آشنایی با الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS)

با رشد محبوبیت ترید در دنیای کریپتوکارنسی و استفاده از فناوری بلاک چین در بسیاری از نقل و انتقالات وجوه مالی، کنجکاوی جوامع بشری نسبت به نحوه عملکرد این فناوری نوظهور افزایش یافته است. اصلی‌ترین ویژگی بلاک چین‌های ارز دیجیتال در عدم تمرکز آن‌ها خلاصه شده و همچون بانک‌ها که یک سیستم متمرکز به حساب می‌آیند، از یک نهاد مرکزی متمرکز و واحدی برای تائید تراکنش‌ها و همچنین نظارت بر فعالیت کاربران در شبکه برخوردار نیستند؛ اما اگر هیچ نهاد مرکزی بر روند فعالیت کاربران در این شبکه نظارت ندارد، امنیت این شبکه به چه شکل تامین می‌گردد؟!

مطمئنا این جمله که شبکه‌های بلاک چینی در مقایسه با سیستم‌های متمرکز از امنیت و دقت بیشتری برخوردار هستند را شنیده‌اید؛ اگر یک نهاد متمرکز به اداره و نظارت این شبکه‌ها نمی‌پردازد، چگونه می‌توان از امنیت و دقت در روند تائید تراکنش‌ها و نظارت بر آن‌ها در شبکه‌های بلاک چینی سخن گفت؟ دقیقا در همین نقطه است که پروتکل‌های اجماعی نظیر الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) خود را نشان می‌دهند. به طور کلی الگوریتم‌های اجماع مختلفی نظیر PoW، PoS و غیره در دنیای کریپتوکارنسی وجود دارد که وظیفه تامین امنیت شبکه را برعهده دارند.

اما باید توجه داشت که الگوریتم اجماع اثبات سهام در مقایسه با الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work) از مزایای بیشتری برخوردار بوده و آشنایی با آن می‌تواند دید خوبی را در ارتباط با استیک ارزهای دیجیتال در اختیار شما قرار دهد، به همین علت ما این مقاله از بلاگ کریپتوباز را به معرفی دقیق الگوریتم اجماع اثبات سهام اختصاص داده‌ایم؛ اگر شما هم در این زمینه کنجکاو هستید، تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.

مروری اجمالی بر ماهیت الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm)

قبل از آن که بتوانیم ماهیت و چیستی الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) را مورد کالبدشکافی قرار دهیم، ضرورت دارد که نگاهی به چیستی خود الگوریتم اجماع داشته باشیم تا پس از آن با دید روشن‌تری بتوانید مطالبی که در ادامه به آن‌ها پرداخته خواهد شد را مطالعه کنید. مطمئنا اگر فناوری بلاک چینی را به بدن یک انسان تشبیه کنیم، رویکرد عدم تمرکز وی، به عنوان قلب تپنده این فناوری نوظهور خود را نشان خواهد داد. شبکه‌های بلاک چینی در واقع سیستم‌های توزیع شده‌ای هستند که تحت نظارت هیچگونه نهاد مرکزی قرار ندارند و در اصل کل اتکا این شبکه‌های غیرمتمرکز بر روی کاربران شبکه بوده که وظیفه اعتبارسنجی تراکنش‌های انجام یافته و تائید و اضافه کردن آن‌ها به عنوان یک بلاک جدید به شبکه را برعهده دارند.

اما آیا به نظر شما وقتی که ما به حذف نهادهای متمرکز ناظر بر روند تائید تراکنش‌ها می‌پردازیم و صرفا بر روی کاربران شبکه تکیه می‌کنیم، احتمال وقوع هرج و مرج در شبکه افزایش نمی‌یابد؟! شبکه‌های بلاک چینی از چه طریقی می‌توانند مانع وقوع چنین هرج و مرجی شوند تا هر کاربر در شبکه راه خودش را نرفته و فعالیت‌های شبکه از یک انسجام مشخصی برخوردار باشد؟! در این نقطه است که الگوریتم‌های اجماع خود را نشان می‌دهند. الگوریتم اجماع در واقع به نحوه توافق کلیه کاربران در یک شبکه غیرمتمرکز اشاره دارد که براساس چنین توافقی در ارتباط با میزان اعتبار داده‌ها و تراکنش‌های انجام یافته در شبکه و همچنین ذخیره ایمن این داده‌ها در یک بلاک جدید، تصمیم‌گیری می‌نمایند.

