الگوریتم اثبات سهام چیست؟ بررسی Proof of stake در ارزهای دیجیتال

در این مقاله قصد داریم شما را به 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 نمود . یکی از مباحث مهمی که به آن پرداخت نحوه‌ی مدیریت شبکه بود که به آن الگوریتم اجماع اثبات کار می‌گفتند.

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 قصد داریم به طور جامع، علمی و البته ساده و قابل فهم به سوال الگوریتم اثبات سهام چیست پاسخ بدهیم. در شبکه‌های سنتی مانند بانک‌ها، حفظ امنیت شبکه و اسکناس‌های در گردش به عهده‌ی یک سازمان مشخص به نام بانک مرکزی بود.

بانک مرکزی که یک سازمان وابسته به حکومت است در هر کشوری وظیفه حفظ امنیت شبکه بانکی را با در نظر گرفتن منافع حکومت به عهده داشت ؛ ظهور بلاک چین به این منظور بود که این قدرت و اختیار از حکومت‌ها و سازمان‌های متمرکز سلب شده و با الگوریتم‌هایی مانند الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) در اختیار عموم مردم قرار بگیرد .

این انتقال قدرت که با هدف تمرکز زدایی اختیارات در سال 2009 آغاز شد پیش‌بینی می‌شد که با انتقادات فراوانی مواجه شود. یکی از اصلی‌ترین این انتقادات مبحث امنیت شبکه بود. یعنی اگر قرار باشد قدرت از یک سازمان متمرکز در یک کشور گرفته شده و به عموم مردم منتقل شود قطعا فرد یا افرادی خواهند بود که دست به اقدامات خرابکارنه می‌زنند. این اقدامات که عموما عمدی بوده بایستی به نوعی کنترل شود.

کنترل اقدامات خرابکارنه در سیستم‌های متمرکز به عهده‌ی یک سازمان مشخص بوده و تا حد زیادی امکان جلوگیری از آن با مسدود نمودن حساب‌ها و جلوگیری از دسترسی فرد یا افراد خرابکار وجود خواهد داشت. اما در یک سیستم غیرمتمرکز که تمامی فرآیندها به واسطه‌ی بلوک‌ها و زنجیره‌ای از آن‌ها انجام می‌شود حفظ امنیت نیازمند وجود یک الگوریتم مشخص می‌باشد .

که به آن الگوریتم اجماع (Consensus) گفته می‌شود.در حال حاضر 2 نوع اصلی الگوریتم اجماع به نام اثبات کار و اثبات سهام در ارز دیجیتال وجود دارد که در این مقاله به یکی از آن‌ها یعنی الگوریتم اجماع اثبات سهام خواهیم پرداخت. اما پیش از آن توضیح مختصری در خصوص مفهوم الگوریتم اجماع و روش اول یعنی اثبات کار ارائه خواهیم کرد.

الگوریتم اجماع (Consensus)

 

 

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. به عنوان مثال در یک شبکه بانکی سنتی اگر بخواهید از طریق یک دستگاه 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 اینترنت بانک خود را از شعب آن بانک دریافت نمایید. 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.به عنوان مثال اگر 3 بار رمز کارت بانکی را در یک ATM اشتباه وارد کنید، دستگاه آن کارت را توقیف نموده و برای دریافت مجدد بایستی با در دست داشتن کارت شناسایی به یکی از شعب آن بانک مراجعه نموده 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.الگوریتم اجماع در ابتدا و در زمان ظهور بیت کوین ، فقط یک نوع بود و آن هم الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work) یا به اختصار PoW نام داشت.

پس از آن با بروز ایراداتی و انتقاداتی در این الگوریتم، روش اثبات سهام (Proof of Stake) معرفی شد که پیش از توضیح مفصل آن، توضیحات مختصری درباره الگوریتم اثبات کار خواهیم داد.

 

الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work)

 

 

با توجه به اینکه احتمال می‌دهیم شما فردی هستید که اطلاعات تخصصی در زمینه‌ی شبکه، سخت‌افزار و برق و مدارات ندرید، و مفاهیم موجود در این مقاله دارای معنا و مفهوم بسیار تخصصی هستند، جهت درک بهتر موضوعات در این مقاله از مفاهیم ساده و قابل‌درک استفاده خواهیم کرد.

