اثبات سهام چیست؟ Proof of stake به چه معنیست؟
در سیستم‌های توزیع شده، مکانیسم توافق عام روشی است که در آن شبکه روی منبعی واحدی از حقیقت، توافق می‌کند. برخلاف سیستم‌های متمرکز که منبع حقیقت توسط یک نهاد کنترل کننده تعیین می‌شود، سیستم‌های توزیع شده روی تعداد زیادی از مقامات خودمختار تکیه می‌کنند تا برای حفظ یک شبکه واحد، همکاری کنند. این گره‌های مجزا باید مکانیسم محاسباتی داشته باشند تا بتوانند سر جدیدترین و دقیق‌ترین گزارش داده باهم به توافق برسند. برای هدایت نقطه اصلی، این شبکه‌های توزیع شده باید از مکانیسم رمزنگاری یکسان استفاده کنند تا به توافق عام برسند.
مکانیسم توافق عام اثبات کار
مکانیسم توافق عام اثبات کار (PoW) اخیراً پرکاربردترین مکانیسم توافق عام بوده و بهتر از هر مفهوم دیگری درک شده است. تاکنون با انتشار بیت کوین در سال 2008 توسط ساتوشی ناکاموتوو پیشگامی او، اثبات کار اکثر بلاکچینها با شاخص‌ترین پروفایل از جمله اتریوم را تأمین کرده است.
برای تکنولوژی در حال ظهوری مثل بلاکچین، اثبات کار، مکانیسم توافق عام بسیار امن و قابل‌اعتمادی را ارائه کرده است. مؤلفه‌های اساسی PoW، ماینرها و انرژی هستند. ماینرها، افراد یا نهادهایی هستند که شبکه را با راه‌اندازی و مدیریت گره‌ها (کامپیوترها)، حفظ می‌کنند. ماینرها، گره‌ها را به شکلی هدایت می‌کنند تا برق به صورت شکلی از انرژی محاسباتی صرف حل مسائل ریاضی پیچیده شود. ماینری که اول از همه مسئله را حل کند، حق این را دارد تا بلوک تراکنشی را به زنجیره بلوک‌های متوالی در حال رشد اضافه کند و یک واحد تأیید شده از داده را روی بلاکچین PoW ایجاد کند.
هزینه برق محاسباتی و هزینه خرید سخت‌افزارهای اولیه برای راه‌اندازی گره کاربردی، از جمله هزینه‌های گزافی است که باید بکنید. با این حال، هزینه ماینر بودن چیزی است که وقتی پاداش‌های بلوکی را بگیرید، ارزشمند می‌شود. وقتی ماینری بتواند به شکل موفقیت‌آمیز، بلوکی را استخراج کند، یک پاداش به شکل ارز آن بلاکچین دریافت می‌کند (مثل بیت کوین، اتریوم و …).
همان‌طور که تعداد ماینرها برای راه‌اندازی گره روی بلاکچین بیشتر شود، نرخ هش (یعنی توان محاسباتی شبکه) افزایش می‌یابد، یعنی بلوک بعدی را می‌توان کمی سریع‌تر از قبلی استخراج کرد. شبکه تلاش می‌کند تا زمان ثباتی را برای استخراج بلوک حفظ کند (زمان میان استخراج هر بلوک)؛ اتریوم هر 14 ثانیه و بیت کوین هر 10 دقیقه استخراج می‌شود. اگر نرخ هش افزایش یابد و بلوکی کمی زودتر از قبلی استخراج شود، درنتیجه دشواری برای استخراج بعدی، بیشتر می‌شود و این دشواری تا زمانی ادامه پیدا می‌کند تا زمان استخراج دوباره به ثبات برسد. دشواری، معمولاً بعد از هر بلوک تنظیم می‌شود، درنتیجه زمان استخراج هر بلوک نسبتاً ثابت است.
با خروج ماینرها از شبکه (که می‌تواند به دلایل مختلفی از جمله کاهش ارزش دلاری ارز اتفاق بیفتد)، دشواری کاهش می‌یابد، به این معنا که استخراج بلوک و دریافت پاداش برای ماینرها ساده‌تر می‌شود. این کاهش دشواری، به عنوان انگیزه‌ای برای ماینرها تبدیل می‌شود تا به شبکه بازگردند و چنین اتفاقی باعث می‌شود تا شبکه قوی و در عین حال غیرمتمرکز باقی بماند.
