اثبات سهام چیست؟ — Proof of Stake به زبان ساده

تکنولوژی بلاک چین از الگوریتم‌های اجماع برای حذف واسطه‌ها از فرآیند ثبت و تایید تراکنش‌ها بهره می‌گیرد. این الگوریتم‌ها، امکان رسیدن به توافق نهایی بر روی تراکنش‌های مورد تایید شبکه را توسط نودهای توزیع شده شبکه بلاکچین فراهم می‌کنند. امنیت و کارایی شبکه بلاک چین تا حدود زیادی به این الگوریتم‌ها وابسته است و به همین دلیل، تکنیک‌های مختلف رمزنگاری و اقتصادی برای طراحی آن‌ها استفاده می‌شود. «اثبات کار» و «اثبات سهام» دو نوع اصلی الگوریتم‌های اجماع هستند که در بسیاری از پروژه‌های بلاکچینی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله با بررسی کامل و جامع رویکردهای فنی و اقتصادی، سوال الگوریتم اجماع اثبات سهام چیست را پاسخ می‌دهیم.

الگوریتم اجماع چیست ؟

اثبات سهام یکی از الگوریتم‌های اجماع معروف در پروژه‌های بلاک چین است. برای پاسخ به سوال اثبات سهام چیست ابتدا باید درک درستی از الگوریتم‌های اجماع ایجاد شود. از منظر لغت‌شناسی، اجماع به معنی رسیدن به یک نظر مشترک در مورد موضوع بحث است. بنابراین، الگوریتم اجماع به الگوریتمی گفته می‌شود که افراد با استفاده از آن به یک نظر مشترک در مورد موضوع بحث می‌رسند. اما موضوع بحث بلاک چین چیست؟

فیلم آموزش ارزهای دیجیتال و رمزارزها و اصول سرمایه گذاری در این بازار – مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

در سیستم‌های متمرکز، افراد برای ارسال اطلاعات یا واریز پول به یکدیگر از نهادهای واسط استفاده می‌کنند. در این حالت، فرستنده، پیام را به نهاد یا شخص واسط ارسال می‌کند. این شخص یا نهاد، به اطلاعات گذشته کاربران دسترسی دارد و می‌تواند به راحتی با بررسی اطلاعات گذشته، امکان ارسال پیام یا ثبت تراکنش را بررسی کند. شخص دریافت کننده پیام نیز می‌تواند صحت اطلاعات را از نهاد یا شخص واسط پیگیری کند.

به عنوان مثال در یک سیستم بانکی، اگر شخصی ادعا کند که پولی را برای شما واریز کرده است، شما می‌توانید خیلی راحت و با مراجعه به شعبه بانک صحت این ادعا را بررسی کنید. در این روش، اعتماد به یک نهاد واسط منجر به شکل گیری سیستم پرداخت شده است. این مساله مشکلاتی نیز به همراه دارد. قدرت به طور کامل دست نهاد واسط است و نهاد واسط می‌تواند اطلاعات را دستکاری کند.

موضوع بحث بلاک چین - همانطور که در وایت پیپر بیت‌کوین آمده - ایجاد یک سیستم پرداخت «همتا به همتا» (Peer-to-Peer) و «غیرمتمرکز» (Decentralized) و حذف نهادهای واسط است. در این سیستم، نگهداری، تایید و ثبت تراکنش‌ها توسط تمامی افراد حاضر در شبکه انجام می‌شود. برای این‌که نتیجه یکسانی در دفتر کل توزیع شده هر نود نوشته شود، نودها باید بر روی اطلاعاتی که در شبکه ثبت می‌شود، اتفاق نظر داشته باشند. روشی که برای این کار ارائه شده، استفاده از الگوریتم‌های اجماع است.

ویژگی‌های الگوریتم اجماع چیست ؟

هدف سیستم بلاک چین، حذف نهاد واسط است بنابراین، در بلاک چین تمامی نقش‌هایی که یک نهاد یا شخص واسط در نگهداری و ثبت و تایید اطلاعات دارد باید به روشی امن در اختیار همه قرار بگیرد. علاوه بر این، باید سرعت رسیدن به اجماع نیز بالا باشد تا استفاده از این سیستم منطقی باشد. بهترین روش، استفاده از الگوریتم‌های ریاضی و محاسباتی است چراکه سرعت پردازش در آن‌ها بسیار بالا است.

