اثبات سهام (Proof Of Stake) چیست؟ + ویدیو

اثبات سهام روشی برای حفظ امنیت شبکه‌های بلاک چینی و جایگزینی برای اثبات کار (استخراج) است. در روش اثبات سهام افرادی که مایل باشند در کار تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک شرکت کنند، می‌توانند ارز دیجیتال اصلی شبکه را بخرند و به شبکه اختصاص دهند. شبکه هم نسبت به میزان دارایی و مدت زمان قفل‌ماندن دارایی‌ها، با همان ارز دیجیتال به اعتبارسنج‌ها پاداش می‌دهد. در این مقاله با کمک مقاله‌ای از وب‌سایت «Ledger»، به زبان ساده الگوریتم اثبات سهام را توضیح می‌دهیم و مزایای آن را نسبت به اثبات کار مرور می‌کنیم.

الگوریتم اجماع اثبات سهام چیست؟

اثبات سهام (Proof Of Stake) با یه اختصار «PoS» نوعی الگوریتم اجماع در شبکه‌های مبتنی بر بلاک چین است. قبل از اینکه به سراغ توضیح بیشتر در مورد اثبات سهام برویم، لازم است بدانید الگوریتم اجماع چیست.

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

همان‌طور که می‌دانید، در یک شبکه غیرمتمرکز بلاک چینی مانند بیت کوین همه می‌توانند در کنترل شبکه سهیم باشند و در حقیقت همه مالک شبکه هستند. مسئله اصلی در چنین شبکه‌ای امنیت است. از کجا مطمئن شویم که شبکه بدون نقص کار خواهد کرد؟ اگر یک فرد خرابکار بخواهد در شبکه تقلبی انجام دهد چه؟ چه تضمینی وجود دارد که یک نفر بیت کوین فرد دیگری را به سرقت نبرد؟ راه‌حل این مسائل، الگوریتم اجماع است. الگوریتم اجماع شامل قوانین و شرایطی است که با آن مشارکت‌کنندگان می‌توانند از صحت کار شبکه اطمینان حاصل کنند.

مثلاً در بیت کوین الگوریتم اجماع این شبکه اثبات کار (Proof of Work) نام دارد. طبق 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. به این ترتیب اگر کسی بخواهد فعالیت مخربی روی شبکه بیت کوین انجام دهد، مجبور است قدرت پردازشی بیش از افراد درست‌کار (تمام ماینرهای دیگر) فراهم آورد که به هیچ‌ عنوان توجیه اقتصادی ندارد و منطقی نیست.

به سراغ اثبات سهام برویم. طبق این الگوریتم، اعتبارسنج‌هایی که می‌خواهند در کار تولید بلاک شرکت کنند و پاداش بگیرند، باید توکن‌های بومی شبکه را بخرند و به شبکه اختصاص دهند یا به عبارت دقیق‌تر «سهام‌گذاری» (Stake) ‌کنند. سهام‌گذاری از طریق قفل‌کردن توکن‌ها در بلاک چین و به‌منظور ایجاد و تأیید بلاک‌ها انجام می‌شود. اعتبارسنج‌ها به‌طور مستقیم و به‌تناسب میزان سهام‌گذاری‌ خود، پاداش دریافت می‌کنند. این پاداش بر اساس بازده سرمایه‌گذاری (ROI) است و نودها (node) یا همان اعتبارسنج‌ها را تشویق می‌کند تا کار اعتبارسنجی شبکه را انجام دهند. به لطف الگوریتم اجماع اثبات سهام، اگر کسی بخواهد به شبکه حمله کند، مجبور است بخش عمده‌ای از توکن‌های یک شبکه (مثلا ۴۰ درصد کل توکن‌ها) را تهیه کند که با توجه به اصل عرضه و تقاضا چنین کاری بسیار مشکل است. همچنین با وقوع حمله احتمالاً قیمت آن توکن‌ها سقوط خواهد کرد و در حقیقت اولین فردی که ضرر می‌کند خود مهاجم است.

پییِرکوین (Peercoin) اولین ارز دیجیتالی بود که مدل اجماع اثبات سهام را در مقیاسی کامل اجرا کرد و اکنون پولکادات، ایاس، تزوس، کاردانو و ده‌ها ارز دیجیتال بزرگ دیگر از اثبات سهام یا شکل تغییریافته آن استفاده می‌کنند. اتریوم بزرگ‌ترین ارز دیجیتالی است که تصمیم دارد از اثبات کار به اثبات سهام کوچ کند.

بیشتر بخوانید: ارز اتریوم چیست

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

در این باره بیشتر بخوانید: اثبات انجام کار و اثبات سهام، مفهوم و تفاوت ها

اعتبارسنج‌ها

در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام، اعتبارسنج‌ها انتخاب می‌شوند تا بلاک بعدی را بر اساس سهام خود تولید کنند. فرایند انتخاب، اغلب با توابع تصادفی انجام می‌شود تا بین اعتبارسنج‌ها تبعیض وجود نداشته باشد. با این حال، هرچه اعتبارسنج سهام بیشتری داشته باشد، شانس بیشتری برای تولید بلاک بعدی خواهد داشت. سپس، بلاک‌ ارائه‌شده توسط اعتبارسنج‌ها به سایر همتایان‌شان سپرده می‌شود تا بلاک جدید را تأیید صلاحیت کنند و در صورت تأیید، بلاک جدید را به بلاک چین اضافه کنند.

