آشنایی با مفهوم اثبات سهام (PoS)
اثبات سهام نوع متفاوتی از مکانیزم اجماع می باشد که بلاک چین ها می توانند به منظور توافق بر سر یک ثبت واقعی از تاریخچه داده استفاده نمایند. در حالی که در PoW ماینرها انرژی (برق) را به جهت استخراج بلاک های موجود صرف می کنند، در PoS، سپرده اعتبارسنج ها برای تأیید بلاک های موجود (یا “تأیید”) سهام گذاری می شود.
اعتبارسنج ها در جایگاه مشارکت کنندگان شبکه هستند که برای پیشنهاد و تأیید بلاک ها در بلاک چین PoS، نودهایی را (به نام نودهای اعتبارسنج) اجرا می کنند. آنها این کار را با قرار دادن رمزگذاری (در مورد Ethereum 2.0، با رمزگذاری ETH) در شبکه انجام داده و خود را در دسترس قرار می دهند تا به طور تصادفی برای پیشنهاد یک بلاک انتخاب شوند. سپس سایر اعتبارسنج ها “تأیید می کنند” که بلاک را دیده اند.
وقتی تعداد کافی از تأییدیه ها برای بلاک جمع آوری شود، بلاک به زنجیره ی بلاک یا همان بلاک چین اضافه می گردد. اعتبارسنج ها پادا ش هایی را هم برای پیشنهاد موفقیت آمیز بلاک ها (دقیقاً همانطور که در PoW عمل می کنند) و هم برای ساختن گواهی درباره بلاک هایی که دیده اند، دریافت می کنند.
برای اینکه شبیه سازی ای از PoW مجسم نماییم، ماینری را در نظر گرفتیم؛ مانند این است که ماینری که در حمله به یک زنجیره PoW شکست خورده بود، مجبور شد کل دکل استخراج خود را بسوزاند به جای اینکه فقط هزینه برق را که برای یک حمله ناموفق خرج کرده بود، مصرف نماید.
قابلیت اثبات سهام برای اتریوم
به روزرسانی Ethereum 2.0 انتقال از اثبات کار به اثبات سهام را به همراه خواهد داشت. اثبات سهام قابلیت های منحصر به فرد درآمدزایی را به دارندگان اتریوم (ETH) ارائه می دهد.
در سال ۲۰۲۰، فاز اول اتریوم 2.0 به طور مستقیم اجرا خواهد گردید، که دربرگیرنده اصلاحی اساسی در بلاک چین موجود، یعنی اتریوم 1.0، و پیشرفت هایی قابل توجه در مقیاس پذیری و قابلیت دسترسی می باشد. هسته اصلی معماری اتریوم 2.0 مکانیزم اجماع اثبات سهام (PoS) است که جایگزین مکانیزم اجماع موجود، یعنی اثبات کار (PoW)، خواهد شد.
PoS با تعدادی پیشرفت همراه است، از جمله: بهره وری انرژی، وجود موانع کمتر برای ورود، انگیزه های رمزنگاری – اقتصادی قوی تر، و قابلیت های درآمدزایی بیشتر برای مجموعه گسترده ای از کاربران. هدف از مقاله حاضر این است که به طوری واضح توضیح دهد اثبات سهام چیست، چگونه در اتریوم 2.0 پیاده سازی می شود و اینکه دارندگان ETH چگونه می توانند در تعامل با معماری جدید پیشرو باشند.
درک مکانیزم های اجماع
در سیستم های توزیع شده، مکانیزم اجماع روشی است که شبکه از طریق آن بر درستی یک منبع واحد توافق می کند. برخلاف سیستم های متمرکز، که حقانیت یک موضوع توسط یک نهاد کنترل کننده واحد مورد قضاوت قرار میگیرد، سیستم های توزیع شده برای نگهداری یک شبکه واحد به همکاری تعداد زیادی از متخصصان مستقل متکی هستند.
این نودهای مجزا باید بتوانند با استفاده از مکانیزم محاسباتی به توافق برسند که جدیدترین و دقیقترین ثبت داده کدام است. باید توجه داشته باشیم که این شبکه های توزیع شده باید از مکانیزم رمزنگاری یکسانی استفاده نمایند تا به اتفاق نظر برسند.
