اثبات انجام کار و اثبات سهام، مفاهیم و تفاوت ها

شاید اولین قدم برای سرمایه‌گذاری بر روی ارزهای دیجیتال، اطلاع از نحوه کارکرد و میزان امنیت آنها باشد. یکی از اصلی‌ترین اجزای شبکه‌های بلاک چین که تأمین امنیت دارایی‌ها و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را امکان‌پذیر می‌کند، مکانیسم‌های اجماع هستند. در حال حاضر مشهورترین و ابتدایی‌ترین مکانیسم‌های اجماع بلاک چین، روش‌های اثبات کار و اثبات سهام هستند.

هر دو روش اثبات کار و اثبات سهام، مکانیسم‌هایی برای تأیید تراکنش‌های انجام‌شده در بلاک چین، بدون نیاز به شخص ثالث (واسطه) هستند. اگر می‌خواهید مفهوم الگوریتم‌های اثبات کار و اثبات سهام را عمیقاً درک کنید یا اگر مایلید کمی بیشتر درباره سازوکار استخراج ارزهای دیجیتالی مثل بیت کوین، اتریوم و سایر ارزهای دیجیتال قابل‌استخراج بدانید، این مقاله به تمام پرسش‌های شما پاسخ خواهد داد.

در ادامه با کمک مقاله‌ای از وب‌سایت بیت‌دِگری (bitdegree.org) به‌صورت کامل اصول هر دو روش را بررسی و با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. همچنین در این مقاله درباره مشهورترین ارزهای دیجیتالی که از این روش‌ها استفاده می‌کنند صحبت خواهیم کرد. امیدواریم با مطالعه این راهنما، به‌قدری بر موضوع مسلط شوید که بتوانید مفاهیم اثبات کار و اثبات سهام را حتی برای اعضای خانواده‌تان توضیح دهید.

خلاصه‌ای از اثبات کار و اثبات سهام

اثبات کار (Proof of Work) روشی برای تأیید تراکنش‌ها در شبکه‌های غیرمتمرکز است که به آن استخراج یا ماینینگ می‌گویند. در این روش افراد داوطلب می‌توانند قدرت پردازشی سخت‌افزار کامپیوتر خود را به شبکه یک ارز دیجیتال (مانند بیت کوین) اختصاص بدهند و با کمک به تأیید تراکنش‌ها از شبکه پاداش دریافت کنند.

اثبات سهام (Proof Of Stake) یک روش جایگزین برای تأیید تراکنش‌ها در شبکه‌های غیرمتمرکز است که به سخت‌افزار و مصرف برق نیاز ندارد. در یک شبکه مبتنی بر اثبات سهام افرادی که بخواهند در کار تأیید تراکنش‌ها شرکت کنند، باید ارز دیجیتال آن شبکه را بخرند و در کیف پول خود به شبکه اختصاص دهند یا به‌اصطلاح سهام‌گذاری کنند. به این ترتیب در ازای سهامی که در اختیار شبکه قرار داده‌اند به‌طور مرتب مقداری به ارزهای دیجیتال آنها اضافه می‌شود.

کاربرد اثبات کار و اثبات سهام دقیقاً چیست و چه نیازی به آنها داریم؟ اثبات کار و اثبات سهام سازوکارهایی هستند که کمک می‌کنند تا اشخاص مختلف بتوانند بدون تقلب و خطر، در کنترل یک شبکه نقش داشته باشند. در حقیقت اثبات کار و اثبات سهام هرکدام یک نوع الگوریتم اجماع (Consensus) هستند.

الگوریتم اجماع 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.

برای درک بهتر الگوریتم اجماع به مثال زیر توجه کنید:

وقتی شما از طریق بانک برای کسی تراکنش انجام می‌دهید، سیستم بانکی با استفاده از سرویس‌ها و سرورهایی که به آنها اعتماد دارد و خودش راه‌اندازی کرده است، تراکنش شما را تأیید می‌کند. در اینجا نیاز به اثبات کار یا اثبات سهام نیست.

اما 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 الگوریتم اجماع بیت کوین از نوع اثبات کار است. طبق این الگوریتم که همان قانون شبکه 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.

در اثبات سهام،‌ افرادی که می‌خواهند در کنترل شبکه و تأیید تراکنش‌ها نقش داشته باشند، باید با قفل‌کردن سهام در شبکه، اثبات کنند که قصد خرابکاری ندارند. در حقیقت در صورت خرابکاری، شبکه می‌تواند از سهام فرد خرابکار کم کند تا زیان واردشده جبران شود.

این خلاصه‌ای از توضیح اثبات کار و اثبات سهام بود برای افرادی که فرصت ندارند ادامه این مقاله را مطالعه کنند. اگر جزئیات بیشتری می‌خواهید و مایل هستید با مزایا و معایب هرکدام از این الگوریتم‌ها آشنا شوید، ادامه این مقاله را از دست ندهید.

همچنین بخوانید: مروری بر تمام الگوریتم‌های اجماع در ارزهای دیجیتال

اثبات کار و اثبات سهام؛ یک مقایسه ساده

زمانی که ساتوشی ناکاموتو مشغول ساخت اولین ارز دیجیتال دنیا یعنی بیت کوین بود، باید روشی برای تأیید تراکنش‌ها بدون استفاده از شخص ثالث پیدا می‌کرد. اینجا بود که با بهره‌گیری از ایده‌های آدام بک (دانشمند علم رمزنگاری) در الگوریتم هش‌کش (Hashcash)، سیستم اثبات کار را ایجاد کرد.

هش‌کش الگوریتمی بود که برای جلوگیری از ارسال پیام‌های اسپم (هرزنامه) به یک سیستم ایجاد شده بود. طبق این الگوریتم، هر فرد برای ارسال پیام باید ابتدا با پردازنده (CPU) کامپیوتر خود چند مسئله ساده ریاضی را انجام دهد. به این ترتیب،‌ اگر مهاجمان می‌خواستند به یک سیستم اسپم ارسال کنند، مجبور بودند قدرت پردازش تهیه کنند که هزینه‌بر بود.

اما کاربرد سیستم اثبات کار در شبکه بیت کوین، مربوط به بحث امنیت است. از آنجا که این مکانیسم بر اساس فرم پیشرفته‌ای از رمزنگاری انجام می‌شود، ارز‌های دیجیتالی مانند بیت کوین و اتریوم را کریپتوکارنسی (Cryptocurrency) یا ارز رمزنگاری‌شده می‌نامیم.

روش اثبات کار، تأییدکنندگان تراکنش‌ها را ملزم می‌کند که با قدرت پردازش کامپیوترهای خود و انجام معادلات ریاضی پیچیده با آنها، تضمین دهند که درست‌کار هستند. در حقیقت قدرت پردازش و برقی که ماینرها برای تأیید تراکنش‌ها و ساخت بلاک در اختیار شبکه قرار می‌دهند، نوعی اثبات بر درستکاری آنها است، چون آنها می‌توانستند از همان قدرت پردازش برای شلوغ‌کردن شبکه و ایجاد مشکل برای آن استفاده کنند.