بلاکچینهای PoW ثابت کرده‌اند که بسیار مقاوم و ایمن هستند. انگیزه علیه بازی مخربی که سعی در به خطر انداختن بلاکچین PoW دارد به برق بسیار زیادی نیاز دارد تا بتواند به مقدار کافی توان محاسباتی تولید کرده تا بر اکثریت نرخ هش غلبه کند. قدرت محاسباتی ترکیبی مورد نیاز برای یک نفر که بتواند بلاکچین PoW باثباتی مثل بیت کوین یا اتریوم را به خطر بیندازد، هزینه فوق‌العاده‌ای دارد و احتمالاً چنین چیزی اصلاً وجود نداشته باشد.
چالش های PoW
درست است که PoW بسیار ایمن است اما 3 چالش اصلی وجود دارد که با آن روبروست: قابلیت دسترسی، متمرکز بودن و مقیاس‌پذیری.
قابلیت دسترسی: موانع برای ورود و تبدیل شدن به ماینر PoW بسیار زیاد است. زنجیره‌های اثبات کار نیاز به مقدار قابل‌توجهی انرژی برای حفظ و ثبات دارند. یک ماینر باید تمام سخت‌افزارهای ضروری برای راه‌اندازی دکل استخراج PoW را بخرد، راه‌اندازی کند و از آن‌ها نگهداری بکند. علاوه بر این، استخراج PoW بسیار پرمصرف است. نه تنها به لحاظ مصرف انرژی ساز و کاری ناکارآمد است بلکه موانع ورد را بیشتر هم می‌کند. برای این که پاداش بلوک کافی به دست بیاورید، بهتر است در منطقه‌ای با پول برق کم زندگی کنید. علاوه بر این، حوزه‌های قضایی اغلب هزینه برق کمتری برای شرکت‌ها ارائه می‌کنند، به این معنا که یک ماینر که دنبال سود بیشتری است باید شرکتی بزند و سخت‌افزار کافی برای استخراج را بخرد تا بتواند هزینه‌ها و تلاش‌هایش را جبران بکند. در کل، هزینه متغیر برق، هزینه‌های سخت‌افزار و برق شرکتی، همه موانع قابل‌توجه برای ورود بیشتر ماینرها را از بین می‌برد.
متمرکز بودن: موانع برای ورود به استخراج کردن می‌تواند اثرات ثانویه نامطلوب متمرکز بودن بیشتر ماینرها داشته باشد. ازآنجایی‌که تبدیل شدن به یک ماینر روز به روز پرهزینه‌تر و کم سودتر می‌شود، شبکه به طور طبیعی تمرکز استخراج را در دو دسته مشاهده می‌کند. دسته اول، مجامع بزرگ استخراج که در مناطقی با پول برق کم و هوای سرد )برای کاهش هزینه تجهیزات خنک‌کننده) مثل مغولستان و سیبری کار می‌کنند. دسته دوم، قدرت استخراج در دستان استخرهای استخراج، متمرکز شده است. ازآنجایی‌که برای بسیاری از افراد، استخراج انفرادی، منفعت ندارد، آن‌ها انرژی هش را از استخر استخراج خریداری می‌کنند تا به عنوان یک نهاد استخراج واحد کار کنند. در پایان سال 2019، بیش از 50% بلوک‌های اتریوم تنها توسط دو استخر استخراج، استخراج شدند.
مقیاس‌پذیری: در زنجیره PoW اتریوم، هر بلوک به طور متوالی استخراج می‌شوند. هر بلوک می‌تواند تنها مقدار مشخصی از داده را شامل شود که به آن اندازه بلوک گفته می‌شود. این یعنی اگر تراکنش‌های معلق بیشتری وجود داشته باشد که بتواند در یک بلوک جای بگیرد، تراکنش‌هایی که موفق به این کار نشوند، باید برای بلوک بعدی صبر کنند تا شانسشان را با آن بلوک امتحان کنند. در اتریوم، یک بلوک هر 14 ثانیه استخراج می‌شود اما در طول رویدادهای تراکنشی خاص، برخی کاربران باید ساعت‌ها صبر کنند تا تراکنش‌هایشان پردازش شود.
