الگوریتم اثبات سهام (PoS) و تفاوت آن با اثبات کار (PoW)

تفاوت PoW و PoS چیست؟ اثبات سهام بهتر است یا اثبات کار ؟

الگوریتم‌های اثبات سهام یا PoS و اثبات کار یا PoW در بازار رمزارزهای دیجیتال، هر دو در انتشار ارزهای رمزنگاری کاربرد دارند و کارکرد هر دو قدرتمند و مطلوب است. ولی یک تفاوت PoW و PoS در آن است که PoS برای انجام گرفتن احتیاج به وقت و انرژی کمتری دارد. اثبات سهام قابلیت اجرای Masternodes را برای کاربران و اعتبار سنج ها فراهم می‌کند. در اثبات سهام بلاک‌ها تولید می‌شوند ولی در اثبات کار بلاک‌ها از شبکه بلاکچین استخراج می‌گردند. با مراجعه به مقاله بلاکچین چیست، می‎توایند اطلاعات مورد نیاز برای درک بهتر الگوریتم‌های اجماع را به دست آورید. 

مواردی که در اثبات سهام، برای بررسی یک بلاک موثر هستند عبارتند از: انتخاب تصادفی، میزان ارزش نُود یا گره، و مدت زمان در اختیار داشتن سهام.

در سیستم اثبات کار در ازای کارکرد ماینرها، کوین‌ها به صورت پاداش به استخراج کنندگان داده می‌شوند ولی در اثبات سهام از کارمزد تراکنش به اعتبار سنج‌ها پاداش داده می‌شود.

میزان مقیاس پذیری PoW پایین است، و در این آن توان محاسباتی زیادی از طریق ماینرها تلف می‌گردد. یک تفاوت اصلی PoW و PoS آن است که توان سخت افزاری در PoS اهمیت ندارد. به همین دلیل با توجه به کارکرد بهتر آن نسبت به PoW قیمت انتشار کوین‌ها کمتر و مصرف انرژی آن پایین‌تر خواهد بود.

در این مقاله توضیحاتی پیرامون الگوریتم اثبات سهام و تفاوت آن با اثبات کار را، در اختیار شما قرار داده‌ایم. با ما همراه باشید.

الگوریتم اثبات سهام یا PoS چیست؟

هدف از اثبات سهام یا Proof-Of-Stake که به اختصار PoS نامیده می‌شود، مانند اثبات کار یا PoW آن است که امکان حمله به بلاکچین از میان برود. البته تفاوت PoW و PoS آن است که Pos روش دیگری را به کار می‌برد. در الگوریتم PoS از اعتبار سنج‌ها یا Validators استفاده می‌شود و دستگاه‌های ماینر کاربردی ندارند. الگوریتم اثبات سهام جهت رفع مشکلات و کمبودهای اثبات کار توسعه یافته‌است.

اثبات سهام، سیستم توافق در بلاکچین را به صورت مجازی انجام می‌دهد. روند کار اثبات سهام مشابه به الگوریتم اثبات کار PoW است ولی برای رسیدن به هدف نهایی روش کاملا متفاوتی دارد. در الگوریتم PoW، ماینرها، پازل‌ها و معادلات پیچیده رمزنگاری را با استفاده از سخت افزارهای محاسباتی حل می‌کنند.
تفاوت PoW و PoS در آن است که در اثبات سهام PoS اعتبارسنج‌ها به جای ماینرها کار می‌کنند. اعتبارسنج‌ها بر روی بلاک‌هایی که احتمال می‌دهند به زنجیره بعدی اضافه خواهد شد، شرط بندی می کنند.

مراحل کار اثبات سهام کدامند؟

در شروع کار اعتبارسنج‌ها چندین کوین Ether خود را در حکم سهام مشخص می‌کنند. بعد روی آن بلاکی که احتمال اضافه شدن آن به بلاک چین بیشتر است، شرط بندی انجام می‌دهند. در آخر اگر بلاک منتخب به بلاکچین افزوده شود، اعتبار سنج‌ها پاداشی به میزان مشارکت خود در الگوریتم می‌گیرند.
در PoW هرچه میزان توان محاسباتی ماینر بالاتر باشد، شانس اضافه شدن بلاک به بلاکچین بیشتر می‌گردد. یعنی تایید تراکنش توسط سیستم قوی‌تر، امکان پذیر است. ولی یک تفاوت PoW و PoS در آن است که در PoS هر کدام از اعتبار سنج‌ها، شانس بیشتری خواهد داشت که سهام بیشتری در سیستم گذاشته باشد. اعتبارسنج‌ها به نسبت سهام خود، یک بلاک را به عنوان پاداش می‌گیرند.

