اثبات سهام چیست؟ معرفی کامل الگوریتم اثبات سهام

بدون شک، حاکمیت و مدیریت در یک سیستم متمرکز همچون بانک، آسان است. ساتوشی ناکاماتو زمانی که بیت‌کوین را اختراع کرد، به دنبال روشی بود که بتواند یک سیستم غیرمتمرکز را به درستی اداره کند. در واقع، در بطن هر شبکه‌ی بلاک‌چینی، مکانیزم اجماعی قرار دارد که از توافق میان اعضای شبکه درمورد وضعیت لجر یا دفتر کل، اطمینان حاصل می‌کند. به همین دلیل، الگوریتم اجماع اثبات کار برای مدیریت شبکه بلاک‌چین بیت‌کوین (و بسیاری از دیگر بلاک‌چین‌ها)، پیاده‌سازی شد. اما معایب این الگوریتم، زمینه‌ساز ظهور یک الگوریتم دیگر به نام اثبات سهام (Proof of Stake) در دنیای بلاک‌چین‌ها شد. در یکی از مقاله‌های رسانه بلاک‌پست به تفصیل در مورد معایب پیش روی بلاک‌چین‌ بیت‌کوین که مبتنی بر الگوریتم اثبات کار است، پرداختیم. در این مقاله، به بررسی الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) می‌پردازیم. با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید تا مفهوم این الگوریتم، مزایا و معایب آن را درک کنید.

الگوریتم اثبات سهام چیست؟

از زمان پیدایش بلاک‌چین بیت‌کوین، روش‌هایی که ما بلاک‌های حاوی داده‌ها را به شبکه اضافه می‌کنیم، به طور قابل توجهی تغییر کرده است. اکنون با ظهور الگوریتم‌های اجماع جدید، دیگر نیازی به تکیه بر قدرت محاسباتی برای ایجاد اجماع نداریم.

اثبات سهام (PoS)؛ یک مکانیزم اجماع برای پردازش تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های جدید در یک بلاک‌چین است. در این مکانیزم، نودها، قابل اعتماد بودن خود برای وظیفه اعتبارسنجی تراکنش‌ها را از طریق رمزارزهایی که استیک می‌کنند، اثبات می‌کنند. این رمزارزها، عمدتا همان رمزارزهای بومی شبکه هستند که قفل کردن آن‌ها سبب می‌شود که به آن به چشم یک وثیقه نگاه کرد. این وثیقه، اعتبارسنج‌ها را تشویق می‌کند تا با حسن نیت و به نفع شبکه عمل کنند. اثبات سهام، میزان کار محاسباتی مورد نیاز برای تایید بلاک‌ها و تراکنش‌ها را کاهش می‌دهد. در بلاک‌چینی تحت اثبات کار، الزامات و شروط محاسباتی سنگین، آن را امن نگه می‌دارد. در اثبات سهام، روشی که بلاک‌ها تایید می‌شود، متفاوت است و نیازی به انجام کار محاسباتی نیست.

داستان اثبات سهام و اثبات کار

یک معدن طلا را تصور کنید که صدها استخراج‌کننده، بدون اینکه بدانند آیا طلا پیدا خواهند کرد یا نه، بی‌وقفه در حال حفاری کردن هستند.

این مثال، عملکرد اثبات کار را به زبان ساده توضیح می‌دهد. در واقع اثبات کار، رقابتی است که در آن، شرکت‌کنندگان یا ماینرها با سخت‌افزارهای خود و صد البته مصرف انرژی زیاد به رقابت برای حل پازل‌های رمزنگاری پیچیده می‌پردازند. اولین ماینری که آن را حل می‌کند، این حق را دارد که یک بلاک جدید از تراکنش‌ها را به بلاک‌چین اضافه کند. این بلاک در سراسر این شبکه منتشر می‌شود و در صورت معتبر بودن، نودها دفاتر کل خودشان را به‌روزرسانی می‌کنند. ماینر برنده در ازای تولید یک بلاک معتبر، پاداش دریافت می‌کند.

