اثبات سهام یا همان Proof Of Stake روشی برای حفظ امنیت شبکه‌های بلاک چینی و جایگزین مناسبی برای اثبات کار (استخراج) است. در اثبات سهام، افرادی که تمایل دارند تا در کار تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک شرکت کنند، می‌توانند ارز دیجیتال اصلی شبکه را بخرند و به همان شبکه اختصاص دهند. شبکه نیز نسبت به میزان دارایی و مدت زمان قفل‌ماندن دارایی‌ها، با همان ارز دیجیتال به آن کاربران اعتبارسنج‌ پاداش می‌دهد. در این مقاله قصد داریم تا به زبان ساده الگوریتم اثبات سهام را توضیح داده و مزایای آن را نسبت به اثبات کار مرور می‌کنیم. پس با ماینرسلر همراه باشید.

الگوریتم اجماع اثبات سهام چیست؟

اثبات سهام (Proof Of Stake) و یا به اختصار «PoS» نوعی الگوریتم اجماع در شبکه‌های مبتنی بر بلاک چین میباشد. قبل از اینکه سر وقت توضیح بیشتری در مورد اثبات سهام برویم، لازم است این را بدانید که الگوریتم اجماع چیست.

الگوریتم اجماع (Consensus) روشی است که مشارکت‌کنندگان در یک شبکه غیرمتمرکز بر اساس آن باهم بر سر آن توافق می‌کنند و بر سر تراکنش‌ها و بلاک‌ها به اجماع واحد می‌رسند.

همان‌گونه که می‌دانید، در شبکه ای غیرمتمرکز بلاک چینی مانند بیت کوین تمامی افراد می‌توانند در کنترل شبکه سهیم باشند و در حقیقت همه مالک شبکه هستند. مسئله اصلی در اینچنین شبکه‌ای امنیت است.

برای نمونه سوال هایی پیش می آید، از کجا میتوان مطمئن شد که شبکه بدون نقص کار خواهد کرد؟ اگر فردی خرابکار بخواهد در شبکه تقلبی را انجام دهد چه کنیم؟ چه ضمانتی وجود دارد که یک نفر بیت کوین فرد دیگری را به سرقت نبرد؟

پاسخ و راه‌حل این مسائل، همان الگوریتم اجماع است. الگوریتم اجماع شامل قوانین و شرایطی است که به وسیله آن مشارکت‌کنندگان می‌توانند از صحت عملکرد شبکه اطمینان حاصل کنند.

برای نمونه در بیت کوین الگوریتم اجماع این شبکه اثبات کار (Proof of Work) نام دارد. مطابق با این الگوریتم که همان قانون است، هر کس بخواهد در کار تولید بلاک شرکت کند، باید با پرداخت بهایی (قدرت پردازش و مصرف برق) درست‌کاری خود را اثبات کند و در کنار سایر اعتبارسنج‌ها (ماینرها) برای کسب پاداش رقابت کند. بنابراین اگر کسی بخواهد فعالیت مخربی را بر روی شبکه بیت کوین انجام دهد، مجبور است قدرت پردازشی بیشتری از افراد درست‌کار (تمام ماینرهای دیگر) فراهم آورد که این کار نیز به هیچ‌ عنوان توجیه اقتصادی ندارد و منطقی نیست.

برگردیم به سراغ اثبات سهام. طبق این الگوریتم، اعتبارسنج‌هایی که قصد دارند در کار تولید بلاک شرکت کنند و پاداش بگیرند، باید توکن‌های بومی آن شبکه را بخرند و به شبکه اختصاص دهند، یا به عبارتی دقیق‌تر «سهام‌گذاری» (Stake) ‌کنند. اینگونه سهام‌گذاری از طریق قفل‌کردن توکن‌ها در همان بلاک چین و به‌منظور ایجاد و تأیید بلاک‌ها انجام می‌شود. اعتبارسنج‌ها به‌طور مستقیم و بنا بر ‌تناسب میزان سهام‌گذاری‌ خود، پاداشی دریافت می‌کنند.

این پاداش بر اساس بازده سرمایه‌گذاری (ROI) محاسبه شده و نودها (node) یا همان اعتبارسنج‌ها را اینگونه تشویق می‌کند تا کار اعتبارسنجی شبکه را انجام دهند. به لطف الگوریتم اجماع اثبات سهام، اگر فردی بخواهد تا به شبکه حمله کند، مجبور است بخش عمده‌ای از توکن‌های یک شبکه (به عنوان مثال ۴۰ درصد کل توکن‌ها) را تهیه کند که با توجه به اصل عرضه و تقاضا چنین کاری برای فقط یک فرد بسیار مشکل است. همینطور با وقوع حمله به احتمال زیاد قیمت آن توکن‌ها نیز سقوط خواهد کرد و در حقیقت اولین فردی که ضرر می‌کند خود آن مهاجم است.