هر شخصی می‌تواند در متد اثبات سهام یک استخراج کننده شود. او لازم است مقداری از اتریوم را به پروتکل Casper بفرستد تا در زمره اعتبار سنج‌ها قرار گیرد. این کار در حکم یک سپرده ایمن است و اگر یک استخراج کننده ناقض قوانین شبکه باشد از اکوسیستم کنار گذاشته می‌شود.

در الگوریتم PoS، معیار انتخاب چیست؟

یک تفاوت PoW و PoS در ایجاد تغییرات عمده‌ای است که الگوریتم اثبات سهام پدید آورده‌است. این تغییر بزرگ آن است که استخراج کننده‌ها به خاطر ایجاد بلوک‌ها، پاداش نمی‌گیرند، بلکه آنها از هزینه‌های خرید ارز دیجیتال یا همان کارمزد معاملات پاداش دریافت می‌کنند.

معیار انتخاب بر این دو مورد استوار است:

استخراج کننده اتریوم در حال حاضر چه میزان اتریوم ذخیره دارد؟

مدت زمانی که اتریوم را نگهداری کرده، چقدر است؟

فرض کنید که شخصی 100 اتریوم دارد در صورتی که بقیه استخراج کننده‌ها تنها 50 اتریوم دارند، احتمال زیاد وجود دارد که دارنده صد اتریوم، به عنوان اعتبارسنج انتخاب شود.
حال اگر شخصی همان صد اتریوم خود را بیشتر از یک سال به صورت سپرده نگه داشته باشد، در قیاس با کسی که صد اتریوم خود را فقط یک ماه ذخیره کرده‌است، احتمال انتخاب بیشتری دارد.

در این سیستم در واقع به افرادی که دارای سهم بیشتری در مجموعه هستند، پاداش داده می‌شود.

دلیل استفاده اتریوم از اثبات سهام چیست؟

تیم شبکه اتریوم در روند کار در تولید یک چنگال سخت یا hard fork از اتریوم را در نظر گرفتند تا از الگوریتم اثبات کار عبور کنند و به اثبات سهام PoS برسند. ویتالیک بوترین در 15 فوریه 2020 اعلام کرد، این هارد فورک شامل پنج پیشنهاد جداگانه (EIP) برای آماده‌سازی برای انتقال شبکه از الگوریتم اثبات کار (POW) به الگوریتم کم انرژی و اثبات سهام (POS) است. هارد فورک جدید یک گام بزرگ برای شبکه Ethereum و توسعه دهندگانی خواهد بود که می‌خواهند از الگوریتم‌های اثبات کار (استخراج) به اثبات سهام منتقل شوند.

اتریوم 2 کوین‌های جدید هارد فورک اتر است که توسط الگوریتم اثبات سهام حاصل می‌شود. برنامه این است که 64 زنجیره خرد وجود داشته باشد که هرکدام درک مشترکی از وضعیت شبکه دارند. در نتیجه، هماهنگی اضافی لازم است و توسط زنجیره چراغی یا beacon chain انجام می‌شود. در ایجاد کوین‌های دیگری از قبیل Nav Coin ،ShadowCash ،Nxt ،NuShares ، و BlackCoin هم کپی‌هایی از متد اثبات سهام به کار رفته‌است. برای کسب اطلاعات بیشتر به مقاله اتریوم 2 چیست مراجعه کنید. 

استفاده اتریوم از اثبات سهام برای آن است که در توافق سیستم مالی توزیع  شده که در متد اثبات کار وجود دارد، ماینرها نیاز به انرژی الکتریکی زیادی دارند. یعنی برای انجام یک تراکنش بیت  کوین، مقدار زیادی برق مصرف می‌شود.