اما مجموع انرژی‌های مصرف شده برای تمام شرکت‌کنندگانی که این رقابت را دست خالی ترک می‌کنند، بسیار زیاد است!

تصویر این معدن و استخراج‌کنندگان را در ذهنتان ضرب در هزار کنید تا بتوانید درک درستی از میزان مصرف انرژی در مقیاس جهانی داشته باشید!

اکنون، یک باشگاه انحصاری را تجسم کنید که اعضای آن پاداش دریافت می‌کنند؛ اما نه به دلیل اینکه میزان زیادی انرژی برای حفاری و استخراج کردن مصرف کرده‌اند، بلکه به دلیل تعداد شمش‌های طلایی که دارند و مایل به سهام‌گذاری یا قفل کردن آن‌ها هستند.

در اینجا هر چه مشارکت‌کنندگان، شمش‌های بیشتری داشته باشند، پتانسیل بیشتری نیز برای بدست آوردن پاداش دارند.

زیبایی این سیستم در سادگی و افزایش بهره‌وری مصرف انرژی آن است؛ چراکه در این سیستم، هیچ مسابقه‌ا‌ی برای مصرف انرژی بیشتر وجود ندارد. در عوض، شرکت‌کنندگان که اغلب به آن‌ها ولیدیتور (Validator) یا اعتبارسنج گفته می‌شود، برای ایجاد بلاک‌های جدید بر اساس مقدار ارز دیجیتالی که داوطلبانه سهام‌گذاری یا به عنوان وثیقه قفل می‌کنند، انتخاب می‌شوند.

مفهوم استیکینگ در الگوریتم اثبات سهام چیست؟

استیکینگ (Staking)؛ واژه‌ای است که افراد از همان ابتدا که به دنیای بلاک‌چین و ارزهای دیجیتال قدم می‌گذارند، زیاد به گوششان می‌خورد. استیکینگ یک نوع روش درآمد غیرمستقیم (Passive Income) است. این اصطلاح به درآمد اضافه‌تری که افراد با کمترین زحمت و فعالیت و تنها با سرمایه‌گذاری خود کسب می‌کنند اشاره می‌کند. اما این درآمد چطور حاصل می‌شود؟

استیکینگ یا استیک کردن در معنای لغوی، همان مشارکت یا سهام‌گذاری ترجمه می‌شود. پروژه‌های مختلف، اهداف مختلفی هم برای استفاده از سیستم استیکینگ دارند. در اینجا سعی کرده‌ایم، مفهوم استیکینگ و کاربرد آن در بلاک‌چین را شفاف‌سازی کنیم. در دنیای بلاک‌چین‌ها، منظور از استیکینگ، قفل کردن مقدار خاصی از یک رمزارز در ازای فرصتی برای اعتبارسنجی بلاک‌های تازه است. اگرچه واژه قفل کردن مصطلح شده است؛ اما ایرادی که به آن وارد می‌باشد این است که اگرچه رمزارزها در یک قرارداد هوشمند و دور از دسترس قرار می‌گیرد، اما مشارکت‌کنندگان در هر زمان که مایل بودند می‌توانند برای برداشت آن‌ها، بدون اینکه متحمل هیج جریمه‌ای شوند، درخواست کنند. بنابراین عملا نمی‌توان گفت «قفل» شده است.

امنیت در اثبات سهام چگونه است؟

بلاک‌چین‌های مبتنی بر اثبات سهام را می‌توان بلاک‌چین‌هایی امن دانست. پاداش و همچنین جریمه از مولفه‌هایی هستند که به عنوان یک انگیزه یا تدبیر هوشمندانه برای رفتار صادقانه و در راستای تامین امنیت شبکه عمل می‌‌کنند.

