پایه اصلی فناوری بلاک چین بر مفاهیم غیرمتمرکز بودن و پایگاه‌های داده توزیع شده، متکی است. با این حال، یکی از مهمترین نکات برجسته بلاک چین، نیاز به گره‌های شبکه برای دستیابی به توافق جمعی در مورد وضعیت شبکه است. بنابراین، مکانیسم‌های توافق جمعی (consensus) یکی از مفاهیم مهم معماری در بلاک چین است. در حال حاضر، دو نوع مکانیسم توافق جمعی وجود دارد، مکانیسم‌های توافق جمعی اثبات کار (PoW) Proof-of-Work و اثبات سهام (PoS) Proof-of-Stake . در حالی که Proofof Work یک انتخاب متداول برای دستیابی توافق جمعی در شبکه‌های بلاک چین بوده است، اما با شکست‌هایی نیز رو مواجه بوده است.هدف Proof of Stake حل کردن مشکلات موجود در Proof-of-Work میباشد. این مقاله توضیحات مفصلی از مبانی اثبات سهام Proof of Stake و نحوه کار اثبات سهام ارائه می‌دهد. در ادامه به طورکامل درباره اثبات سهام می‌آموزیم. همچنین به تفاوت بین PoS و PoW و تعریفی از DPoS می‌پردازیم.
درک مکانیسم‌های توافق جمعی (Consensus)
برای اینکه به درکی از اینکه “اثبات سهام در بلاک چین چیست” برسیم، ابتدا باید بدانیم مکانیسم توافق جمعی Consensus چیست. مکانیسم توافق جمعی، رویکردی است که در سیستم‌های توزیع شده دنبال می‌شود و در آن، کل شبکه بر روی یک منبع حقیقی به توافق می‌رسد. در حالی که در سیستم‌های متمرکز، فقط یک نهاد کنترل‌کننده وجود دارد و فقط یک نهاد در مورد درستی تصمیم‌گیری می‌کند.
سیستم‌های توزیع شده مانند بلاک چین به همکاری بین نهادهای مستقل مختلف برای نگهداری یک شبکه بستگی دارد. تمام گره‌های مستقل به یک رویکرد محاسباتی برای دستیابی به توافقات در مورد آخرین و دقیق‌ترین سوابق داده نیاز دارند. بنابراین، شبکه‌های توزیع شده برای دستیابی به توافق جمعی باید بر یک مکانیسم رمزنگاری یکسان تکیه کنند.
توافق جمعی اثبات کار یا Proof of Work
قبل از اینکه به درک مکانیسم توافق جمعی PoS Proof-of-Stake در بلاک چین بپردازیم، اجازه دهید نگاهی به توافق جمعی اثبات کار ( Proof of Work ) بیاندازیم. مکانیسم توافق جمعی اثبات کار یا PoW در حال حاضر رایج‌ترین مکانیسم اجماع است. بنیانگذار بیت کوین، ساتوشی ناکاموتو، اجماع اثبات کار را با کاغذ سفید بیت کوین در سال ۲۰۰۸ معرفی کرد.
در واقع، اثبات کار یک مکانیسم اجماع بسیار معتبر و ایمن بوده است که توسط بسیاری از بلاک چین‌های مطرح استفاده شده است.
اثبات کار به دو عامل مهم یعنی ماینرها و منابع محاسباتی بستگی دارد. ماینرها در اجماع اثبات کار، موجودیت‌ها یا افراد نگه‌دارنده شبکه هستند. ماینرها از منابع محاسباتی برای حل مسال‌های بسیار پیچیده ریاضی استفاده می کنند. به طور کلی، کل فرضیه اجماع اثبات کار بر رقابت بین ماینرها برای حل مسائل ریاضی متکی است.
اولین ماینرهایی که مساله را حل می‌کنند، امتیاز اضافه کردن بلوکی از تراکنش‌ها به بلاک چین را دریافت می‌کنند. بنابراین، ماینرها باید از برق و توان محاسباتی پیشرفته برای مشارکت در اجماع اثبات کار استفاده کنند. در حقیقت، هدف اثبات سهام یا Proof-of-Stake (PoS) حل کردن مشکل مربوط به هزینه و انرژی اجماع اثبات کار است. در ادامه در مورد مکانیسم اجماع اثبات سهام بیشتر بحث خواهیم کرد.