مکانیزم اجماع اثبات کار (PoW)
مکانیزم اجماع اثبات کار (PoW) در حال حاضر پرکاربردترین مکانیزم اجماع و بدون تردید بهترین روش برای فهم مکانیزم های اجماع می باشد. PoW تاکنون با انتشار بیت کوین در سال ۲۰۰۸ توسط ساتوشی ناکاموتو پیشگام بوده و تاکنون اکثر بلاک چین های دارای بالاترین پروفایل از جمله اتریوم را تأمین نموده. است.
برای فناوری در حال ظهوری مانند بلاک چین، PoW اثبات کرده است که می تواند مکانیزم اجماع بسیار امن و قابل اعتمادی باشد. مولفه های اساسی PoW، ماینرها و انرژی هستند. ماینرها افراد یا نهادهایی اند که با اجرا و مدیریت نودها (محاسبه به وسیله رایانه ها) شبکه را حفظ می کنند.
ماینرها نودها را به مصرف برق در قالب انرژی محاسباتی جهت حل مسائل ریاضی پیچیده هدایت می کنند. ماینری که این مسئله را حل می نماید، این حق را به خود می دهد که مجموعه ای از تراکنش ها را به بلاک چین های متوالی که همیشه در حال رشد هستند، اضافه نموده و تاریخچه ای واحد و قابل تأیید از داده ها را در بلاک چین PoW ایجاد کند.
مصرف هزینه توان محاسباتی در قالب هزینه برق می باشد – علاوه بر هزینه های اولیه سخت افزاری تنظیم نود عملکردی. هزینه قرار گرفتن در جایگاه ماینر، با پاداش های بلاکی بسیار ارزشمند به وجود آمده است. وقتی یک ماینر با موفقیت یک بلاک را استخراج می کند، پاداش بلوک را به صورت سکه بومی بلاکچین دریافت می نماید (به عنوان مثال BTC، ETH و غیره).
تغییرات نرخ هش
همانطور که تعداد بیشتری ماینر شروع به اجرای نودها در یک بلاک چین می کنند، نرخ هش (یعنی قدرت محاسباتی شبکه) افزایش می یابد، به این معنی که بلاک بعدی ممکن است کمی سریعتر از قبلی استخراج شود.
شبکه تلاش می کند تا یک زمان بلاک ثابت (زمان بین هر بلاک) را حفظ نماید؛ هر اتریوم در حدود ۱۴ ثانیه و هر بیت کوین در حدود 10 دقیقه استخراج می گردد.
اگر نرخ هش افزایش یابد و یک بلاک کمی سریعتر از قبل استخراج شود، بنابراین سختی به طور خودکار برای بلاک بعدی افزایش می یابد، با اطمینان از اینکه استخراج یک بلوک کمی سخت تر شده و زمان بلاک دوباره تثبیت می شود. سختی به طور منظم پس از هر بلاک تنظیم می شود، آز این رو زمان بلاک نسبتاً ثابت می ماند.
با رفتن ماینرها از شبکه (که ممکن است به دلایل مختلفی از جمله کاهش ارزش USD سکه بومی اتفاق بیفتد)، این سختی کاهش می یابد، به این معنی که استخراج بلاک ها و دریافت پاداش برای ماینرها آسان تر می گردد.
این کاهش سختی به عنوان انگیزه ای برای بازگشت تعداد بیشتری از ماینرها به شبکه تلقی می شود، با اطمینان از اینکه شبکه همچنان قوی و به اندازه کافی غیرمتمرکز است.
ثابت شده است که PoW بلاک چین بسیار مقاوم و ایمن است. انگیزه مقابله با بازیگری مخرب که در تلاش است تا با بلاک چین PoW توافق کند، علت هزینه برق مورد نیاز برای تولید مقدار کافی انرژی محاسباتی برای به دست آوردن نرخ هش بالا می باشد.
قدرت محاسباتی ترکیبی مورد نیاز برای یک شخص برای به توافق با یک بلاک چین که PoW کاملاً خوب تعیین شده، مانند بیت کوین یا اتریوم هزینه بسیار زیادی دارد و ممکن است حتی این امکان وجود نداشته باشد.
با وجود اینکه PoW ساده و ایمن است، زنجیره های PoW با سه چالش اصلی روبرو هستند: قابلیت دسترسی، تمرکز و مقیاس پذیری.