بسیاری از بلاک چین‌هایی که پس از بیت کوین ایجاد شدند (مانند لایت کوین و بیت کوین کش)، از کد اولیه بیت کوین الهام گرفته‌اند و بر این اساس، از مدل اثبات کار استفاده می‌کنند. اگرچه سیستم اثبات کار یک ابداع شگفت‌انگیز محسوب می‌شود، اما نمی‌توان آن را کامل و بی‌نقص دانست. این مدل علاوه بر نیاز به تجهیزات گران‌قیمت و مصرف برق بسیار زیاد، از نظر سرعت پردازش تراکنش‌ها نیز محدودیت زیادی دارد.

در نتیجه با پیشرفت پروژه‌های بلاک چینی، سازوکارهای اجماع دیگری ایجاد شد که در حال حاضر مشهورترین آنها مدل اثبات سهام (Proof of Stake) نام دارد. اسکات نادال (Scott Nadal) و سانی کینگ (Sunny King)، دو توسعه‌دهنده‌ای بودند که مدل اثبات سهام را برای اولین بار در سال ۲۰۱۲ مطرح کردند. نادال و کینگ در آن زمان معتقد بودند که هزینه برق موردنیاز شبکه بیت کوین، معادل ۱۵۰٬۰۰۰ دلار است. جالب است بدانید که از آن زمان تاکنون، این عدد به میلیون‌ها دلار افزایش یافته است. اولین پروژه بلاک چینی که در سال ۲۰۱۲ از مدل اثبات سهام استفاده کرد، پیِر کوین (Peercoin) بود. مدل اثبات سهام را می‌توان به‌طور خلاصه این‌گونه تعریف کرد:

در مدل اثبات سهام، افرادی که مایل باشند در کار تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک شرکت کنند، می‌توانند ارز دیجیتال اصلی شبکه را بخرند و آن را به‌عنوان وثیقه به شبکه اختصاص دهند. شبکه هم نسبت به میزان دارایی و مدت زمان قفل‌ماندن دارایی‌ها، با همان ارز دیجیتال به اعتبارسنج‌ها پاداش می‌دهد.

از جمله مزایای مدل اثبات سهام، فرصت برابر و عادلانه‌تر افراد برای مشارکت در فرایند استخراج، وابستگی کمتر شبکه به برق و شاید از همه مهم‌تر مقیاس‌پذیری شبکه است.

مقیاس‌پذیری اصطلاحی است که به توانایی بزرگ‌‌شدن و افزایش ظرفیت یک سیستم در هنگام افزایش پردازش‌ها اطلاق می‌شود.

همچنین بخوانید: مقیاس‌پذیری در بلاک چین چیست؟

مزایای نسبی روش اثبات کار، توجه توسعه‌دهندگان اتریوم (دومین ارز دیجیتال محبوب دنیا) را هم به خود جلب کرده است؛ تا جایی که قرار است این پلتفرم از مدل اثبات کار، به مدل اجماع مبتنی بر اثبات سهام مهاجرت کند.

حالا که اصول اولیه این دو مدل اجماع بلاک چین را فرا گرفته‌اید، می‌توانیم به‌سراغ کاربرد عملی آنها برویم و بلاک چین‌هایی را که با این دو مدل سازگار هستند بررسی کنیم.

ارزهای دیجیتال مبتنی بر اثبات کار

شاید بهتر باشد بحث درباره بلاک چین‌های سازگار با مدل اثبات کار را از بلاک چین بیت کوین آغاز کنیم. هربار که یک تراکنش در شبکه بیت کوین ارسال می‌شود، فرایند پردازش و تأیید آن حداقل ۱۰ دقیقه طول می‌کشد. علاوه بر این، توانایی بلاک چین بیت کوین در پردازش تراکنش‌ها، فقط ۷ تراکنش بر ثانیه است.

این موضوع باعث افزایش چشمگیر کارمزد معاملات شبکه بیت کوین نسبت به روزهای ابتدایی راه‌اندازی آن در سال ۲۰۰۹ شده است. در سال‌های ابتدایی، کارمزد انتقال بیت کوین بسیار کمتر از یک سِنت بود که این موضوع باعث می‌شد شبکه بیت کوین برای انجام تراکنش‌های خُرد بسیار مناسب باشد.

با این حال، همان‌طور که در نمودار زیر مشاهده می‌کنید، میانگین کارمزد هر تراکنش در شلوغ‌ترین روزهای شبکه بیت کوین در دسامبر ۲۰۱۷، حتی تا ۵۰ دلار هم افزایش یافت.

به چند سطر از مقدمه وایت‌پیپر (مقاله معرفی) بیت کوین، نوشته ساتوشی ناکاموتو، دقت کنید:

در سیستم‌های مالی سنتی، تراکنش‌های کاملاً برگشت‌ناپذیر ممکن نیستند و وظیفه حل‌و‌فصل اختلافات پیش‌آمده در بین طرفین تراکنش، برعهده مؤسسات مالی است. همین امر، کارمزد تراکنش‌ها را افزایش داده و باعث می‌شود انجام تراکنش‌ها در مقیاس کوچک‌تر به‌صرفه نباشد.

همان‌طور که می‌بینید، کارمزد کم برای تراکنش‌های خرد، یکی از اهداف اولیه خالق بیت کوین بود. اگرچه از دسامبر ۲۰۱۷ تاکنون میزان کارمزدها به‌وضوح کاهش یافته، اما مبلغ کارمزدها هنوز هم به‌حدی زیاد است که نمی‌توان بیت کوین را به‌عنوان یک سیستم پرداخت جهانی کارآمد مطرح کرد. این مسائل عمدتاً ناشی از محدودیت‌های سیستم اثبات کار است.

دومین ارز دیجیتال بزرگ جهان یعنی اتریوم هم در حال حاضر از سیستم اثبات کار استفاده می‌کند. توسعه‌دهندگان اتریوم با ایجاد تغییراتی در کد این پلتفرم، این امکان را ایجاد کرده‌اند که تراکنش‌ها فقط در ۱۴ ثانیه پردازش و تأیید شوند. اگرچه این مدت‌زمان، باز هم سریع‌ترین در نوع خود نیست، اما به‌مراتب سریع‌تر از فرایند ۱۰ دقیقه‌ای شبکه بیت کوین است.

با این حال، مشکلات مقیاس‌پذیری که سیستم اثبات کار در شبکه بیت کوین ایجاد کرده است، در شبکه اتریوم هم مشکل محسوب می‌شود زیرا حداکثر تعداد تراکنشی که شبکه اتریوم در هر ثانیه پردازش می‌کند، ۱۵ تراکنش است که باز هم به‌میزان قابل‌توجهی از سرعت موردنیاز شبکه کمتر است. اگرچه تاریخ انتقال شبکه اتریوم به سیستم اثبات سهام هنوز به‌صورت رسمی مشخص نیست، اما انتظار می‌رود با نهایی‌شدن این تغییرات، نرخ تراکنش‌های شبکه اتریوم به ۱۰۰۰ تراکنش در ثانیه افزایش یابد.