توافق جمعی اثبات سهام یا PoS Proof-of-Stake
اکنون که مکانیزم اجماع اثبات شده‌ای مانند Proof-of-Work وجود دارد که امنیت را تضمین می‌کند، آیا منطقی است که در مورد جایگزینی برای آن فکر کرد؟ پس، اثبات سهام Proof-of-Stake در بلاک چین چیست؟ اثبات سهام نوعی از مکانیزم اجماع است که در شبکه‌های بلاک چین برای دستیابی به اجماع توزیع شده استفاده می‌شود. شرکت‌کنندگان در یک شبکه بلاک چین دارایی‌های خود را در پروتکل به اشتراک می‌گذارند تا از انتخاب اعتباردهنده‌ها اطمینان حاصل کنند.
اعتبارسنج ها یا ولیدیتورها، اعضایی در شبکه هستند که بلوک‌ها را در بلاک چین اثبات سهام پیشنهاد و تأیید می‌کنند. اعضایی که در شبکه سهام دارند، بسته به میزان سهم‌شان به‌طور تصادفی به‌عنوان اعتبارسنج انتخاب می‌شوند. اعتبارسنج‌ها باید بلوک‌هایی را که تأیید کرده‌اند را تصدیق کنند و در صورتی که تعداد کافی تأییدیه برای یک بلوک جمع شده باشد، می‌توان آن را به بلاک چین اضافه کرد. بهتر است اشاره کنیم که اعتبارسنج‌ها برای پیشنهاد بلوک‌ها و تأیید موفقیت‌آمیز آنها پاداش دریافت می‌کنند.
تفاوت بین Proof-of-Work و Proof-of-Stake
هدف گواه اثبات کار و گواه اثبات سهام یکسان است ولی فرایند رسیدن به این هدف متفاوت است. درحقیقت مکانیسم اثبات سهام Proof of Stake با مکانیسم های اجماع اثبات کار Proof-of-Work متفاوت است. در روش گواه اثبات کار برای ایجاد هر بلاک باید قدرت پردازشی بسیار بالایی صرف شود. در نتیجه مصرف برق در این روش بسیار بالاست.
اما در روش گواه اثبات سهام، نیازی به تجهیزات پیچیده برای حل توابع ریاضی و رسیدن به هش معتبر برای ایجاد بلاک جدید نیست. در مراجع بسیاری، استفاده از روش PoS را مساوی با صرفه‌جویی ۹۹ درصدی مصرف انرژی در مقایسه با روش PoW می‌دانند.
یکی دیگر از تفاوت‌های اساسی، ورود آسان عامه مردم برای مشارکت در شبکه‌های Proof-of-Stake است. برای ورود به شبکه‌های PoW مانند بیت کوین، نیاز به سرمایه اولیه بالایی دارد. خرید دستگاه‌های ماینر، تأمین انرژی برای راه‌اندازی آنها و همچنین تعمیرات و نگهداری از این تجهیزات حساس، عمدتاً هزینه‌بر بوده و همه افراد قادر به مشارکت در این شبکه‌ها نیستند. اما در مورد PoS اینطور نیست، تقریباً در این روش نیازی به سرمایه اولیه نیست و در نتیجه افراد بیشتری می‌توانند در شبکه مشارکت کنند.
بلاک چین‌های Proof of Stake نیز سطوح بهتری از غیرمتمرکز بودن را در مقایسه با شبکه‌های PoW ارائه می‌دهند. علاوه بر این، مقیاس‌پذیری Proof-of-Stake بهتر از PoW میباشد.
نحوه کار اجماع اثبات سهام یا PoS
پس از تعریف کاملی از PoS و دانستن تفاوت آن با PoW، اکنون به جزئیات مهم بعدی می‌پردازیم. در حقیقت، بدون دانستن نحوه عملکرد PoS، ارزیابی مزایا و معایب آن دشوار است. در اینجا اتریوم را برای درک نحوه عملکرد اجماع PoS در نظر می‌گیریم.
- اول از همه، باید بدانیم PoS به ولیدیتورها یا اعتبارسنج‌های خود متکی است. در اتریوم، برای دستیابی به نقش اعتباردهنده، حداقل به ۳۲ ETH نیاز است.
- نکته مهم بعدی در درک نحوه عملکرد بلاک چین‌های PoS، انتخاب تصادفی اعتبارسنج‌ها است. مسئولیت اصلی اعتبارسنج‌ها، ایجاد بلاک‌ها و تأیید سایر بلوک‌ها است.
- همچنین مهم است که به اهمیت سهام کاربر به عنوان یک عامل محرک برای ایجاد انگیزه برای اعتبار سنجی‌ها توجه شود. به عنوان مثال، کاربران ممکن است به دلیل فعالیت‌هایی مانند تبانی عمدی یا آفلاین شدن، قسمتی از سهام خود را از دست بدهند.