قابلیت دسترسی
موانع ورود به ماینر PoW زیاد هستند. اثبات زنجیره های کار به مقدار قابل توجهی انرژی برای حفظ نیاز دارد. یک ماینر باید تمام سخت افزارهای لازم برای اجرای دکل استخراج PoW را خریداری، تنظیم و نگهداری نماید.
علاوه بر این، استخراج PoW بسیار پر مصرف است. نه تنها مکانیزم اساسی از جنبه ی انرژی ناکارآمد می باشد، بلکه موانع را برای ورود بیشتر می سازد.
برای به دست آوردن جوایز قابل توجه بلاک، بهتر است یک ماینر در منطقه ای با هزینه برق کمتر زندگی کند. علاوه بر این، حوزه های قضایی اغلب نرخ کمتری را برای هزینه های برق به شرکت ها ارائه می دهند، به این معنی که ماینری که می خواهد سود خود را به حداکثر میران برساند، نیاز به تشکیل یک شرکت و خرید سخت افزار استخراج کافی برای جبران تلاش و هزینه های مربوطه دارد.
در کل، عدم کارایی انرژی، هزینه های متغیر برق، هزینه های سخت افزاری و برق شرکت ها همگی موانع قابل توجهی هستند که برای ورود بیشتر ماینرها به عرصه ی استخراج ارزهای دیجیتال در آینده وجود دارند.
تمرکز
موانع ورود به فرایند استخراج می تواند اثر ثانویه نامطلوبی در مرکزیت بیشتر ماینرها داشته باشد. از آنجا که تبدیل شدن به یک مانیر هزینه بر و کم سودتر می شود، شبکه طبیعتاً تمرکز استخراج را در دو دسته مشاهده می کند.
دسته اول، مزارع بزرگ استخراج که در مناطقی با هزینه برق کم و هوای سرد (به منظوز کاهش هزینه خنک کننده دستی سخت افزار آستخراج کننده) مانند مغولستان و سیبری فعالیت می کنند.
دسته دوم، قدرت استخراج در استخراج متمرکز است. از آنجایی که استخراج فردی برای اکثر افراد سود کمتری دارد، آنها انرژی هش را از یک استخر ماینینگ خریداری می کنند که به عنوان یک واحد استخراج عمل می نماید. در پایان سال ۲۰۱۹، بیش از ۵۰ درصد از بلاک های اتریوم فقط با دو استخر ماینینگ، استخراج گردید.
مقیاس پذیری
در زنجیره اثبات کار فعلی اتریوم، هر بلاک به طور متوالی استخراج می گردد. هر بلاک فقط می تواند حاوی مقدار مشخصی از داده باشد که به عنوان اندازه ی بلاک شناخته می شود. این بدان معناست که اگر تراکنش های معلق بیشتر از آنچه که در یک بلاک جای می گیرند وجود داشته باشد، تراکنش هایی که در بلاک بعدی استخراج نمی گردند، باید برای بلوک زیرین منتظر بمانند تا فرصتی دیگر در آن گنجانده شود.
در اتریوم، هر ۱۴ ثانیه یک بار یک بلاک استخراج می شود، اما در طی رخدادهای تراکنشی خاص، برخی از کاربران قادر بودند ساعت ها صبر کنند تا تراکنش های آنها پردازش شود.
یافتن راه حل های اثبات سهام
انگیزه های رمزنگاری – اقتصادی برای PoS به منظور ایجاد پاداش های جذاب تر برای رفتار صحیح و مجازات های شدیدتر برای رفتارهای مخرب تعبیه شده است. انگیزه ی اصلی رمزنگاری – اقتصادی به این شرط بستگی دارد که اعتبارسنج ها رمزنگاری خود را در شبکه سهام گذاری کنند.
اعتبارسنج ها در زنجیره PoS به جای در نظر گرفتن هزینه ثانویه برق برای اجرای نود PoW، مجبورند مبلغ قابل توجهی را به طور مستقیم به شبکه واریز نمایند.
وقتی نوبت به اعتبارسنج ها می رسد، آنها پاداش هایی را برای ساخت بلاک و گواهی تعلق می دهند. مجازات آنها زمانی است که وقتی نوبت به این وظایف رسیده باشد، مسئولیت خود را دنبال نکنند – یعنی اگردر زمان اجرای مسئولیت ها آفلاین باشند.