اولین الگوریتم اجماع معرفی شده در حوزه بلاک چین، الگوریتم «اثبات کار» (Proof of Work | PoW) است که در شبکه بیت‌کوین استفاده شده است. در این الگوریتم، علاوه بر نکات امنیتی ایجاد شده توسط تکنیک‌های رمزنگاری، کاربران ملزم به انجام کار و صرف هزینه هستند تا از این طریق حسن نیت خود را به شبکه نشان دهند. در این حالت، کاربر خرابکار برای این‌که بتواند در تراکنش‌های شبکه اخلال ایجاد کند باید بیش از پنجاه درصد توان پردازشی کل شبکه را در اختیار بگیرد که این کار به صرفه نیست.

الگوریتم اجماع اثبات سهام چیست ؟

در بخش قبل سوال الگوریتم اجماع چیست را با اشاره به الگوریتم اجماع اثبات کار بررسی کردیم. در این بخش، سوال الگوریتم اثبات سهام چیست را مورد بررسی قرار می‌دهیم. الگوریتم اجماع اثبات سهام یکی از الگوریتم‌های اجماع معروف در پروژه‌های بلاک چینی است که در سال 2011 به عنوان یک راه‌حل با مصرف انرژی کمتر ارائه شد. نودهای شبکه در این الگوریتم «اعتبارسنج» (Validator) نامیده می‌شوند که وظیفه آن‌ها ساخت بلاک‌های تراکنش است. برخلاف الگوریتم اجماع اثبات کار، در این روش نیازی به مصرف انرژی بالا برای حل معادلات شبکه نیست و کاربران با قفل کردن دارایی‌های خود امکان فعالیت در شبکه را پیدا می‌کنند.

فیلم آموزش پروژه محور برنامه نویسی سالیدیتی Solidity – نوشتن قراردادهای هوشمند در بلاکچین اتریوم در فرادرس

کلیک کنید

روند کار بدین صورت است که ابتدا اعتبارسنج مقداری از توکن‌های شبکه را در یک قرارداد هوشمند قفل می‌کند. پس از آن، شبکه کاربر را به عنوان نود جدید قبول می‌کند و آن را به نودهای دیگر وصل می‌کند. حال افراد بر اساس تعداد توکن‌های قفل شده خود یا مدت زمانی که توکن‌ها را در شبکه قفل کرده‌اند، شانس ایجاد بلوک‌ها را به دست می‌آورند.

در الگوریتم اجماع اثبات کار، کاربران با استفاده از دستگاه‌های محاسباتی ماینر خود به دنبال حل معادله بلاک و پیدا کردن مقدار نانس شبکه هستند. این رقابت کاملا شانسی است چرا که یک نود ممکن است در اولین تلاش خود برای حل معادله به جواب برسد. از طرف دیگر، در این رقابت توان پردازشی بالا به معنای حل معادلات بیشتر در واحد زمان و بنابراین، شانس بیشتر برای برنده شدن است. در این روش تمامی نودها به طور همزمان برای حل معادل بلوک رقابت می‌کنند.

به طور خلاصه، اثبات سهام مکانیسم اجماع در شبکه‌های بلاک چین است که برای پردازش تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید استفاده می‌شود. این روش برای اعتبارسنجی اطلاعات ورودی به پایگاه داده و حفظ امنیت آن، از دارایی‌های قفل شده کاربران استفاده می‌کند و کاربران در صورت تایید اطلاعات غلط دارایی‌های خود را از دست می‌دهند.