پرداخت قبض‌های برق مزارع استخرهای استخراج با ارزهای فیات انجام می‌شود و این کار باعث پایین آمدن نرخ ارزهای رمزنگاری می‌شود.
در بررسی سال‌های اخیر، مصرف انرژی الکتریکی تراکنش‌های بیت کوین در سراسر دنیا، معادل مصرف برق تمامی کشور دانمارک در سال 2020 برآورد شده‌است. به همین دلیل توسعه دهندگان اتریوم جهت حفاظت از محیط زیست، روش اثبات سهام را در مورد توافق سیستم مالی ارزهای رمزنگاری به کار گرفتند. زیرا پاداش در سیستم PoS جهت خلق یک بلاک تازه، با دریافت پاداش در متد اثبات کار متفاوت است و از روش استخراج با ماینرهای سخت افزاری استفاده نمی‌کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این باره به مقاله اتریوم چیست مراجعه کنید. 

تفاوت اصلی PoW و PoS چیست؟

تفاوت PoW و اثبات سهام، در روش تایید بلاک‌هایی است که در تراکنش‌های شبکه بلاکچین مشارکت دارند و قرار است به بلاکچین اضافه شوند. این الگوریتم‌ها با عنوان اثبات کار و اثبات سهام شناخته می‌شوند. هر دو این الگوریتم‌ها از سیستم اجماع Consensus بهره می‌برند به این معنی که در هنگام ارسال یا دریافت وجه نقد، احتیاجی به واسطه برای معامله یا اعتماد به سرویس‌های مالی مثل بانک نیست. هدف از این روش‌ها، بالا رفتن امنیت شبکه است و می‌خواهند از وقوع هر نوع حمله هکری جلوگیری شود.
الگوریتم اثبات کار نیاز به مقدار زیادی انرژی دارد و استخراج کنندگان برای پرداخت هزینه‌ها نیاز به فروش کوین‌های خود دارند. اثبات سهام بر اساس درصد کوین‌هایی که توسط یک ماینر نگهداری می‌شود، به آن ماینر قدرت استخراج می‌دهد.

تفاوت PoW و PoS از نظر سیستم امنیت چیست؟

سیستم‌های وابسته به کامپیوتر برآنند که امکان حمله هکرها را از بین ببرند. این موضوع هنگامی که موضوع پول و سرمایه در میان باشد، مهمتر می‌شود. پس باید دید تفاوت PoW و PoS از نظر سیستم ایمنی چیست و الگوریتم اثبات سهام PoS از ایمنی بیشتری برخوردار است یا ایده اثبات کار PoW؟ کارشناسان در این زمینه مشغول بررسی هستند.
برنامه نویسی یک حمله سایبری در الگوریتم اثبات کار بسیار گران است زیرا مسائل اقتصادی و فنی زیادی را باید در نظر بگیرد و از آنجا که برای حمله، باید پول بیشتری از درآمد حاصل از سرقت خرج شود، بنابراین حمله سودآور نخواهد بود.

در یک شبکه بلاکچین که بر اساس الگوریتم اثبات سهام یا PoS کار می‌کند، چون شبکه مبتنی بر سهام است، حمله ارزان تر خواهد بود. جهت حل این مشکل، برنامه نویسی پروتکلی به نام Casper طراحی و اجرا شد که در صورت وقوع بعضی شرایط می‌تواند اعتبارسنج‌هایی که قصد تخریب را دارند، تشخیص دهد و سرمایه آنها را از دستشان بگیرد. پروتکل Casper، می‌تواند میزان پاداش‌های دریافتی به دست اعتبارسنج‌ها را با مدیریت سپرده های امن، تخمین بزند.

هنگامی که یک اعتبارسنج، بلوک نامعتبری را تولید کند، در اینصورت به غیر از امتیازش،  سپرده امن او نیز به خاطر توافق شبکه، حذف می‌گردد. می توان گفت سیستم امنیت Casper، بر اساس شرط بندی شکل گرفته‌است. یعنی کاسپر مبتنی بر این ایده، برنامه نویسی شده‌است که اعتبارسنج‌ها بر اساس شرط بندی دیگر شرکت کنندگان، شرط می‌بندند.

گواه اثبات کار یا PoW چیست؟

الگوریتم اثبات کار یا Proof-of-Work نوع ویژه‌ای از پروتکل است که جهت افزایش امنیت شبکه بلاکچین blockchain استفاده می‌شود. هدف از توسعه پروتکل اثبات کار یا PoW جلوگیری از حملات سایبری و سوء استفاده‌های هکرها است.