درست مانند اتریوم، برخی از بلاک چین‌های دیگر نیز با ایجاد تغییراتی در الگوریتم پردازش و اعتبارسنجی تراکنش‌ها، به‌نوعی از همان اصول کلی اثبات کار استفاده می‌کنند. در جدول زیر، برترین ارزهای دیجیتال مبتنی بر مدل اثبات کار را به‌همراه خصوصیات هریک مشاهده می‌کنید.

ارزهای دیجیتال مبتنی بر اثبات سهام

از سوی دیگر برخی از پلتفرم‌های بلاک چینی جدیدتر، برای پردازش و تأیید تراکنش‌ها، از سیستم اثبات سهام استفاده می‌کنند. یکی از این موارد، ارز دیجیتال الگورند (Algorand) است که ارسال و دریافت وجه از طریق آن، تنها چند ثانیه زمان می‌برد. این پلتفرم همچنین بدون استفاده از قراردادهای هوشمند، امکان ایجاد توکن‌های جدید و انجام مبادلات اتمی چندسویه را فراهم می‌کند.

همچنین برخی از پروژه‌های بلاک چینی جدیدتر، با ایجاد تغییراتی در اصول اولیه اثبات سهام، از مدل‌های مشابه ‌آن استفاده می‌کنند که تا حدی متمرکزتر است و سرعت شبکه را به‌طرز چشمگیری افزایش می‌دهد. به‌عنوان مثال شبکه ویوز (Waves) از اثبات سهام اجاره‌شده (Leased Proof of Stake)، شبکه EOS از الگوریتم اثبات سهام نمایندگی‌شده (Delegated Proof of Stake)، شبکه تزوس از مدل اثبات سهام سیال (Liquid Proof of Stake)، و شبکه پولکادات از مدل اثبات سهام نامزدشده (Nominated Proof of Stake) استفاده می‌کنند.

در جدول زیر، برخی از بهترین ارزهای دیجیتال برای سهام‌گذاری را معرفی کرده‌ایم.

همچنین بخوانید: معرفی بهترین ارزهای دیجیتال که از اثبات سهام استفاده می‌کنند

اکنون که با مشهورترین بلاک چین‌های سازگار با مدل‌های اثبات کار و اثبات سهام آشنا شدید، به‌سراغ نحوه تأیید تراکنش‌ها در این دو روش خواهیم رفت. بیایید با اثبات کار شروع کنیم.

نحوه اعتبارسنجی و تأیید تراکنش‌ها در سیستم اثبات کار

همان‌طور که می‌دانید در حال حاضر میلیون‌ها نفر از بیت کوین، اتریوم و سایر بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار استفاده می‌کنند. ما در اینجا نحوه تأیید تراکنش‌ها در سیستم اثبات کار شبکه بیت کوین را بررسی می‌کنیم؛ با این حال، این فرایند در اغلب بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار، تقریباً یکسان است.

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، فرایند پردازش و تأیید هر تراکنش در بلاک چین بیت کوین، به‌طور میانگین ۱۰ دقیقه زمان می‌برد. اما تراکنش‌ها در این شبکه به‌صورت خطی و پشت‌سرهم پردازش نمی‌شوند؛ بلکه در این مدت زمان ۱۰ دقیقه‌ای، دسته‌ای از تراکنش‌ها در فضایی به نام «بلاک (Block)» جای می‌گیرند و این بلاک‌ها هستند که به‌صورت دائمی در بلاک چین ثبت می‌شوند.

هر بلاک شامل تراکنش‌های مختلفی است که هریک باید به‌صورت مجزا تأیید شوند. شبکه بیت کوین، برای آنکه عنصر «واسطه مورد اعتماد» را از این فرایند حذف کند، از ایده نودهای غیرمتمرکز و رمزنگاری مبتنی بر اثبات کار بهره می‌گیرد. به این صورت که هیچ‌کدام از مشارکت‌کنندگان در شبکه (یعنی  نودها) شانس صددرصدی برای تأیید تراکنش‌ها ندارند و فقط افرادی که موفق شوند معادلات پیچیده رمزنگاری یک بلاک را حل کنند، حق دارند تراکنش‌های موجود در آن را تأیید کنند. این فرایند باعث می‌شود تا نودهای شبکه، قدرت پردازشی کامپیوتر‌های خود را به حل معادله رمزنگاری اختصاص دهند و در نهایت کسی برنده باشد که موفق شده سریع‌تر از دیگران این کار را انجام دهد. این مکانیسم در واقع همان اثبات کار است.

در سیستم اثبات کار، افراد بر اساس قدرت متمرکز خود قادر به تصمیم‌گیری برای شبکه نیستند؛ بلکه در رقابتی تنگاتنگ با دیگران، این شانس را دارند که با حل یک معادله رمزنگاری پیچیده، کار یا پردازش خود را اثبات کنند و برای ساخت یک بلاک و تأیید تراکنش‌های موجود در آن کاندید شوند. پس از اتمام این فرایند برای هر بلاک، تراکنش‌های موجود در آن معتبر تلقی شده و به‌صورت عمومی در بلاک چین منتشر می‌شود.

یکی از نکات قابل‌توجه در مدل اثبات کار بیت کوین، آن است که هرچقدر که سخت‌افزار مورداستفاده نودها قوی‌تر بوده و قدرت پردازشی بیشتری داشته باشد، شانس آن نود برای ساخت بلاک بعدی و اعتبارسنجی تراکنش‌ها بیشتر خواهد بود. اما شاید از خود بپرسید که چرا افراد باید حاضر باشند تنها برای مشارکت در تأیید تراکنش‌های بیت کوین، سخت‌افزار گران‌قیمت بخرند و کلی هزینه برای برق بپردازند؟

خب؛ پاسخ ساده این است که افراد در ازای تلاش برای مشارکت در شبکه، بیت کوین‌ پاداش می‌گیرند. این بیت کوین‌ها از طریق خود شبکه ایجاد شده و از طریق همین مکانیسم پاداش‌دهی، در میان کاربران توزیع می‌شوند. اما نکته اینجاست که همه افراد پاداش نمی‌گیرند! در هر دور رقابت برای ایجاد بلاک جدید، هزاران دستگاه مختلف برای حل الگوریتم رمزنگاری با یکدیگر رقابت می‌کنند و فقط کسی که موفق شود سریع‌تر از دیگران به جواب معادله برسد، پاداش خواهد گرفت.

برخی صاحب‌نظران حوزه بلاک چین، معتقدند که این سیستم پاداش‌دهی، عادلانه نیست. زیرا افرادی که دارای قدرتمندترین و گران‌قیمت‌ترین دستگاه‌های سخت‌افزاری باشند، همیشه بیشترین شانس را برای برنده‌شدن و دریافت پاداش بیت کوین در اختیار دارند و این‌گونه ثروتمندها ثروتمندتر می‌شوند.