با این وجود باید بدانید که عوامل مخرب تنها با داشتن 33 درصد از کل میزان توکن‌های استیک‌شده می‌توانند عملکرد زنجیره را متوقف کنند و مانع از رسیدن به اجماع و تولید بلاک‌های جدید شوند. جدا از این واقعیت که شما باید هزینه زیادی برای خرید این مقدار توکن بپردازید، عواقب به خطر انداختن امنیت شبکه، این سرمایه‌گذاری شما را نیز در خطر قرار می‌دهد. اگرچه احتمال این حمله، وجود دارد؛ اما از لحاظ اقتصادی غیرمنطقی است. مسلما کاربران در رمزارزی سرمایه‌گذاری می‌کنند که مایل هستند این رمزارز در گذر زمان با ارزش‌تر شود. بنابراین، زمانی که تراکنش تقلبی در شبکه ثبت شود، شهرت و امنیت آن به خطر می‌افتد و از اعتماد عموم به شبکه کاسته می‌شود. این امر، مسلما قیمت ارز را با کاهش روبرو می‌کند. چرا یک ولیدیتور به شبکه‌ای حمله کند که سهام قابل توجهی از رمزارز بومی آن را در اختیار دارد؟ پس، فعالیت در راستای حفظ امنیت شبکه است که به نفع ولیدیتور و سرمایه‌گذاری وی است.

به طور کلی، در مقایسه با الگوریتم اثبات کار، شبکه‌هایی مبتنی بر الگوریتم اثبات سهام، از نظر امنیت عملکرد بهتری را از خود نشان داده‌اند.

اثبات سهام چگونه کار می‌کند؟

برای اینکه یک مشارکت کننده در یک سیستم POS، به یک ولیدیتور تبدیل شود باید مقدار ثابتی از رمزارز بومی شبکه را استیک یا قفل کند. به عنوان مثال، در شبکه اتریوم، یک کاربر به 32 واحد اتریوم (ETH) نیاز دارد تا بتواند به عنوان یک نود در شبکه به فعالیت بپردازد. این ETHها، در یک قرارداد هوشمند در شبکه اتریوم قفل می‌شود. هنگامی که بلاکی از تراکنش‌ها آماده پردازش است، پروتکل اثبات سهام یک نود اعتبارسنج را برای بررسی بلاک انتخاب می‌کند. ولیدیتور بررسی می‌کند که آیا تراکنش‌های موجود در بلاک معتبر و صحیح هستند یا خیر. در صورت معتبر بودن، آن‌ها بلاک را به بلاکچین اضافه می‌کنند و برای این مشارکت پاداش های رمزارزی دریافت می کنند. با این حال، اگر یک اعتبارسنج، اضافه کردن یک بلاک با اطلاعات نادرست را پیشنهاد کند، برخی از دارایی‌های سهام خود را به عنوان جریمه از دست می‌دهد.

 مزایای الگوریتم اثبات سهام

در ادامه به برخی از مزایای الگوریتم اثبات سهام می‌پردازیم:

کاهش چشمگیر مصرف انرژی برق

همزمان با افزایش محبوبیت و پذیرش ارزهای دیجیتال، بسیار مهم است که تاثیرات محیط زیستی آن‌ها را نیز در نظر بگیریم. همانطور که می‌دانید، بیت‌کوین به عنوان یکی از شناخته‌شده‌ترین رمزارزها، از سیستمی به نام اثبات کار (Proof of Work) استفاده می‌کند. این مکانیزم، توسط ساتوشی ناکاموتو در سال 2008 معرفی شد. همانطور که پیش‌تر گفتیم نحوه عملکرد این مکانیزم به این صورت است که ماینرها باید معادلات ریاضی پیچیده‌ای را حل کنند تا بتوانند بلاک‌های جدید را خلق کنند. این فرایند انرژی برق زیادی را مصرف می‌کند و این مساله رد پای کربنی آن بر محیط زیست را افزایش می‌دهد.

الگوریتم اجماع اثبات سهام به میان آمد تا امیدی برای یک تکنولوژی پایدار و سازگار با محیط زیست وجود داشته باشد. برخلاف POW، شما نیازی به سخت‌افزارهای ASIC و GPU و اتلاف منابع و برق را ندارید و انتخاب ولیدیتور بر اساس روشی شبه تصادفی انجام می‌پذیرد. در اثبات سهام، کاربران ملزم به هولد یا نگهداری مقدار خاصی ارز دیجیتال هستند تا صلاحیت اعتبارسنجی تراکنش‌ها را بدست بیاورند. این امر، مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و آن را به یک سیستمی که دوستدار محیط زیست است، تبدیل می‌کند.

