اثبات کار و اثبات سهام (PoS یا PoW) - تفاوت ها و ویژگی ها

10 شهریور 1401 سطح متوسط

مقدمه

اثبات کار یا اثبات سهام ؟ در مقاله بلاکچین چیست با نحوه ی کار بلاکچین ها آشنا شدیم و دانستیم امنیت یک بلاکچین از طریق الگوریتم های اجماع، تضمین می‎‎‎‎‎‎شود. همچنین در مقاله الگوریتم های اجماع با انواع آن ها آشنا شدیم و دانستیم الگوریتم اثبات کار و الگوریتم اثبات سهام مهم ترین و پراستفاده ترین پروتکل های اجماع هستند که بلاکچین های اصلی نیز متکی به آن ها هستند.

دراین مقاله مفهوم اثبات کار و اثبات سهام، تفاوت های آن ها و مزیت هایی که هرکدام ارائه می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎دهند را بررسی می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنیم. اما پیش از مقایسه این دو مکانیزم، بهتر است با اهمیت مکانیزم های اجماع در بلاکچین آشنا شویم.

نقش الگوریتم های اجماع در بلاکچین چیست و چرا اهمیت بالایی دارد؟

به زبان ساده بلاک چین به معنای زنجیره ای از بلاک هاست. درواقع مجموع بلاک های متعدد و متوالی، یک بلاک چین را تشکیل می دهد. اما منظور از بلاک چیست؟ تمام اطلاعات یک شبکه که شامل اطلاعات تراکنش های کاربران نیز می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎شود یک بلاک را تشکیل می‎‎‎‎‎‎‎‎دهد. بنابراین بلاک حاوی اطلاعات مهمی است که در بلاکچین ذخیره شده و بخشی از آن را شکل می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎دهد. اما چطور می توان این اطلاعات را تایید کرد و از واقعی بودن این اطلاعات، اطمینان حاصل کرد؟

این جا است که اهمیت الگوریتم های اجماع مشخص می‎‎‎‎‎‎‎‎شود، بلاکچین ها برای تایید این اطلاعات از الگوریتم های اجماع استفاده می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنند، که اصلی ترین آن ها اثبات کار و اثبات سهام هستند. این فرآیند تایید و تضمین اطلاعات، به واسطه الگوریتم های اجماع صورت می‎‎‎‎‎‎‎‎‎گیرد؛ به طور کلی الگوریتم اجماع به این معنی است که کاربران شبکه درمورد تایید یک بلاک، اجماع و توافق داشته باشند. و با توافق بتوانند یک بلاک را تایید کرده و آن را در بلاکچین ذخیره کنند.

ارزهای دیجیتال و بلاکچین یک ماهیت غیرمتمرکز دارند، به این معنی که توسط یک شخص یا شرکت خاصی مدیریت نمی‎‎‎‎‎شوند و این جامعه ی کاربران هستند که به صورت دسته جمعی یک بلاکچین را مدیریت می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنند. بنابراین تایید اطلاعات و تضمین امنیت بلاکچین بر عهده ی کاربران شبکه است. تغییر یا اصلاح بلاک هایی که در بلاکچین ذخیره شدند، غیرممکن است بنابراین اگر یک بلاک که حاوی اطلاعات مخرب و غیرواقعی باشد در بلاکچین ذخیره شود خطرات جبران ناپذیری برای شبکه به وجود می‎‎‎‎‎‎‎‎‎آید و امنیت آن از بین خواهد رفت. درواقع هیچ بلاکی قبل از تایید شدن، در بلاکچین ذخیره نخواهد شد. این کار کمک می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کند اطلاعاتی که در بلاکچین قرار دارد؛ شفاف، قابل اعتماد و ایمن باشد.

الگوریتم اثبات کار چیست و چگونه کار می کند؟

Proof Of Work یا به اختصار PoW به معنای اثبات کار است. این مفهوم برای اولین بار در وایت پیپر بیتکوین معرفی شد و شبکه بیتکوین، اولین بلاکچین متکی بر اثبات کار(PoW) بود. پس از آن بلاکچین های دیگر نیز به تقلید از بیتکوین برای امنیت شبکه خود از این الگوریتم استفاده کردند.

