احتمالا برای شما این سوال پیش آمده که پروژه اتریوم 2 چیست و چرا اینقدر دنیای رمزارزها منتظر شروع به کار این پروژه هیجان‌انگیز است. برای درک این موضوع ابتدا باید با الگوریتم اثبات سهام آشنا شوید. «گواه اثبات سهام» (Proof of Stake)، یکی از سازوکارهای اجماع در رمزارزها برای پردازش تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های داده است. باید بگوییم که سازوکار اجماع، روشی برای اعتبارسنجی داده‌های ثبت‌شده در یک پایگاه داده توزیع‌شده، و ایمن نگه داشتن آن است. اثبات سهام، مزیت‌های بسیاری در مقایسه با روش اثبات کار دارد. در واقع می‌تواند صرفه‌جویی کلانی در انرژی و هزینه مصرفی شبکه‌های رمزارزی به همراه داشته باشد.
در این مقاله از آکادمی مزدکس می‌خواهیم ابعاد گوناگون روش اثبات سهام را واکاوی کنیم. از ضرورت پیاده‌سازی آن بگوییم و مزایا و معایب این الگوریتم را توضیح دهیم.
الگوریتم اثبات سهام چیست؟
همان‌طور که گفتیم، اثبات سهام، یک سازوکار اجماع در رمزارزها است. الگوریتمی که در آن، وظیفه استخراج و تأمین امنیت شبکه بر عهده کاربرانی است که بیشترین سهم را در آن دارند. در روش اثبات سهام، اعضایی که مقدار مشخصی از سهم‌های شبکه را در مالکیت خود داشته باشند، می‌توانند در فرایند صحت‌سنجی تراکنش‌ها مشارکت کنند.
تفاوت اصلی میان روش اثبات سهام با روش اثبات کار در همین نقطه آشکار می‌شود. در روش اثبات کار، استخراج‌گران یا ماینرها برای ایجاد بلاک‌های جدید و دریافت پاداش استخراج با هم رقابت می‌کنند. هر کدام که بتوانند توان پردازشی بیشتری را در اختیار شبکه بگذارند، برنده می‌شوند. این در حالی است که در روش اثبات سهام، دیگر خبری از رقابت بین ماینرها نیست.
بلاکچین اتریوم، از سردمداران گذار به سمت روش اثبات سهام است. این شبکه، در ابتدا بر پایه روش اثبات کار راه‌اندازی شد. اما به تدریج و با راه‌اندازی «زنجیره بیکان» (Beacon Chain) در دسامبر ۲۰۲۰، روند مهاجرت خود را به روش اثبات سهام آغاز کرد. در پروتکل اثبات سهام اتریوم، کاربرانی که خواهان مشارکت در فرایند اعتبارسنجی تراکنش‌ها هستند، باید دست‌کم ۳۲ واحد اتریوم را «سهام‌گذاری» (Staking) کنند.
تاریخچه الگوریتم PoS
گواه اثبات سهام، نخستین بار در سال ۲۰۱۲ از سوی دو تن از محققان رمزارزها به نام‌های «سانی کینگ» و «اسکات نادال» معرفی شد. آن‌ها پیش از هر چیز، در پی یافتن راهکاری برای حل معضل مصرف انرژی فرایند استخراج بیتکوین بودند. در آن هنگام، نگهداری شبکه بیتکوین، روزانه به‌طور میانگین بالغ بر ۱۵۰ هزار دلار هزینه در بر داشت؛ امروزه اما این رقم از چند صد هزار دلار به چند ده میلیون دلار افزایش یافته است.
خالقان روش اثبات سهام، پیشنهاد کردند که به جای تکیه بر توان پردازشی استخراج‌گران، از روشی موسوم به سهام‌گذاری استفاده شود. سهام‌گذاری، الگوریتمی است که گره‌ها را برحسب تعداد کوین‌های در مالکیت آن‌ها انتخاب می‌کند. بنابراین، هر کاربری که کوین بیشتری در کیف‌پول رمزارزی خود داشته باشد، از بخت بیشتری برای مشارکت در اعتبارسنجی تراکنش‌ها، افزودن بلاک‌ها به زنجیره و دریافت پاداش شبکه برخوردار است. ابداع‌کنندگان اثبات سهام، امیدوار بودند که این روش تازه، بتواند جایگزین روش اثبات کار شود و معضل مصرف انرژی فزاینده استخراج رمزارزها را برای همیشه حل و فصل کند.