عدم نیاز به تجهیزات گران‌ قیمت

در الگوریتم اثبات کار، ماینرها برای رقابت با یکدیگر، نیازمند تجهیزات ماینینگ خاصی برای اجرای کار محاسباتی هستند. بنابراین یک بلاک‌چین مبتنی بر الگوریتم اثبات سهام، در مقایسه با ماینینگ موانع کمتری برای نودها جهت ورود و پیوستن به شبکه وجود دارد و نیازی به خرید پیوسته سخت افزارهای گران قیمت و مصرف مقداری زیادی انرژی وجود ندارد.

خرید توکن‌های بومی یک شبکه برای تبدیل شدن به یک اعتبارسنج برای کاربران بسیار آسان‌تر از خرید تجهیزات ماینینگ پیشرفته است. این بدان معناست که افراد بیشتری در سراسر جهان می‌توانند به عنوان یک عضو فعال در امنیت یک شبکه بلاک‌چینی مشارکت کنند.

ناگفته نماند که سخت افزارهای ماینینگ در گذر زمان، کارایی و ارزش خودشان را از دست می‌دهند. فرایند مداوم استخراج نیاز به انرژی زیادی دارد که به مرور هزینه‌ی بیشتری را برای کاربر (کسی که قبض برق خود را پرداخت می‌کند) به همراه دارد. اساسا ماینرها با رمزارز، انرژی را معامله می‌کنند. اما ارزش رمزارزهای استیک شده با صرف نظر از نوسانات در بازار رمزارزها، در گذر زمان ارزش خودشان را از دست نمی‌دهند. البته منظورمان تنها پروژه‌هایی قوی و ارزشمند با تیم توسعه خوب و فعال است.

مقیاس‌پذیری بیشتر

مقیاس‌پذیری (Scalability)؛ نشان می‌دهد که یک سیستم در شرایطی که تحت فشار افزایش حجم کاری است (در زمان شلوغی)، چقدر می‌تواند «کارآیی» خود در مدیریت امور را حفظ کند. در مبحث بلاک‌چین‌ها، می‌توان گفت که هر چه یک بلاک‌چین، در واحد زمان، تعداد تراکنش بیشتری را پردازش کند، مقیاس پذیری بالاتری نیز دارد.

در بلاک‌چین‌های مبتنی بر اثبات سهام، سرعت پردازش تراکنش‌ها بیشتر است؛ چراکه رقابت نفس‌گیر محاسباتی وجود ندارد و پروسه انتخاب ولیدیتور و رسیدن به اجماع آسان‌تر است. این امر، توان عملیاتی و مقیاس‌پذیری را بدون به خطر انداختن امنیت و یا ماهیت غیرمتمرکز بلاک‌چین، به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

معایب اثبات سهام

بدون شک، اثبات سهام به یکی از الگوریتم‌های محبوب در دنیای ارزهای دیجیتال تبدیل شده است. با این حال، این الگوریتم معایبی نیز دارد. از جمله این معایب می‌توان به خطر تمرکزگرایی اشاره کرد که این مساله برخلاف ماهیت غیرمتمرکز بلاک‌چین است.

سیستم‌های PoS در برابر تمرکزگزایی آسیب‌پذیر هستند؛ چراکه کنترل شبکه تا حد زیادی به سرمایه یا ثروت بستگی دارد. در واقع، کسانی که توکن‌های بیشتری دارند، تاثیر بیشتری در عملکرد و حاکمیت شبکه می‌گذارند که این امر می‌تواند احتمال متمرکز شدن و سوءاستفاده از آن را افزایش می‌دهد.

همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، میزان استیک نود در شانس برنده شدن آن تاثیرگذار است. بنابراین استیک هولدرهای بزرگ، تسلط بیشتری بر اعتبارسنجی تراکنش دارند و این امر منجر به متراکم‌سازی قدرت می‌شود. از سوی دیگر، این مساله باعث می‌شود، ثروتمندان، در گذر زمان، ثروت بیشتری کسب کنند.

هم اکنون صرافی‌های متمرکزی مانند کوین‌بیس و پلتفرم‌های غیرمتمرکز زیادی همچون لیدو، زیرساخت‌ها یا خدماتی را ارائه می‌کنند که فرایند استیکینگ اتریوم را برای کاربران تسهیل می‌سازد. پروتکل استیکینگ لیدو (Lido) اکنون یک سوم از کل اتریوم‌های استیک شده را در اختیار دارد و این مساله سبب نگرانی اعضای جامعه از خطر تمرکزگرایی شده است. اعضای جامعه معتقدند که نفوذ و قدرت لیدو، ماهیت غیرمتمرکز شبکه اتریوم را تضعیف می‌کند.

تفاوت‌های الگوریتم اثبات سهام و اثبات کار

POS  و POW هر دو مکانیزم‌های اجماعی هستند که برای خلق بلاک‌های جدید در یک بلاک‌چین مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر دو مکانیزم، داده‌های ورودی بلاکچین را اعتبارسنجی می‌کنند و آن را امن نگهداری می‌کنند؛ اما این مهم، از روش‌های مختلف انجام می‌شود. در طول این مقاله با برخی از تفاوت‌ها آشنا شدید. در جدول زیر، به طور اجمالی این تفاوت‌ها را گردآوری کرده‌ایم.

کدام رمزارزها از الگوریتم اثبات سهام استفاده می‌کنند؟

در دنیای در حال تکامل ارزهای دیجیتال، فهرست رو به رشدی از رمزارزهایی جود دارد که از مکانیزم اثبات سهام استفاده می‌کنند. برخی از آن‌ها عبارتند از:

• آوالانچ (Avalanche) که رمزارز بومی آن با نماد AVAX شناخته می‌شود و در سپتامبر 2020 راه‌اندازی شده است.
• کاردانو (Cardano) با رمزارز ADA، که در سال 2015 توسط چارلز هاسکینسون، یکی از هم‌بنیان‌گذاران اتریوم پایه‌ریزی شد.
• کازماس (Cosmos) با رمزارز ATOM، که توسط بنیاد اینترچین (Interchain Foundation) یا ICF در سال 2014 ایجاد شد.
• پولکادات (Polkadot) با رمزارز DOT، که شبکه اصلی آن در سال 2020 شروع به کار کرد.
• سولانا (Solana) با رمزارز SOL، در سال 2017 آغاز به کار کرد.
• اتریوم (Ethereum) با رمزارز ETH، که در سپتامبر 2022 به شبکه‌ای بر پایه‌ی PoS مهاجرت کرد.

سخن آخر

همانطور که جهان با سرعت فزاینده‌ای در حال دیجیتالی شدن است، نباز به سیستم‌های کارآمدتر و بهینه‌تر برای ثبت اطلاعات بیش از پیش احساس می‌شود. پروتکل‌های اجماع، اعتبارسنجی تراکنش‌ها را به روشی غبرمتمرکز و بدون نیاز به یک مرجع مرکزی امکان‌پذیر می‌کند. الگوریتم POW، پیشگام سازوکارهای اجماع بلاک‌چین است، اما در آینده و با توجه به افزایش پذیرش این تکنولوژی، ماهیت رقابتی و مصرف انرژی بالای آن، سبب ناکارامدی آن خواهد شد. از این رو، الگوریتم اثبات سهام به میان آمد تا برخی از مشکالات الگوریتم اثبات سهام را بهبود بخشد. در POS برای اینکه تعهد و قابل اعتماد بودن خودتان به شبکه را اثبات کنید باید مقدار مشخصی از ارزدیجیتال بومی آن بلاک‌چین را در یک بازه زمانی مشخص نگهداری کنید.