الگوریتم اثبات کار(PoW) توسط ماینرها (دستگاه های استخراج) کار می‎‎‎‎‎‎‎‎‎کند. ماینر ها باید یک معادله پیچیده محاسباتی را حل کنند و به جواب برسند. تمام ماینر ها برای اعتبارسنجی تراکنش ها باهم رقابت می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنند و ماینری که به عنوان نفر اول جواب را پیدا کند، پاداش دریافت خواهد کرد، این جایزه به پاداش بلاکی مشهور است.

زمانی که چندین معادله محاسباتی برای تراکنش های مختلف، با موفقیت حل شد، تراکنش های تایید شده بایکدیگر ترکیب می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎شوند و در یک بلاک قرار گرفته و درنهایت در بلاکچین ذخیره می‎‎‎‎‎‎‎‎‎شوند. هرچه سکه های بیشتری استخراج می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎شود، معادلات پیچیده تر شده و کسب پاداش برای ماینرها نیز دشوارتر می‎‎‎‎‎شود.

بررسی الگوریتم اثبات کار (PoW) - مزایا و معایب

الف - مزیت های استفاده از الگوریتم اثبات کار (PoW)

اثبات کار (PoW) به عنوان ایمن ترین پروتکل اجماع، برای اعتبارسنجی تراکنش ها شناخته می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎شود. برای این که بتوان سیستم PoW را هک کرد و یک تراکنش را دستکاری کرد، نیاز است تا حداقل 51 درصد از قدرت محاسباتی شبکه را دراختیار داشت. این کار به قدری هزینه بر و دشوار است، که می توان گفت امری کاملا غیرممکن می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎باشد. هزینه ی دستیابی به سخت افزارهای موردنیاز برای آسیب رساندن به این سیستم، بیش از 1 میلیارد دلار محاسبه شده است. بلاکچین های زیادی به وجود آمده، که هرکدام وعده مقیاس پذیری و امنیتی بیشتر را ارائه می دهند. بااین وجود بیتکوین که از الگوریتم اثبات کار (PoW) برای امنیت بلاکچین خود بهره می‎‎‎‎‎‎گیرد، هنوز هم از لحاظ امنیت در درجه اول قرار دارد. و علت آن این است که نود (Node) های بیتکوین تحت سیستم اثبات کار (PoW) به اجماع می‎‎‎‎‎‎رسند.

برای شروع دراین روش، نیازی به ذخیره ارزهای دیجیتال ندارید. یک مکانیزم تجربه شده است که سال هاست شبکه هایی نظیر بیت‎‎‎‎‎‎‎‎‎کوین و اتریوم را ایمن و غیرمتمرکز نگه داشته. دراین روش سانسور های اطلاعاتی کمتر دیده شده و می‎‎‎‎‎‎‎توان گفت شفافیت بیشتری دارد.

ب - معایب استفاده از الگوریتم اثبات کار (PoW)

1- مصرف بالای انرژی

همانطور که گفته شد برای تایید تراکنش ها دراین سیستم از دستگاه های استخراج استفاده می‎‎‎‎‎‎شود. این دستگاه ها مصرف برق به شدت بالایی دارند. طبق آمار به دست آمده، این ماینرها (دستگاه های استخراج) نزدیک به 0.22 درصد از مصرف انرژی در جهان را به خود اختصاص داده اند. حتی مصرف برق این دستگاه ها از مصرف کل یک کشور کوچک بیشتر است.

2- عدم مقیاس پذیری

مقیاس پذیری که در مقاله جداگانه ای به تفصیل به آن پرداخته شد، به زبان ساده به معنای ارائه عملکرد مناسب و پردازش تراکنش های متعدد در سریع ترین زمان ممکن است. به عنوان مثال در شبکه بیت‎‎‎‎‎‎کوین سرعت پردازش به شدت پایین است (7 تراکنش در ثانیه). اگر با شبکه ریپل (Ripple) مقایسه کنیم متوجه مقیاس پذیری پایین بیت‎‎‎‎‎‎کوین خواهیم شد. ریپل از سرعت پردازش بالایی در تراکنش ها بهره مند است (1000 تراکنش در ثانیه).

توصیه می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنم مقاله مقیاس پذیری را مطالعه کنید تا به علت این اختلاف عظیم پی ببرید.

