پروتکل اثبات سهام (PoS): راهکار سبز، سریع و امن در آینده فناوری بلاک‌چین

اثبات سهام (PoS) بر اساس مفهوم استیکینگ است که در آن کاربران توکن‌های خود را در قالب قرارداد هوشمند روی بلاک‌چین قفل می‌کنند. در ازای این اقدام، کاربران به عنوان اعتبارسنج (validator) فعالیت می‌کنند و وظیفه تایید تراکنش‌ها را بر عهده می‌گیرند. در نتیجه، این افراد پاداش‌هایی در قالب توکن‌های جدید دریافت می‌کنند.

در مقایسه با مکانیزم‌های دیگر مانند اثبات کار (PoW)، PoS فرآیندی کم‌مصرف‌تر و کارآمدتر است که به کاهش مصرف انرژی و افزایش سرعت تراکنش‌ها کمک می‌کند. این روش، به دلیل عدم نیاز به تجهیزات قدرتمند و مصرف بالای برق، توجه زیادی در بازار رمزارزها پیدا کرده است و در پروژه‌های مختلف از جمله اتریوم (Ethereum) و کاردانو (Cardano) به کار گرفته می‌شود.

آشنایی با مکانیزم اجماع اثبات سهام

در سپتامبر ۲۰۲۲، بلاک‌چین اتریوم (Ethereum) از مکانیزم اجماع اثبات‌کار (PoW) به اثبات‌سهام (PoS) تغییر یافت. این رویداد، که به‌طور رایج «مرج» (The Merge) نامیده می‌شود، توجه زیادی را به مکانیزم اثبات‌سهام جلب کرده است.

مکانیزم اثبات‌سهام، روشی متفاوت در تأیید صحت تراکنش‌ها و حفظ امنیت شبکه‌های بلاک‌چین است. در شبکه‌های مبتنی بر PoS، نودها با قفل‌کردن تعداد مشخصی از توکن‌های شبکه، فرصت ایجاد بلوک بعدی را به‌دست می‌آورند. نودهای منتخب، که به عنوان اعتبارسنج یا Validator شناخته می‌شوند، پاداش‌هایی به‌صورت توکن بومی شبکه، مانند اتر (ETH)، دریافت می‌کنند.

یکی از ویژگی‌های بارز شبکه‌های بلاک‌چین و رمزارزها، غیرمتمرکز بودن آن‌ها است؛ به این معنی که هیچ نهاد مالی یا سازمان مرکزی، مسئول نگهداری سوابق تراکنش‌ها و داده‌های شبکه نیست. در عوض، این کار از طریق مکانیزم اجماع انجام می‌شود که مجموعه‌ای از قواعد است و به نودها اجازه می‌دهد بر صحت تراکنش‌ها توافق کنند. پس از تأیید، تراکنش‌ها در قالب بلوک‌های جدید به زنجیره افزوده می‌شوند.

مکانیزم اجماع نقش حیاتی در تعیین معتبر بودن تراکنش‌ها دارد. در حال حاضر، دو مکانیزم رایج در بلاک‌چین‌ها، اثبات‌کار و اثبات‌سهام هستند.

در مکانیزم PoS، دارندگان توکن‌ها مقدار مشخصی از رمزارزهای خود را در قالب استیکینگ در قراردادهای هوشمند قفل می‌کنند. این فرآیند، که استیکینگ نام دارد، به آن‌ها اجازه می‌دهد تراکنش‌های جدید را تأیید و پاداش دریافت کنند. پاداش‌ها معمولاً به‌صورت توکن بومی شبکه، مانند کت‌کوین (کت‌کوین) یا شیبا اینو (شیبا اینو)، پرداخت می‌شود.

افرادی که مقدار مشخصی توکن را استیک می‌کنند، اعتبارسنج یا Validator می‌شوند. این اعتبارسنج‌ها به‌صورت تصادفی توسط شبکه برای تأیید بلوک‌ها انتخاب می‌شوند و در نتیجه، پاداش دریافت می‌کنند. برخلاف مکانیزم اثبات‌کار، که در آن رقابت بین شرکت‌کنندگان صورت می‌گیرد، در اثبات‌سهام انتخاب اعتبارسنج‌ها بر اساس میزان استیک، مدت زمان قفل‌بودن توکن‌ها و عوامل دیگر انجام می‌شود. این رویکرد، مصرف انرژی را کاهش داده و بهره‌وری را افزایش می‌دهد، از این رو در بسیاری از پروژه‌های نوظهور بلاک‌چین مورد استقبال قرار گرفته است.