اما در پاسخ به این نقد، عده‌ای هم معتقدند که امروزه با پیدایش استخرهای استخراج، حتی افراد کم‌درآمد با کمترین توان پردازشی هم می‌توانند در حفظ شبکه مشارکت داشته و از آن پاداش بگیرند. ضمن اینکه چنین نقدی بر سیستم‌های مبتنی بر اثبات سهام نیز وارد است که در قسمت بعدی آن را توضیح خواهیم داد.

بیایید جزئیات فرایند ساخت بلاک و استخراج بیت کوین را بررسی کنیم. نحوه ایجاد معمای رمزنگاری هر بلاک به‌گونه‌ای است که تنها راه‌حل آن، آزمون‌وخطاست.

مثالی را که در ادامه مطرح می‌کنیم به‌شکل قابل‌توجهی ساده کرده‌ایم؛ اما با همین مثال ساده می‌توانید کلیات فرایند اثبات کار را درک کنید.

• ۱- فرض کنید تابع ریاضی اثبات کار، یک ماشین رمزنگاری باشد که در ازای هر عدد ورودی، یک خروجی خاص و غیرقابل‌پیش‌بینی به شما تحویل دهد. مثلاً اگر عدد ۶ را به‌عنوان ورودی به ماشین بدهید، عدد ۱۳ را به شما تحویل خواهد داد و هر چند بار که این ورودی را بدهید، همان خروجی تکرار خواهد شد.
• ۲- حالا ورودی که باید به ماشین رمزنگاری بدهید شامل این ۳ جزء است: یک عدد تصادفی (X) + عدد بلاک قبلی (Y) + عدد بلاک فعلی (Z)
  از بین ورودی‌های بالا، عدد بلاک قبلی (Y) و عدد بلاک فعلی (Z)، به‌راحتی و با استفاده از تراکنش‌های موجود در بلاک‌ها محاسبه می‌شود و فقط باید عدد X را به‌صورت تصادفی وارد کنید.
• ۳- معادله‌ای که باید حل کنید، این‌گونه است: با استفاده از Xهای مختلف، ورودی‌های مختلف را به ماشین رمزنگاری بدهید تا وقتی که خروجی آن (P)، عددی بین ۱۰۰ تا ۱۲۰ باشد. با توجه به ماهیت خاص ماشین رمزنگاری، تنها راه شما برای حدس زدن X صحیح، آزمون‌وخطا خواهد بود.
• ۴- ماینر ۱ و ۲ به‌عنوان دو ماینر مستقل، رقابت را شروع می‌کنند و نتایجی که به‌دست می‌آید، به‌صورت زیر است:

ماینر ۱:

تلاش ۱: X=۲۴, P=3       *غلط*

تلاش ۲: X=۳۵, P=79    *غلط*

تلاش ۳: X=۶, P=128   *غلط*

ماینر ۲:

تلاش ۱: X=۱۷, P=93        *غلط*

تلاش ۲: X=۴۲, P=173     *غلط*

تلاش ۳: X=۸۱, P=117    *درست*

همان‌طور که می‌بینید، ماینر ۲ در تلاش سوم خود پاسخ درست را حدس زد و این یعنی ماینر ۲، موفق به ساخت بلاک جدید و دریافت بیت کوین‌های پاداش می‌شود. توجه داشته باشید که معمای رمزنگاری هر بلاک، در دنیای واقعی بسیار پیچیده‌تر از مثال بالا است. از سوی دیگر رایانه‌های واقعی هم می‌توانند میلیون‌ها ترکیب مختلف را در ثانیه حدس بزنند که چنین قدرت پردازشی، مصرف برق بالایی هم دارد.

به‌طور کلی هر ماینری که سخت‌افزار قدرتمندتر یا تعداد بیشتری دستگاه در اختیار داشته باشد، شانس بیشتری برای رسیدن به جواب و بردن پاداش خواهد داشت. همین موضوع، انگیزه‌ای است که ماینرها را به تشکیل استخرهای استخراج و به اشتراک گذاشتن توان پردازشی با یکدیگر سوق می‌دهد.

گفتنی است که الگوریتم اثبات کار، دارای مکانیسم خودکاری است که میزان سختی معادلات ریاضی هر بلاک را تنظیم می‌کند. نحوه کار این مکانیسم این‌گونه است که با افزایش قدرت پردازشی کل شبکه که اصطلاحاً آن را هش‌رِیت (Hashrate) می‌نامیم، شرط معادله رمزنگاری را به‌طور خودکار سخت‌تر می‌کند تا زمان میانگین ساخت بلاک همچنان ثابت باشد. شرط معادله رمزنگاری را اصطلاحاً سختی شبکه می‌نامیم.

به‌عنوان مثال در شبکه بیت کوین، زمان میانگین ساخت بلاک‌ها بر روی ۱۰ دقیقه تنظیم شده است. یعنی این شبکه پس از هر ۲۰۱۶ بلاک (تقریباً هر دو هفته یک‌بار)، زمان میانگین ساخت بلاک‌ها‌ را بررسی می‌کند. حال در صورتی که این زمان کمتر از ۱۰ دقیقه باشد، به‌طور خودکار سختی زیاد می‌شود و در صورتی که زمان میانگین بیشتر از ۱۰ دقیقه باشد، سختی شبکه کاهش خواهد یافت.

حالا به‌طور مختصر می‌دانید که استخراج ارزهای دیجیتالی همچون بیت کوین، اتریوم و سایر ارزهای مبتنی بر اثبات کار، چگونه انجام می‌شود. پیش از آنکه به‌سراغ الگوریتم اثبات سهام برویم، لازم است اشاره کنیم که اگرچه مثال بالا در اکثر مدل‌های اثبات کار مشابه است، اما برخی از بلاک چین‌ها این فرآیند را اندکی تغییر داده و با اهداف و قابلیت‌های خود سازگار کرده‌اند. ما در این مقاله از بررسی تفاوت‌های جزئی صرف‌نظر کرده‌ایم.

همچنین بخوانید: استخراج بیت کوین یعنی چه؟ فرایند ماینینگ بیت کوین چگونه است؟

نحوه اعتبارسنجی و تأیید تراکنش‌ها در سیستم اثبات سهام

مدل اثبات سهام از فرایند کاملاً متفاوتی برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و رسیدن به اجماع میان نودهای شبکه استفاده می‌کند. البته این مکانیسم هم از رمزنگاری استفاده می‌کند اما هدف متفاوتی دارد.

در حالی که در مدل اثبات کار، شبکه در ازای حل‌کردن معادلات پیچیده به ماینرها پاداش می‌دهد، در مدل اثبات سهام، سازندگان بلاک‌ها بر اساس مقدار و مدت‌زمان «سهام‌گذاری» تعیین شده و پاداش می‌گیرند.