به بیان ساده‌تر، نودها و گره‌های فعال در حوزه اجرا و ذخیره دفترکل توزیع شده بلاک چین، براساس این الگوریتم اجماع است که تراکنش‌ها را ردیابی کرده و با ایجاد ارتباط مابین آن‌ها، امنیت شبکه‌های بلاک چینی را تضمین می‌کنند. افرادی که براساس الگوریتم اجماع در شبکه‌های غیرمتمرکز بلاک چینی به تائید تراکنش‌ها می‌پردازند، در ازای چنین کاری، ارز دیجیتال شبکه را پاداش می‌گیرند و به همین علت امروزه شاهد این واقعیت هستیم که روزانه بر جامعه آماری ماینرها و ولیدیتورها افزوده می‌شود. از مهم‌ترین الگوریتم‌های اجماع در شبکه‌های بلاک چینی می‌توان به مواردی همچون الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS)، الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW)، الگوریتم اجماع اثبات سوزاندن (PoB) الگوریتم اثبات ذخیره (PoR) و غیره اشاره کرد.

الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS)

از همان روزهای اولیه شکل‌گیری دنیای کریپتوکانسی با توجه به این واقعیت که ماهیت ارزهای دیجیتال چیزی جز یک داده دیجیتالی و مجازی نیست، تامین امنیت شبکه و جلوگیری از حملات دابل اسپندینگ و دو بار خرج کردن ارزهای دیجیتال ذهن توسعه‌دهندگان این دنیای نوظهور را به خود مشغول ساخته بود. آیا به نظر شما کپی کردن یک فایل دیجیتالی در کامپیوتر کار چندان سختی است؟ آیا پس از انجام چنین کاری دو فایل مجزا از همان فایل دیجیتالی را نخواهید داشت؟! مطمئنا وجود چنین دغدغه‌ای به حق بوده و از همان روزهای ابتدایی این دنیای نوظهور راه‌حل‌های مختلفی برای جلوگیری از وقوع چنین اتفاقی که در عمل می‌تواند به فروپاشی شبکه‌های بلاک چینی منجر گردد، ارائه شد.

به طور کلی ایده الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) برای اولین بار در ماه جولای سال 2011 در یکی از تالارهای گفتگوی Bitcointalk ارائه گردید و علت ارائه چنین ایده‌ای، کارآمدی الگوریتم اجماع PoS در مقایسه با الگوریتم PoW بود که بلاک چین بیت کوین از آن بهره می‌برد. در الگوریتم اجماع اثبات کار، هزاران سخت‌افزار با توان محاسباتی بالا و صرف انرژی قابل توجه، برای حل یک معادله ریاضی با همدیگر به رقابت می‌پردازند و این درحالی است که اگر ما وظیفه تائید داده‌ها و تراکنش‌های انجام یافته در شبکه را صرفا در اختیار نودهایی قرار دهیم که دارایی‌های دیجیتالی خود را به عنوان وثیقه در شبکه قرار داده‌اند، نه تنها در مصرف انرژی صرفه جویی کرده‌ایم، بلکه از روشی کارآمدتر نیز برای تائید تراکنش‌ها هم بهره می‌بریم.

این دقیقا همان چیزی است که از آن به عنوان الگوریتم اجماع اثبات سهام یاد می‌شود که به وسیله محققی به نام سانی کینگ مطرح گردید. به بیان ساده‌تر، ما در الگوریتم اجماع اثبات سهام برخلاف الگوریتم اثبات کار، با حل معادلات پیچیده ریاضی مواجه نیستیم و در حقیقت نیازی به خرید دستگاه‌های ماین و استخراج نداریم، بلکه با سپرده‌گذاری توکن‌ها خود در شبکه بلاک چینی اجازه فعالیت به عنوان ولیدیتور را از شبکه دریافت می‌کنیم و کلیت الگوریتم اجماع اثبات سهام در همین سپرده‌گذاری و قفل کردن دارایی‌ها خلاصه شده است. ولیدیتورها در نهایت براساس قوانین شبکه به اعتبارسنجی تراکنش‌های انجام یافته پرداخته و در ازای استیک و سپرده‌گذاری ارزهای دیجیتال خویش، از شبکه پاداش دریافت می‌کنند.