در سال ۲۰۱۳، «سانی کینگ» رمزارز جدیدی را به نام «پیرکوین» با نماد اختصاری PPC بر پایه تلفیقی از روش‌های اثبات سهام و اثبات کار ایجاد کرد. در تاریخ ۲۴ام نوامبر ۲۰۱۳ رمزارزی دیگری موسوم به «نکست» (NXT) معرفی شد که صرفاً بر پایه روش اثبات سهام توسعه داده شده بود. سپس، «بلک‌کوین» (BlackCoin)، پا جای پای نکست گذاشت و توانست عنوان دومین پروژه مبتنی بر اثبات سهام را از آن خود کند. گفتنی است که معماری پروتکل بلک‌کوین در مقایسه با نکست، کمی ساده‌تر بود و افزون بر این، مرحله توزیع اولیه منصفانه‌تری داشت.
پروژه‌ها و الگوریتم PoS
از زمان ایجاد بلک‌کوین، پروژه‌های زیادی با سودای پیاده‌سازی روش اثبات سهام، پا به میدان گذاشتند. برای نمونه، پروژه «بیت‌شیرز» (Bitshares) نخستین پروژه‌ای بود که اقدام به پیاده‌سازی روش «اثبات سهام نیابتی» (Delegated Proof of Stake) کرد. در این میان، اتریوم، پرآوازه‌ترین شبکه‌ای است که می‌کوشد روش اجماع اثبات کار را کنار بگذارد و به سوی پیاده‌سازی گواه اثبات سهام مهاجرت کند. انگیزه بنیادی توسعه‌دهندگان اتریوم از گذار به سمت روش اثبات سهام، سازگاری بیشتر با محیط زیست و زدودن رد پای کربن فرایند استخراج بوده است. اگر روزی «ماشین مجازی اتریوم» (Ethereum Virtual Machine) یا به اختصار EVM بتواند با اقبالی گسترده مواجه شود، می‌توان انتظار داشت که بیتکوین و شبکه پرهزینه استخراج آن از میدان به در شوند.
نحوه انجام الگوریتم گواه اثبات سهام PoS
باید بگوییم در روش گواه اثبات کار، رایانه‌های مستقر در چهارگوشه جهان طی رقابتی کشنده می‌کوشند تا با حل معمای ریاضی استخراج، پاداش پردازش و تأیید تراکنش‌ها را از آن خود کنند. در روش اثبات سهام اما دیگر رقابتی در کار نیست و رایانه‌ها در یک مشارکت دسته‌جمعی تصمیم می‌گیرند که کدام گره (رایانه) تراکنش‌های بعدی را صحت‌سنجی و در قالب بلاک به زنجیره اضافه خواهد کرد.
در روش اثبات سهام، گره‌ها یا کاربرانی که سهم بیشتری دارند (یعنی تعداد رمزارزهای موجود در کیف‌پول آن‌ها بیشتر است)، از بخت بیشتری برای اعتبارسنجی بلاک و دریافت کارمزد پردازش تراکنش‌های درون آن، خواهند داشت.
افزون بر این، کاربرانی که سهم کمتری از رمزارزهای یک بلاکچین دارند، می‌توانند دارایی‌های خود را در یک «استخر سهام‌گذاری» (Staking Pool) تجمیع کنند و پس از برنده شدن، پاداش‌های دریافتی را میان خود تقسیم کنند.
اثبات سهام، مزیت‌های بسیاری در مقایسه با روش اثبات کار دارد؛ با این حال، اصلی‌ترین مزایای آن عبارتند از:
- پردازش سریع‌تر تراکنش‌ها
- هزینه‌های بسیار کمتر راه‌اندازی و نگهداری شبکه
- صرفه‌جویی چشم‌گیری در مصرف انرژی
شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام، علاوه بر اعطای پاداش به اعضای خود با سازوکارهایی همچون کاهش سهام، اخراج از شبکه و دیگر اقدامات تنبیهی، کاربران خطاکاری را که در پی دستکاری شبکه و انجام اعمال مخرب هستند، مجازات می‌کنند.