نحوه عملکرد الگوریتم اثبات سهام

اثبات سهام (Proof-of-stake) بر پایه مفهوم استیکینگ استوار است، فرآیندی که در آن دارندگان توکن‌ها می‌توانند تعداد معینی از رمزارزهای خود را در قرارداد هوشمند شبکه قفل کرده و به عنوان نودهای اعتبارسنجی فعالیت کنند. در این سیستم، استیکینگ به معنای قفل کردن مقدار مشخصی از توکن‌ها در قرارداد هوشمندی است که در بلاک‌چین قرار دارد. در مقابل، کاربران به عنوان اعتبارسنج، وظیفه تأیید تراکنش‌ها را بر عهده گرفته و از این طریق پاداش دریافت می‌کنند.

استیکینگ، پایه و اساس تبدیل شدن به اعتبارسنج در شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام است. حداقل میزان توکن مورد نیاز برای استیکینگ و تبدیل شدن به اعتبارسنج در بلاک‌چین اتریوم، ۳۲ اتر (ETH) است. معمولاً تأیید بلوک‌ها توسط چند اعتبارسنج انجام می‌شود و فرآیند نهایی‌سازی زمانی کامل می‌شود که تعداد معینی از اعتبارسنج‌ها صحت بلوک را تأیید کنند.

در این سیستم، انتخاب اعتبارسنج‌ها به صورت تصادفی انجام می‌گیرد، اما اعتبارسنجانی که میزان استیکینگ بیشتری دارند، شانس بیشتری برای انتخاب شدن دارند. اعتبارسنج‌ها با تأیید صحیح تراکنش‌ها و افزودن بلوک‌های جدید به بلاک‌چین، کارمزد تراکنش‌ها را به عنوان پاداش دریافت می‌کنند. میزان این پاداش غالباً متناسب با حجم استیکینگ هر اعتبارسنج است.

در شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام (PoS)، دو روش رایج برای انتخاب تصادفی اعتبارسنج‌ها به کار گرفته می‌شود: انتخاب تصادفی بلوک و انتخاب بر اساس سن کوین. در روش انتخاب تصادفی بلوک، اعتبارسنج‌ها بر اساس ترکیبی از کمترین مقدار هش و بیشترین میزان استیکینگ انتخاب می‌شوند. در حالی که در روش بر اساس سن کوین، اعتبارسنج‌ها بر اساس مدت زمانی که توکن‌های خود را استیک کرده‌اند، گزینش می‌شوند. اغلب توکن‌های PoS از ترکیب این دو روش بهره می‌برند.

برای جلوگیری از فعالیت‌های مخرب مانند تأیید تراکنش‌های جعلی یا نادرست، اعتبارسنج‌ها با فرآیند «اسلشینگ» مجازات می‌شوند. در این فرآیند، بخشی از توکن‌های استیک شده آنان به صورت دائمی سوزانده می‌شود؛ یعنی به آدرس‌های نامعتبر و غیرقابل دسترسی ارسال می‌شود که دیگر نمی‌توان آنها را بازیابی کرد. این اقدام نقش مهمی در تضمین امنیت شبکه و جلوگیری از تقلب ایفا می‌کند.

مزایا و معایب روش اثبات سهام

اثبات سهام (Proof-of-Stake) مزایا و معایبی دارد که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌شود. این مکانیزم، نسبت به اثبات کار (Proof-of-Work) از مصرف انرژی کمتر و سرعت تراکنش بالاتری برخوردار است، اما در مقابل، ممکن است به تمرکزگرایی و کاهش امنیت در برخی موارد منجر شود.

از مزایای اثبات سهام می‌توان به صرفه‌جویی در مصرف برق و کاهش هزینه‌های عملیاتی اشاره کرد، که آن را گزینه‌ای جذاب برای پروژه‌های بلاک‌چین می‌سازد. همچنین، این سیستم امکان مشارکت گسترده‌تر کاربران در فرآیند تایید تراکنش‌ها را فراهم می‌کند، زیرا نیاز به تجهیزات قدرتمند و مصرف برق بالا ندارد.

در مقابل، یکی از چالش‌های اصلی این مکانیزم، احتمال تمرکزگری است، به‌خصوص اگر تعداد نودهای معتبر محدود باشد، که می‌تواند امنیت شبکه را تحت تاثیر قرار دهد. علاوه بر این، در صورت نوسانات شدید قیمت توکن‌های مرتبط، ممکن است خطر لیکوئید شدن مارجین و کاهش ثبات شبکه افزایش یابد.

مزایای سیستم اثبات سهام

شبکه‌های بلاک‌چین مبتنی بر الگوریتم اثبات کار (PoW)، مانند بیت‌کوین، نیازمند توان محاسباتی قابل توجه و مصرف بالای انرژی هستند. این موضوع در سال‌های اخیر نگرانی‌های زیست‌محیطی را به دنبال داشته است. در مقابل، الگوریتم اثبات سهام (PoS) با مصرف کم‌تر انرژی، پتانسیل ارائه راه‌حلی پایدارتر را دارد.