علل ایجاد الگوریتم اجماع اثبات سهام

گفته شد که پیدایش الگوریتم اجماع اثبات سهام به سال‌های 2011 و 2012 برمی‌گردد، یعنی حدودا 3 سال پس از این که الگوریتم اجماع اثبات کار در شبکه بلاک چینی بیت کوین BTC مورد استفاده قرار گرفته بود؛ اما با وجود الگوریتم PoW چه نیازی به یک الگوریتم اجماع دیگری وجود داشت؟ پاسخ این سوال در گرو بررسی علل ایجاد الگوریتم اجماع اثبات سهام است که این علل به شرح زیر هستند:

•    مصرف بسیار بالای انرژی در طول فرآیند ماین و استخراج: این یک واقعیت است که یک ماینر برای آن که بتواند پاداش شبکه را دریافت کند، حتما باید به صورت 24 ساعته و در طول 7 روز هفته، دستگاه ماین و استخراج را روشن نگه دارد که مسلما چنین امری موجب افزایش دمای محیط و مزرعه استخراج شده و بایستی هزینه‌هایی نیز برای سیستم سرمایشی این محیط در نظر بگیرد، مصرف انرژی بالا و صرف هزینه قابل توجه برای خرید تجهیزات لازم برای استخراج از توان بسیاری از ماینرها خارج است.
•    کاهش احتمال حمله 51 درصدی: حدودا 3 استخر ماین و استخراج، 50 درصد از توان محاسباتی شبکه بلاک چینی بیت کوین را در اختیار دارند و این مسئله می‌تواند امنیت شبکه را به خطر اندازد؛ چراکه چنین اشخاصی در صورت تبانی با یکدیگر به راحتی می‌توانند با اضافه کردن بلاک‌های نامعتبر، شبکه بلاک چینی را به قعر فروپاشی بکشانند و این درحالیست که در الگوریتم اجماع اثبات سهام انجام حمله 51 درصدی در صورتی امکان‌پذیر خواهد بود که فردی 51 درصد از کل رمزارزهای استیک شده را در اختیار داشته باشد، امری که در عمل بسیار دشوار به نظر می‌رسد!
•    مسئله مقیاس‌پذیری و سرعت پایین: فرآیند ماین همواره محدودیت‌هایی را به لحاظ مقیاس‌پذیری در شبکه‌های بلاک چینی ایجاد کرده است و عملا اگر بلاک چینی بخواهد دامنه فعالیت خویش را توسعه داده و به عنوان یک سیستم جامع نقل و انتقال مالی جلوه کند، حتما باید راهی برای این تاخیر قابل توجهی که به وسیله فرآیند ماین و استخراج به آن تحمیل می‌شود، پیدا کند. در الگوریتم اجماع اثبات سهام به دلیل نبود مرحله حل معادلات پیچیده ریاضی، تراکنش‌ها با سرعت بیشتری از سوی ولیدیتورها تائید شده و عملا مقیاس‌پذیر شبکه نیز بهبود می‌یابد.
•    تمرکزگرایی در شبکه‌های بلاک چینی: اگر مطالب فوق را به خاطر داشته باشید، گفتیم که عدم تمرکز به عنوان قلب دنیای کریپتو به شمار می‌رود و در صورتی که این عدم تمرکز از بین برود و فعالیت شبکه رفته رفته به سوی تمرکزگرایی و متمرکز شدن حرکت کند، در چنین حالتی عملا نمی‎‌توان حیاتی برای شبکه‌های بلاک چینی تصور نمود! امری که با بالا رفتن سطح سختی شبکه بلاک چینی بیت کوین و پیدایش استخر استخراج و مزرعه‌های ماین به خوبی خود را نشان داده است.

نحوه کار الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS)

پایه و اساس الگوریتم اجماع اثبات سهام بر روی استیک و سپرده‌گذاری ارزهای دیجیتال بنا شده است؛ به این صورت که مثلا افراد می‌توانند با قفل کردن 32 اتر در شبکه بلاک چینی اتریوم به عنوان یک ولیدیتور به فعالیت خود ادامه دهند و با تائید تراکنش‌های انجام یافته، بلاک‌های جدیدی را به زنجیره شبکه اضافه نمایند. الگوریتم اجماع اثبات سهام از یک فرآیند شبه تصادفی برای توزیع تراکنش‌ها و تائید بلاک‌ها استفاده می‌کند؛ اما چرا برای چنین کاری به جای استفاده از واژه «تصادفی» از عبارت «شبه تصادفی» استفاده کردیم؟

