الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake): آینده اجماع در بلاکچین

با ظهور فناوری بلاکچین، نیاز به مکانیسمهای اجماعی که بتوانند امنیت، تمرکززدایی و مقیاس‌پذیری را تضمین کنند، بیش از پیش احساس شد. الگوریتم اثبات کار (Proof of Work – PoW) که توسط بیتکوین معرفی شد، اولین مکانیسم اجماع موفق بود. اما با گذشت زمان، محدودیت‌های این الگوریتم، مانند مصرف انرژی بالا و مقیاس‌پذیری پایین، باعث شدند توسعه‌دهندگان به دنبال جایگزین‌های بهتری باشند. در این راستا، الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake – PoS) به‌عنوان یک راهکار نوین مطرح شد. این مقاله از ارزکت به بررسی جامع این الگوریتم، مزایا، معایب و کاربردهای آن میپردازد.

بررسی تاریخچه اثبات سهام

ایده اثبات سهام اولین بار در سال ۲۰۱۱ توسط کاربری به نام QuantumMechanic در انجمن بیت کوین تاک مطرح شد. هدف اصلی این ایده، کاهش مصرف انرژی و افزایش کارایی شبکه‌های بلاکچین بود. اولین پروژهای که از این الگوریتم استفاده کرد،  Peercoin در سال ۲۰۱۲ بود. پس از آن، پروژه‌های دیگری مانند  Nxt و Blackcoin نیز از این مکانیسم استفاده کردند. امروزه، بسیاری از پروژه‌های بزرگ بلاکچین، از جمله اتریوم ۲.۰ از الگوریتم اثبات سهام بهره می‌برند.

آشنایی با مکانیسم اثبات سهام

در الگوریتم PoS، به‌جای استفاده از قدرت محاسباتی (مانند PoW) اعتبارسنجی تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های جدید بر اساس میزان سهام (Stake) یا دارا‌یی‌های کاربران در شبکه انجام می‌شود. در اینجا به بررسی مراحل اصلی این مکانیسم می‌پردازیم:

1. سهام‌گذاری (Staking)

کاربران برای مشارکت در فرآیند اعتبارسنجی، باید مقداری از سکه‌های خود را در شبکه قفل کنند. این فرآیند به‌عنوان سهام‌گذاری (Staking) شناخته می‌شود. هرچه کاربر سکه‌های بیشتری قفل کند، شانس بیشتری برای انتخاب شدن به‌عنوان اعتبارسنج خواهد داشت.

2. انتخاب اعتبارسنج

انتخاب اعتبارسنج‌ها بر اساس الگوریتم اثبات سهام به‌صورت تصادفی انجام می‌شود، اما این انتخاب تحت تأثیر میزان سهام کاربران است. به عبارت دیگر، کاربرانی که سهام بیشتری دارند، شانس بیشتری برای انتخاب شدن دارند.

3. اعتبارسنجی و ایجاد بلاک

اعتبارسنج انتخاب شده، تراکنش‌ها را تأیید و بلاک جدیدی ایجاد می‌کند. سپس، این بلاک به شبکه اضافه می‌شود.

4. پاداش و جریمه

اعتبارسنج‌ها بر اساس الگوریتم اثبات سهام برای مشارکت خود پاداش دریافت می‌کنند. اما اگر رفتار مخربی از خود نشان دهند (مانند تأیید تراکنش‌های نامعتبر)، بخشی از سهام آنها به‌عنوان جریمه از بین می‌رود. این مکانیسم به عنوان Slashing شناخته می‌شود.

معرفی انواع الگوریتم اثبات سهام

الگوریتم PoS در چندین شکل مختلف پیاده‌سازی شده است. در اینجا به بررسی برخی از مهم‌ترین انواع آن می‌پردازیم:

· Pure PoS

در این نوع، انتخاب اعتبارسنج‌ها تنها بر اساس میزان سهام انجام می‌شود. این ساده‌ترین شکل PoS است.

· Delegated PoS (DPoS)

در DPoS، کاربران نمایندگانی را انتخاب میکنند تا به جای آنها اعتبارسنجی کنند. این نمایندگان مسئول ایجاد بلاک‌ها و تأیید تراکنش‌ها هستند. نمونه معروف این نوع، پروژه EOS است.

· Leased PoS (LPoS)

در LPoS، کاربران می‌توانند سهام خود را به دیگران اجاره دهند تا در فرآیند اعتبارسنجی شرکت کنند. این نوع در پروژه  Waves استفاده شده است.

· Bonded PoS

در این نوع، اعتبارسنج‌ها باید سهام خود را به‌عنوان وثیقه قفل کنند. اگر رفتار مخربی از خود نشان دهند، سهام آنها از بین می‌رود.