از نظر فنی، نمی‌توانیم فعالیت اثبات سهام را استخراج بنامیم. زیرا در این فرایند نیازی به صرف توان پردازشی برای حل معادلات پیچیده ریاضی نیست و سازنده هر بلاک که اصطلاحاً آن را فورجِر (forger) می‌نامیم، بر اساس یک قرعه‌کشی دوره‌ای در میان سهام‌گذاران تعیین می‌شود. در برخی از بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام، فورجر هر بلاک، کوین‌های جدید شبکه را به‌عنوان پاداش دریافت می‌کند و در برخی دیگر از بلاک چین‌ها، درآمد فورجرها از طریق کارمزد تراکنش‌های شبکه تأمین می‌شود.

اکنون که با کلیات مفهوم اثبات کار آشنا شدید، می‌توانیم نگاه دقیق‌تری به نحوه تأیید تراکنش‌ها در این روش داشته باشیم.

همچنین بخوانید: اثبات سهام (Proof of Stake) چیست؟

کاربرانی که می‌خواهند در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام، امکان اعتبارسنجی تراکنش‌ها را داشته باشند، باید کوین‌های خود را در یک کیف پول خاص قرار داده و آنها را سهام‌گذاری (stake) کنند. وقتی کوین‌ها را در یک کیف پول سهام‌گذاری می‌کنیم، در واقع این دارایی در شبکه قفل شده و امکان انجام تراکنش با آن وجود نخواهد داشت. اغلب بلاک چین‌ها برای شروع سهام‌گذاری دو شرط خاص تعیین کرده‌اند: شرط اول، حداقل تعداد کوین‌های سهام‌گذاری‌شده را مشخص می‌کند و شرط دوم مربوط به حداقل زمان سپرده‌گذاری کوین‌هاست.

البته تعداد کوین‌ها و مدت‌زمان موردنیاز برای سپرده‌گذاری آنها در کیف پول، در مورد هر بلاک چین متفاوت است. به‌عنوان مثال در بلاک چین کاردانو هیچ محدودیتی برای سپرده‌گذاری وجود ندارد. با این حال، شانس هر نود برای برنده شدن در رقابت و ساختن بلاک بعدی، با درصد کوین‌های سپرده‌گذاری‌شده (از کل کوین‌های موجود در شبکه) نسبت مستقیم دارد. در مثال زیر مراحل شرکت در فرایند اثبات سهام را بررسی کرده‌ایم:  

• ۱- شما تصمیم می‌گیرید که با سهام‌گذاری کوین‌های خود، در الگوریتم اثبات سهام یک بلاک چین خاص شرکت کنید و پاداش آن را به دست آورید.
• ۲- فرض کنید بلاک چین موردنظر شما، درمجموع ۱۰۰۰ سکه در گردش دارد.
• ۳- شما ۱۰۰ واحد از کوین‌های این شبکه را خریداری و آن را در کیف پول خود سهام‌گذاری می‌کنید.
• ۴- این به معنای آن است که شما ۱۰٪ از کل کوین‌های در گردش را ذخیره و استیک کرده‌اید.
• ۵- اکنون شانس شما برای ساختن هر بلاک، تأیید تراکنش‌های آن و دریافت پاداش آن بلاک، ۱۰ ٪ است.

حالا راحت‌تر می‌توانید این فرایند را با اثبات کار مقایسه کنید. در مدل اثبات کار، ماینرها تمام قدرت پردازشی خود را برای حل یک معادله رمزنگاری صرف می‌کنند و در نهایت بیشترین شانس در اختیار ماینری است که قدرتمندترین/ بیشترین تجهیزات سخت‌افزاری را در اختیار داشته باشد. در حالی که در مدل اثبات سهام، برنده به‌صورت تصادفی و بر اساس میزان کوین‌های سپرده‌گذاری‌شده انتخاب می‌شود.

مهم‌ترین بخش از نظریه اثبات سهام که باعث می‌شود آن را روش امن و مناسبی برای تأیید تراکنش‌های شبکه به حساب بیاوریم، همان دارایی‌های قفل شده در شبکه است. فرض اصلی ما در روش اثبات سهام این است که هدف سهام‌گذاران، تأیید تراکنش‌های صحیح و کمک به حفظ امنیت شبکه است. اما اگر یک فورجر تلاش کند شبکه را هک کند یا تراکنش‌های خرابکارانه را تأیید کند، در این صورت کل مبلغ سهام‌گذاری خود را از دست خواهد داد.

این اصلی‌ترین دلیلی است که باعث می‌شود این مدل درست کار کند. هرچقدر که مبلغ سهام‌گذاری شما بیشتر باشد، درآمد شما بیشتر خواهد بود؛ اما در صورت رفتار خرابکارانه، به همان میزان هم بیشتر ضرر می‌کنید.

حالا که با روش کار هر دو مدل اثبات کار و اثبات سهام آشنا شدید، در ادامه به سراغ مقایسه آنها خواهیم رفت. تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

مقایسه اثبات کار و اثبات سهام؛ مزایا و معایب

در تصویر زیر، برخی از مزایا و معایب کلی سیستم‌های مبتنی بر اثبات کار و اثبات سهام را مشاهده می‌کنید.

در ادامه، هریک از جنبه‌های مورداهمیت در سیستم‌های بلاک چینی را برای هر دو مدل اثبات کار و اثبات سهام بررسی کرده‌ایم.

تمرکزگرایی

یکی از اصلی‌ترین موضوعات موردبحث در شبکه‌های بلاک چینی، نحوه مقابله آنها با تمرکزگرایی است. به بیان ساده، یک سیستم متمرکز سیستمی است که کنترل آن بر عهده یک شخص، یک سازمان یا گروهی از افراد خاص باشد. در چنین سیستمی، اعمال نفوذ قدرت‌ها برای سانسور، تغییر یا حذف اطلاعات بسیار محتمل خواهد بود. در نقطه مقابل، تمرکززدایی از سیستم به معنای آن است کنترل شبکه و تمام فرایندهای آن نظیر تأیید تراکنش‌ها و به‌روز‌رسانی‌ها بر عهده همه مشارکت‌کنندگان در شبکه باشد.

در مدل اثبات کار

بیایید از بیت کوین شروع کنیم. در ابتدای راه‌اندازی شبکه بیت کوین، سختی شبکه به‌حدی کم بود که فرایند استخراج با استفاده از کامپیوتر‌های خانگی انجام می‌شد. بنابراین هرکسی به‌راحتی می‌توانست در امنیت شبکه مشارکت کرده و پاداش دریافت کند. اما رفته‌رفته با افزایش هش‌ریت شبکه، کارت‌های گرافیک و در نهایت دستگاه‌های پیشرفته و گران‌قیمت ای‌سیک (ASIC)، کل صنعت استخراج بیت کوین را در اختیار گرفتند.

منتقدان مدل اثبات کار معتقدند که این روند، در نهایت راه را برای تمرکزگرایی شبکه‌های بلاک چینی باز خواهد کرد؛ زیرا سازمان‌های متمرکز هزاران دستگاه ای‌سیک را خریداری کرده و استخر استخراج خود را راه ‌می‌اندازند. این امر باعث می‌شود که ماینرهای عادی (شخصی) منابع پردازشی خود را به استخرهای بزرگ متصل کنند تا شانسی برای کسب درآمد داشته باشند و این‌گونه قدرت شبکه در میان استخرهای بزرگ استخراج توزیع خواهد شد.