مجازات های آفلاین بودن نسبتاً کم و تقریباً برابر با پاداش های پیش بینی شده در طول زمان است. بنابراین، اگر یک اعتبارسنج در بیش از نیمی از زمان به درستی مشارکت داشته باشد، پاداش او مثبت خواهد بود.
اگر یک اعتبارسنج تلاش کند تا با پیشنهاد مجموعه جدیدی از ثبت داده، بلاک چین را مورد حمله قرار دهد یا به خطر بیاندازد، مکانیزم مجازاتی دیگری شروع به عمل می نماید: بخش قابل توجهی از مقدار سهام آنها کاهش می یابد (احتمالاً تا کل میزان سهام) و از شبکه بیرون انداخته می شوند.
نتیجه این کار، یک خطر مالی عظیم از حمله ناموفق توسط یک اعتبارسنج می باشد.
علاوه بر این، این مهم معماری امنیت شبکه را مستقیماً در اختیار کسانی قرار می دهد که شبکه و دارایی رمزنگاری شده بومی آن را در خود پروتکل نگهداری می کنند.
اثبات سهام به سه موضوع از زنجیره های PoW که قبلاً بحث شده اند – قابلیت دسترسی، متمرکز و به ویژه مقیاس پذیری – پرداخته است:
قابلیت دسترسی
اثبات بلاک چین های سهام نیازی به اعتبارسنج هایی ندارد که نگران هزینه های اولیه سخت افزاری باشند یا به همان میزان که ماینرها روی زنجیره های PoW باید توجه نمایند، به نرخ برق توجه کنند. بنابراین، اجرای یک نود اعتبارسنج بر روی یک زنجیره PoS نسبت به اجرای نود استخراج روی یک زنجیره PoW، مانع قابل توجهی برای ورود یک فرد به این عرصه است. با این حال، مانعی قابل توجه برای ورودی قابل دسترسی برای PoS وجود دارد.
اعتبارسنج ها برای اجرای یک نود اعتبارسنج کامل باید حداقل مقدار رمزنگاری را درگیر کنند. برای مثال برای اتریوم 2.0، این مبلغ ۳۲ ETH (در زمان نوشتن مقاله 6500 دلار) می باشد. برای بسیاری از افراد، این مبلغ قابل توجهی از نظر مالی بوده و یک عامل بازدارنده در مشارکت فعال محسوب می گردد.
به همان روشی که زنجیره های PoW دارای استخرهای استخراج هستند، استخرهای ذخیره ای وجود خواهد داشت که وجوه شرکت کنندگانی را که نمی توانند یا نمی خواهند ۳۲ ETH را به دست آورند، جمع می کند.
این مجموعه از طرف آنها سهام خواهد داشت و آنها به عنوان درصدی از سهام خود پاداش دریافت خواهند نمود.
تمرکز
با کاهش موانع ورود و از بین بردن نگرانی در مورد به حداقل رساندن هزینه های برق، شبکه های PoS در سطح نود به طور قابل توجهی غیرمتمرکزتر از شبکه های PoW هستند. مشارکت در یک زنجیره PoS فقط به مقدار غیرصفر رمزنگاری، اتصال به اینترنت و رایانه (یا تلفن و تبلت) نیاز دارد.
این کار درهای مشارکت و درآمدزایی را به روی گروه بسیار بیشتری از مردم می گشاید. علاوه بر این، صرفه جویی های مقیاسی در صرفه جویی های PoS بسیار کمتر از PoW می باشند. در سیستم های PoW، هرچه قدرت هش بیشتر توسط یک ماینر کنترل شود، درصد پاداش دریافتی وی بیشتر خواهد بود. در PoS، درصد اعتبارسنج ثابت می ماند چه ۱ گره چه ۱۰۰۰۰ گره را مدیریت کند.
مقیاس پذیری
اثبات سهام به تنهایی مقیاس پذیری را بهبود نمی بخشد. با این حال، معماری PoS اجازه می دهد بدون کاهش امنیت، یک راه حل مقیاس پذیر که به عنوان شاردینگ شناخته می شود را اجرا نماید.
