در خیابان (ترافیک) داشته باشد.

سیستم اثبات سهام طوری طراحی شده که زمانی که تعداد بسته‌ها در این خیابان زیاد باشد از نظر اقتصادی به صرفه نیست که فرد خرابکار این میزان از سرمایه را در شبکه بلوکه کند؛ چرا که در وهله‌ی اول، سرمایه‌ او در صورت انجام اقدامات خرابکارانه  از بین می‌رود. دوم اینکه با بروز اقدام خرابکارانه به صورت خودکار ارزش هر کوین به شدت کاهش پیدا کرده و اولین کسی که ضرر خواهد کرد خود فرد خرابکار است؛ چرا که او بیشترین میزان کوین را در اختیار داشته که توانسته تغییرات در شبکه را به تنهایی به عهده بگیرد.

مسئول حفظ امنیت در الگوریتم اثبات سهام

در الگوریتم اثبات سهام باز هم مسئولیت تأمین امنیت شبکه را خود اعضای شبکه برعهده دارند، اما با سبک و روشی متفاوتنسبت به الگوریتم اثبات کار. در این الگوریتم به جای استفاده از سخت‌افزار و سیستم رمزنگاری و رمزگشایی از سهام‌گذاری استفاده می‌شود.

با توجه به مثال قبلی که گفتیم امنیت خیابان با تعداد بسته‌های موجود در آن تأمین می‌شود. در الگوریتم اثبات سهام  بلوک‌های در حال حرکت در شبکه برای حفظ امنیت ضروری هستند. چرا که هر فردی برای ورود به شبکه و تأیید یا رد تراکنش‌ها بایستی به نسبت بلوک‌های در حال حرکت، سرمایه‌ی خود را مسدود کند. نکته‌ای که باعث می‌شود احتمال بروز خرابکاری به شدت کاهش یابد این است که شبکه به افراد درستکار پاداشی می‌دهد که باعث می‌شود افراد زیادی تصمیم بگیرند سرمایه‌ای را بلوکه کرده و از طریق آن سود دریافت کنند.

هر چه تعداد و میزان سرمایه‌گذارانی که به اثبات سهام و کسب درآمد در یک شبکه مشغول هستند بیش‌تر شود، نفوذ به شبکه پرهزینه‌تر شده و برای یک خرابکار اصلا صرفه اقتصادی ندارد. حتی در شبکه‌هایی با تعداد و حجم سرمایه‌گذاری کم هم که ارزش هر کوین بسیار پایین است باز هم نفوذ به شبکه منطقی و به‌صرفه نیست.

تفاوت اثبات سهام (POS) با اثبات کار (POW) در چیست؟

هر دو مکانیسم اثبات سهام (POS) و اثبات کار (POW) به بلاک‌چین‌ها برای همگام‌سازی و ایجاد توافق بر روی اطلاعات، تأیید اعتبار، صحت و پردازش تراکنش‌ها کمک می‌کنند و هر دو نوع مکانیسم اجماع هم در بلاک‌چین‌های مختلف موفق بوده‌اند. اما با وجود مزایا و معایب خاص خود، دارایتفاوت‌های زیادی با یکدیگر هستند.

در الگوریتم اثبات سهام، به سازندگان بلوک‌ اعتبارسنج (Validator) گفته می‌شود. این اعتبارسنج‌ها صحت و اعتبار تراکنش‌ها را بررسی کرده، فعالیت‌ها را تأیید کرده و به نتایج اجماع رأی داده و سوابق را نگهداری می‌کنند. در مقابل در مکانیسم اثبات کار به سازندگان بلوک‌ ماینر (Miner) یا استخراج‌کننده گفته می‌شود. ماینرها با به کار گرفتن توان محاسباتی خود (در قالب تجهیزات‌ ماینینگ) با حل معادلات پیچیده و تأیید صحت تراکنش‌ها‌ در شبکه به عنوان پاداش توکن دریافت می‌کنند.

در الگوریتم اثبات سهام، هر اعتبارسنج باید به اندازه کافی توکن در اختیار داشته باشد تا بتواند وظیفه‌ی اعتبارسنجی در بلاک‌چین را برعهده بگیرد. در مقابل در الگوریتم اثبات کار، ماینرها باید از عهده خرید تجهیزات ویژه محاساباتی و هزینه‌ انرژی آن بربیایند تا بتوانند در شبکه مشارکت داشته باشند.