با این اوصاف عجیب نیست اگر ببینیم که فقط ۴ استخر استخراج، بیش از ۵۰٪ از کل قدرت پردازشی شبکه را در اختیار گرفته‌اند که بیشتر آنها هم (به‌دلیل برق ارزان‌قیمت) در چین مستقر هستند و به‌صورت بالقوه قادر به سانسور و اعمال نفوذ در تأیید تراکنش‌های شبکه هستند.

اما چند پاسخ مشخص برای این انتقاد‌ها وجود دارد؛ اگر چند شرکت (یا حتی دولت) متمرکز چنین سرمایه‌گذاری عظیمی در صنعت استخراج کرده باشند که اکثریت هش‌ریت شبکه را به دست آورده باشند، مسلماً نفع آنها از مشارکت سازنده در شبکه، بسیار بیشتر از مشارکت مخرب و از بین بردن اعتماد عمومی به شبکه بیت کوین خواهد بود.

علاوه بر این، بازیگران بزرگ صنعت استخراج، حساسیت بسیار زیادی در رابطه با تمرکزگرایی در این شبکه دارند. به‌عنوان مثال، زمانی که سهم یک استخر خاص از هش‌ریت شبکه بیت کوین به‌طرز چشمگیری افزایش یابد، استخر‌های دیگر با افزایش دستگاه‌ها و قدرت پردازشی خود، سعی می‌کنند توزیع هش ریت را به حالت تعادل برگردانند.

از بیت کوین و فورک‌های آن که بگذریم، توسعه‌دهندگان برخی از بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار مانند اتریوم و مونرو نیز، مشکل تمرکزگرایی را ناشی از دستگاه‌های پرقدرت ای‌سیک می‌دانند. بنابراین برای جلوگیری از این اتفاق، الگوریتم رمزنگاری شبکه را به‌گونه‌ای توسعه داده‌اند که در برابر دستگاه‌های ای‌سیک مقاوم (اصطلاحاً ASIC-proof یا ASIC-Resistant) باشد.

این در حالی است که گاهی خبرهایی از شکسته‌شدن این الگوریتم و ساخت دستگاه‌های ای‌سیک سازگار با این شبکه‌ها منتشر می‌شود. بنابراین به‌ نظر می‌رسد که این راهکار هم مشکل را به‌طور کامل حل نخواهد کرد.

در مدل اثبات سهام

همه نگرانی‌هایی که در رابطه با تمرکزگرایی در مدل اثبات کار مطرح کردیم، در رابطه با سیستم‌های مبتنی بر اثبات سهام نیز وجود دارد. در اینجا هم افراد می‌توانند با در اختیار گرفتن بخش زیادی از کوین‌های شبکه و سهام‌گذاری آن، شانس بیشتری در ساخت بلاک‌ها و دریافت پاداش شبکه داشته باشند. ضمن اینکه حداقل مبلغ سهام‌گذاری در برخی از پلتفرم‌ها نیز به‌حدی زیاد است که بسیاری از دارندگان کوین‌های شبکه، قادر به سهام‌گذاری در آن نیستند. به‌عنوان مثال حداقل میزان سهام‌گذاری در پلتفرم اتریوم ۲.۰، ۳۲ اتر است.

در اغلب پلتفرم‌های مبتنی بر اثبات کار، دارندگان بیشترین کوین‌ها می‌توانند استخر سهام‌گذاری خود را ایجاد کرده و با جذب دارایی‌های استخراج‌کنندگان خرده‌پا،‍ بیشترین سهم را در اعتبارسنجی و دریافت پاداش این شبکه داشته باشند. به‌عنوان مثال احتمال اینکه چند نفر از صاحبان بزرگ‌ترین استخرها با هم تبانی کنند تا حداکثر سهام شبکه را به‌دست آورده و تراکنش‌های خاصی را سانسور کنند، صفر نیست!

پلتفرم‌های جدیدتر مبتنی بر اثبات سهام، برای جلوگیری از تمرکز قدرت در شبکه، از روش‌های نوآورانه‌ای استفاده می‌کنند. به‌عنوان مثال، الگوریتم اثبات سهام شبکه کاردانو به‌گونه‌ای طراحی شده است که با قدرتمندتر شدن یک استخر نسبت به سایر استخرها، پاداش دریافتی آن کاهش یابد. این امر باعث می‌شود که سهام‌گذاران شبکه ترجیح ‌دهند دارایی‌های خود را در استخرهای دیگر سهام‌گذاری کنند و به این ترتیب شبکه از خطر تمرکزگرایی محافظت خواهد شد. اما تصور کنید که یکی از سهام‌داران بزرگ شبکه، بجای یک استخر، چندین استخر راه‌اندازی کند و دارایی‌های خود را در تمامی این استخرها توزیع کند. آیا در این صورت شبکه به‌سمت تمرکزگرایی نخواهد رفت؟

مصرف برق

حساسیت‌های جهانی بر روی مصرف سوخت‌های فسیلی و آلاینده‌های محیط زیست، باعث اهمیت این جنبه از فناوری بلاک چین شده است. در ادامه میزان مصرف برق در مدل‌های مبتنی بر اثبات کار و اثبات سهام را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.

در مدل اثبات کار

بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار، برای پیش‌برد شبکه و تأیید تراکنش‌ها از برق زیادی استفاده می‌کنند. دلیل این امر، سختی معادلات رمزنگاری است که حل آنها، نیازمند قدرت پردازشی بسیار زیادی است. یکی از مطالعات صورت‌گرفته بر روی این موضوع، نشان می‌دهد که برق موردنیاز برای عملکرد شبکه بیت کوین (در بالاترین هش‌ریت ثبت‌شده)، از مصرف برق ۱۵۹ کشور (به‌صورت جداگانه) بیشتر است. این موضوع، مصرف سوخت‌های فسیلی را در سراسر جهان افزایش داده و در بلند‌مدت باعث اثرات نامطلوب زیست‌محیطی خواهد شد.

اما سؤالی که باید در اینجا از خود بپرسیم این است که آیا چنین هزینه‌ای به داشتن یک سیستم مالی غیرمتمرکز جهانی می‌ارزد یا نه؟

در مدل اثبات سهام

اعتبارسنجی تراکنش‌ها در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام، به پردازش کامپیوتری پیچیده‌ای نیاز ندارد؛ از‌این‌رو مصرف برق چنین شبکه‌هایی بسیار اندک است.

حمله ۵۱٪

حمله ۵۱٪ یا به بیان دقیق‌تر حمله بیش از ۵۰٪، اصطلاحی است که از آن برای توصیف یک نوع دستکاری در شبکه‌های بلاکچینی استفاده می‌کنیم. اگر نودهای خرابکار یک شبکه بلاک چینی، بیش از ۵۰ درصد از قدرت شبکه را در اختیار داشته باشند، می‌توانند زنجیره اصلی بلاک چین را در اختیار گرفته و آن را به‌سود خود تغییر دهند. زیرا طبق قوانین بلاک چین، همیشه زنجیره‌ای معتبر است، که بیش از ۵۱ درصد قدرت را در اختیار داشته باشد. اما منظور ما از قدرت شبکه در مدل‌های اثبات کار و اثبات سهام، دو مفهوم متفاوت است که در ادامه آنها را توضیح خواهیم داد.

