الگوریتم اثبات سهام (Proof Of Stake) چیست و چه مزایا و معایبی دارد؟

با پیشرفت تکنولوژی، بلاک‌چین‌ها به عنوان یکی از ابزارهای کلیدی برای ثبت و تأیید تراکنش‌ها در شبکه دیجیتال به چشم آمدند. اما با گذشت زمان، مشکلاتی مانند مصرف انرژی بالا و پیچیدگی الگوریتم‌های اجماع به چشم می‌خورد. به همین دلیل، الگوریتم اثبات سهام (PoS) به عنوان یک روش نوین و کارآمد برای ایجاد اجماع در بلاک‌چین‌ها مطرح شده است. اما این الگوریتم چیست و چه مزایا و معایبی نسبت به الگوریتم اثبات کار (PoW) دارد؟

الگوریتم اثبات سهام و کاربرد آن در بلاکچین‌ها

با ورود الگوریتم اثبات سهام، نیاز به محاسبات پر انرژی که در الگوریتم‌های اثبات کار وجود دارد، از بین می‌رود. در PoS، اعتبار یک شخص یا گروه بر اساس میزان سهامی که در دست دارند، تعیین می‌شود. به این ترتیب، افرادی که بیشترین میزان سهام را در اختیار دارند، بیشترین نفوذ و تأثیر را در فرایند اجماع خواهند داشت. این مکانیسم، از نظر بسیاری از افراد به عنوان یک روش منطقی و عادلانه برای اجماع در بلاک‌چین‌ها مورد استقبال قرار گرفته است.

الگوریتم‌های PoS، با اینکه به طور کلی جدید هستند، اما توانسته‌اند در برخی از پروژه‌های بلاک‌چین، موفقیت‌آمیز باشند. از جمله مهمترین مزایای آن‌ها می‌توان به کاهش مصرف انرژی و افزایش کارایی اشاره کرد. برخی از بلاک‌چین‌های معروف که از این الگوریتم استفاده می‌کنند، اتریوم 2.0 و کاردانو (Cardano) می‌باشند.

با پیشروی و توسعه الگوریتم اثبات سهام، می‌توان انتظار داشت که عملکرد بلاک‌چین‌ها بهبود پیدا می‌کند، در حالی که هزینه‌های مربوط به تأیید تراکنش‌ها و مدیریت شبکه را به حداقل می‌رسانند.

مزایای PoS در مقابل اثبات کار

مقایسه الگوریتم اثبات سهام (PoS) و الگوریتم اثبات کار (PoW) از دو منظر اصلی، یعنی امنیت و بهره‌وری انرژی، نشان می‌دهد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.

یکی از مزایای اصلی الگوریتم PoS نسبت به PoW، کاهش مصرف انرژی است. در PoW، ماینرها برای حل پازل‌های پیچیده ریاضی از توان محاسباتی بالا و در نتیجه انرژی زیادی استفاده می‌کنند. این مصرف انرژی بالا باعث ایجاد نگرانی‌های زیست محیطی شده و به دنبال آن، تلاش برای جایگزینی با رویکردهای کم انرژی‌تر مانند PoS شد. در  الگوریتم اثبات سهام، به جای ماینرها، اعتبارسنج‌ها (Validators) بر اساس مقدار سهامی که در دست دارند، تعیین کننده اعتبار هستند. این موضوع باعث می‌شود که نیازی به توان محاسباتی زیاد و مصرف انرژی برای استخراج بلوک‌ها نباشد، که بهبود قابل توجهی در بهره‌وری انرژی به دنبال دارد.

در مقایسه امنیت باید گفت PoW به دلیل نیاز به انرژی بالا و هزینه سخت‌افزاری برای حل پازل‌ها، به عنوان یک روش تضمین امنیت برای بلاک‌چین‌ها شناخته شده است. این الگوریتم توانایی مقابله با حملات ۵۱ درصدی و سایر حملات امنیتی را دارد. در عوض، الگوریتم اثبات سهام با اعتماد به سهامداران برای تصویب تراکنش‌ها و تولید بلوک‌ها، بر اساس میزان سهامی که در دست دارند، امنیت شبکه را تصمین می‌کند.