مصرف بالای انرژی در فرآیند ماینینگ رمزارزهای PoW می‌تواند بر سودآوری و توزیع جغرافیایی ماینینگ تأثیرگذار باشد. اغلب، فعالیت‌های ماینینگ در مناطقی که هزینه برق پایین‌تری دارند، سودآورتر است، و این موضوع به نوعی تمرکززدایی در ماینینگ رمزارزها را محدود می‌کند و منجر به تمرکز این فعالیت‌ها در مناطقی با برق ارزان و فراوان می‌شود.

شبکه‌های اثبات سهام (PoS) با مصرف کم انرژی، دموکراتیزه‌سازی فرآیند ماینینگ در بازار رمزارزها را امکان‌پذیر ساخته‌اند. در این نوع شبکه‌ها، نودها به صورت گسترده توزیع شده‌اند که این امر به افزایش امنیت و استحکام زنجیره بلوکی کمک می‌کند. برخلاف شبکه‌های اثبات کار (PoW)، دیگر نیاز به خرید تجهیزات ماینینگ گران‌قیمت یا صرف هزینه‌های زیاد برای برق نیست، چرا که هزینه برق در هر منطقه متفاوت است. در عوض، کاربران تنها با استیک کردن مقداری مشخص از توکن‌ها می‌توانند به عنوان اعتبارسنج فعالیت کنند.

یکی دیگر از مزایای شبکه‌های PoS، مقیاس‌پذیری بالای آن‌ها است. بر خلاف شبکه‌های PoW، زنجیره‌های بلوکی مبتنی بر اثبات سهام قادرند حجم بالایی از تراکنش‌های هم‌زمان را بدون کاهش سطح تمرکز و امنیت مدیریت کنند.

از جمله مزایای اثبات سهام می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: کاهش موانع ورود و نیازهای سخت‌افزاری کمتر که امکان مشارکت برای همگان را فراهم می‌کند؛ کاهش ریسک تمرکزگرایی، زیرا استیکینگ در این سیستم‌ها به صورت غیرمتمرکزتر انجام می‌شود و نودهای بیشتری در حفظ امنیت شبکه نقش دارند؛ وجود مجازات‌های اقتصادی شدید در صورت انجام فعالیت‌های مخرب که امنیت شبکه را افزایش می‌دهد؛ امنیت اقتصادی و رمزارزی بالاتر نسبت به مکانیزم اثبات کار؛ و در صورت وقوع حمله ۵۱ درصدی، امکان بازیابی اجتماعی شبکه وجود دارد.

معایب سیستم اثبات سهام

یکی از مهم‌ترین معایب مکانیزم اجماع اثبات سهام (PoS) در مقابل اثبات کار (PoW)، آسیب‌پذیری آن در برابر حملات امنیتی است که می‌تواند امنیت کلی شبکه بلاک‌چین را تهدید کند. در سیستم PoS، اگر فردی کنترل بیش از ۵۱ درصد از توکن‌های در گردش را در اختیار داشته باشد، قادر است فرآیند اعتبارسنجی تراکنش‌ها را دستکاری کند. این وضعیت نسبت به حمله ۵۱ درصد در شبکه‌های مبتنی بر PoW، که نیازمند کنترل بیش از نیمی از قدرت محاسباتی شبکه است، از نظر پیچیدگی ساده‌تر است.

همچنین، اثبات سهام هنوز مکانیزم نسبتاً جدیدی است و به اندازه PoW که بیش از ده سال است امنیت میلیارددلاری بلاک‌چین‌ها را تضمین می‌کند، به صورت جامع مورد ارزیابی قرار نگرفته است. یکی از نگرانی‌های اصلی در شبکه‌های PoS، تمرکز قدرت در دست validatorهای بزرگ است؛ چرا که افرادی که مقدار قابل توجهی از رمزارزهای شبکه را در اختیار دارند، احتمال بیشتری دارد که برای تولید بلوک‌های جدید و دریافت پاداش انتخاب شوند. این وضعیت می‌تواند منجر به تمرکز قدرت و کاهش سطح تمرکززدایی شبکه شده و امنیت و دموکراسی آن را تهدید کند، همچنین به تداوم نابرابری ثروت منجر شود.

امنیت شبکه در سیستم PoS به میزان رمزارزی که validatorها در اختیار دارند بستگی دارد. در صورت همکاری چندین validator، ممکن است شبکه بیشتر در معرض حملات قرار گیرد. یکی دیگر از چالش‌های نظری این مکانیزم، مشکل «nothing-at-stake» است؛ یعنی validatorها در صورت تولید چندین نسخه متفاوت از بلاک‌چین، کمترین ضرری متحمل می‌شوند و این امر می‌تواند منجر به تزلزل اجماع و امنیت شبکه شود، زیرا ممکن است یکی از این نسخه‌ها به عنوان نسخه «مورد قبول» شناخته شود.