استیکینگ در اثبات سهام چیست ؟

کاربرانی که رمز ارز شبکه را در اختیار دارند با قفل کردن توکن‌های ارز دیجیتال خود می‌توانند به عنوان اعتبارسنج در شبکه فعالیت کنند که به این فرآیند «استیکینگ» (Staking) گفته می‌شود. تعداد سکه‌هایی که افراد باید قفل کنند تا به عنوان اعتبارسنج حق تایید تراکنش‌ها را داشته باشند در شبکه‌های مختلف متفاوت است. به عنوان مثال در اتریوم 2 این مقدار برابر با 32 سکه اتریوم است. بلاک‌ها توسط بیش از یک کاربر اعتبارسنجی می‌شوند و زمانی که درصد معینی از اعتبارسنج‌ها اطلاعات را تایید کردند، بلاک نهایی شده و در بلاک چین ذخیره می‌شود.

فیلم آموزش مقدماتی بلاک چین Blockchain، عملکرد و کاربردهای آن در فرادرس

کلیک کنید

در صورتی که کاربران قادر به تامین مقدار سکه‌های لازم برای استیکینک نباشند نمی‌توانند در فرآیند اعتبارسنجی شرکت کنند. برای حل این مشکل، در بسیاری از پروژه‌های بلاک چینی این امکان فراهم شده است که کاربران سکه‌های خود را در اختیار نودهای شبکه قرار دهند و به نسبت سکه‌‌های خود سود دریافت کنند. سود استیکینگ از کارمزد تراکنش‌های شبکه حاصل می‌شود و به طور معمول سکه‌های جدیدی در این فرآیند تولید نمی‌شود.

فرآیند استیک کردن ارزهای دیجیتال در بسترهای مختلفی قابل انجام است. با مراجعه به سایت هر پروژه می‌توانید بستر مناسب و نحوه استیک ارزهای دیجیتال در آن پروژه و سود حاصل از آن را بررسی کنید. در بسیاری از کیف پول‌های ارز دیجیتال مانند «Trustwallet» و صرافی‌های رمز ارز مانند «Binance» این قابلیت وجود دارد.

نکته دیگری که در فرآیند استیکینگ باید به آن توجه شود، نحوه آزادسازی سکه‌های قفل شده است. در برخی از پلتفرم‌ها آزادسازی سکه‌ها به صورت آنی انجام می‌شود در حالی که برای برخی دیگر از پروژه‌ها این کار از چند ساعت تا چند روز طول می‌کشد. معمولا بین مدت زمان لازم برای آزادسازی سکه‌ها و پاداش دریافتی رابطه معکوس وجود دارد و هر چه کاربران راحت‌تر بتوانند سکه‌های خود را آزاد کنند، سود دریافتی کمتر است.

با توجه ماهیت نوسانی و پر ریسک بازار رمزارزها، کسب درآمد از ارزهای دیجیتال بدون دریافت آموزش ارز دیجیتال از خبرگان بازار میسر نیست. به دلیل اهمیت این موضوع، «فرادرس» فیلم آموزش مقدماتی ارزهای دیجیتال یا رمزارزها را تدوین کرده که لینک آن در ادامه آمده است.

• برای دیدن فیلم فیلم آموزش مقدماتی ارزهای دیجیتال یا رمزارزها + اینجا کلیک کنید.

اهداف اثبات سهام چیست ؟

اثبات سهام برای کاهش نگرانی‌های محیط زیستی الگوریتم اجماع اثبات کار و هم‌چنین افزایش مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاک چینی طراحی شده است. اثبات کار یک رویکرد رقابتی برای تایید و ثبت تراکنش‌ها در شبکه است و به همین دلیل افراد در این روش به دنبال راه‌هایی برای کسب مزیت نسبت به دیگران هستند. از آن‌جایی که پاداش حاصل از این روش علاوه بر کارمزد تراکنش‌ها شامل سکه‌های جدید تولید شده است، رقابت برای ثبت تراکنش‌ها شدید‌تر نیز می‌شود.

فیلم آموزش مقدماتی بلاک چین Blockchain، عملکرد و کاربردهای آن در فرادرس

کلیک کنید

هجوم کاربران به شبکه بیت‌کوین برای فعالیت به عنوان ماینر، همزمان با افزایش امنیت شبکه، منجر به افزایش مصرف انرژی در سطح چهان شده است. این مساله، علاوه بر این‌که باعث قطعی برق در نقاط مختلف دنیا شده، مشکلات محیط زیستی زیادی نیز با خود به همراه آورده است. بسیاری بر این باورند که مصرف انرژی و افزایش آلودگی در سطح جهان برای تولید بیت‌کوین منطقی نیست و به همین دلیل روش‌هایی مانند اثبات سهام روش‌های منطقی‌تر و بهتری هستند.