با این وجود، الگوریتم اثبات سهام همچنان به عنوان یک روش نوین و کارآمد برای اجماع در بلاک‌چین‌ها شناخته می‌شود که می‌تواند در مواجهه با مسائل محیطی و بهره‌وری انرژی، گزینه‌ای مناسب باشد. از طرف دیگر، PoW همچنان در بلاک‌چین‌هایی که به امنیت بالا و استقلالیت قوی نیاز دارند، به عنوان یک استاندارد برای اجماع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تفاوت PoS و PoW در چیست؟

معایب اثبات سهام

انتقال یک شبکه ارز دیجیتال از الگوریتم اثبات کار به الگوریتم اثبات سهام یک فرآیند پیچیده و حساس است که به تحقیق و توسعه دقیق نیاز دارد. این فرآیند به عنوان ادغام شناخته می‌شود و نیازمند یک برنامه‌ریزی دقیق برای اطمینان از یکپارچگی بلاکچین از ابتدا تا انتها و فراتر از آن است.

الگوریتم اثبات سهام، با وجود مزایای بسیار زیاد، معیابی هم دارد. یکی از این معایب، آسیب‌پذیری بیشتر زنجیره‌های بلوکی نسبت به انواع مختلف حملات است. به طور مثال، حملات رشوه‌ای کم‌هزینه ممکن است به زنجیره‌های بلوکی اثبات سهام آسیب بزنند. علاوه بر این، در صورت وقوع فورک در زنجیره بلوکی، ایجاد دو فورک زنجیره‌ها بدون مانع است که این موضوع می‌تواند به اختلالات جدی در شبکه منجر شود.

همچنین، اعتبارسنج‌هایی که مقادیر زیادی از توکن یا ارز دیجیتال را در اختیار دارند، می‌توانند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد الگوریتم اثبات سهام داشته باشند. این امر باعث شده تا برخی از تحلیل‌گران و افرادی که نسبت به این الگوریتم انتقاد می‌کنند، این روش را به نفع ثروتمندان و دارندگان بیشترین میزان ارز دیجیتال بدانند. از طرفی، برای شروع استیکینگ، نیاز به سرمایه‌گذاری قابل توجهی برای تهیه توکن بومی بلاکچین و استیک کردن آن است که برای بسیاری از افراد دسترسی سختی دارند و موجب می‌شود تا فرآیند مشارکت در شبکه سخت‌تر و پیچیده‌تر شود.

با این وجود، با توجه به مزایای کاهش مصرف انرژی و سادگی فرآیند استخراج بلوک‌ها، الگوریتم اثبات سهام همچنان به عنوان یک روش جذاب برای اجماع در بلاک‌چین‌ها مطرح است، اما انتقال از یک الگوریتم به دیگری نیازمند برنامه‌ریزی دقیق و توجه به موارد فنی و امنیتی است.

دیفای 2 چیست؟

انواع الگوریتم PoS

الگوریتم‌های اثبات سهام (PoS) به عنوان روش‌هایی برای تأیید تراکنش‌ها و ایجاد اجماع در شبکه‌های بلاک‌چین استفاده می‌شوند. توسعه دهندگان به دنبال ارائه روش‌هایی متناسب با موارد خاص هر بلاکچین برای ایجاد مکانیسم‌های جدیدی مانند اثبات ظرفیت هستند. در الگوریتم‌های اثبات سهام، تغییرات مختلفی اتفاق افتاده است که هدف آن‌ها افزایش مقیاس پذیری و سرعت شبکه‌ها بوده است. برخی از انواع الگوریتم اثبات سهام به شرح زیر هستند:

1- اثبات سهام واگذار شده یا غیرمتمرکز (Delegated)

یکی از انواع الگوریتم اثبات سهام، الگوریتم اثبات سهام واگذار شده یا غیرمتمرکز است که با نام Delegated Proof of Stake یا به اختصار DPoS شناخته می‌شود. در این الگوریتم، کاربران نمایندگانی را برای اعتبارسنجی بلوک بعدی انتخاب می‌کنند. نمایندگان با ادغام توکن‌های خود در یک استخر و پیوند دادن آن‌ها به یک نماینده خاص، به عنوان تولید کنندگان بلوک شناخته می‌شوند.

این نمایندگان، شاهد یا تولید کننده بلوک هستند. پاداش استخراج بلوک به کاربرانی که توکن‌های خود را در استخر یک نماینده سپرده کرده‌اند، بر اساس سهم هر کاربر به اشتراک گذاشته می‌شود. این الگوریتم اولین ‌بار در سال ۲۰۱۴ توسط دانیل لاریمر (Dan Larimer) مهندس بلاکچین و مدیر ارشد فناوری EOS به عنوان گام بعدی در بروزرسانی الگوریتم اثبات سهام توسعه یافت و اکنون در بلاکچین‌هایی مانند Cardano، EOS و TRON استفاده می‌شود.