پییِرکوین (Peercoin) اولین ارز دیجیتالی ای بود که مدل اجماع اثبات سهام را در مقیاس کاملی اجرا کرد و اکنون پولکادات، ایاس، تزوس، کاردانو و ده‌ها ارز دیجیتالی بزرگ دیگر از اثبات سهام ویا شکل تغییریافته آن استفاده می‌کنند. اتریوم بزرگ‌ترین ارز دیجیتالی ای است که تصمیم گرفته است تا از اثبات کار به اثبات سهام کوچ کند.

اثبات سهام به دلیل مصرف کمتر انرژی، آسیب کمتری را نیز به محیط زیست وارد می‌کند. این نکته در مقایسه با الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW) که در شبکه بیت کوین به کار گرفته می‌شود، بسیار حائز اهمیت است؛ به دلیل آنکه اثبات کار نیازمند صرف انرژی قابل‌توجهی است. همچنین، اثبات سهام شبکه را نیز مقیاس‌پذیرتر می‌کند و در زنجیره‌های مبتنی بر این الگوریتم شاهد تراکنش‌هایی ارزان‌تر و سریع‌تر خواهیم بود.

اعتبارسنج‌ها

در بلاک چین‌های بر پایه اثبات سهام، اعتبارسنج‌ها انتخاب می‌شوند که بلاک بعدی را بر اساس سهام خود تولید کنند. فرآیند انتخاب، اغلب با توابعی تصادفی انجام می‌شود تا میان اعتبارسنج‌ها تبعیضی وجود نداشته باشد. با این حال، هرچه اعتبارسنجی سهام بیشتری را داشته باشد، شانس بیشتری نیز برای تولید بلاک بعدی خواهد داشت. سپس، بلاک‌ ارائه‌شده توسط اعتبارسنج‌ها به سایر همتایان‌شان سپرده شده تا بلاک جدید را تأیید صلاحیت کنند و اگر تأیید شود، بلاک جدید را به بلاک چین اضافه کنند.

مزایای اثبات سهام

اثبات سهام از دو منظر می‌تواند مفید باشد:

• برای شبکه
• برای اعتبارسنج‌ها

مزایا برای شبکه

چندین مؤلفه جذاب در طراحی اثبات سهام نهفته است. از آنجایی که پاداش و مشوق‌های مالی در قالب توکن بومی ارائه می‌شوند، اثبات سهام فرایند دشوار محاسباتی اثبات کار را که بیشتر به قرعه‌کشی شبیه بود، دور زده و با این کار انرژی گزافی را که برای رسیدن به اجماع در الگوریتم اثبات کار صرف می‌شد، حذف می‌کند. این کار چند پیامد مهم را برای عملکرد و امنیت شبکه به همراه دارد.

عملکرد

از نظر عملکرد، طرح اجماع اثبات سهام آن‌گونه‌ طراحی شده است که تراکنش‌ها به‌سرعت نهایی می‌شوند؛ برای نمونه، به جهت اینکه یک تراکنش بیت کوین نهایی شود، به ۶ تأییدیه (Confirm) نیاز دارد و با توجه به اینکه تولید هر بلاک در بلاک چین بیت کوین در حدود ۱۰ دقیقه طول می‌کشد، تأیید نهایی یک تراکنش در بیت کوین حدوداً به یک ساعت زمان نیاز دارد. این در حالی است که در شبکه ایاس که از اثبات سهام استفاده می‌کند، هر تراکنش در نمهایت در ۲ الی ۳ ثانیه نهایی می‌شود.

بنا بر این، در اثبات سهام ایجاد یک بلاک و همینطور رسیدن اعتبارسنج‌ها و نودهای شبکه به توافق و اجماع با سرعتی بسیار بیشتر نسبت به الگوریتم اثبات کار انجام می‌شود. در نتیجه نیز شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام از نظر تعداد تراکنش‌های درون‌زنجیره‌ای در هر ثانیه (TPS) و انتقال دارایی‌ها در شبکه، عملکرد بهتری را برای خود به ثبت میرسانند.

امنیت

از منظر امنیت، اعتبارسنج‌ها به دو دلیل اصلی تمایل به مشارکت صادقانه در ایجاد بلاک‌ها و تأیید تراکنش‌ها برتری دارند.

