الگوریتم اثبات سهام چیست؟

چرا اثبات سهام؟

یک بلاک چین یک سیستم دیتابیس همتا به همتا، بدون حضور یک شخصیت مرکزی صاحب قدرت است. مسئولیت حفظ و نگهداری از آن بین همه فعالان در شبکه به اشتراک گذاشته شده است و به این صورت، بلاک چین هم متمرکز و هم بدون اعتماد است.

دلیل این که این سیستم بلاک چین نام دارد این است که تراکنش‌ها به بلاک‌هایی دسته‌بندی می‌شوند و هر بلاک پس از بلاک اولیه (بلاک پیدایش) به نحوی به بلاک قبلی اشاره می‌کند که آن‌ها را به هم متصل می‌کند. این سیستم باید در برابر افرادی حفاظت شود که تمایل دارند بلاک خود را بسازند به چین اضافه کنند، یا چین را بشکنند و بلاک جدیدی به آن اضافه کنند. اگر هریک از این اقدامات مجاز باشد، نسخه‌های گوناگونی از یک چین وجود خواهد داشت و کسی نمی‌داند که کدام یک چین اصلی است، و این باعث می‌شود که ارز رمز بی‌مصرف و بی‌ارزش باشد.

سازوکاری که بلاک چین برای حفاظت از تمامیت خود استفاده می‌کند، اجماع نام دارد. اجماع یعنی تمامی کامپیوترهایی که در شبکه هستند باید در مورد تک‌تک بلاک‌هایی که به چین اضافه می‌شوند توافق کنند. اثبات کار، شکل اولیه اجماع بلاک چینی است که برای بیت کوین توسط ساتوشی ناکاموتوی بدنام توسعه داده شد.

با اثبات کار، شرکت‌کنندگان در شبکه با یکدیگر مسابقه می‌دهند تا پازلی رمزنگارانه را حل نمایند و بلاک جدیدی برای اضافه کردن به بلاک چین استخراج کنند. زمانی که یک ماینر راه‌حلی برای پازل پیدا می‌کند، آن را برای تایید در اختیار شبکه قرار می‌دهد. با وجود این که حل این پازل عامدانه مشکل است، تایید این راه حل آسان است. اگر شبکه در مورد قابل قبول بودن راه‌حل توافق کند، بلاک به بلاک چین اضافه می‌شود و ماینری که بلاک را پیدا کرده، در ازای تلاش موفقیت‌آمیز خود چند سکه ارز رمزی دریافت می‌کنند.

اثبات سهم مانند اثبات کار عمل می‌کند. این روش راهی برای حفظ اجماع است به نحوی که نتوان بلاک چین را دستکاری کرد. هرچند، این سیستم این کار را به صورتی کاملا متفاوت انجام می‌دهد؛ روشی که تلاش می‌کند سه مورد از قابل توجه‌ترین انتقادهای مطرح شده در مورد اثبات کار را پاسخ دهد.

معایب اثبات کار

نگرانی‌های زیست محیطی

اولین انتقاد مطرح شده در مورد اثبات کار، پایداری زیست محیطی است. پازل‌های رمزنگاری شده که باید برای اثبات کار حل شوند، نیاز به توان پردازش بالایی دارند. همزمان با سودآور شدن پاداش ارز رمز، توان پردازشی بیشتری برای شرکت در رقابت کسب پاداش به شبکه می‌پیوندد. یک بررسی در سال گذشته نشان داد که مصرف جهانی برق برای استخراج بیت کوین معادل مصرف برق دانمارک بوده است. هر چه ارزش ارز رمزها به مرور زمان بیشتر می‌شود، نیاز به الکتریسیته برای استخراج آن‌ها نیز بیشتر می‌شود. این خط سیری غیرپایدار با عواقبی فاجعه‌بار برای محیط زیست ما است. این عامل ما را به دومین انتقاد مطرح شده در مورد اثبات کار می‌رساند.

متمرکزسازی

وقتی که توان پردازشی وارد شبکه می‌شود، پیچیدگی پازل‌های رمزنگاری شده اثبات کار به طور مستقیم افزایش می‌یابد. وقتی که توان پردازشی مورد نیاز برای حل این پازل‌ها از توانایی‌هایی سخت افزارهای مورد استفاده عموم فراتر می‌روند، توان استخراجی (و متعاقبا اجماع بلاک چین) به صورت فزاینده‌ای به دست ماینرهای پرقدرت معدود که صاحب عملیات عظیم صنعتی هستند افزایش می‌یابد. پیش‌بینی می‌شود که غول استخراج بیت کوین Bitmain در سال ۲۰۱۸ به ۱۰ میلیارد دلار درآمد دست پیدا کند؛ بیش از انویدیا و AMD. در رقابت برای حل پازل‌ها، مصرف‌کنندگان عادی شانسی برای پیروزی در برابر Bitmain عظیم ندارند.