عناصر مهم تشکیل دهنده اجماع Proof of Stake
دانستن عناصر تشکیل دهنده PoS به درک بهتر Proof of stake کمک می‌کند. در Proof-of-Stake نیازی به ماینینگ نیست. اعتبارسنج‌ها به دلیل عدم وجود رقابت بین آنها، به مقدار زیادی از توان محاسباتی نیاز ندارند.
همچنین، اعتبارسنج‌ها برای استخراج بلوک، نیازی به توان محاسباتی زیادی ندارند. از سوی دیگر، زمانی که اعتبارسنج‌ها انتخاب شدند، باید بلاک‌ها را ایجاد کنند. حتی اگر اعتبارسنج‌ها انتخاب نشده باشند، باید بلوک‌های پیشنهادی را در فرآیندی به نام تأیید اعتبار، تصدیق کنند. اعتبارسنج‌ها برای ارائه پیشنهاد برای بلوک‌های جدید و تأیید بلوک‌هایی که بررسی کرده‌اند، پاداش دریافت می‌کنند.
در ادامه به اجزای مهم در عملکرد بلاک چین‌های PoS اشاره می‌کنیم.
شاردینگ (Sharding)
در حال حاضر ساختار شبکه اتریوم به این صورت است که تمامی تراکنش‌های انجام شده باید توسط نود‌ها دانلود، ذخیره و بررسی شود. همچنین باید اشاره داشته باشیم که اتریوم تنها یک زنجیره بلوکی دارد؛ و همه تراکنش‌ها باید در بلاک‌های این زنجیره ذخیره شوند. با افزایش تقاضا برای این ارز دیجیتال، این ویژگی شبکه، با مشکل جدی روبه‌رو است. در این حالت تراکنش‌ها بسیار کند انجام می‌شوند و در نتیجه هزینه‌ها بالا می‌رود.
حل این مشکل، شاردینگ است. در‌واقع شاردینگ یک زنجیره بلوکی اتریوم را به ده‌ها زنجیره بلوکی تقسیم می‌کند. در این زنجیره‌ها که به هر یک از آنها یک شارد می‌گویند، تراکنش‌ها به‌صورت موازی، بررسی و تأیید می‌شوند. با این کار هم سرعت تراکنش‌های اتریوم بالا‌تر می‌رود و هم هزینه آن کاهش پیدا می‌کند.
زنجیر بیکن (Beacon Chain)
اگر مورد اتریوم را در نظر بگیریم، می‌توان گفت که با حضور PoS پیچیدگی‌های مرتبط به زنجیره‌های شارد (Shard) نیز ایجاد می‌شود. زنجیره‌های شارد، بلاک‌چین‌های مجزایی هستند که برای پردازش تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید نیاز به اعتبارسنجی دارند. در حال حاضر، طرح اتریوم برای انتقال به PoS به طور به معرفی ۶۴ زنجیره شارد بستگی دارد. هر زنجیره شارد دارای درک مشترکی از وضعیت شبکه است، در نتیجه نیاز به هماهنگی بیشتر را نشان می‌دهد.
زنجیره بیکن، به هماهنگی بیشتر بین زنجیرهای شارد کمک می‌کند. اطلاعات وضعیت را از شاردهای مختلف دریافت می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که اطلاعات در دسترس سایر شاردها قرار گرفته است. در نتیجه، شبکه می‌تواند به طور موثر در هماهنگی باقی بماند. علاوه بر این، زنجیره بیکن برای مدیریت اعتبارسنج‌ها، از ثبت سپرده‌های سهام تا فرآیند صدور جوایز و جریمه‌ها، عمل می‌کند.
نحوه کار فرآیند اعتبارسنجی
اگر می خواهید در مورد کوین‌های PoS بیشتر بدانید، باید فرآیند اعتبار سنجی را کاملاً درک کنید. همانطور که در پاراگراف قبلی متوجه شدید، زنجیره بیکن عنصر مهمی از اجماع Proof-of-Stake است. پس از ارسال یک تراکنش بر روی یک زنجیره شارد، یک اعتبارسنج مسئولیت اضافه کردن تراکنش را بر عهده می‌گیرد. اگر اعتبارسنج‌ها برای پیشنهاد بلوک‌های شارد جدید انتخاب نشوند، باید پیشنهاد اعتبارسنج دیگری را تأیید کنند.
- فرایند اعتبارسنجی
در طول فرآیند تأیید، اعتبارسنج‌ها باید تصدیق کنند که همه چیز در بلوک دقیقاً همانطور که مشخص شده است، میباشد. جالب اینجاست که زنجیره بیکن گواهی را مستند می‌کند و نه خود تراکنش را. علاوه بر این، توجه به این نکته نیز مهم است که حداقل ۱۲۸ اعتبارسنج باید برای هر بلوک شارد را تأیید کنند. به یک گروه متشکل از ۱۲۸ اعتبارسنج “کمیته” گفته می‌شود.