علت چنین امری این است که هرچند در الگوریتم اجماع اثبات سهام، ولیدیتورها (Validators) به صورت رندوم و اتفاقی انتخاب می‌شوند؛ اما شبکه در انتخاب آن‌ها به عواملی همچون مدت زمان استیکینگ و همچنین میزان ارز استیک شده نیز توجه دارد؛ هرچه میزان این پارامترهای گفته شده بیشتر و بزرگتر باشد، به همان میزان احتمال انتخاب نود و گره مورد نظر نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه احتمال انتخاب نودی با 500 توکن استیک شده به مدت 2 ماه بسیار بیشتر از انتخاب گره‌ای خواهد بود که دارای 50 توکن استیک شده به مدت 1 ماه است. لازم به ذکر است که در شبکه‌های بلاک چینی مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات سهام، استفاده از واژه ماین و استخراج برای تائید تراکنش‌ها و اضافه کردن بلاک جدید مرسوم نبوده و به جای ماین از کلمه فورج (Forge) برای فرآیند تائید بلاک‌ها و از واژه فورجر (Forger) برای اعتبارسنج‌ها و تائید کنندگان بلاک‌ها استفاده می‌شود.

به طور کلی در الگوریتم اجماع اثبات سهام، برخلاف آنچه که در الگوریتم اثبات کار اتفاق می‌افتد، ولیدیتورها به رقابت با یکدیگر نمی‌پردازند و فرآیند انتخاب شدن آن‌ها به عوامل دیگری بستگی دارد که این عوامل به شرح زیر هستند:

•    مدت زمان استیک توکن‌ها: هرچه مدت زمان طولانی‌تری از قفل و سپرده‌گذاری توکن‌ها گذشته باشد، فورجر شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان نود تائید کننده بلاک خواهد داشت.
•    میزان سهام و تعداد کوین‌های استیک شده: مسلما این یک امر طبیعی است که شبکه به نودی که تعداد کوین بیشتری را در شبکه استیک نموده، اعتماد بیشتری داشته و شانس وی برای انتخاب شدن نیز افزایش می‌یابد.
•    انتخاب رندوم متناسب با هش: یکی از پارامترهای دیگر، انتخاب تصادفی بر حسب هش است که در آن دارنده سهام با کمترین مقدار هش و بیشترین مقدار استیک، برای اعتبارسنجی بلاک بعدی انتخاب می‌گردد.

شاید با مطالعه چنین مطالبی این تصور در ذهن شما شکل بگیرد که در الگوریتم اجماع اثبات سهام، قوانین به گونه‌ای چیده شده تا همه چیز به نفع نودهای ثروتمندتر باشد و عدالتی در چنین الگوریتم اجماعی وجود ندارد؛ اما چنین تصوری درست نبوده و این الگوریتم با ارائه راه‌حل‌های انتخاب بر اساس سن کوین (Coin Age Selection) و انتخاب رندوم بلاک (Randomized Block Selection) روندی اعتدالی به خود گرفته است. در واقع سن کوین حاصل ضرب مدت زمان سپرده‌گذاری ارزهای دیجیتال در شبکه بر تعداد این کوین‌های استیک شده است. نکته جالب توجه دیگر در زمینه فعالیت عادلانه نودها این است که هر گره‌ای که به عنوان فورجر یک بلاک انتخاب شد، سن استیکینگ وی صفر می‌شود تا به صورت موقتی شانس انتخاب شدن آن به عنوان ولیدیتور بلاک بعدی کم‌تر گردد.

مزایا و معایب الگوریتم اجماع اثبات سهام

حال که با ماهیت الگوریتم اجماع اثبات سهام آشنا شدید، احتمالا به طور کلی مزایا و معایب آن در ذهن شما شکل گرفته است؛ اما مطمئنا بررسی دقیق‌تر این مزایا و معایب می‌تواند تاثیر بسزایی در تصمیمات آن دسته از افرادی که به حوزه استیک ارزهای دیجیتال علاقه‌مند هستند، از خود برجای بگذارد و به همین علت در ادامه به بررسی تفصیلی مزایا و معایب الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) می‌پردازیم:

مزایای الگوریتم اجماع اثبات سهام

به طور کلی الگوریتم اجماع اثبات سهام در مقایسه با سایر الگوریتم‌های مورد استفاده در شبکه‌های بلاک چینی دارای مزایای بسیار زیادی بوده که مزایای مهم آن به شرح زیر است:

•    عدم نیاز به تهیه سخت‌افزارهای با توان محاسباتی بالا و گران قیمت
•    صرفه‌جویی در مصرف برق و انرژی
•    عدم نیاز به تهیه مکانی برای استقرار تجهیزات ماین
•    سرعت بیشتر در پردازش و تائید تراکنش‌ها و در نتیجه مقیاس‌پذیری بالای شبکه
•    تحقق هدف تمرکززدایی شبکه‌های بلاک چینی
•    نبود حالت رقابتی میان ولیدیتورها و انتخاب شبه تصادفی آن‌ها
•    کاهش احتمال حملات خرابکارانه به شبکه بلاک چینی
•    حفظ ارزش توکن بومی شبکه به دلیل قفل شدن تعداد قابل توجهی از آن‌ها در فرآیند استیکینگ

معایب الگوریتم اجماع اثبات سهام

الگوریتم اجماع اثبات سهام در کنار مزایای منحصر به فرد خویش دارای معایبی نیز می‌باشد که بررسی آن‌ها خالی از لطف نخواهد بود. به طور کلی برای ورود به عرصه استیک ارز دیجیتال و فعالیت به عنوان ولیدیتور در شبکه‌های بلاک چینی، به سرمایه قابل توجهی نیاز خواهید داشت؛ به عنوان مثال اگر فردی بخواهد به یک فورجر شبکه بلاک چینی اتریوم ETH تبدیل شود، حداقل باید 32 اتر را در این شبکه بلاک‌چینی سپرده‌گذاری نماید که چنین کاری با توجه به قیمت روز اتر، به سرمایه‌ای در حدود 3 میلیارد و 168 میلیون تومان (به هنگام نگارش مقاله) نیاز خواهد داشت. از سوی دیگر به هنگام فعالیت به عنوان فورجر، دارایی دیجیتالی شما برای یک مدت زمان مشخص در شبکه قفل خواهد شد و پیش از اتمام این مدت زمان امکان دسترسی به این دارایی‌های دیجیتالی را نخواهید داشت و صرفا پس از اتمام این مدت زمان، دارایی‌های دیجیتالی خود را به همراه پاداش دریافت می‌کنید.

هرچند که گفته شد عملا امکان انجام حمله 51 درصدی در شبکه‌های مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات سهام، امری بسیار دشوار و در برخی موارد غیرممکن به نظر می‌رسد؛ اما چنین مسئله‌ای در ارتباط با شبکه‌های بلاک چینی که دارای توزیع شدگی کمتری هستند، صادق نبوده و فردی می‌تواند با خرید مقدار قابل توجهی از توکن‌های شبکه و استیک آن‌ها، قدرت غالب شبکه را به خود اختصاص دهد و در ارتباط با امنیت بخشی یا آسیب‌پذیر کردن شبکه در الگوریتم اجماع اثبات سهام باید به خود شبکه و ویژگی‌های آن توجه داشت.

الگوریتم اجماع اثبات سهام؛ الگوریتمی بهینه برای تامین امنیت شبکه‌های بلاک چینی

مارکت ارز دیجیتال و دنیای کریپتو به طور کلی مفاهیم نوظهوری محسوب می‌شوند که برای جلب اعتماد کاربران راهی طولانی در پیش دارند؛ اما مطمئنا آشنایی با الگوریتم‌هایی که ضامن تامین امنیت آن‌ها هستند، می‌تواند دید روشن‌تری را در برابر دیدگان جوامع بشری قرار دهد. یکی از الگوریتم‌های محبوب دنیای کریپتوکارنسی، الگوریتم اجماع اثبات سهام نام دارد که با توجه به نقش کلیدی این الگوریتم در رشد و مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاک چینی، ما این مقاله از بلاگ کریپتوباز را به بررسی دقیق آن اختصاص دادیم و همان طور که در مطالب فوق مشاهده کردید، در الگوریتم اجماع اثبات سهام برخلاف آنچه که در الگوریتم PoW وجود دارد، ولیدیتورها برای ورود به عرصه تائید تراکنش‌ها، نیازی به حل معادلات پیچیده نداشته و صرفا با سپرده‌گذاری و قفل کردن دارایی‌های دیجیتالی خویش در شبکه بلاک چینی می‌توانند پاداش بلاک‌های جدید را دریافت کنند و از این طریق مانع انجام حملات دابل اسپندینگ گردند. ناگفته نماند که اگر در ارتباط با ماهیت و چیستی الگوریتم اجماع اثبات سهام سوالی دارید که در این مقاله به پاسخ آن اشاره‌ای نشده است، می‌توانید سوال خود را در بخش نظرات مطرح کنید تا کارشناسان ما در اسرع وقت به سوال شما پاسخ دهند.