3- خطر متمرکز شدن

با تبدیل شدن به نفر اولی که یک تراکنش را تایید کرده است، پاداشی معادل 12.5 بیتکوین به شما تعلق می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎گیرد. این پاداش ارزشمند، باعث می‎‎‎‎‎‎‎شود افرادی که سرمایه بیشتری دارند، دستگاه های استخراج با قدرت پردازش زیاد خریداری کرده و بخش زیادی از ماینرها را به خود اختصاص دهند. خب این مسئله کاملا به معنای درانحصار درآوردن سیستم PoW برای بخشی از کاربران است. و باعث متمرکز شدن بلاکچین خواهد شد که با ماهیت غیرمتمرکز آن درتضاد است. برای مثال 2 مزرعه استخراج متعلق به شرکت BitMain به نام های BTC.com و Antpool نزدیک به 30 درصد از قدرت پردازش در شبکه بیتکوین را تشکیل می‎‎‎‎‎‎دهند.

الگوریتم اثبات سهام چیست و چگونه کار می کند؟

PoS مخفف عبارت Proof Of Stake به معنای اثبات سهام است. در پروتکل اثبات سهام (PoS)، کاربران برای اعتبارسنجی تراکنش های یک بلاک، مقداری توکن را سپرده گذاری می‎‎‎‎‎‎کنند. این سپرده گذاری (Staking) تضمین می‎‎‎‎‎کند که اعتبارسنج ها انگیزه کافی برای عمکرد صادقانه دارند. چراکه اگر فرآیند تراکنش به هر طریقی دستکاری شود، منجر به از دست رفتن کل سرمایه آن ها خواهد شد.

برخلاف سیستم PoW، تنها شرطی که برای اعتبارسنجی تراکنش ها در پروتکل اثبات سهام (PoS) وجود دارد این است که مقدار مشخصی از توکن های اختصاصی بلاکچین را سپرده گذاری کنید و در ازای آن سود دریافت کنید. بلاک ها در پروتکل اثبات سهام (PoS) ساخته می‎‎‎‎‎شوند یا به اصطاح ضرب می‎‎‎‎‎‎شوند، برخلاف اثبات کار(PoW) که بلاک ها استخراج می‎‎‎‎‎‎‎شدند.

مرتبط : آموزش استیکینگ (سپرده گذاری) و کسب درآمد غیرمنفعل

بررسی الگوریتم اثبات سهام (PoS) - مزایا و معایب

الف - مزیت های اثبات سهام (PoS)

1- PoS به هیچ سخت افزاری برای اعتبارسنجی تراکنش ها نیاز ندارد. بنابراین علاوه بر کاهش هزینه ها برای اعتبارسنجی، بسیار سازگارتر با محیط زیست است (زیرا انرژی زیادی مصرف نمی‎‎‎‎‎‎کند)

2- به علت مقرون به صرفه بودن این سیستم برای شرکت کنندگان، افراد بیشتری دراین اعتبارسنجی شرکت می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنند که منجر به عدم تمرکز در بلاکچین می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎شود.

3- امکان حمله 51درصدی که بالاتر از آن یاد شد از بین خواهد رفت، چراکه قدرت محاسباتی برای رقابت وجود نخواهد داشت.

ب- معایب استفاده از الگوریتم اثبات سهام (PoS)

گفته شد به علت مقرون به صرفه بودن، افراد بیشتری در این سیستم شرکت کرده و درنهایت منجر به عدم تمرکز درشبکه می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎شود. اما از طرفی افرادی که دارایی های دیجیتال بیشتری را سپرده گذاری می‎‎‎‎‎‎‎کنند بیشترین حق رای را خواهند داشت، بنابراین بلاکچین های متکی بر اثبات سهام (PoS) به راحتی می‎‎‎‎‎‎ت‎‎وانند متمرکز شوند.

این تمرکز به مسائل امنیتی منجر خواهد شد، چراکه سهامداران بزرگتر می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎توانند با توطئه علیه سایر سهامداران، قدرت خود را در شبکه تحکیم کنند.

مقایسه الگوریتم اثبات کار (PoW) و الگوریتم اثبات سهام (PoS) به صورت خلاصه

اثبات سهام (PoS)

1 - شرکت کنندگان باید توکن هارا سپرده گذاری کنند.

2- به سازندگان بلاک ها، اعتبارسنج گفته می‎‎‎‎‎‎‎‎‎شود

3- اثبات سهام از مقیاس پذیری بالایی برخوردار است

4- کنترل شبکه قابل خرید است

5- اعتبارسنج ها، کارمزد تراکنش هارا به عنوان پاداش دریافت می‎‎‎‎‎‎کنند.