هزینه تجهیزات و انرژی (برق) برای مکانیسم اثبات کار بالا است، همین باعث می‌شود که دسترسی به ماینینگ محدود شود و در همین حال، امنیت بلاک‌چین را بالاتر ببرد. در مقابل در بلاک‌چین‌های اثبات سهام نیاز به توان محاسباتی کم‌تری برای تأیید صحت و اعتبار بلوک‌ها و تراکنش‌ها است. این امر تراکم شبکه را پایین می‌آورد.

الگوریتم اثبات کار (POW)	الگوریتم اثبات سهام (POS)
به سازندگان بلوک ماینر می‌گویند	به سازندگان بلوک اعتبارسنج می‌گویند
مشارکت‌کنندگان باید تجهیزات مخصوص خریداری کرده و هزینه انرژی بپردازند	مشارکت‌کنندگان با داشتن توکن و قفل‌کردن (استیکینگ) در شبکه، حق اعتبارسنجی را دارند
بهره‌وری انرژی زیادی ندارد	بهره‌وری انرژی بالا است
به دلیل هزینه‌های بالا تجهیزات و انرژی امنیت شبکه قوی است	امنیت شبکه از طریق مشارکت بین ‌اعتبارسنج‌ها ‌برقرار می‌شود
ماینرها به انگیزه‌ی پاداش بلوک، تراکنش‌ها را تأیید می‌کنند	کارمزد تراکنش‌ها به عنوان پاداش به اعتبارسنج‌ها داده می‌شود

 

بیشتر بخوانید: الگوریتم اثبات کار چیست

مزایا و معایب اثبات سهام

الگوریتم اثبات سهام (PoS) دارای مزایا و معایبی است که در ادامه به صورت تیتروار ذکر می‌کنیم.

مزایا POS

مزایای استفاده از الگوریتم PoS عبارتند از:

• کاهش مصرف انرژی
• کاهش کارمزد تراکنش‌ها
• امنیت بالا
• توزیع عادلانه
• مقیاس‌پذیری بالا
• سرعت بالا
• حفظ ارزش توکن‌ها

معایب POS

معایب استفاده از الگوریتم PoS عبارتند از:

• مشکلات توزیع
• مسائل امنیتی
• نقض حقوق کاربران
• مسئله تمرکز قدرت

کدام ارزهای دیجیتال از مکانیسم اثبات سهام استفاده میکنند؟

پس از اینکه سانی کینگ (Sunny King) و اسکات نادال (Scott Nadal) در سال 2012 روش اثبات سهام را معرفی کردند، ارزهای دیجیتال و شبکه‌های بلاکچین جدیدی پدید آمد و برخی از شبکه‌های مبتنی بر روش اثبات کار هم بعدا تصمیم گرفتند به این روش روی بیاورند. اتریوم، کاردانو، پولکادات، ایاس، تزوس، کازموس، ترون، اونتولوژی، الگورند، نئو، زیلیکا و اولنچ از جمله این ارزهای دیجیتال هستند که از الگوریتم اثبات سهام در بلاک‌چین خود استفاده می‌کنند.

اثبات سهام اتریوم

مشهورترین شبکه‌‌ای که هم‌اکنون با الگوریتم اثبات سهام کار می‌کند، شبکه اتریوم است. این شبکه که در ابتدا با الگوریتم اثبات کار فعالیت می‌کرد. در تاریخ 1 سپتامبر 2022 الگوریتم خود را با هدف افزایش سرعت و کاهش مصرف انرژی به اثبات سهام تغییر داد.

اثبات سهام ترون

یکی دیگر از شبکه‌های مشهور که از الگوریتم اثبات سهام برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده می‌کند، شبکه ترون (Tron) است. شبکه ترون که ارز دیجیتال پایه و اصلی خود را ترون یا ترونیکس (TRX) نام‌گذاری کرده، از روش اثبات سهام نمایندگی شده (Delegated Proof of Stake) یا به اختصار DPoS استفاده می‌کند.

اثبات سهام کاردانو

اثبات سهام کاردانو یکی دیگر از الگوریتم‌ های اجماع پرکاربرد در دنیای ارزهای دیجیتال است. کاردانو از یک پروتکل اثبات سهام به نام اوروبوروس (Ouroboros)استفاده می‌کند که نوع جدیدی ار الگوریتم اجماع اثبات سهام را در تولید بلاک‌ها و مدیریت تراکنش‌ها پیاده‌سازی می‌کند. در این روش به اعتبارسنج‌های شبکه، «هدایتگر شکاف» گفته می‌شود.