شاردینگ مکانیزمی برای مقیاس گذاری پایگاه داده است که در آن یک بلاک چین به چندین زنجیره خرد تقسیم می شود که هر کدام از آنها قادر به پردازش بلاک ها هستند. این مکانیزم، کار بلاکچین را از پردازش همزمان هر بلاک راحت می کند و در عوض اجازه می دهد تا چندین بلاک (و به عبارت دیگر مجموعه های بیشتری از داده ها) به طور همزمان پردازش شوند.
به عنوان مثال با اتریوم 2.0، شاردینگ زنجیره بلوک را به ۶۴ زنجیره خرد جداگانه تقسیم می کند، به این معنی که شبکه تراکنش ها را با حداقل ۶۴ برابر سرعت تراکنش زنجیره اصلی PoW پردازش می نماید.
در شبکه های PoW، شاردینگ به مقیاس پذیری کمک می کند، اما بر روی امنیت شبکه نیز تأثیر می گذارد. تقسیم یک شبکه PoW به زنجیره های خرد شده به این معنی است که هر زنجیره ای به قدرت هش کمتری برای توافق نیاز دارد. با این حال، زنجیره های PoS “می دانند” که اعتبارسنج های شبکه چه کسانی هستند (به طور خاص، آدرس وصل شده به هر سپرده، و در نتیجه متصل به هر نود اعتبارسنج).
بنابراین، از طریق یک الگوریتم تصادفی قابل اثبات، زنجیره های PoS می توانند اطمینان حاصل کنند که اعتبارسنجی هایی که برای اعتبارسنجی بلاک های مختلف استفاده می شوند، تصادفی بوده و به طور آماری این احتمال را دارد که یک اعتبارسنج به اندازه کافی سهام را کنترل نماید تا داده ها را در یک بلاک کنترل کند.
در حالی که PoW برای دستیابی به مقیاس پذیری نیاز به مبادله امنیتی دارد، شبکه های PoS می توانند از طریق شاردینگ به هر دو هدف برسند.
اثبات سهام در Ethereum 2.0
اتریوم 2.0 اثبات زنجیره سهام است که به صورت فازهای زنده، از فاز صفر در سال ۲۰۲۰ شروع می شود. فاز ۰ اتریوم 2.0 آنچه را که بیکن چین (Beacon Chain) نامیده می شود را راه اندازی می کند که مکانیزم اجماع اثبات سهام را ایجاد و حفظ می نماید.
در اتریوم 2.0، مکانیزم اجماع PoS به اعتبارسنج هایی نیاز دارد تا ۳۲ ETH را برای اجرای یک نود اعتبارسنج در شبکه درگیر کنند. هر بار که یک بلاک پیشنهاد می شود، حداقل ۴ و حداکثر ۶۴ کمیته تصادفی از ۱۲۸ نود اعتبارسنج از کل اعتبارسنجی ها برای تأیید بلاک انتخاب می شوند.
(این موضوع از لحاظ ایمنی قابل اطمینان است و کمتر از ۱ در تریلیون شانس وجود دارد که مهاجمی که ثلث اعتبارسنج ها را در شبکه کنترل می کند، دو سوم از اعتبارسنج ها را در یک کمیته برای اجرای موفقیت آمیز حمله کنترل نماید).
به منظور اعتبارسنجی در اتریوم 2.0، اعتبارسنج ها ۳۲ ETH را به قرارداد رسمی سپرده اتریوم 2.0 واریز می کنند که توسط بنیاد اتریوم تهیه و منتشر شده است. اعتبارسنج ها برای هر نود اعتبارسنجی که می خواهند اجرا کنند، باید ۳۲ ETH را در نظر بگیرند.
در فاز صفر اتریوم 2.0، جوایز پیشنهاد و تأیید به اعتبارسنج ها توزیع نمی شود تا زمانی که حداقل آستانه اعتبارسنجی ETH و اعتبار سنج متعهد برای راه اندازی شبکه برسد. برای شبکه بندی حداقل ۵۲۴۲۸۸ ETH نیاز است تا بتواند در آن قرار بگیرد، که حداقل در ۱۶۳۸۴ نود اعتبارسنج تقسیم شده باشد. هنگامی که آستانه فعال شد و بلاک اولیه یا همان جنسیس بلاک ایجاد گردید، توزیع جوایز به اعتبارسنج ها آغاز می شود.