اثبات کار (PoW)

1- شرکت کنندگان باید تجهیزات و دستگاه هارا خریداری کنند

2- به سازندگان بلاک ها، ماینر گفته می‎‎‎‎‎‎شود

3- اثبات کار از مقیاس پذیری پایین تری برخوردار است

4- امنیت بسیار قوی

5- ماینر ها، پاداش بلاک هارا دریافت می‎‎‎‎‎کنند

بلاکچین ها از کدام الگوریتم اجماع استفاده می‎‎‎‎‎‎‎‎کنند؟

باوجود هزینه بر بودن و مشکلات دیگری که برای الگوریتم اثبات کار (PoW) وجود دارد، اما اثبات کار (PoW) همچنان به عنوان محبوب ترین پروتکل اجماع برای بلاکچین ها شناخته می‎‎‎‎‎‎شود.

بلاکچین های بیت‎‎‎‎‎‎کوین (Bitcoin)، اتریوم (Ethereum)، بیت‎‎‎‎‎‎کوین کش (Bitcoin Cash)، دوج‎‎‎‎‎‎کوین (Dogecoin)، لایت کوین (LiteCoin)، مونرو (Monero)، دش (Dash)، دکرد (Decred) و زد کش (Zcash) از جمله بلاکچین هایی هستند که برای حفظ امنیت شبکه خود از الگوریتم اثبات کار (PoW) استفاده می‎‎‎‎‎‎کنند.

و بلاکچین های سولانا (Solana)، کاردانو (Cardano)، پولکادات (Polkadot) و آوالانچ (Avalanche) نیز از الگوریتم اثبات سهام (PoS) استفاده می‎‎‎‎‎کنند.

در حال حاضر بلاکچین اتریوم از ترکیب این دو مکانیزم اجماع استفاده می‎‎‎‎‎‎‎‎‎کند، اما چندسالی هست که ویتالیک بوترین (یکی از بنیان گذاران اصلی شبکه اتریوم) به دنبال جایگزین کردن الگوریتم اثبات سهام (PoS) برای اثبات کار (PoW) می‎‎‎‎‎‎باشد. برای این که شبکه اتریوم بتواند به طور کامل به الگوریتم اثبات سهام (PoS) انتقال یافته و سیستم اثبات کار (PoW) را کاملا از بلاکچین اتریوم حذف کند، نیاز به چندین ارتقاء و توسعه زیرساخت های مناسب دارد. تاکنون چندین ارتقاء برای شبکه اتریوم صورت گرفته و خالق اتریوم (ویتالیک بوترین) به کاربران خود وعده داده است که این شبکه در سپتامبر 2022 به طور کامل سیستم اثبات کار را حذف کرده و بر اثبات سهام متکی خواهد بود. این انتقال به نام مرج اتریوم (Ethereum Merge) یا ادغام اتریوم شناخته می شود. هرچند گمان می‎‎‎‎‎‎رود این تاریخ (سپتامبر) به تعویق افتاده و بیش از این به طول انجامد.

مرتبط : مرج اتریوم چیست؟

سخن پایانی

دراین مقاله به طورخلاصه با اهمیت الگوریتم های اجماع در بلاکچین آشنا شدیم و به مقایسه الگوریتم های اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) که اصلی ترین مکانیزم های اجماع و ایمن ترین آن ها هستند، پرداختیم.

مفهوم مثلث سه گانه که اولین بار توسط ویتالیک بوترین (Vitalik Buterin) بیان شد؛ می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎گوید یک بلاکچین دارای سه ویژگی مقیاس پذیری، تمرکز زدایی و امنیت است. که رعایت هرسه مورد به طور همزمان یک امر غیرممکن است. و تمام بلاکچین ها یکی از این ویژگی هارا فدای دوتای دیگر می‎‎‎‎‎‎‎‎‎کنند. برای مثال گفته شد بلاکچین بیت کوین دارای امنیت بالایی است و کاملا غیرمتمرکز عمل می‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎کند، اما اگر مقیاس پذیری آن را (پردازش تنها 7 تراکنش در ثانیه) با بلاکچین ریپل (پردازش 1000 تراکنش در ثانیه) مقایسه کنیم، متوجه می‎‎‎‎‎‎‎‎شویم بیتکوین ویژگی مقیاس پذیری را فدای دو ویژگی دیگر (امنیت و تمرکز زدایی) کرده است.