در مدل اثبات کار

در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار، زمانی که یک یا چند بازیگر خرابکار بیش از ۵۰٪ از قدرت پردازشی شبکه (هش‌ریت شبکه) را در اختیار داشته باشند، می‌توانند تراکنش‌های مربوط به خود را در بلاک‌ها (به‌نفع خود) تغییر دهند. بیایید فرایند حمله ۵۱٪ را با یک مثال بررسی کنیم.

فرض کنید شخصی دارای ۵۱ درصد از قدرت پردازشی شبکه است. این شخص تصمیم  می‌گیرد ۱۰۰۰ بیت کوین را به شخص دیگری بفروشد. پس در ازای دریافت پول نقد، تراکنشی به ارزش ۱۰۰۰ بیت کوین ارسال می‌کند و این تراکنش در بلاک چین ثبت و تأیید می‌شود. حالا شخص می‌تواند از قدرت پردازش بالای خود در شبکه، برای کلاهبرداری استفاده کند. به این صورت که بار دیگر همان تراکنش را (با ورودی‌های مشابه) به یکی از آدرس‌های خودش ارسال می‌کند و با توجه به توان پردازشی که در اختیار دارد، بلاک حاوی این تراکنش را خودش استخراج می‌کند. حالا زنجیره بیت کوین به دو انشعاب تقسیم شده است.

در یک زنجیره بلاک صحیح حاوی تراکنش اولیه قرار گرفته و در زنجیره دوم، بلاک جعلی حاوی تراکنش دابل اسپند (خرج مجدد یا بازگرداندن دارایی). حالا اگر این شخص با استفاده از قدرت پردازشی حداکثری خود بتواند بلاک‌های زنجیره دوم (یعنی زنجیره خرابکارانه) را سریع‌تر از زنجیره اول بسازد و آن را به زنجیره مرجع تبدیل کند (که بر اساس علم احتمالات می‌تواند این کار را انجام دهد)، او موفق شده است یک دارایی را دو بار خرج کند؛ یک بار آن را به شخص دیگری فروخته و پول نقد دریافت کرده و دوباره آن را به آدرس خودش فرستاده است.

اما آیا وقوع حمله ۵۱ درصدی در شبکه‌های اثبات کار به‌سادگی ممکن است؟ پاسخ این سؤال بستگی به ماهیت شبکه و میزان هش‌ریت آن دارد. به‌عنوان مثال در شبکه بیت کوین که هش‌ریت آن در حال حاضر نزدیک به ۱۵۰ میلیون تراهش بر ثانیه است، در اختیار گرفتن نیمی از قدرت پردازشی شبکه، بسیار هزینه‌بر و انجام حمله ۵۱ درصدی کاملاً بی‌صرفه است. بنابراین مشارکت‌کنندگان شبکه ترجیح می‌دهند که توان پردازشی خود را در جهت حفظ امنیت شبکه به ‌کار گرفته و پاداش مشارکت سازنده خود را دریافت کنند.

اما در شبکه‌های دیگری که جامعه کاربران آن کوچکتر است و هش‌ریت بسیار کمتری دارند، احتمال وقوع حمله ۵۱ درصدی بیشتر است. به‌عنوان مثال هش‌ریت شبکه اتریوم کلاسیک در حال حاضر، ۷.۸ تراهش بر ثانیه است و این شبکه تاکنون بارها مورد‌حمله ۵۱ درصدی واقع شده است.

در مدل اثبات سهام

حمله ۵۱ درصدی در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام، از طریق در اختیار گرفتن بیش از نیمی از سهام شبکه اتفاق می‌افتد. درست مانند مثالی که برای مدل اثبات کار مطرح کردیم، در شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام نیز، در صورتی که فردی بیش از نیمی از کوین‌های در گردش شبکه را در اختیار داشته باشد، می‌تواند شانس حداکثری ساخت بلاک‌ها و تشکیل زنجیره مرجع را از آن خود کند که در این صورت، ریسک حمله ۵۱ درصدی وجود خواهد داشت.

اما اگر واقعی‌تر به قضیه نگاه کنیم، کار به این سادگی‌ها نخواهد بود. اگر شخصی قصد انجام حمله ۵۱ درصدی به یک بلاک چین اثبات سهام را داشته باشد، باید حداقل نیمی از کوین‌های موجود در این شبکه را خریداری و سهام‌گذاری کند که در این فرایند، ارزش کوین‌ها به‌شکل چشمگیری افزایش خواهد یافت؛ بنابراین انجام چنین حمله‌ای صرفه اقتصادی نخواهد داشت.

علاوه بر این، در صورتی که یک نود شبکه دست به چنین اقدام خرابکارانه‌ای بزند، کل دارایی را که در شبکه سهام‌گذاری کرده است از دست خواهد داد. بنابراین احتمال وقوع چنین حمله‌ای در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام هم اندک است؛ اما در صورتی که حجم بازار ارز دیجیتال این شبکه کم باشد، احتمال وقوع این حمله بیشتر خواهد شد.  

توزیع درآمد عادلانه

یکی از مسائل مورد بحث میان صاحب‌نظران حوزه بلاک چین، سازوکار مالی و اقتصادی بلاک چین‌ها و نحوه توزیع دارایی‌ها در میان افراد فعال در شبکه است. همان‌طور که در تصویر زیر می‌بینید، میزان درآمد ماینرها در مدل اثبات کار، با افزایش سرمایه‌گذاری، به‌صورت نمایی افزایش خواهد یافت. این در حالی است که در مدل اثبات سهام، میزان سرمایه‌گذاری با درآمد نسبت خطی دارد.

از آنجا که درآمد افراد مشارکت‌کننده در بلاک چین یکی از اصلی‌ترین مشوق‌ها و پایه‌های امنیت کل سیستم است، در ادامه، این ویژگی را در مدل‌های اثبات کار و اثبات سهام بررسی و مقایسه می‌کنیم.

در مدل اثبات کار

اگر بی‌طرفانه به قضیه نگاه کنیم، باید بگوییم که طراحی شبکه‌های مبتنی بر اثبات کار به‌گونه‌ای است که در آن، افراد ثروتمند، روزبه‌روز ثروتمندتر می‌شوند و افراد عادی شانسی برای مشارکت در این شبکه و دریافت پاداش نخواهند داشت.

به‌عنوان مثال، در شبکه بیت کوین، استخراج‌کنندگان قدرتمند به‌سادگی می‌توانند هزاران دستگاه استخراج خریداری کرده و شانس خود را برای کسب درآمد در این شبکه افزایش دهند. بنابراین استخراج‌کنندگان عادی هم برای اینکه شانسی در این شبکه داشته باشند، مجبورند توان پردازشی خود را با استخرهای بزرگ به اشتراک بگذارند و در ازای سهم توان پردازشی خود، از پاداش این استخر سهم دریافت کنند.