نحوه اعتبارسنجی و تأیید تراکنش‌ها در سیستم اثبات سهام
می‌توان ادعا کرد که بلندپروازانه‌ترین طرح برای پیاده‌سازی روش گواه اثبات سهام، نسخه دوم اتریوم یا اتریوم ۲.۰ است. اتریوم ۲.۰ قرار است نسخه ارتقا یافته بلاکچین اولیه اتریوم باشد و برای همیشه، روش اثبات کار را کنار بگذارد و به سیستم اثبات سهام کوچ کند. در ادامه می‌خواهیم بدانیم که در این سیستم، تراکنش‌ها چگونه اعتبارسنجی و تأیید می‌شوند.
در سیستم گواه اثبات سهام، نهادهای ویژه‌ای موسوم به «اعتبارسنج‌ها» (Validators) تعریف شده‌اند که بار انتخاب بلاک بعدی و الحاق آن به بلاکچین اتریوم بر دوش آن‌ها است.
اعتبارسنج‌ها برای مشارکت در فرایند صحت‌سنجی تراکنش‌ها، ملزم به سهام‌گذاری بخشی از موجودی اترهای خود در پروتکل هستند تا نتوانند حین کار از آن استفاده کنند. آن‌ها ایفاگر همان نقشی در شبکه اتریوم هستند که ماینرها در شبکه بیتکوین بازی می‌کنند. از این رو، مانند ماینرها به اعتبارسنج‌ها نیز پاداش تعلق می‌گیرد تا از انگیزه لازم برای پردازش و صحت‌سنجی تراکنش‌ها برخوردار باشند.
در دو حالت به یک گره اعتبارسنج، پاداش اعطا می‌شود:
۱- یا گره اعتبارسنج، خود برنده بلاک بعدی می‌شود و می‌تواند در قامت «اعتبارسنج منتخب»، پاداش مربوط به صحت‌سنجی تراکنش‌های درون بلاک را دریافت کند.
۲- یا آنکه گره اعتبارسنج، بلاک معرفی‌شده از سوی همتای منتخب خود را تأیید می‌دهد و طی فرایند «تصدیق» (Attest) گواهی می‌دهد که آن بلاک، صحیح است و از قواعد شبکه پیروی می‌کند. در این حالت نیز همچون حالت نخست، گره اعتبارسنج، پاداش دریافت خواهد کرد.
حال برای اطمینان از عدم تقلب اعتبارسنج‌ها، پروتکل اثبات سهام، جرایمی را نیز وضع کرده تا شبکه بتواند به‌طور سالم به فعالیت خود ادامه دهد. این جرایم در چند حالت اعمال می‌شوند:
۱- اگر یک اعتبارسنج، بلاکی حاوی تراکنش‌های نادرست یا داده‌های ساختگی را پیشنهاد کند، بخش اعظمی از منابع سهام‌گذاری‌شده او از سوی پروتکل، ضبط و سلب مالکیت می‌شود. افزون بر این، اعتبارسنج خطاکار بابت این رفتار مخرب از دسترسی به شبکه محروم می‌شود.
۲- در حالت دوم، اگر هر یک از اعتبارسنج‌ها آفلاین شوند نیز با جرایمی روبه‌رو می‌شوند. گفتنی است که میزان این جرایم در مقایسه با حالت پیشین، اندک است.
در اتریوم ۲.۰، هر اعتبارسنج برای مشارکت در فرایند صحت‌سنجی و تأیید تراکنش‌ها باید ۳۲ واحد اتر را در شبکه سهام‌گذاری کند.
ویژگی‌های اصلی گواه اثبات سهم
گواه اثبات سهام در مقایسه با گواه اثبات کار و دیگر سازوکارهای اجماع، مزیت‌های بسیاری دارد. این روش از دیدگاه انرژی، بهینه‌تر است و با پیاده‌سازی آن، دیگر نیازی به برپایی تجهیزات گران و انرژی‌بر استخراج نخواهد بود.
همچنین مشارکت در فرایند اعتبارسنجی تراکنش‌ها در روش اثبات سهام مستلزم خریداری و استقرار دستگاه‌های پردازشی گران‌قیمت نیست و همه می‌توانند با سهام‌گذاری بخشی از دارایی‌های خود در دریافت پاداش شبکه سهیم شوند.