پیدا کردن راه‌حل با اثبات سهام
اثبات سهام، نوع متفاوتی از بلاکچینهای مکانیسم توافق عام است که می‌تواند برای موافقت بر روی یک گزارش حقیقی واحد از تاریخچه داده‌ها، استفاده شود. درحالی‌که در PoW انرژی (برق) برای استخراج بلوک‌ها مصرف می‌شود، اعتبارسنجان PoS، سهامی را برای تأیید بلوک‌ها وسط می‌گذارند.
اعتبارسنجان، شرکت‌کنندگان شبکه هستند که گره‌هایی (گره‌های تأییدکننده) را با هدف تأیید بلوک‌ها روی بلاکچین PoS اجرا می‌کنند. آن‌ها این کار را با استیکینگ رمزگذاری (در مورد اتریوم) روی شبکه انجام می‌دهند و خودشان را به صورت تصادفی در دسترس قرار می‌دهند تا برای استخراج یک بلوک انتخاب شوند. دیگر اعتبارسنجان سپس تأیید می‌کنند که بلوک را دیده‌اند. وقتی تعداد کافی تأییدها برای یک بلوک جمع‌آوری شد، بلوک به بلاکچین اضافه می‌شود. تاییدکنندگان هم برای پیدا کردن بلوک‌ها و هم برای تأیید بلوک‌هایی که دیده‌اند، پاداش دریافت می‌کنند.
انگیزه‌های اقتصادی رمزنگاری شده برای PoS، طراحی شده است تا پاداش‌های جذاب‌تری برای رفتار درست ایجاد کند و همچنین مجازات‌های شدیدتری برای رفتارهای مخرب داشته باشد. انگیزه‌های اصلی اقتصاد رمزنگاری شده، به این شرط بستگی دارد که اعتبارسنجان رمزنگاری خود را در شبکه انجام دهند. به جای در نظر گرفتن هزینه ثانویه برق برای راه اندازه گره PoW، اعتبارسنجان زنجیره‌های PoS مجبور هستند تا مبلغ قابل‌توجهی را به طور مستقیم درون شبکه واریز کنند.
اعتبارسنجان وقتی نوبت به آن‌ها می‌رسد، پاداش‌هایی را برای ساخت بلوک و تأیید آن‌ها دریافت می‌کنند. آن‌ها به دلیل عدم رعایت مسئولیتشان در هنگامی که نوبتشان شده و آفلاین بودند، مجازات می‌شوند. مجازات‌های آفلاین بودن نسبتاً ملایم و برابر با پاداش‌های پیش‌بینی شده در طول زمان است. بنابراین، اگر اعتبارسنجی، بیش از نیمی از زمان را به درستی شرکت کند، پاداشش مثبت خواهد بود.
اگر یک اعتبارسنج تلاش کند تا با دریافت مجموعه جدیدی از سابقه داده‌ها، بلاکچین را در معرض خطر یا حمله قرار دهد، مکانیسم مجازات متفاوتی در انتظارش خواهد بود: بخش قابل‌توجهی از سهامش از بین می‌رود و از شبکه اخراج می‌شود. نتیجه یک حمله ناموفق، خطر مالی بسیار زیادی را به همراه دارد. اگر بخواهیم مثالش را در PoW بزنیم، این می‌شود که اگر یک ماینری که در حمله به زنجیره PoW شکست بخورد، مجبور است کل دکل استخراج خود را بسوزاند چرا که هزینه برق مصرفی‌اش خیلی زیاد خواهد شد. علاوه بر این، این معماری، امنیت سیستم را به طور مستقیم در دستان کسانی که شبکه را حفظ می‌کنند و دارایی رمزنگاری شده را در خود پروتکل نگهداری می‌کنند، قرار داده است.