مقایسه اثبات کار و اثبات سهام

در حوزه رمزارزها، الگوریتم‌های اثبات سهام (PoS) و اثبات کار (PoW) شباهت‌هایی دارند اما تفاوت‌های اساسی در نحوه عملکرد آن‌ها وجود دارد. در سیستم اثبات سهام، شرکت‌کنندگان که به عنوان اعتبارسنج‌ها (validator) شناخته می‌شوند، مقدار مشخصی از توکن‌های خود را در شبکه قفل می‌کنند. این فرآیند که به آن استیکینگ (staking) گفته می‌شود، فرصت انتخاب شدن برای اعتبارسنجی بلوک‌های جدید و کسب پاداش را فراهم می‌آورد. در این روند، انتخاب اعتبارسنج‌ها به صورت نسبی و با تأثیرگذاری عوامل تصادفی همراه است که در آن میزان استیک و مقداری به نام هَش‌والیو (hash value) نقش مهمی ایفا می‌کند.

در مقابل، در شبکه‌های اثبات کار، اعتبارسنج‌ها یا همان ماینرها، برای حل مسائل ریاضی پیچیده رقابت می‌کنند تا مجاز به اعتبارسنجی تراکنش‌ها شوند. بر خلاف اثبات سهام که در آن اعتبارسنج‌ها تنها کارمزد تراکنش‌ها را دریافت می‌کنند، ماینرهای شبکه‌های اثبات کار پاداش بلوک را در قالب کوین‌های جدید minted دریافت می‌کنند.

در کل، توکن‌های شبکه‌های اثبات سهام عمدتاً در زمان راه‌اندازی شبکه توزیع می‌شوند و پس از آن توکن جدیدی تولید نمی‌شود. اما در شبکه‌های اثبات کار، کوین‌های جدید به عنوان پاداش به ماینرها صادر می‌شود. جدول زیر تفاوت‌های کلیدی میان الگوریتم‌های اثبات سهام و اثبات کار را به صورت خلاصه نشان می‌دهد.

Proof-of-Stake	Proof-of-Work
Block creators are called validators	Block creators are called miners
Staking is necessary for a network participant to become a validator	One needs sophisticated mining equipment and a constant supply of energy to become a miner
Energy efficient	Highly energy intensive
Better scalability capabilities	Limited in terms of scalability
Vulnerable to security attacks such as 51% attacks-network is secured by the value of tokens	Network is secured by computing power
Validators receive transactions fees as rewards	Miners receive block rewards

رمزارزهای برتر مبتنی بر اثبات سهام

پروتکل اثبات سهام (PoS) در فضای رمزارز به سرعت در حال گسترش است و جایگاه قابل توجهی در میان ارزهای دیجیتال پیدا می‌کند. از جمله محبوب‌ترین رمزارزهای مبتنی بر این فناوری می‌توان به کاردانو (ADA)، سولانا (SOL)، پالیگان (MATIC)، تون‌کوین (TON) و الگوراند (ALGO) اشاره کرد. این مدل اجماع، به دلیل صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش نیاز به سخت‌افزارهای قدرتمند، توجه بسیاری از توسعه‌دهندگان و سرمایه‌گذاران را جلب کرده است. با افزایش استفاده از PoS، انتظار می‌رود نقش آن در آینده بازار رمزارزها پررنگ‌تر شود.

نتیجه نهایی

الگوریتم اثبات سهام (PoS) یکی از مکانیزم‌های اجماع است که توسط شبکه‌های بلاک‌چین برای تایید تراکنش‌های رمزارز به کار می‌رود. این فناوری در سال ۲۰۱۱ در یک پست در فروم‌های تخصصی مطرح شد تا نقاط ضعف اثبات کار (PoW) در بیت‌کوین، به‌ویژه مصرف بالای انرژی و آسیب‌های زیست‌محیطی، برطرف گردد. اولین رمزارز دیجیتال که از PoS بهره‌مند شد، Peercoin در سال ۲۰۱۲ بود. از آن زمان، این مکانیزم به طور چشمگیری توسعه یافته و اکنون در بسیاری از بزرگ‌ترین و سریع‌ترین در حال رشد ارزهای دیجیتال به کار می‌رود.

بحث درباره برتری PoS نسبت به PoW هنوز در محافل فعالان حوزه رمزارزها داغ است. با این حال، مزیت‌های مهمی مانند مصرف کمتر انرژی و امکان مشارکت آسان‌تر افراد در فرآیند اعتبارسنجی، PoS را به گزینه‌ای جذاب برای توسعه فناوری بلاک‌چین تبدیل کرده است.

منبع: کریپتو.نیوز