دیگر ویژگی اصلی گواه اثبات سهام این است که ردپای تمرکزگرایی در آن کم‌رنگ‌تر است و گره‌های (رایانه‌ها) بیشتری می‌توانند در شبکه حضور داشته باشند.
با این حال، این احتمال وجود دارد که شمار اندکی از کاربران ثروتمند بتوانند کنترل بخش اعظمی از شبکه را در دست بگیرند؛ البته وقوع چنین رخدادی در شبکه‌های بزرگ و گسترده‌ای همچون اتریوم، از منظر عقل سلیم، دور از انتظار است.
امنیت در PoS
در روش گواه اثبات سهام نیز همچون روش اثبات کار، ریسک «حمله ۵۱ درصد» وجود دارد؛ با این حال، انجام این حمله برای مهاجمان، بسیار گران تمام می‌شود. آن‌ها برای انجام موفق یک حمله ۵۱ درصد، علیه شبکه اتریوم، باید کنترل دست‌کم نیمی از اترهای سهام‌گذاری‌شده را در اختیار بگیرند. نه تنها ارزش این میزان اتر، بسیار هنگفت است و تهیه آن از عهده کمتر کسی برمی‌آید. بلکه مهاجمان در صورت تهیه این میزان اتر و انجام حمله ۵۱ درصد، سقوط ارزش اتریوم را رقم می‌زنند. بنابراین طبق قاعده عقل سلیم، دور از انتظار است که فردی، درصدد نابودی ارزش چیزی برآید که خود مالک بخش عمده‌ای از آن است.
علاوه بر این، انجام اعمال و رفتار مخرب در روش گواه اثبات سهام، بدون مجازات باقی نمی‌ماند و کاهش اترهای سهام‌گذاری‌شده، اخراج از شبکه و دیگر جرایم در انتظار خاطیان احتمالی خواهد بود. گفتنی است که اعتبارسنج‌ها افزون بر مشارکت در فرایند تأیید تراکنش‌ها موظف‌اند تا هرگونه نشانه مشکوک دال بر وقوع خرابکاری را به دیگر اعضای شبکه اطلاع بدهند.
چرا الگوریتم گواه اثبات سهام لازم است؟
گواه اثبات سهام، به‌طور چشم‌گیری میزان توان پردازشی مورد نیاز برای تایید تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌ها به زنجیره را کاهش می‌دهد. بنابراین می‌تواند با سازگاری بیشتر با قواعد زیست‌محیطی، زمینه را برای پذیرش گسترده‌تر رمزارزها فراهم کند.
علاوه بر این، با پیاده‌سازی روش گواه اثبات سهام، مقیاس‌پذیری شبکه‌های رمزارزی و ظرفیت آن‌ها برای پردازش تراکنش‌ها افزایش می‌یابد. همچنین خطر حمله ۵۱ درصد در بلاکچین‌های مبتنی بر اثبات سهام، کمتر است. این باعث می‌شود تا خیال کاربران از بابت امنیت دارایی‌هایشان، آسوده‌تر باشد.
مزایای روش PoS چیست؟
روش اثبات سهام، مزیت‌های پرشماری دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
- پردازش سریع‌تر تراکنش‌ها: در روش گواه اثبات سهام در مقایسه با روش اثبات کار، تراکنش‌ها سریع‌تر پردازش می‌شوند و ظرفیت شبکه در تأیید تراکنش‌ها افزایش می‌یابد.
- کاهش کارمزدها: شبکه‌های مبتنی بر روش اثبات سهام به دلیل ساختار بهینه‌تر خود، کارمزدهای بسیار کمتری را بر کاربران‌شان تحمیل می‌کنند.
- صرفه‌جویی در مصرف انرژی: در روش اثبات سهام به تعداد گره‌های پردازش‌گر یا رایانه‌ها بسیار کمتری نیاز است؛ بنابراین شبکه‌های مبتنی بر این روش، انرژی بسیار کمتری در مقایسه با دیگر روش‌های اجماع، مصرف می‌کنند.