استفاده از الگوریتم اثبات سهام چه مزایایی دارد؟

الگوریتم PoS مزایای متعددی دارد که آن را به گزینه‌ای جذاب برای شبکه‌های بلاکچین تبدیل کرده است:

1. کاهش مصرف انرژی

برخلاف PoW که نیاز به مصرف انرژی زیادی دارد، PoS به دلیل عدم نیاز به محاسبات پیچیده، انرژی کمتری مصرف می‌کند.

2. امنیت

در PoS، حمله به شبکه برای مهاجمان بسیار هزینه‌بر است، زیرا نیاز به داشتن مقدار زیادی سکه دارد. این موضوع امنیت شبکه را افزایش می‌دهد.

3. مقیاس‌پذیری

PoS امکان پردازش تراکنش‌های بیشتر در ثانیه را فراهم می‌کند، که این موضوع مقیاس‌پذیری شبکه را بهبود می‌بخشد.

4. عدم نیاز به سخت‌افزار تخصصی

برخلاف PoW، PoS نیاز به تجهیزات استخراج گرا‌‌ن‌قیمت ندارد و کاربران می‌توانند با استفاده از کامپیوترهای معمولی در شبکه مشارکت کنند.

آشنایی با معایب الگوریتم اثبات سهام

با وجود مزایای متعدد، PoS چالش‌ها و معایبی نیز دارد:

· تمرکزگرایی

کاربرانی که سهام بیشتری دارند، قدرت بیشتری در شبکه دارند. این موضوع ممکن است منجر به تمرکز قدرت شود.

· حمله Nothing at Stake

در برخی پیاده‌سازی‌ها، اعتبارسنج‌ها ممکن است بدون هزینه به چندین زنجیره رأی دهند که این موضوع امنیت شبکه را تهدید می‌کند.

· ورود اولیه

کاربرانی که زودتر وارد شبکه شده‌اند، مزیت بیشتری دارند و این موضوع ممکن است منجر به نابرابری شود.

معرفی نمونه‌های عملی الگوریتم اثبات سهام

بسیاری از پروژه‌های بلاکچین از الگوریتم PoS استفاده م‌یکنند. در اینجا به بررسی برخی از مهم‌ترین نمونه‌ها می‌پردازیم:

اتریوم ۲.۰

اتریوم در حال انتقال از PoW به PoS است. این انتقال با هدف کاهش مصرف انرژی و افزایش مقیاس‌پذیری انجام می‌شود.

Cardano (ADA) یا کاردانو

Cardano از الگوریتم  Ouroboros استفاده میکند که یک نوع پیشرفته از PoS است.

Tezos (XTZ) یا ارز دیجیتال تزوس

Tezos از Liquid PoS استفاده می‌‌کند که به کاربران اجازه می‌دهد سهام خود را به دیگران اجاره دهند.

Polkadot (DOT) یا پولکادات

Polkadot از NPoS (Nominated Proof of Stake) استفاده می‌کند که در آن کاربران نمایندگانی را برای اعتبارسنجی انتخاب می‌کنند.

چرا استفاده از الگوریتم اثبات سهام در ارزهای دیجیتال مهم است؟

استفاده از الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake – PoS) در ارزهای دیجیتال از اهمیت بالایی برخوردار است و مزایای متعددی نسبت به الگوریتم سنتی اثبات کار (Proof of Work – PoW) دارد. در ادامه به برخی از دلایل استفاده از این الگوریتم در ارزهای دیجیتال اشاره می‌کنیم:

1. کاهش مصرف انرژی

در الگوریتم اثبات کار (مثل بیت کوین)، استخراج ارزهای دیجیتال به محاسبات پیچیده و مصرف انرژی بسیار زیاد نیاز دارد. این موضوع باعث انتقادات گسترده به دلیل تأثیرات منفی بر محیط زیست شده است. در اثبات سهام، نیازی به حل مسائل پیچیده ریاضی نیست و اعتبارسنجی تراکنش‌ها بر اساس میزان سهام (توکن‌هایی که کاربر در شبکه قفل کرده) انجام می‌شود. این باعث کاهش چشم‌گیر مصرف انرژی می‌شود.

2. افزایش مقیاس‌پذیری

شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام معمولاً سرعت تراکنش‌های بالاتری دارند و می‌توانند تعداد بیشتری تراکنش در ثانیه (TPS) پردازش کنند. این الگوریتم امکان اجرای پروتکل‌های بهبود مقیاس‌پذیری مانند شاردینگ (Sharding) را فراهم می‌کند که شبکه را به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم کرده و کارایی را افزایش می‌دهد.

3. امنیت و تمرکززدایی

در اثبات سهام، حمله به شبکه (مانند حمله ۵۱٪) بسیار پرهزینه‌تر و سخت‌تر است، زیرا مهاجم باید بخش بزرگی از توکن‌های شبکه را خریداری کند که این کار به‌طور خودکار قیمت توکن را افزایش داده و حمله را غیراقتصادی می‌کند. همچنین، این الگوریتم از تمرکز قدرت در دست استخراج‌کنندگان بزرگ جلوگیری می‌کند و مشارکت کاربران عادی آسان‌تر می‌شود.