هدایتگران شکاف افرادی هستند که از طریق ارز آدا (ADA) که رمزارز بومی شبکه کاردانو است، اقدام به سرمایه‌گذاری و استیکینگ می‌کنند. در هر بازه زمانی که در حال حاضر 5 دقیقه در نظر گرفته شده یک هدایتگر از طریق قرعه‌کشی انتخاب شده و مسئول اعتبارسنجی شبکه می‌شود.

بیشتر بخوانید: بهترین ارزهای اثبات سهام

اثبات سهام نمایندگی شده (DPOS) چیست؟

اثبات سهام نمایندگی شده که یکی از روش‌های زیرمجموعه‌ی الگوریتم اثبات سهام است به این صورت عمل می‌کند که اعتبارسنج‌ها توسط کاربران دیگر و از طریق رأی‌گیری انتخاب می‌شوند. تعداد این نمایندگان اصلی همواره 27 نفر و نمایندگان کمکی 100 نفر بوده و هر 6 ساعت یک بار به واسطه‌ی رأی‌گیری انتخاب می‌شوند.

کاربران بایستی در کیف پول خود ارز حاکمیتی آن شبکه را (برای مثال، در شبکه‌ ترون توکن بومی این شبکه TRX) را داشته باشند تا بتوانند به کاندیداها رأی بدهند. این روش که موافقین و مخالفین بسیاری دارد در سال 2014 توسط دنیل لریمر معرفی شد و برای اولین بار در بلاکچین‌های استیم (Steem)، بیت‌شیرز (Bitshares) و ایاس به کار گرفته شد.

سخن پایانی

اثبات سهام (Proof Of Stake) به اختصار «PoS»، نوعی از الگوریتم اجماع در شبکه‌های بلاک‌چینی است. در این مطلب به زبان ساده در مورد اینکه الگوریتم اثبات سهام چیست، چگونه کار می‌کند، تفاوت آن با الگوریتم اثبات کار، مزایا و معایب و موارد دیگر بحث کردیم.

سوالات متداول

۱- الگوریتم اثبات سهام چیست؟

در گذشته که مسئولیت اعتبارسنجی یک شبکه بلاک چین به عهده ماینرها بود که به آن روش، الگوریتم اجماع اثبات کار گفته می‌شد. بعدها به دلیل افزایش مصرف برق، الگوریتم اثبات سهام معرفی شد که در آن میزان سرمایه بلوکه شده افراد، اعتبارسنجی شبکه را انجام می‌دهد.

۲- آیا الگوریتم اثبات سهام بهتر است؟

الگوریتم PoS به لحاظ بازدهی بهتر است؛ چرا که بلاک‌چین‌های PoS بهره‌وری انرژی بالاتری دارند.

۳- کدام ارزهای دیجیتال از مکانیسم اثبات سهام استفاده می‌کنند؟

کاردانو، پولکادات، ایاس، الگورند، ترون، تزوس، کازموس و…از جمله رمزارزهایی هستند که از نوع الگوریتم اثبات سهام برای اجماع در شبکه بلاک‌چین خود استفاده می‌کنند.

۴- الگوریتم اثبات سهام چگونه کار می‌کند؟

در مدل اثبات سهام، اعتبارسنج‌ها باید توکن بومی شبکه را خریداری و در شبکه قفل یا اصطلاحا استیک کنند. انتخاب اعتبارسنج‌ها به صورت تصادفی انجام می‌شود، اما هرچه میزان توکن‌های قفل‌شده بیش‌تر باشد، شانس انتخاب بیش‌تر می‌شود. نهایتا اعتبارسنج‌ها پس از بررسی و تأیید صحت و اعتبار، تراکنش‌ها را به بلاک‌چین اضافه می‌کنند.

۵- آیا مکانیسم اثبات سهام سریع‌تر است؟

در الگوریتم اثبات سهام انتخاب اعتبارسنج نسبت به الگوریتم اثبات کار به‌طرز چشمگیری سریع‌تر انجام می‌گیرد، همین باعث می‌شود که سرعت تراکنش‌ها بیش‌تر باشد.

۶- آیا بیت کوین می‌تواند روزی به مکانیسم اثبات سهام تبدیل شود؟

روی کاغذ امکان انتقال و تبدیل بیت کوین به مکانیسم اثبات سهام وجود دارد، اما اجرای موفقیت‌آمیز این الگوریتم به سال‌ها زمان و همین‌طور موافقت اعضای جامعه احتیاج دارد.