از طرف دیگر در سیستم‌های الگوریتم اجماع کار برای این‌که امنیت شبکه حفظ شود محدودیت‌های زمانی برای ثبت و تایید بلوک جدید و هم‌چنین سایز بلاک‌ها اعمال شده است و همه کاربران باهم برای تایید تراکنش‌ها فعالیت می‌کنند. این محدودیت‌ها باعث کاهش مقیاس‌پذیری شبکه شده است. منظور از مقیاس‌پذیری، واکنش شبکه به تعداد درخواست‌های بالا در واحد زمان است. ارزهایی مانند بیت‌کوین، لایت‌کوین و اتریوم که از مکانیزم اجماع اثبات کار استفاده می‌کنند، معمولا تعداد بسیار کمی تراکنش را در واحد زمان پردازش می‌کنند و این مساله آن‌ها را در موضع ضعف نسبت به سیستم‌های متمرکز قرار می‌دهد.

در اثبات سهام، با توجه به این‌که فضا رقابتی نیست و امنیت شبکه از طریق در خطر افتادن دارایی‌های نود‌های شبکه تضمین می‌شود، سرعت ثبت تراکنش‌ها بیشتر است. در حالی که بیت‌کوین 5 تراکنش در ثانیه را ثبت می‌کند پروژه‌های بلاکچینی اثبات سهام مانند سولانا امروزه بیش از 50 هزار تراکنش را در ثانیه تایید می‌کند. برای گسترش پروژه‌های بلاک چینی از حوزه مالی به سایر امور مانند اینترنت غیرمتمرکز، افزایش مقیاس‌پذیری ضروری است و به همین دلیل، بیشتر پروژه‌های جدید از اثبات سهام برای ساخت پروژه‌های خود استفاده می‌کنند.

انواع الگوریتم‌های اجماع اثبات سهام چیست ؟

الگوریتم‌های اجماع اثبات کار با توجه به «نوع الگوریتم استفاده شده»، «مشوق‌های مالی» و «استخرهای استخراج» به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. اگر اثبات کار را به عنوان بستنی در نظر بگیریم، نسخه‌های مختلف آن همانند طعم‌های مختلف آن هستند. بنابراین، ایده کلی در این الگوریتم‌ها ثابت است اما در جزئیات تفاوت‌هایی دیده می‌شود. الگوریتم‌های اجماع اثبات سهام نیز همانند اثبات کار دارای نسخه‌های مختلفی هستد اما می‌توان به جای تمثیل بستنی از تمثیل دسرهای یخی برای آن استفاده کرد.

فیلم آموزش مقدماتی بلاک چین Blockchain، عملکرد و کاربردهای آن در فرادرس

کلیک کنید

الگوریتم‌های اجماع اثبات سهام معمولی که نوع اول این الگوریتم‌ها هستند و در بخش‌های قبلی مورد بررسی قرار گرفتند، بر اساس معیارهای «انتخاب نودها برای اعتبارسنجی» به روش‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که می‌توان آن را طعم‌های مختلف یک بستنی در نظر گرفت. اما در اثبات سهام، روش‌های جدیدی وجود دارند که اختلاف آن‌ها با اثبات سهام فراتر از طعم‌های یک بستنی است و به همین دلیل آن‌ها را با دسر‌های یخی مقایسه می‌کنیم. در حالی که یک دسر می‌تواند مربوط به میوه باشد، دسرهای دیگر می‌توانند از ماست، شکلات  یا شربت ساخته شوند. در ادامه، روش‌های دیگر مربوط به الگوریتم‌های اجماع اثبات سهام را بررسی می‌کنیم.