4. تشویق مشارکت کاربران

در اثبات سهام، کاربران با قفل کردن توکن‌های خود در شبکه (Staking) می‌توانند در اعتبارسنجی تراکنش‌ها مشارکت کنند و به‌عنوان پاداش، توکن‌های جدید دریافت کنند. این مکانیزم انگیزه اقتصادی برای مشارکت در شبکه ایجاد می‌کند و باعث افزایش تعهد کاربران به امنیت و پایداری شبکه می‌شود.

5. کاهش هزینه‌های سخت‌افزاری

در اثبات کار، استخراج‌کنندگان باید سخت‌افزارهای گران‌قیمت (مانند ASIC) خریداری کنند که هزینه‌های اولیه بالایی دارد. در اثبات سهام، کاربران فقط به یک کامپیوتر معمولی و مقداری توکن نیاز دارند که این موضوع ورود به شبکه را برای افراد بیشتر امکان‌پذیر می‌کند.

6. توزیع عادلانه‌تر پاداش‌ها

در اثبات کار، پاداش‌ها معمولاً به استخراج‌کنندگانی تعلق می‌گیرد که قدرت محاسباتی بیشتری دارند. این موضوع باعث تمرکز ثروت در دست معدودی می‌شود. در الگوریتم اثبات سهام، پاداش‌ها بر اساس میزان سهام کاربران توزیع می‌شود که می‌تواند منصفانه‌تر باشد.

7. پایداری بلندمدت

اثبات سهام به شبکه‌ها اجازه می‌دهد تا با کاهش تدریجی پاداش‌های استخراج (در اثبات کار) سازگار شوند. در این الگوریتم، پاداش‌ها از طریق کارمزد تراکنش‌ها و تورم کنترل‌شده تأمین می‌شوند که پایداری شبکه را در بلندمدت تضمین می‌کند.

8. سازگاری با پروتکل‌های پیشرفته

الگوریتم اثبات سهام با پروتکل‌های پیشرفته مانند اتریوم ۲.۰ سازگار است و امکان اجرای قراردادهای هوشمند و برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) را با کارایی بالاتر فراهم می‌کند.

الگوریتم اثبات سهام به دلیل کاهش مصرف انرژی، افزایش مقیاس‌پذیری، امنیت بالاتر و تشویق مشارکت کاربران، به یکی از مهم‌ترین مکانیزم‌های اجماع در ارزهای دیجیتال تبدیل شده است. این الگوریتم نقش کلیدی در توسعه پایدار و گسترش پذیرش فناوری بلاکچین ایفا می‌کند.

نگاهی به آینده اثبات سهام

با توجه به مزایای PoS، بسیاری از پروژههای بلاکچین جدید از این الگوریتم استفاده می‌کنند. هم‌چنین، شبکه‌های بزرگی مانند اتریوم در حال انتقال به این مکانیسم هستند که نشان‌دهنده محبوبیت و پتانسیل بالای آن است. در آینده، انتظار می‌رود الگوریتم اثبات سهام به‌عنوان استاندارد اصلی اجماع در بلاکچین‌ها تبدیل شود.

سخن پایانی

الگوریتم اثبات سهام به عنوان یک جایگزین کارآمد برای اثبات کار، توانسته است بسیاری از محدودیت‌های PoW را برطرف کند. با کاهش مصرف انرژی، افزایش امنیت و بهبود مقیاس‌پذیری، PoS آینده روشنی در صنعت بلاکچین دارد. با این حال، چالش‌هایی مانند تمرکزگرایی و حمله Nothing at Stake نیاز به توجه بیشتری دارند. در نهایت، با پیشرفت فناوری و بهبود پیاده‌سازی‌های PoS، این الگوریتم می‌تواند به یکی از پایه‌های اصلی شبکه‌های بلاکچین تبدیل شود.

سوالات متداول

1. چر از الگوریتم اثبات سهام در ارزهای دیجیتال استفاده می شود؟

برای توزیع عادلانه پاداش، ایجاد انگیزه بیشتر در کاربران، کاهش هزینه استفاده از سخت‌افزارها، تمرکززدایی، افزایش امنیت، بهبود مقیاس‌پذیری، بهینه‌سازی مصرف انرژی و سازگاری با سایر پروژه‌ها استفاده از POS در ارزهای دیجیتال اهمیت زیادی دارد.

2. چه پروژه‌های از الگوریتم POS استفاده می‌کنند؟

در پروژه‌هایی مانند کاردانو، پولکادات، تزوس و اتریوم 2.0 از الگوریتم اثبات سهام استفاده شده است.

3. استفاده از اثبات سهام چه مزایایی دارد؟

به کمک این الگوریتم ضرورتی برای استفاده از سخت‌افزارهای تخصصی وجود ندارد، در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌شود، مقیاس‌پذیری و امنیت شبکه نیز افزایش چشمگیری خواهد داشت.