یک نوع از حملات سایبری، حمله انکار خدمات گسترده یا Distributed Denial-of-Service است. هدف از این حمله‌ها، خسته کردن منابع کامپیوترهای سیستم است که تعداد انبوهی درخواست جعلی به آنها ارسال می‌شود.

ایده اثبات کار در سندهایی در سال 1999 توسط چند دانشمند علوم کامپیوتر مطرح شد. ولی ساتوشی ناکاموتو این الگوریتم را برای انتشار بیت کوین به کار گرفت و در سال 2008 در وایت پِیپر بیت کوین مطرح نمود.

روش اثبات کار که در سال 2009 و در ابتدای پیدایش بیت کوین استفاده شد، سبب جلوگیری از هک شدن آن گردید. آلتکوین‌هایی که بعد از بیت کوین به وجود آمدند هم، از روش اثبات کار استفاده می‌کنند. اثبات کار جهت معتبر سازی تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌های جدید به بلاک چین، به کار می‌رود. برای کسب اطلاعات بیشتر در این باره به مقاله بیت کوین چیست مراجعه کنید. 

گواه اثبات کار چگونه عمل می‌کند؟

نحوه کار گواه اثبات کار این است که بین استخراج کنندگان یا minerها یک محیط رقابتی جهت تکمیل تراکنش و کسب پاداش به وجود می‌آورد. این محیط رقابتی به خاطر آن است که ماینرهای موجود در شبکه باید نوعی از مسائل ریاضی را حل کنند که بسیار مشکل و بغرنج هستند. جهت حل این معادلات دشوار ریاضی، لازم است توان محاسباتی ماینرها بسیار زیاد باشد.

معادلات ریاضی شامل توابع پیچیده‌ای از قبیل تابع هش، معماهای پازلی و فاکتورگیری اعداد صحیح هستند. مراحل انجام اثبات کار به صورت زیر است:

1-تراکنش‌ها در یک بلاک با هم انجام می‌شوند.

2-ماینرها بایستی یک پازل ریاضی را حل کنند که این پازل ریاضی در حکم یک مسئله در PoW است.

3-سپس ماینری که قدرت محاسباتی بالاتری دارد این مسائل را حل می‌کند.

4-پس از آن راه حل خود را در اختیار دیگر ماینرها می‌گذارد و اگر راه حل موجود مورد تایید آنها بود، تراکنش نهایی به بلاک متصل به شبکه بلاکچین، اضافه می‌شود.

5-جایزه به اولین ماینری که بتواند مسئله هر بلاک را حل کند تعلق می‌گیرد.

6-در آخرین مرحله تراکنش‌هایی که تایید شده‌اند بر روی بلاکچین عمومی ذخیره می‌گردند.

نتیجه تئوری اثبات کار در یک سیستم مالی چیست؟

ایده اثبات کار به مفهوم بی اعتمادی و توزیع شدگی در سیستم مالی منجر می‌شود. یعنی اگر بخواهید در یک سیستم مالی توافقی توزیعی، پولی را برای شخصی واریز کنید و یا از شخصی دریافت نمایید، احتیاجی به اعتماد کردن به خدمات شخص واسطه به عنوان طرف سوم معاملات ندارید.

در هنگام به کار گیری روش‌های سنتی در سیستم‌های پرداخت، نیاز به تکیه کردن به شخص سومی مانند بانک ها و سیستم‌های واسط مالی است تا تراکنش شما را تنظیم نمایند. این واسطه‌ها، تاریخچه تراکنش‌ها و موازنه حساب‌ها را در دفتر کل خصوصی خود ثبت می‌کنند و در نزد خود نگهداری می‌نمایند.

یک نمونه از کاربرد سیستم سنتی این است که اگر شخص الف 100 تومان را برای شخص ب بفرستد، خدمات واسطه مورد اعتماد به این صورت است که، شخص الف را 100 تومان بدهکار و حساب شخص ب را 100 تومان طلبکار نماید. در این میان، هم شخص الف و هم شخص ب لازم است به این واسطه اعتماد کنند تا معامله به درستی انجام پذیرد.

در شبکه بیت  کوین و دیگر ارزهای دیجیتال، همه معامله‌گران یک کپی از دفتر کل یا همان بلاکچین را در دستگاه خود دارند و در نتیجه هیچکدام احتیاجی به شخص سوم ندارند. بنابراین، همه قابلیت آن را دارند که به طور مستقیم اطلاعات موجود را وارسی کنند.