اول اینکه، به احتمال زیاد اعتبارسنج‌ها کنترل بخش قابل‌توجهی از توکن‌های شبکه را در اختیار خود دارند، حتی آن توکن‌هایی که در شبکه قفل نشده‌اند. همین امر آنها را از لحاظ مالی تشویق می‌کند تا امنیت کل شبکه را تأمین کنند؛ چرا که در غیر این صورت، ضعف در امنیت شبکه می‌تواند اثری منفی را بر روی قیمت توکن داشته باشد.

دلیل دوم نیز این است که سازوکار قفل‌کردن توکن و سهام‌گذاری به‌ گونه‌ای است که اگر اعتبارسنج فعالیت خرابکارانه ای را  داشته باشد، به عنوان مثال بخواهد بلاک‌های جعلی تولید کند یا تراکنش‌های را دستکاری کند، توکن‌هایی که اعتبارسنج در شبکه قفل کرده است، از وی گرفته خواهد شد و به‌اصطلاح «اسلَش» (Slash) می‌شوند. لازم به ذکر است که سازوکار اسلشینگ (Slashing mechanism) ممکن است در تمامی پروتکل‌ها پیاده‌سازی نشود.

مزایا برای دارندگان ارز دیجیتال

در حال حاضر، روش‌های مختلفی برای کسب درآمد از طریق سهام‌گذاری وجود دارد. این روش‌ها بستگی به آن شبکه بلاک چینی دارد که استفاده می‌کنید. پیش از مشارکت در هر پروتکل، حتماً اطلاعات کافی و لازمی را در مورد آن کسب کنید.

پاداش برای نگهداری

کاربران می‌توانند فقط با نگهداری کوین‌ها در کیف پول خود برای مدت زمان مشخصی، پاداش مختص به خود را دریافت کنند و به هیچ اقدام خاصی برای سهام‌گذاری این کوین‌ها احتیاج نیست. این پاداش بر اساس تعداد کوین‌های نگهداری‌شده در کیف پول آنها و (اغلب) مقدار زمانی است که این کوین‌ها را نگهداری می‌کنند. دریافت این پاداش به دو صورت انجام میشود:

• پروتکل به‌صورت خودکار پاداش را پرداخت می‌کند
• خود کاربر می‌تواند این کار را انجام دهد(درخواست دریافت پاداش را انجام دهد)

پاداش برای مشارکت یا نمایندگی

هر کاربر می‌تواند بخشی از سهام خود را به جهت تأمین امنیت شبکه به یک اعتبارسنج داده و اعتبارسنج به نمایندگی از کاربر در شبکه مشارکت کند. در این کار خود اعتبارسنج پاداش را پرداخت می‌کند؛ درواقع، اعتبارسنج بخشی از سود خود را که از کوین‌های نمایندگی‌شده به دست آورده را به کاربر می‌دهد.

دریافت این نوع پاداش هم می‌تواند به‌صورت خودکار و مبتنی بر پروتکل باشد و یا به اراده و اختیار اعتبارسنج انجام گیرد.

معایب اثبات سهام

طراحی نظریه بازی (game theory) که در الگوریتم اجماع اثبات سهام به کار گرفته می‌شود، بسیار پیچیده‌تر از اثبات کار است؛ به دلیل آنکه باید مجموعه ای کاملاً جدید از مسیرهای تشویقی را در نظر بگیرد. منتقدان به چندین نقطه ضعف، همچون حمله‌ بُرد بلند (long-range attack)، در این الگوریتم اشاره کردند که می‌تواند از شمار پیامدهای منفی ماهیت پیچیده اثبات سهام باشد. در حمله‌ بُرد بلند، هکر شاخه‌ای را بر روی بلاک چین ایجاد می‌کند که از بلاک جنسیس (اولین بلاک) آغاز شده و سرتاسر زنجیره اصلی را تحت‌کنترل می‌گیرد.

علاوه بر این، اثبات سهام بر پایه سهام‌گذاری و بر طبق دارایی مالی افراد کار می‌کند. به عبارت ساده تر، هرکسی که میزان توکن بیشتری داشته باشد، بازده سرمایه بیشتری را نیز خواهد داشت و ثروتمندان هرروز ثروتمندتر می‌شوند. به همین ترتیب، دریافت و انباشت سود بیشتر توسط سرمایه‌داران اصلی، می‌تواند قدرت بیشتری را در اختیار اعتبارسنج‌های ثروتمندتر گذارد و همین امر ممکن است تهدیدی برای غیرمتمرکزبودن فرایند اعتبارسنجی در شبکه باشد.