فرض کنید فردی به نام علی قصد دارد 1 بیت کوین را از کیف پول خود به کیف پول مهسا منتقل کند؛ اگر این فرآیند به همین سادگی انجام شود، یک هکر به راحتی می‌تواند این تراکنش را هک کرده و آدرس کیف پول مقصد را تغییر دهد؛ خرابکار مورد نظر ما که فردی مجهول‌ الهویت هست به راحتی می‌تواند در بخش آدرس ، آدرس کیف پول خود را قرار داده و «1 بیت کوین» را به جای حساب مهسا به حساب خودش واریز کند.

اما حالا بیایید یک واسط بین این انتقال قرار دهیم ، یعنی زمانی که علی پارامترهای مقدار بیت کوین و آدرس مقصد (آدرس کیف پول مهسا) را وارد کرد این اطلاعات قبل از انتقال، رمزگذاری شده و تبدیل به رشته‌ای از اعداد و حروف شوند. این بسته را شبیه یک جعبه در نظر بگیرید که در مسیر هر فردی آن را باز کند متوجه اطلاعات داخل آن نخواهد شد

 لذا هکر خرابکار این داستان فقط زمانی می‌تواند آدرس کیف پول خود را به جای مهسا وارد کند که فرمول این رمزگذاری را بداند در غیراینصورت بسته با موفقیت و بدون دستکاری به مقصد خواهد رسید.حال تکلیف این بسته‌ی رمزنگاری شده چیست؟ چه زمانی و چطور به مقصد خواهد رسید؟ چه کسی مسئول رمزگشایی آن است؟

زمانی که الگوریتم شبکه اجماع اثبات کار باشد (و نه اجماع اثبات سهام که در بخش بعدی توضیح می‌دهیم) هر کسی می‌تواند مسئول رمزگشایی باشد!!! با این وجود چرا جناب آقا یا خانم هکر نتوانست این بسته را هک کند؟ به این دلیل که ایشان بایستی با افراد درستکار شبکه بر سر یافتن فرمول رمزگشایی رقابت کند.

سوالی که پیش می‌آید این است که افراد درستکار شبکه چه کسانی هستند؟ در شبکه‌هایی که از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده می‌کنند مانند بیت کوین، این افراد همان صاحبین ماینرها هستند که با تلاش برای حل مسائل در جهت یافتن فرمول رمزنگاری، بیت کوین هدیه می‌گیرند.

پیدایش الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake)

 

نقطه‌ی مقابل الگوریتم اجماع اثبات کار که در بخش قبلی توضیح دادیم، الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) یا به اختصار PoS نام دارد. حال اینکه چرا این روش پدید آمد موضوع بسیار مهمی است که جهت درک بهتر اثبات سهام باید به آن بپردازیم. دلیل پیدایش الگوریتم اجماع اثبات سهام در ارز دیجیتال ، نقاط ضعف الگوریتم اجماع اثبات کار بود.

این نقاط ضعف باعث شدند تا پییِرکوین (PeerCoin) با استفاده از الگوریتم جدیدی به نام اثبات سهام (PoS) خلق شود. یکی از ایرادات و انتقادات اصلی که به روش اثبات کار وارد بود 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 تولید آلودگی 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. البته به روش اثبات سهام نیز انتقاداتی وارد است. این انتقادات نیز به مرور توسط متخصصان شبکه در حال بررسی و برطرف شدن هستند.

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 و یا انتهای مقاله مراجعه کنید.

https://youtu.be/OhakWt2-nic

در پاسخ به سوال الگوریتم اثبات سهام چیست؟ بهتر است مثال دیگری بزنیم. فرض کنید علی مثال قبل ما قصد دارد همان 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 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 اولا سرمایه‌ی وی در صورت انجام اقدامات خرابکارنه ، از بین می‌رود ، دوما با بروز اقدام خرابکارانه به صورت خودکار ارزش هر کوین به شدت کاهش پیدا کرده و اولین کسی که ضرر خواهد کرد فرد خرابکار خواهد بود؛ 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 اعضای شبکه هستند اما با سبک و روشی متفاوت از نوع 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 نیز میزان بلوک‌های در حال حرکت شبکه مسئول حفظ امنیت 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 را 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 افزایش یابد، نفوذ به شبکه پرهزینه‌تر بوده و برای یک خرابکار اصلا به صرفه نخواهد بود. حتی در شبکه‌هایی با تعداد حجم سرمایه‌گذاری کم نیز که ارزش هر کوین بسیار پایین است باز هم نفوذ به شبکه منطقی و به‌صرفه نیست.