گواهی اثبات سهام نیابتی DPoS

الگوریتم اجماع «اثبات سهام نیابتی» (Delegated Proof of Stake | DPoS) یکی از معروف‌ترین الگوریتم‌های اثبات سهام است که در سال 2014 و توسط «دنیل لاریمر» (Daniel Larimer) موسس بلاک چین «ایاس» (EOS) معرفی شد. در این روش، به جای این‌که تمامی کاربران در فرآیند تایید و ثبت تراکنش‌ها دخیل باشند، تنها نماینده‌های منتخب آن‌ها این کار را انجام می‌دهند. البته این به معنی حذف کاربران از فرآیند استیکینگ و کسب درآمد از آن نیست.

در اثبات سهام نیابتی کاربران می‌توانند سکه‌های شبکه را خریداری و قفل کنند. نماینده‌ها نیز باید تعداد مشخصی سکه (مقدار آن معمولا زیاد است تا نودها در صورت تخلف جریمه شوند) استیک کنند. پس از آن، بین کاندیداهای مختلف رای‌گیری صورت می‌گیرد تا از بین همه، تعداد مشخصی به عنوان نماینده انتخاب شوند. با انجام انتخابات و مشخص شدن اعتبارسنج‌های منتخب، تنها آن‌ها در فعالیت ثبت و تایید تراکنش‌ها شرکت می‌کنند.

هر نماینده‌ای که کار ثبت و تایید تراکنش‌ها را انجام دهد، کارمزدهای شبکه را دریافت و بین تمام کاربرانی که به او برای نمایندگی رای داده‌اند تقسیم می‌کند. با توجه به این‌که، اعتبارسنج به نیابت از کاربرانی که به او رای داده‌اند تراکنش‌ها را تایید و ثبت می‌کند، به این روش اثبات سهام نیابتی گفته می‌شود.

نودهای منتخب شبکه دائمی نیستند و انتخابات پس از مدت زمان معینی در شبکه تکرار می‌شود. این کار باعث می‌شود که کاربران دائم بتوانند بر نودهای منتخب نظارت کنند و در صورت لزوم، نماینده‌های جدیدی برای شبکه انتخاب کنند. البته در بسیاری از پروژه‌های اثبات سهام نیابتی عملا این اتفاق نمی‌افتد که یکی از ایرادات اصلی وارد به این روش است. تعداد نودهای اصلی اعتبارسنج معمولا بین 21 تا 100 نود است و در صورت آفلاین شدن یکی از نودهای اصلی، نود دیگری که بیشترین رای را پس از نودهای اصلی به خود اختصاص داده وارد شبکه می‌شود.

در صورتی که بیش از 66 درصد نودها به ثبت تراکنش رای دهند آن تراکنش تایید شده و به شبکه اضافه می‌شود. بنابراین بین 15 تا 60 کاربر برای تایید یک تراکنش در این روش لازم است. این تعداد کم اعتبارسنج‌ها سرعت شبکه را بالابرده باعث مقیاس‌پذیری آن می‌شود اما در عوض امنیت و غیرمتمرکز بودن شبکه را زیر سوال می‌برد. مصرف انرژی و کارمزد تراکنش‌ها نیز در این روش بسیار پایین است.

گواهی اثبات سهام استیجاری LPoS

الگوریتم اجماع «اثبات سهام استیجاری» (Leased Proof of Stake | LPoS) در سال 2016 و با ارائه شبکه «Waves» معرفی شد. در این الگوریتم، کاربران می‌توانند به عنوان نود در شبکه فعالیت کنند یا این‌که سکه‌های خود را در طی قراردادهایی قفل کنند و به سایر کاربران اجاره بدهند. این کار باعث می‌شود که با کاهش تعداد نودها، سرعت شبکه افزایش یابد و از طرفی، افرادی که امکانات یا علاقه کافی برای مشارکت در ثبت و تایید تراکنش‌ها ندارند، بتوانند از دارایی‌های خود کسب سود کنند. در این روش انتخاباتی وجود ندارد و تعداد نودهای مشخصی نیز از طرف شبکه مشخص نشده است بنابراین، امنیت و مرکزگریزی این شبکه بیشتر از اثبات سهام نیابتی است.