راهکارهای اثبات سهام
اثبات سهام به این 3 مسئله زنجیره‌های PoW که پیش‌تر درباره‌شان بحث کردیم – یعنی قابلیت دسترسی، متمرکز بودن و به خصوص مقیاس‌پذیری، خواهد پرداخت:
قابلیت دسترسی: بلاکچینهای اثبات سهام نیازی به اعتبارسنجان برای نگرانی درباره هزینه سخت‌افزارهای اولیه یا اهمیت به قیمت برق ندارند. به همین خاطر، مانع بسیار کمتری برای ورود افراد و راه‌اندازی گره اعتبارسنجی روی زنجیره PoS نسبت به راه اندازه گره استخراج روی زنجیره PoW وجود دارد. با این حال، مانع قابل‌توجهی برای ورود با قابلیت دسترسی برای PoS وجود دارد. اعتبارسنجان باید حداقل مقدار رمزارز را برای راه‌اندازی یک گره کامل اعتبارسنجی به کار بگیرند. برای اتریوم به عنوان مثال، این مقدار، 32 اتریوم است. برای بسیاری‌ها، این مقدار پول، بسیار زیاد و در عین حال بازدارنده است. درست مثل PoW که استخر استخراج داشت، اینجا استخر استیکینگ وجود دارد که وجوهی از شرکت‌کنندگان را که یا نمی‌توانند یا نمی‌خواهند از آن استفاده کنند را جمع می‌کند. این استخر از طرف آن‌ها سهام خواهد داشت و درصدی از پاداش دریافتی را به آن‌ها خواهد داد.
متمرکز بودن: با کاهش موانع ورود و حذف نگرانی‌ها درباره کمینه ساختن هزینه برق، شبکه‌های PoS اکنون در سطح گره نسبت به شبکه‌های PoW غیرمتمرکزتر هستند. شرکت در زنجیره PoW نیاز به مقداری رمزارز، اینترنت و کامپیوتر دارد. چنین چیزی درهای مشارکت و درآمدزایی را به روی گروه بیشتری از افراد، باز می‌کند. علاوه بر این، اقتصاد مقیاس در PoS به مراتب کمتر از PoW است. در سیستم‌های PoW، هرچه قدرت هشی که یک ماینر کنترل می‌کند بیشتر باشد، درصد پاداشی که می‌تواند به دست بیاورد، بیشتر است. در PoW، درصد اعتبارسنجان ثابت می‌ماند چه 1 گره را مدیریت بکنند چه 1000 گره را.
مقیاس‌پذیری: اثبات سهام به تنها مقیاس‌پذیری را بهبود نمی‌بخشد. با این حال، معماران PoW این اجازه را می‌دهند تا بدون کاهش امنیت، یک راه‌حل مقیاس‌پذیر که به عنوان خرد کردن شناخته می‌شود را اجرا کنید. خرد کردن یک مکانیسم مقیاس گذاری پایگاه داده است که در آن یک بلاکچین به چندین زنجیره خرد می‌شود که هر کدام از آن‌ها قادر به پردازش چند بلوک است. این بلاکچین را از پردازش هم‌زمان هر بلوک راحت می‌کند و در عوض این اجازه را به چند بلوک می‌دهد تا به طور هم‌زمان پردازش شوند. در اتریوم، به عنوان مثال، خرد کردن بلاکچین را به 64 زنجیره خرد شده جداگانه تبدیل می‌کند، یعنی این که شبکه به طور هم‌زمان حداقل 64 برابر سرعت تراکنش زنجیره اصلی PoW، عمل پردازش را انجام می‌دهد.
در شبکه‌های PoW، خرد کردن به مقیاس‌پذیری کمک می‌کند اما اثرات مهمی روی امنیت شبکه می‌گذارد. تقسیم یک شبکه PoW به زنجیره‌های خرد شده یعنی هر زنجیره نیاز به قدرت هش کمتری برای به خطر افتادن دارد. زنجیره‌های PoS، با این حال می‌دانند اعتبارسنجان شبکه چه کسانی هستند (به طور خاص، یک آدرس وجود دارد که به هر سپرده متصل است و درنتیجه هر گره اعتبارسنجی نیز آن را نشان می‌دهد). بنابراین، از طریق یک الگوریتم تصادفی قابل اثبات، زنجیره‌های PoS می‌توانند این اطمینان را بدهند که اعتبارسنجانی که انتخاب کردن بلوک‌های زنجیره‌های متفاوت را تأیید کنند، تصادفی هستند و به طور آماری این احتمال وجود دارد که یک اعتبارسنج مقدار داده‌ای را در بلوکی کنترل کند که بتواند مجموعه را به خطر بیندازد. درحالی‌که PoW برای دستیابی به مقیاس‌پذیری نیاز به مبادله امنیت دارد، شبکه‌های PoS می‌توانند هر دوی‌شان را با خرد کردن داشته باشند.