مزایای اثبات سهام

اثبات سهام از دو جنبه می‌تواند مفید باشد:

• برای شبکه
• برای اعتبارسنج‌ها

مزایا برای شبکه

چندین مؤلفه جذاب در طراحی اثبات سهام وجود دارد. از آنجا 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 می‌زند و با این کار انرژی گزافی را که صَرف رسیدن به اجماع در الگوریتم اثبات کار می‌شد، حذف می‌کند. این امر چندین پیامد مهم برای عملکرد و امنیت شبکه به همراه دارد.

عملکرد

از لحاظ عملکرد، طرح اجماع اثبات سهام به‌گونه‌ای است که تراکنش‌ها به‌سرعت نهایی می‌شوند؛ برای مثال، برای اینکه یک تراکنش بیت کوین نهایی شود، به ۶ کانفرم (تأییدیه) نیاز است و با توجه به اینکه تولید هر بلاک در بلاک چین بیت کوین ۱۰ دقیقه طول می‌کشد، تأیید نهایی یک تراکنش در بیت کوین به یک ساعت زمان نیاز دارد. این در حالی است که برای مثال در شبکه ایاس که از اثبات سهام استفاده می‌کند، هر تراکنش در ۲ الی ۳ ثانیه نهایی می‌شود.

بنابراین، در اثبات سهام ایجاد بلاک و همچنین رسیدن اعتبارسنج‌ها و نودهای شبکه به توافق و اجماع با سرعت بسیار بیشتری نسبت به الگوریتم اثبات کار انجام می‌شود. در نتیجه، شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام از نظر تعداد تراکنش‌های درون‌زنجیره‌ای در هر ثانیه (TPS) و انتقال دارایی‌ها در شبکه، عملکرد بهتری دارند.

امنیت

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

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

دلیل دوم این است که سازوکار قفل‌کردن توکن و سهام‌گذاری به‌صورتی است که اگر اعتبارسنج فعالیتی خرابکارانه داشته باشد، بلاک‌های جعلی تولید کند یا تراکنش‌های را دستکاری کند، توکن‌هایی که اعتبارسنج در شبکه قفل کرده است، از او گرفته خواهد شد و به‌اصطلاح «اِسلَش» (Slash) می‌شوند. شایان ذکر است که سازوکار اسلشینگ (Slashing mechanism) ممکن است در تمام پروتکل‌ها پیاده‌سازی نشود.

مزایا برای دارندگان ارز دیجیتال

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

پاداش برای نگهداری

کاربران می‌توانند فقط با نگهداری کوین‌ها در کیف پول خود برای مدت زمانی مشخص، پاداش دریافت کنند و به هیچ اقدام خاصی برای سهام‌گذاری این کوین‌ها احتیاج نیست. این پاداش مبتنی بر تعداد کوین‌های نگهداری‌شده در کیف پول آنها و (اغلب) میزان زمانی است که این کوین‌ها را نگهداری می‌کنند. دریافت این پاداش به دو صورت است: یا خود پروتکل به‌صورت خودکار پاداش را پرداخت می‌کند یا خود کاربر می‌تواند این کار را انجام دهد.

پاداش برای مشارکت یا نمایندگی

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

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

معایب اثبات سهام

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

علاوه بر این، اثبات سهام بر مبنای سهام‌گذاری و مطابق با دارایی مالی افراد کار می‌کند. به عبارت دیگر، هرکه میزان توکن بیشتری داشته باشد، بازده سرمایه بیشتری خواهد داشت و ثروتمندان هرروز ثروتمندتر می‌شوند. به همین ترتیب، دریافت و انباشت سود بیشتر توسط سرمایه‌داران اصلی، می‌تواند قدرت بیشتری در اختیار اعتبارسنج‌های ثروتمندتر بگذارد و این امر ممکن است تهدیدی برای غیرمتمرکزبودن فرایند اعتبارسنجی در شبکه باشد.

درآمد اثبات سهام به‌طور میانگین چیزی بین 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 هم امیدوار باشند. با این حال، این درآمد نسبت به ماینینگ به‌طور کلی پایین‌تر است و باعث بروز انتقادات از این الگوریتم شده است.

اثبات سهام به استاندارد جدید تبدیل خواهد شد؟

طی چند سال گذشته، الگوریتم اجماع اثبات سهام جایگاه ویژه‌ای در میان آن دسته از بلاک چین‌های عمومی پیدا کرده است که به‌دنبال بهبود عملکرد زیربنایی شبکه بیت کوین هستند. چنین بلاک چین‌هایی می‌توانند از اپلیکیشن‌ها و تراکنش‌های بیشتری در یک بازه زمانی مشخص پشتیبانی کنند. علاوه بر این، ابتکارهای نوآورانه‌ای که اثبات سهام به همراه داشته 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.

در حال حاضر، 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 برای تقاضای عملکرد شبکه ارائه دهد. شبکه‌های دیگری نیز 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 مقیاسی 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 برای مشارکت در فرایند اجماع می‌دهد. موانع کمتر برای ورود به فرایندی که فقط به داشتن تعداد مشخصی توکن احتیاج دارد، برای کاربرانی جذاب است که نمی‌خواهند در هزینه‌های سنگین سخت‌افزارهای ای‌سیک (ASIC) استخراج بیت کوین غرق شوند.

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

جمع‌بندی

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

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

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