الگوریتم اثبات سهام چیست و ارزهای دیجیتال الگوریتم اجماع POS کدامند؟

الگوریتم اثبات سهام چیست؟ proof of stake چگونه کار می‌کند؟ مزایا و معایب الگوریتم اجماع اثبات سهام چه مواردی است؟ POS با اثبات کار (POW) چه تفاوت هایی دارد؟

شبکه های بلاکچینی به دلیل سازوکار همتا به همتای سرورهای خود، دارای چارچوب غیر متمرکزی هستند که توسط کاربران کنترل و مدیریت می‌شوند. کنترل و فعالیت کاربران در این شبکه‌ها باید در چارچوب قوانین مشخصی اجرا شود تا هرج و مرج و بی نظمی در این شبکه‌ها اتفاق نیافتد. این چارچوب‌ها تحت عنوان الگوریتم های اجماع (consensus algorithms) در شبکه‌های بلاک چینی اجرا می‌شوند.

یکی از الگوریتم‌های اجماع پرطرفدار در دنیای بلاک چین، الگوریتم اجماع اثبات سهام (proof of stake) است. این الگوریتم برای حل مشکلات الگوریتم اثبات کار ایجاد شده است. در این مقاله قصد داریم تا همه چیز درمورد الگوریتم اثبات سهام (pos) را به صورت کامل بررسی کنیم.

بیشتر بخوانید: الگوریتم اجماع چیست به زبان ساده

الگوریتم اثبات سهام چیست؟

اثبات سهام (proof of stake) یکی از پرکاربردترین الگوریتم های اجماع در شبکه‌های بلاکچینی است که برای پردازش تراکنش‌ها و ایجاد بلوک جدید مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی الگوریتم proof of stake به گونه‌ایست که دیگر نیازی به حل معادلات پیچیده ریاضی ندارد و کاربران از طریق خرید کوین بومی شبکه و استیک آن می‌توانند در شبکه مشارکت داشته باشند.

استیک (stake) فرآیندیست که در آن کاربران کوین‌های بومی یک شبکه را به آدرس‌های مشخصی منتقل می‌کنند. این آدرس‌ها، کوین‌های کاربران را در مدت زمان‌های مشخصی قفل می‌کنند. نودهایی که در الگوریتم proof of stake به صورت داوطلبانه در پردازش شبکه مشارکت می‌کنند، validator یا اعتبارسنج نام دارند. اعتبارسنج‌ها با قفل کردن دارایی‌های خود در آدرس‌های مشخص، آمادگی خود را برای پردازش تراکنش‌ها اعلام می‌کنند.

بلاک چین، تراکنش‌های انجام شده را به صورت رندوم یا تصادفی در بین اعتبارسنج‌ها توزیع می‌کند. آن‌ها با بررسی و پردازش تراکنش، آن را در بلاک چین ثبت می‌کنند و به ازای فعالیت‌های خود، پاداش معینی دریافت می‌نمایند. اولین بار الگوریتم اثبات سهام در سال 2013 و در بلاک چین peercoin مورد استفاده قرار گرفت. اسکات نادال (Scott Nadal) و سانی کینگ (Sunny King) سازندگان این الگوریتم هستند.

آن‌ها در سال 2012 این الگوریتم‎‌ها را با هدف حل مشکلات الگوریتم اثبات کار به دنیای کریپتوکارنسی معرفی کردند. به گفته کینگ و نادال، زمانی که شبکه بلاک چینی توسعه پیدا می‌کند و تعداد کاربران آن بیشتر می‌شود، الگوریتم اثبات کار عملکرد ضعیفی از خود نشان می‌دهد و مقیاس پذیری پایینی را در شبکه ثبت می‌نماید. بنابراین باید از الگوریتمی استفاده کرد که در آن کاربران بتوانند علاوه بر سرمایه گذاری، در پردازش شبکه نیز مشارکت داشته باشند.