مزایای DPoS شامل این است که این الگوریتم به شبکه اجازه می‌دهد تا سریع‌تر به اجماع برسد و با انتخاب فردی برای تایید بلوک بعدی، از یک گروه متنوع‌تری از افراد برای شرکت در این فرآیند استفاده می‌کند. همچنین، با توجه به تعداد محدودی اعتبارسنج، DPoS به شبکه اجازه می‌دهد تا سریع‌تر به اجماع برسد. با این حال، در مورد معایب این الگوریتم باید گفت که اعتبارسنج‌هایی که مقادیر زیادی از توکن‌ها را در اختیار دارند، ممکن است تأثیر زیادی بر عملکرد الگوریتم داشته باشند و همچنین لازم به ذکر است که استیکینگ، نیاز به سرمایه‌گذاری قابل توجهی برای تهیه توکن بومی بلاکچین دارد که برای برخی از افراد در دسترس نیست.

2- اثبات سهام مایع (Liquid Proof of Stake)

الگوریتم اثبات سهام مایع یا Liquid Proof of Stake (LPoS) یک الگوریتم اجماع است که توسط برخی از بلاکچین‌ها برای تأیید تراکنش‌ها و ایجاد اجماع در شبکه‌های خود استفاده می‌شود. در LPoS، افرادی که توکن‌ها را دریافت می‌کنند، می‌توانند حق رای خود را به نمایندگانی بدهند. اما با این وجود، آن‌ها هنوز هم مالکیت توکن‌های خود را حفظ می‌کنند. به عبارت دیگر، در LPoS، دارندگان توکن می‌توانند مستقیماً یا غیرمستقیم با واگذاری حق رای خود در فرآیند رأی‌گیری شرکت کنند.

یکی از ویژگی‌های بارز LPoS این است که هر کسی می‌تواند به عنوان اعتباردهنده در رای‌گیری شرکت کند، زیرا این الگوریتم به دارندگان توکن‌ها این امکان را می‌دهد که حق رای خود واگذار کنند. از آنجا که دریافت کنندگان حق رای به راحتی تغییر می‌کنند، به افراد این امکان را می‌دهد که به راحتی دریافت کننده‌ای که رای خود را روی آن قرار داده‌اند، تغییر دهند. به این ترتیب، دارندگان توکن می‌توانند به سرعت در به‌روزرسانی‌ها شرکت‌کنند و ژتون‌های آنها قفل نمی‌شود.

LPoS  امکانات زیادی برای شرکت‌کنندگان در رای‌گیری دارد، زیرا آن‌ها می‌توانند به راحتی و بدون از دست دادن مالکیت توکن‌های خود، در فرآیند اجماع و رأی‌گیری شرکت کنند. این الگوریتم نشان دهنده تلاش توسعه‌دهندگان برای ارائه روش‌هایی انعطاف‌پذیرتر و موثرتر برای ایجاد اجماع در بلاکچین‌هاست.

3- اثبات سهام اوراق بهادار (Bonded Proof of Stake)

اثبات سهام اوراق بهادار یا Bonded Proof of Stake (BPoS) الگوریتمی است که در برخی از بلاکچین‌ها برای ایجاد اجماع و تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌شود. این الگوریتم مشابه با LPoS عمل می‌کند، زیرا به دارندگان توکن اجازه می‌دهد حق رای خود را تفویض کنند و توکن‌ها غیرحضانتی هستند، یعنی دارندگان توکن می‌توانند صرف نظر از سهام خود در فرآیند رای‌گیری شرکت کنند.

تفاوت کلیدی BPoS با LPoS در این است که در صورت بروز نقص امنیتی یا عملکرد نادرست یکی از نمایندگان، بخشی از سهام اعتباردهندگان و نمایندگان از دست می‌رود. به عبارت دیگر، اگر یک نماینده عملکرد مناسبی نداشته باشد و مثلاً در فعالیت‌هایی مخفیانه شرکت کند، بخشی از سهام خود را از دست می‌دهد. این موضوع برای تضمین امنیت و اعتبار سیستم، اهمیت زیادی دارد و اعتبار این الگوریتم را در ایجاد اجماع و حفظ امنیت بلاکچین بهبود می‌بخشد.