معایب روش PoS چیست؟
همان‌طور که پیش‌تر توضیح داده شد، مهم‌ترین خطری که روش اثبات سهام را تهدید می‌کند، حمله ۵۱ درصد است. افزون بر این، به دلیل آنکه شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام بر گره‌های کم‌تعدادتری تکیه دارند، دستکاری و انجام اعمال مخرب در آن‌ها اندکی ساده‌تر است.
چرا رمزارزها از PoS استفاده می‌کنند؟
پاسخ این پرسش را باید در مزیت‌های پرشمار اثبات سهام جست‌وجو کرد. در این روش اجماع، راه‌اندازی یک گره، ساده‌تر است و به سرمایه‌گذاری در سخت‌افزارهای گران‌قیمت و پیشرفته، نیازی نیست. در نتیجه، رمزارزهای مبتنی بر اثبات سهام، هم در مرحله راه‌اندازی و هم در مراحل مقیاس‌پذیری و دستیابی به پایگاه کاربری، کار ساده‌تری را پیش رو دارند.
همچنین روش اثبات سهام به دلیل تکیه بر اصل سهام‌گذاری از درجه تمرکززدایی بیشتری برخوردار است. بنابراین کاربران بیشتری می‌توانند در نگهداری و گسترش شبکه‌های مبتنی بر این روش، مشارکت کنند و بخت خود را برای دریافت پاداش پردازش تراکنش‌ها افزایش دهند.
افزون بر این رمزارزها با پیاده‌سازی روش اثبات سهام می‌توانند ظرفیت شبکه‌های خود را برای پردازش حجم انبوه‌تری از تراکنش‌ها افزایش دهند.
تمامی این مزیت‌ها باعث می‌شود تا تمامی پروژه‌های رمزارزی که در حال طی گام‌های نخست طراحی و راه‌اندازی هستند، بیش از هر روش اجماع دیگری، به سراغ روش اثبات سهام بروند.
چه پروژه‌هایی از اثبات سهام استفاده می‌کنند؟
یافتن شبکه‌هایی که از روش اثبات سهام استفاده می‌کنند، کار سختی نیست. در ادامه، اسامی چند پروژه نام‌آشنا آورده شده که از این روش برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها بهره می‌برند:
- اتریوم ۲.۰ (Ethereum 2.0)
- کاردانو (Cardano)
- پولکادات (Polkadot)
- الگورند (Algorand)
- نکست (Nxt)
- کاسموس (Cosmos)
- تورچین (ThorChain)
الگوریتم گواه اثبات سهم معمولا کجا اجرا می‌شود؟
هر پروژه رمزارزی که خواهان دستیابی سریع به ظرفیت پردازشی بالاتر و پایگاه کاربری قدرتمندتر است، بی‌تردید، سراغ روش اثبات سهام می‌رود. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، روش اثبات سهام، مقیاس‌پذیری شبکه‌های رمزارزی را افزایش می‌دهد و در عین حال، از نظر مصرف انرژی، بسیار بهینه‌تر است. بنابراین افزون بر آنکه پروژه‌های تازه می‌توانند بر پایه روش اثبات سهام بنا شوند، پروژه‌های قدیمی نیز می‌توانند طی فرایندی تدریجی به سمت پیاده‌سازی این روش کارآمد کوچ کنند و از مزیت‌های پرشمار آن بهره‌مند شود.
مطالعه مطالب زیر را به شما توصیه می‌کنیم:
جمع‌بندی
روش گواه اثبات سهام در قالب جایگزینی برای روش اثبات کار، معرفی شد. پیش از ابداع این روش، اثبات کار، شیوه اصلی اعتبارسنجی تراکنش‌ها در بلاکچین‌های مختلف بود.
مالکان ارزهای دیجیتال، صرفاً بر مبنای تعداد کوین‌های موجود در کیف‌پول‌های خود می‌توانند در فرایند اعتبارسنجی شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام مشارکت کنند و دیگر نیازی به خریداری و استقرار دستگاه‌های پردازشی گران‌قیمت ندارند.
شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام اگرچه در برابر وقوع حمله ۵۱ درصد، کاملاً مقاوم نیستند؛ اما در قیاس با شبکه‌های مبتنی بر اثبات کار، آسیب‌پذیری بسیار کمتری در برابر آن دارند.
لینک کوتاه کپی شد
https://mazdax.ir/academy/?p=1818