الگوریتم اثبات سهام چگونه کار می‌کند؟

همان‌طور که اشاره شد، در شبکه‌های پیرو الگوریتم اثبات سهام (pos)، نودها برای آن که بتوانند به عنوان اعتبارسنج در شبکه فعالیت کنند؛ باید کوین‌های بومی شبکه را خریداری و در آدرس‌های مشخصی استیک کنند. استیک کوین‌ها بدین صورت است که شبکه برطبق قراردادهای هوشمند مشخصی، کوین‌های افراد را در آدرس‌های معینی ارسال می‌کند. این آدرس‌ها بدین منظور ساخته شده تا اعتبارسنج‌ها برای تضمین عملکرد مناسب، مقداری از دارایی‌های خود را به عنوان وثیقه در آنجا قرار دهند.

معمولا هر شبکه حداقل تعداد کوین را برای اعتبارسنج‌ها در نظر می‌گیرد. اگر کاربری حداقل مقدار کوین تعیین شده توسط شبکه را نتواند خریداری کند؛ می‌تواند با هر مقدار سرمایه‌ای، از طریق استخرهای استیکینگ، صرافی‌ها و کیف پول‌ها، دارایی‌های خود را به اعتبارسنج‌های شبکه واگذار کند و در ازای آن، سود مشخصی به دست آورد. 

زمانی که یک تراکنش در شبکه انجام می‌شود، تراکنش‌ها به صورت تصادفی در بین اعتبارسنج‌ها توزیع می‌شوند. اعتبارسنج‌ها باید سیستم خود را به صورت 24 ساعته در شبکه آنلاین قرار دهند تا به محض دریافت یک تراکنش، بتوانند آن را به سرعت پردازش کنند.

زمانی که یک اعتبارسنج وظایف خود را به درستی انجام ندهد و یا یک تراکنش غلط را در شبکه ثبت کند، توسط قراردادهای هوشمند تنظیم شده در شبکه شناسایی و جریمه می‌شود. جریمه یک اعتبارسنج از طریق کوین‌های استیک شده پرداخت می‌شود. علاوه بر قراردادهای هوشمند، سایر نودها و اعتبارسنج‌ها می‌توانند عملکرد یکدیگر را زیرنظر بگیرند و در صورت انجام یک تخلف، آن را به قراردادهای هوشمند گزارش دهند و پاداش دریافت کنند.

مقایسه الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام

الگوریتم اثبات کار (proof of work) یکی از انواع الگوریتم اجماع است که اولین بار در شبکه بیت کوین اجرا شد. بر طبق این الگوریتم کاربران برای آن که بتوانند در پردازش تراکنش‌ها شرکت کنند، باید دستگاه‌های پردازشگر خود را به شبکه وصل نمایند تا به کمک آن تراکنش‌ها پردازش و در بلاک چین ثبت شوند.

گرچه این الگوریتم بسیار ایمن است و اجازه نفوذ هکرها و خرابکاران را به شبکه نمی‌دهد؛ اما به دلیل مصرف بالای انرژی و مشکلات زیست محیطی، مخالفان زیادی دارد. اثبات سهام با هدف حل مشکلات الگوریتم اثبات کار ایجاد شد. این دو الگوریتم سازوکارهای کاملا متفاوتی دارند. تفاوت‌های این الگوریتم‌ها به صورت خلاصه موارد زیر هستند:

• در الگوریتم proof of work، نودها باید با حل معادلات پیچیده ریاضی، که از توابع هش ایجاد می‌شوند، بتوانند هش بلاک را ایجاد کرده و از شبکه پاداش بگیرند. در مقابل در الگوریتم proof of stake کاربران باید با خرید کوین بومی شبکه و قفل کردن آن در آدرس‌های مشخصی، در پردازش شبکه مشارکت کنند. در این روش دیگر خبری از معادلات پیچیده ریاضی نیست و کاربران دیگر به دستگاه‌های ماینر نیازی ندارند.
• مهم ترین تفاوت این دو الگوریتم در میزان مصرف انرژی است. دستگاه‌های ماینر مقدار برق مصرفی بسیار زیادی دارند. به همین دلیل باعث مشکلات محیط زیستی می‌شوند. اما در الگوریتم اثبات سهام، مقدار مصرف انرژی برای پردازش اطلاعات بسیار پایین است و کاربران نیازی به دستگاه‌های پردازشی ندارند.
• نودها برای مشارکت در شبکه‌های الگوریتم PoW باید سرمایه زیادی داشته باشند. در حال حاضر اکثر شبکه‌های پیرو الگوریتم اثبات کار مانند بیت کوین، لایت کوین، دوج کوین و غیره سختی شبکه بالایی دارند و نودها باید دستگاه‌های پردازشی قدرتمندی خریداری کنند. خرید این دستگاه‌ها نیازمند سرمایه زیادی است و به همین دلیل با بزرگ شدن این بلاک چین‌ها، تعداد نودهای شبکه کم می‌شوند. در مقابل در شبکه‌های پیرو الگوریتم PoS افراد با سرمایه بسیار پایین نیز می‌توانند در پردازش شبکه مشارکت کنند و سودهای مشخصی دریافت نمایند.
• در الگوریتم proof of work، بحث رقابت بین نودها بسیار شدید است. هر نودی که بتواند با سرعت پردازشی بالاتر هش بلاک را ایجاد کند، پاداش دریافت می‌نماید. این رقابت در الگوریتم اثبات سهام (pos) وجود ندارد و نودها به صورت تصادفی به پردازش اطلاعات می‌پردازند.

کدام ارزهای دیجیتال از الگوریتم اثبات سهام استفاده می‌کنند؟

1. اتریوم (ethereum)
   شبکه اتریوم بعد از بیت کوین، بزرگترین ارز دیجیتال دنیای کریپتوکارنسی است. این شبکه در ابتدا از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کرد؛ اما به دلیل بروز مشکلاتی مانند مقیاس پذیری پایین و مصرف انرژی زیاد، الگوریتم اجماع خود را به گواه اثبات سهام تغییر داد. تغییر الگوریتم اجماع در شبکه اتریوم باعث شد تا بسیاری از پروژه‌ها به استفاده از الگوریتم proof of stake علاقه مند شوند.
2. سولانا (solana)
   سولانا یک شبکه بلاک چینی متن باز است که قصد دارد بستری مناسب برای توسعه برنامه‌های غیر متمرکز (DApp) ایجاد کند. این شبکه با استفاده از الگوریتم proof of stake و proof of history قصد دارد مقیاس پذیری بالایی را در پروتکل خود ایجاد کند.
3. بایننس کوین (binance coin)
   بایننس کوین، کوین بومی بلاک چین بایننس اسمارت چین است. این بلاکچین محصول صرافی بایننس، بزرگترین صرافی حال حاضر بازار کریپتوکارنسی است. شرکت بایننس در این شبکه محصولات خود را به کاربران ارائه می‌کند. این بلاک چین از همان ابتدا از الگوریتم PoS پیروی می‌کرد.
4. کاردانو (cardano)
   کاردانو، یک پروتکل متن باز و بلاک چین نسل سوم است که قصد دارد بستری را برای توسعه و ساخت قراردادهای هوشمند فراهم آورد. الگوریتم اجماع این شبکه اثبات سهام است و در حال حاضر یکی از رقیبان مهم شبکه اتریوم به حساب می‌آید.
5. ترون (tron)
   از دیگر شبکه‌های محبوب دنیای کریپتوکارنسی، ترون است. ترون یک بلاکچین غیرمتمرکز برای اشتراک فایل ها و انواع محتوا است. این شبکه برای ایجاد مقیاس پذیری بالا از الگوریتم proof of stake استفاده می‌کند.

علاوه بر ارزهای ذکر شده، رمز ارزهای تن کوین (toncoin)، پالیگان (polygon)، پولکادات (polkadot) و آوالانچ (avalanche) از الگوریتم proof of stake استفاده می‌کنند. با توجه به مصرف پایین انرژی در این الگوریتم، بسیاری از پروژه‌های جدید دنیای کریپتوکارنسی از آن استفاده می‌کنند.