در کل، BpoS همانند LPoS امکاناتی را برای شرکت‌کنندگان در فرآیند رای‌گیری فراهم می‌کند، با این تفاوت که در مواجهه با عملکرد نادرست یکی از نمایندگان، اعتبار سهام او کاهش پیدا می‌کند. این الگوریتم به دارندگان توکن اعتماد بیشتری به امنیت و پایداری بلاکچین خود می‌دهد و سیستم را از حملات و فعالیت‌های نامناسب محافظت می‌کند.

4- اثبات سهام نامزد (Nominated Proof of Stake)

الگوریتم اثبات سهام نامزد یا Nominated Proof of Stake (NPoS) یک مدل اجماعی است که توسط پروژه Polkadot ارائه شد و با سایر الگوریتم‌های اجماع اثبات سهام تفاوت‌های مهمی دارد. در این الگوریتم، اعتبارسنج‌ها به طور خودکار انتخاب می‌شوند، اما برای اینکه بتوانند در فرآیند انتخاب نماینده شرکت داشته باشند، باید ابتدا اعتبار و اعتماد خود را در جامعه ثابت کنند.

اعتبارسنج‌های NPoS با ارائه هزینه‌های کمتری برای تراکنش‌ها و رای‌گیری به نفع جامعه، شهرت و اعتبار برای خود فراهم می‌کنند. آن‌ها همچنین موظفند توکن‌های بومی شبکه را به اشتراک بگذارند و در صورت عدم پایبندی به پروتکل، توکن‌های خود را از دست می‌دهند. اعتباردهنده‌ها یا نامگذارها (Nominators) اعتبارسنج را انتخاب کرده و با قفل کردن توکن‌های خود از آن پشتیبانی می‌کنند.

یکی از تفاوت‌های اساسی NPoS با DPoS این است که اگر یک نامگذار با یک اعتبارسنج نامناسب همکاری کند، ممکن است سهام خود را از دست بدهد. اعتبارسنج‌ها نیز به دلیل محدودیت‌های حاکمیت پروتکل از نظر تعداد، مانند دیگر الگوریتم‌های اثبات سهام، بر اساس مقدار سهمشان در شبکه انتخاب می‌شوند.

به طور کلی این الگوریتم با استفاده از تئوری بازی و تئوری انتخاب (تئوری بازی یک روش است که از مدل‌های ریاضی برای پیش بینی نتایج احتمالی استفاده می‌کند)، امکان ایجاد نمایندگان و اجماع در بلاکچین را بهبود می‌بخشد و در پروژه‌هایی مانند پولکادات که از زیرساخت متعددی تشکیل شده‌اند، کاربردهای زیادی دارد.

5- اثبات سهام ترکیبی (Hybrid Proof of Stake)

الگوریتم اثبات سهام ترکیبی یا Hybrid Proof of Stake (HPoS) یک مدل ترکیبی از Proof of Work و Proof of Stake است که در آن دو مکانیسم با هم ترکیب شده‌اند تا امنیت و عملکرد شبکه را بهبود بخشند. در این الگوریتم، هم ماینرها و هم اعتبارسنج‌ها در فرآیند تأیید تراکنش‌ها و تولید بلوک‌های جدید استفاده می‌کند.

در این الگوریتم، ماینرها بلوک‌های جدید را تولید می‌کنند و با حل مسائل ریاضی پیچیده، بلوک‌های جدید را به زنجیره اصلی اضافه خواهند کرد. اعتبارسنج‌ها در این الگوریتم نقش اعتبار و تأیید بلوک‌ها را بر عهده دارند و با رأی‌گیری در مورد اعتبار بلوک‌ها، به امنیت و قابلیت اطمینان شبکه کمک می‌کنند.

این ترکیب از دو مکانیسم به شبکه امکان می‌دهد تا از مزایای هر دو استفاده کند. از یک سو، Proof of Work برای ایجاد امنیت بیشتر و از سوی دیگر، Proof of Stake برای افزایش سرعت و بهره‌وری در تأیید تراکنش‌ها. این الگوریتم ترکیبی قابلیت مقاومت در برابر حملات و افزایش توانایی شبکه را به همراه دارد.