در مدل اثبات سهام

در مدل اثبات سهام هم اوضاع تقریباً مشابه است؛ زیرا افرادی که بیشترین تعداد کوین‌های شبکه را در اختیار داشته باشند، بیشترین شانس را برای شرکت در فرایند تأیید تراکنش‌ها و دریافت پاداش شبکه خواهند داشت.

اغلب بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار برای کاهش تأثیرات منفی این موضوع، علاوه بر تعداد کوین‌های سهام‌گذاری شده، مدت‌زمان قفل شدن آن در شبکه را نیز به‌عنوان یک عامل مهم در تأیید تراکنش‌ها در نظر می‌گیرند. به این صورت که هرچقدر مدت‌زمان سهام‌گذاری کوین‌ها بیشتر باشد، شانس افراد برای تأیید تراکنش‌ها و کسب پاداش بیشتر خواهد شد. البته این روش هم مشکل دیگری را به‌دنبال خواهد داشت: راکد ماندن سرمایه‌ها و کاهش معاملات که در نهایت مانع از رشد ارزش دارایی‌های این شبکه خواهد شد.

همچنین بخوانید: مروری بر روش‌های ایجاد انگیزه در ارزهای دیجیتال و پروژه‌های بلاک چین

حملات خرج دوباره دارایی

حمله خرج دوباره دارایی یا دابل اسپند (Double spend)، یکی از تهدیدات بالقوه شبکه‌های بلاک چین است که در صورت وقوع، اعتبار و امنیت آنها را زیر سؤال خواهد برد. به بیان ساده، حمله دابل اسپند زمانی اتفاق می‌افتد که در زنجیره اصلی بلاک چین یک انشعاب ایجاد شود و یک دارایی در هر دو زنجیره به آدرس‌های گوناگون ارسال ‌شود. در صورتی که زنجیره حاوی تراکنش دوم به زنجیره بلندتر تبدیل شود، فرد مهاجم موفق به انجام حمله دابل اسپند شده است.

در مدل اثبات کار

در بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات کار، احتمال وقوع حمله دابل اسپند بسیار کم است. زیرا (با فرض احتمال اندک حمله ۵۱ درصدی) تشکیل فورک یا انشعاب در زنجیره اصلی، امری کاملاً تصادفی و پیش‌بینی‌ناپذیر است. این اتفاق تنها زمانی رخ می‌دهد که دو ماینر به‌صورت هم‌زمان (یا با فاصله زمانی خیلی کم) یک بلاک را استخراج کرده و زنجیره را به‌صورت موقتی به دو انشعاب تقسیم کنند. در چنین شرایطی، بسیار بعید و نامحتمل است که فرد خرابکار بتواند تراکنش‌های کلاهبرداری خود را در این دو زنجیره جای دهد.

نکته مهم‌تر این است که ماینرهای درستکار، به‌دلیل محدودیت توان پردازشی خود، همیشه درست‌ترین زنجیره را انتخاب کرده و سعی می‌کنند تراکنش‌های موجود در آن را اعتبارسنجی کنند. بنابراین وقتی که تراکنش دابل اسپند در زنجیره‌ای موازی با زنجیره اصلی قرار بگیرد، احتمال تأیید نهایی آن بسیار کم است.

در مدل اثبات سهام

توسعه‌دهندگان الگوریتم اثبات کار شبکه اتریوم (Casper)، مسئله‌ای را تحت عنوان «nothing-at-stake یا نبود بازدارندگی» در مدل‌های مبتنی بر اثبات سهام مطرح کرده‌اند. نبود بازدارندگی، در واقع یک حفره امنیتی است که بلاک چین‌های مبتنی بر اثبات سهام را در زمان ایجاد فورک‌ (انشعابات زنجیره) تهدید می‌کند.

طبق این نظریه، در صورتی که دو نود اعتبارسنج شبکه به‌طور تصادفی (یا با اهداف خرابکارانه) هم‌زمان بلاک‌های خود را به شبکه ارسال کنند، زنجیره اصلی موقتاً به دو انشعاب تقسیم می‌شود و در صورت وقوع چنین اتفاقی استخراج‌کنندگان ترجیح می‌دهند که به‌صورت موازی بر روی هر دو زنجیره فعالیت کنند.

دلیل این امر آن است که نودهای شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام، نیازی به استفاده از منابع پردازشی ندارند و لازم نیست که منابع پردازشی خود را به یک زنجیره خاص اختصاص دهند. از‌این‌رو ترجیح می‌دهند که با یک بار سهام‌گذاری، بر روی هر دو زنجیره فعالیت کنند تا اگر یک زنجیره از دست رفت، زمان و درآمد آنها از دست نرود. البته نرم‌افزارهای استخراج، به‌صورت پیش‌فرض یک زنجیره را اعتبارسنجی می‌کنند اما می‌توان با تغییرات اندکی، این نرم‌افزارها را به‌گونه‌ای شخصی‌سازی کرد که هم‌زمان بر روی دو زنجیره استخراج انجام دهد.

در چنین شرایطی هر دو زنجیره به‌صورت موازی با هم پیشرفت می‌کنند و در صورتی که نودهای خرابکار فقط روی زنجیره حاوی تراکنش دابل اسپند فعالیت کنند، کفه ترازو به نفع این زنجیره سنگینی خواهد کرد و با تبدیل شدن آن به بلندترین زنجیره، تراکنش دابل اسپند نهایی خواهد شد.

لازم به توضیح است که تاکنون چنین کلاهبرداری در شبکه‌های اثبات سهام رخ نداده و مسئله نبود بازدارندگی فقط به‌عنوان یک چالش فکری مطرح شده است.

جمع‌بندی

در این مقاله سعی کردیم بدون اشاره به جزئیات فنی پیچیده، با شناخته‌شده‌ترین روش‌های اجماع بلاک چین یعنی الگوریتم‌های اثبات کار و اثبات سهام و همچنین مشهورترین بلاک چین‌های سازگار با این دو مکانیسم آشنا شویم. سپس نحوه تأیید تراکنش‌ها در هر دو روش را بررسی کرده و در نهایت این دو مدل را از جنبه‌های گوناگون با یکدیگر مقایسه کردیم.

همان‌‎طور که می‌دانید، هریک از این دو روش از جنبه‌های خاصی بر دیگری برتری دارد و البته شاید قضاوت درباره اینکه کدام‌یک از انواع مدل‌های اجماع در نهایت موفق‌تر از دیگران خواهد بود، کمی عجولانه باشد. اما در هر حال، مطالعه این روش‌ها و مواجهه با انواع چالش‌های موجود، گامی به سوی ایجاد پلتفرم‌های امن‌تر، غیرمتمرکزتر و سریع‌تر خواهد بود.

لطفاً نظرات خود را درباره انواع روش‌های اجماع در پلتفرم‌های بلاک چینی با ما در میان بگذارید.