علاوه بر آن، کمیته باید از یک بازه زمانی مشخص پیروی کند و در آن بازه زمانی، باید پیشنهاد و اعتبارسنجی برای یک بلوک شارد را ارائه دهد. در غیر این صورت، چارچوب زمانی که به عنوان “اسلات” نامیده می‌شود و فقط برای ایجاد یک بلوک معتبر مناسب است. اکنون، می‌توانید یک ایپاک (epoch) با ۳۲ اسلات داشته باشید که پس از آن کمیته باید منحل شود. پس از انحلال کمیته، شرکت‌کنندگان تصادفی جدیدی به‌عنوان اعتبارسنج‌ها فعالیت می‌کنند. در نتیجه، شاردها می‌توانند از کمیته‌هایی با عوامل مخرب در امان باشند.
- crosslinks and finality
پس از گذراندن یک بلوک شارد جدید از طریق گواهی‌های کافی، یک crosslink به وجود خواهد آمد. crosslink به تأیید اضافه شدن یک بلوک و تأیید وجود تراکنش در زنجیره بیکن کمک می‌کند. پس از ایجاد یک crosslink، اعتبارسنجی که پیشنهاد بلوک را ارائه می‌دهد، پاداش های لازم را دریافت می‌کند.
یکی دیگر از جنبه های قابل توجه در عملکرد کوین‌های اثبات سهام، به Finality اشاره دارد. Finality یک ویژگی خاص از تراکنش‌ها در شبکه‌های توزیع است که در بلوک‌های تغییرناپذیر گنجانده شوند. اینجاست که با اهمیت یک پروتکل نهایی مانند Casper در بلاک چین‌های PoS مواجه می‌شوید.
پروتکل Finality به اعتبارسنج‌ها در دستیابی به توافق در مورد وضعیت یک بلاک در چک‌پوینت‌های مختلف کمک می‌کند. بنابراین، توافق حدود دو سوم اعتبارسنج‌ها به نهایی کردن بلاک کمک می‌کند. علاوه بر این، اعتبارسنج در صورت بازگشت با حمله ۵۱ درصد، ممکن است سهام کامل خود را از دست بدهند.
اثبات سهام وکالتی یا DPoS چیست؟
هرگونه بحث در مورد اجماع PoS، بدون ذکر اثبات سهام وکالتی یا (Delegated Proof of Stake (DPoS ناقص خواهد بود. اثبات سهام وکالتی اساساً پیشرفتی اخیر به مفهوم اجماع Proof-of-Stake است. که در آن کاربران شبکه رأی می‌دهند و نمایندگانی را برای اعتبارسنجی بلوک بعدی انتخاب می‌کنند.
در اثبات سهام وکالتی، کاربران می‌توانند از طریق ادغام توکن‌هایشان در استخرهای سهام، به نمایندگان رأی دهند. پس از آن، کاربران می‌توانند توکن‌های خود را به یک نماینده خاص ارتباط دهند. مهم است که توجه داشته باشید که در واقع توکن‌های خود را به کیف پول دیگری منتقل نمی‌کنید و برعکس، شما می‌توانید از یک ارائه‌دهنده خدمات شرط‌بندی برای قرار دادن توکن‌های خود در یک استخر استفاده کنید.
مهمترین نکته در مورد اثبات سهام وکالتی مربوط به انتخاب تعداد محدودی از نمایندگان برای همه بلوک‌های جدید است. کاربرانی که سهام بیشتری در استخرهای سهام دارند، می توانند سهم بیشتری از پاداش بلوک دریافت کنند.
اثبات سهام وکالتی یا DPoS ، رویکرد دموکراتیک‌تری را برای انتخاب فرد برای راستی‌آزمایی بلوک بعدی ارائه می‌کند. در نتیجه، مشارکت گروه متنوعی از مردم را در فرآیند اجماع امکان‌پذیر می‌کند. علاوه بر این، وجود تعداد کم اعتبارسنج‌ها در بلاک چین DPoS موجب دستیابی سریع‌تر به اجماع می‌شود.
کلام پایانی
پیشرفت‌های امیدوارکننده با الگوریتم‌های اجماع Proof-of-Stake یا گواه اثبات سهام پتانسیل پذیرش آنها را در شبکه‌های بلاک چین مدرن نشان داده است. با بهبود بهره وری انرژی، توان عملیاتی پروتکل‌های بلاک چین و سرعت تراکنش، Proof of Stake یا PoS قطعاً پیشنهاد جذابی است.