6- اثبات اقتدار سهامدار (Proof of Stake Authority)

اثبات اقتدار سهامدار یا Proof of Stake Authority (PoSA) یک مکانیسم اجماع است که از ترکیب Proof of Authority (PoA) و Proof of Stake (PoS) استفاده می‌کند و به اعتبارسنج‌ها اجازه می‌دهد که به نوبت بلوک‌ها را ایجاد کنند. این الگوریتم در زنجیره هوشمند بایننس استفاده می‌شود تا باعث اجماع در شبکه شود.

در PoSA، یک گروه متشکل از ۲۱ اعتباردهنده فعال به‌عنوان نمایندگان شبکه انتخاب می‌شوند. این اعتباردهندگان براساس مقدار BNB که در اختیار دارند یا به آن‌ها واگذار کرده‌اند، انتخاب می‌شوند. انتخاب این اعتباردهندگان به صورت روزانه صورت می‌گیرد. آن‌ها مسئول ایجاد بلوک‌ها و تصمیم‌گیری درباره مسائل مهم شبکه هستند.

با ترکیب PoA و PoS در PoSA، این مکانیسم به شبکه امکان می‌دهد تا از مزایای هر دو الگوریتم استفاده کند. از یک سو، PoA برای ایجاد اعتبار و امنیت بالا در شبکه استفاده می‌شود. از سوی دیگر، PoS برای افزایش بهره‌وری و کارایی در ایجاد بلوک‌ها و تصمیم‌گیری‌های شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ترکیب منجر به ایجاد یک سیستم اجماعی قوی و قابل اعتماد برای زنجیره هوشمند BNB می‌شود که به بهبود عملکرد و امنیت آن کمک می‌کند.

کلید عمومی و خصوصی چیست؟

آینده اثبات سهام

الگوریتم اثبات سهام را می‌توان یکی از مسیرهای اصلی برای توسعه و بهبود فناوری بلاکچین در آینده در نظر گرفت. تغییر از Proof of Work (PoW) به مکانیسم‌های اجماع مبتنی بر الگوریتم اثبات سهام (PoS) به دلیل مزایای بیشتری که ارائه می‌دهند، محتمل است. این مزایا شامل کاهش مصرف انرژی، افزایش کارایی و سرعت تراکنش، امکان شارژ مجدد و توان عملیاتی بیشتر هستند.

تکنولوژی بلاکچین در حال رشد و توسعه است. با گسترش استفاده از آن در صنایع مختلف، نیاز به راهکارهایی با کارایی بالا و قابل اطمینان بیشتر احساس می‌شود. استفاده از الگوریتم‌های اثبات سهام، به دلیل مصرف انرژی کمتر نسبت به PoW، به طور موثری می‌تواند به رشد صنعت کمک کند.

احتمالاً PoS به عنوان الگوریتم اجماعی اصلی در بیشتر شبکه‌های بلاکچین آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت. این تغییر باعث بهبود در کارایی و کاربرد بلاکچین می‌شود. همچنین به حفظ محیط زیست و کاهش اثرات منفی آن نیز کمک خواهد کرد.

سخن پایانی

الگوریتم اثبات سهام یکی از روش‌های محبوب در فناوری بلاک‌چین است که به عنوان یک الگوریتم اجماع عمل می‌کند. در این الگوریتم، افراد جامعه بلاک‌چین به عنوان اعتبار سنج یا ولیدیتور شناخته می‌شوند. وظیفه اصلی این ولیدیتورها، اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌های جدید به شبکه است.

در این الگوریتم، کاربران می‌توانند سهام یا سرمایه‌ای را به شبکه واریز کرده و با توجه به مقدار سهامی که دارند، می‌توانند در فرایند اثبات سهام شرکت کنند. آن‌ها در نهایت به شبکه کمک می‌کنند تا تراکنش‌ها را اعتبارسنجی کرده و امنیت آن را تضمین کند.

یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد این الگوریتم، مصرف انرژی پایین و سرعت بالای پردازش آن است. به همین دلیل، بسیاری از بلاک‌چین‌ها و ارزهای دیجیتال از این الگوریتم استفاده می‌کنند. با این حال، مانند هر سیستم دیگری، الگوریتم اثبات سهام نیز معایب خاص خود را دارد. اما همچنان به عنوان یک روش جایگزین برای الگوریتم اثبات کار مورد توجه قرار می‌گیرد.

سوالات متداول