درآمد اثبات سهام به‌صورت میانگین چیزی مابین ۶ الی ۱۰ درصد در سال است و این یعنی افرادی که در یک ارز دیجیتال سرمایه‌گذاری بلندمدت انجام می‌دهند، می‌توانند به درآمد اثبات سهام نیز امیدوار باشند. با این حال، اینگونه درآمد نسبت به استخراج به‌صورت کلی پایین‌تر بوده و باعث بروز انتقاداتی از این الگوریتم شده است.

اثبات سهام به استاندارد جدید تبدیل خواهد شد؟

در طی چند سال گذشته، الگوریتم اجماع اثبات سهام جایگاه ویژه‌ای را در میان آن دسته از بلاک چین‌های عمومی پیدا کرده است که به‌دنبال بهبود عملکرد زیربنایی شبکه بیت کوین هستند. این چنین بلاک چین‌هایی می‌توانند از اپلیکیشن‌ها و تراکنش‌های بیشتری در بازه زمانی مشخصی پشتیبانی کنند. علاوه بر این، ابتکارهای نوآورانه‌ای که اثبات سهام به همراه خود به ارمغان آورده است، از جمله اثبات سهام ضمانت‌دار (bonded PoS)، اثبات سهام نمایندگی‌شده (delegated PoS) و سایر انواع راهکارها برای پاسخگویی به نیازهای خاصی از شبکه ایجاد شده‌اند.

هم اگنون، اتریوم، پلتفرم مشهور قراردادهای هوشمند (smart contract)، در حال انجام فرایند تغییر الگوریتم اجماع شبکه از اثبات کار به اثبات سهام است تا بتواند پاسخگویی بهتر و کارآمدتری را برای تقاضای عملکرد شبکه به کاربران خود ارائه دهد. شبکه‌های دیگری نیز وجود دارند که اکنون در حال فعالیت بر اساس اثبات سهام هستند، همچون شبکه بلاک چین تعامل‌پذیر کازماس (Cosmos) که در کل صنعت بلاک چین، اولین نمونه از پیاده‌سازی اثبات سهام در مقیاس کامل از ابتدای فعالیت خود به شمار می‌رود.

علاوه بر این، اثبات سهام، در مقایسه با بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار مانند بیت کوین، به اعتبارسنج‌ها و اپراتورهای نود شبکه فرصت بیشتری را به جهت مشارکت در فرآیند اجماع می‌دهد. موانع کمتر برای ورود به فرایندی که فقط به داشتن تعداد مشخصی توکن احتیاج دارد، برای آن دسته از کاربرانی جذاب است که نمی‌خواهند در هزینه‌های سنگین سخت‌افزارهای ای‌سیک (ASIC) استخراج بیت کوین خود را غرق کنند.

در مجموع، در فضای ارزهای دیجیتالی که با سرعت زیادی در حال تکامل است، الگوریتم اثبات سهام نیز هر روز جایگاه ویژه‌تری پیدا می‌کند. البته که پایداری طولانی‌مدت آن در میان بلاک چین‌های عمومی هنوز به‌طور قطعی آزمایش نشده است؛ ولی بسیاری از متخصصان، شرکت‌کنندگان و ناظران صنعت ارزهای دیجیتال هستند که از این الگوریتم دفاع و پشتیبانی می‌کنند.

جمع‌بندی

اثبات سهام نوعی از الگوریتم اجماع است که در بلاک چین برخی از ارزهای دیجیتال مانند ایاس و کاردانو مورداستفاده قرار گرفته است، اتریوم هم در حال گذر از مراحلی است که در نهایت به‌ پیاده‌سازی سازوکار اثبات سهام منجر خواهد شد.

برخلاف اثبات کار که در آن روش از سخت‌افزارهای کامپیوتری برای استخراج ارزهای دیجیتال استفاده می‌شد، در اثبات سهام از سهام‌گذاری کوین‌های بومی شبکه به جهت تأیید اعتبار بلاک‌ها در بلاک چین خود استفاده می‌شود.

اثبات سهام مزایای بسیار زیادی نسبت به اثبات کار دارد که از جمله آنها می‌توان به صرفه‌جویی در میزان برق مصرفی، کنار گذاشته‌شدن فرایند غیرلازم استخراج، سریع‌تر و مقیاس‌پذیرترشدن شبکه و همینطور خارج‌نشدن پول از اکوسیستم ارزهای دیجیتال برای خرید سخت‌افزار اشاره کرد.

منبع: “Ledger“