مزایای الگوریتم اجماع اثبات سهام (proof of stake)

• مصرف انرژی در این الگوریتم بسیار پایین است.
  در الگوریتم proof of stake نودها تنها با خرید و استیک توکن بومی شبکه، می‌توانند در پردازش تراکنش‌ها مشارکت کنند. در این الگوریتم نودها دیگر نیازی به دستگاه‌های پردازشی قدرتمند ندارند و در نتیجه میزان برق و انرژی مصرفی آن‌ها بسیار کم است.
• تراکنش‌های شبکه سریع و ارزان ثبت می‌شوند.
  به دلیل ساده بودن فرآیند اثبات سهام، کاربران زیادی تمایل دارند در پردازش اطلاعات شبکه شرکت و کسب سود کنند. این موضوع باعث می‌شود تا تعداد نودهای فعال برای پردازش شبکه افزایش یابد و تراکنش‌ها با سرعت بالاتر و کارمزد کمتری در بلاکچین ثبت شوند.
• امکان اجرای مکانیزم رای گیری در شبکه فراهم می‌شود.
  اکوسیستم‌ها و پروژه‌هایی که از الگوریتم proof of stake استفاده می‌کنند؛ می‌توانند سیستم حاکمیت و رای گیری را در شبکه خود اعمال کنند. کاربران با داشتن توکن بومی یک پروژه، علاوه بر شرکت در فرآیند استیکینگ، می‌توانند در رای گیری و نظرسنجی‌های پروژه شرکت کرده و حق رای داشته باشند.
• احتمال حمله 51 درصدی بسیار کم است.
  با وجود الگوریتم PoS، احتمال حمله 51 درصدی به شبکه تقریبا غیرممکن است. اگر گروهی از خرابکاران بخواهند به یک پروژه، که از الگوریتم اثبات سهام (pos) استفاده می‌کند حمله کنند، ناچار هستند بخش زیادی از توکن‌های بومی شبکه را خریداری نمایند. خرید 51 درصد از توکن‌های شبکه به سرمایه زیادی نیاز دارد. علاوه بر این، بعد از آن که کاربران متوجه حمله 51 درصدی شوند، توکن‌های خود را به فروش می‌رسانند و قیمت این ارزها به شدت کاهش پیدا می‌کند. موضوعی که باعث می‌شود تا خرابکاران بیشتر ضرر را متحمل شوند.

معایب الگوریتم اثبات سهام (POS)

• پاداش شبکه به میزان سرمایه کاربران وابسته است.
  در الگوریتم اثبات سهام، هرچه کاربران سرمایه بیشتری در شبکه قفل یا استیک کنند، پاداش بیشتری دریافت می‌کنند. این موضوع نشان می‌دهد که توزیع پاداش به صورت ناعادلانه انجام می‌شود و هرچه کاربر ثروتمندتر باشد، تاثیر بیشتری در شبکه می‌گذارد.
• با حمله هکرها، دارایی کاربران در معرض سرقت قرار می‌گیرد.
  اگر هکرها بتوانند به پروتکل یا بلاکچین شبکه نفوذ پیدا کنند؛ می‌توانند دارایی‌های قفل شده کاربران را به سرقت ببرند. در واقع چون در الگوریتم اثبات سهام کاربر آدرس ارز دیجیتال شبکه را قفل می‌کند، هکر می‌تواند با نفوذ به بلاکچین دارایی افراد را به سرقت ببرد.
• نودها مجبور هستند دارایی‌های خود را در مدت زمان طولانی استیک کنند.
  معمولا شبکه‌ها یک مدت زمان طولانی برای استیک ارزهای دیجیتال در نظر می‌گیرند تا نودها بتوانند تراکنش‌ها را تایید و ثبت نمایند. در این شرایط اگر قیمت ارز دیجیتال شبکه کاهش یابد، نودهایی که کوین خود را استیک کردند؛ متضرر می‌شوند و نمی‌توانند دارایی‌های خود را به سرعت به فروش برسانند.