البته توضیحات فوق به این معنی نیست که امنیت شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام هیچ ایرادی نداشته و 100% تضمین شده است؛ چرا که در ادامه با رشد ارزش یک کوین و متحد شدن افراد با هدف نفوذ به شبکه این امکان وجود خواهد داشت که به یک شبکه نفوذ و از آن سرقت شود.

ارزهای دیجیتال مبتنی بر اثبات سهام

پس از اینکه روش اثبات سهام توسط آقایان سانی کینگ (Sunny King) و اسکات نادال (Scott Nadal) در سال 2012 معرفی شد ارزهای دیجیتال و شبکه‌های بلاکچین جدیدی پدید آمده و برخی از شبکه‌های مبتنی بر روش اثبات کار نیز به این روش روی آوردند که اتریوم ، کاردانو، پولکادات، ایاس، تزوس، کازمز، ترون، اونتولوژی، الگورند، نئو، زیلیکا و اولنچ جزو آن‌ها هستند.

• اثبات سهام اتریوم

البته که مشهورترین شبکه‌ی حال حاضری که 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 جهت اعتبارسنجی تراکنش‌ها بهره می‌برد، شبکه ترون (Tron) می‌باشد. شبکه ترون که ارز دیجیتال پایه و اصلی خود را ترونیکس (TRX) معرفی 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 دنیاست. کاردانو که از متدولوژی به نام اوروبوروس (ouroboros) بهره می‌برد نوع جدیدی ار الگوریتم اجماع اثبات سهام را در تولید بلاک‌ها و مدیریت تراکنش‌ها پیاده‌سازی نموده است. 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 نموده‌اند. در هر بازه زمانی که در حال حاضر 5 دقیقه در نظر گرفته شده یک هدایتگر توسط قرعه‌کشی انتخاب شده و مسئول اعتبارسنجی شبکه می‌شود.

• اثبات سهام نمایندگی شده (DPoS)

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 (مثلا در ترون ارز TRX) را داشته باشند تا بتوانند به کاندیدا رأی بدهند. این روش که موافقین و مخالفین بسیاری دارد در سال 2014 توسط دنیل لریمر (Daniel Larimer) معرفی و برای اولین بار در بلاکچین‌های استیم (Steem)، بیت‌شیرز (Bitshares) و ایاس استفاده شد.

ویدئو الگوریتم اثبات سهام در بلاکچین

در این ویدئو از کانال یوتیوب پارسیان کریپتو به بررسی کامل الگوریتم اثبات سهام یا proof of work به زبانی ساده می پردازیم. ( برای تماشا فیلتر شکن خود را روشن کنید.)

جمع‌ بندی 

همانطور که مشاهده کردید الگوریتم‌های اجماع با سرعت بسیار زیادی در حال تغییر و تحول و بروزرسانی هستند و کارشناسان حوزه‌ی بلاکچین و ارز دیجیتال همچون کارشناسان پارسیان کریپتو امیدوار هستند تا هرچه سریعتر انتقادات وارد شده به سیستم مدیریت غیرمتمکز با پدید آمدن یک الگوریتم اجماع بی‌ نقص پایان یافته و این سیستم‌ها به ابزارهای کاربردی تبدیل شوند. سیستم اثبات سهام یکی از روش‌ها و الگوریتم‌هایی بود که توانست تا حد زیادی به انتقادات پاسخ داده و خود را سیستم‌های بلاکچینی بسیاری جای دهد.

سوالات متداول

1- 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.

2- کدام شبکه مهم از الگوریتم اثبات سهام استفاده می‌کند؟

اتریوم به عنوان مشهورترین شبکه پس از بیت کوین ، از الگوریتم اثبات سهام استفاده می‌کند.