تجانس میزبان‌های نود

آخرین انتقاد مطروحه در مورد اثبات کار این است که نیاز نیست تا ماینرها، خود نسخه‌ای از بلاک چین را داشته باشند. آن‌ها می‌توانند به تصمیم خود در استخری استخراج کنند که سهم آن‌ها را به کیف پولی در یک صرافی یا یک کیف پول سبک پرداخت می‌کند که در تعامل با بلاک چین است ولی نسخه کاملی از آن را در خود جای نداده است. تاثیر آن این است که آن‌هایی که تصمیم می‌گیرند تا نسخه‌ای از بلاک چین را در اختیار داشته باشند، معمول کاربران عمده مانند ادمین‌های استخرها، ادمین‌های جستجوگر و ماینرهای صعنتی هستند. این یعنی عاملین متصل به هم در شبکه نمایانگر کل پایگاه کاربران نیستند، و این برای ارز رمزهایی مانند دش که تلاش می‌کنند تا با استفاده از روشی به نام حاکمیت کاربران در فرآیندهای تصمیم‌گیری همراه کنند مشکل‌ساز است.

مزایای اثبات سهم

به طور خلاصه، اثبات سهم سیستمی است که در آن سکه‌هایی که در حال حاضر در کیف پول کاربران قرار دارد، به سهام تبدیل می‌شود. با این کار، کاربران در یک استخر شبه تصادفی انتخاب، با شانس ضرب بلاک بعدی قرار می‌گیرند (عبارت معادل استخراج برای سهم‌گیران). بدینگونه سهم‌گیرانی که موجودی پایینی دارند نیز در مقابل کاربران پرمایه‌تر در این رقابت شانس خواهند داشت.

به علاوه، اثبات سهام مستقیما برخی از انتقادات مطرح شده در مورد اثبات کار را پاسخ می‌دهد. سهم‌گیری در مقایسه با اثبات کار تنها نیازمند منابع پردازشی اندکی است. این روش به شکلی قابل قبول مساله پایداری زیست محیطی ارز رمز را حل می‌کند. به علاوه، یک کیف پول سهم‌گیری را می‌توان برای ارزان‌ترین سخت افزار مدرن مانند Raspberry Pi نیز اجرا کرد که باعث می‌شود تا برای تمامی شرکت‌کنندگان آتی در دسترس بوده و به طور نظری از عدم تمرکز حراست کند.

از آن‌جایی که کاربران باید برای دریافت پاداش‌های بلاک، سکه‌های خود را به صورت سهم نگه‌دارند، باید اتصال کیف پول خود به شبکه را نیز حفظ کنند. این باعث ایجاد انگیزه برای شرکت گسترده‌تر در میزبانی از نسخه‌های زنده بلاک چین در میان تمامی انواع بازیگران حاضر در شبکه شده و بنابراین نمایندگی بیشتری در تلاش‌های حاکمیتی وجود خواهد داشت و غیر متمرکز بودن گسترده‌تر خواهد بود.

آخرین پیشرفت‌ها در اثبات سهام شامل کیف پول‌های تحت وب سهم‌گیری و کیف پول‌های سرد و آفلاین سهم‌گیری هستند. این ممکن است در نگاه اول به علت مالکیت متمرکز و کنترل ساختار سرور میزبان در تضاد با مزیت غیر متمرکزسازی اثبات سهم به نظر آید. اما، غیرمتمرکزسازی نه بر مالکیت سخت افزار، بلکه بر کنترل دارایی‌های بلاک چین (مانند سکه‌های ارز رمز) استوار است.

اثبات سهام بیش از حد خوب به نظر می‌رسد، این طور نیست؟ تا حدی همینطور است.

کمی دقیق‌تر نگاه کنید تا متوجه ایرادات آن بشوید.

اثبات سهام هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد و همه بلاک چین‌های اثبات سهم نیز با هم برابر نیستند. هر شبکه‌ای که به طور انحصاری از موجودی کیف پول‌ها برای الگوریتم انتخاب خود استفاده می‌کند، نهایتا به موقعیتی منجر خواهد که در آن احتمال ضرب بلاک تنها برای ثروتمندترین سکه‌داران وجود دارد و در نتیجه مشکل متمرکز بودن اثبات کار حل نمی‌گردد. یک شبکه اثبات سهام که تنها به بزرگ‌ترین سکه‌داران پاداش می‌دهد، توانگرسالار است. با توجه به کمبود استخرهای سهم‌گیری در مقایسه با استخرهای استخراج و تعداد کمتر حاضران در شبکه، منطقی به نظر می‌رسد که بگوییم اثر متمرکزسازی توانگرسالاری اثبات سهام حتی از اثبات کار شدیدتر است.

در مورد امنیت بلاک چین اثبات سهام، ما باید در مورد بردارهای احتمالی حمله بسیار بیشتر بیاموزیم. دو نوع حمله‌ای که به خوبی از آن‌ها اطلاع داریم، حمله‌های «نبود سهم» و حمله دوربرد است.

آیا به خاطر دارید که پیش‌تر گفتم به دست‌ آوردن پاداش‌های بلاک به توانایی کاربران در برنده شدن در مسابقه رسیدن به بلاک بعدی بستگی دارد؟ خب، چه می‌شود اگر آن مسابقه با تساوی تمام شود؟ ناگهان دو بلاک متفاوت در یک زمان در چین وجود خواهد داشت. نتیجه آن یک فورک خواهد بود. چین به دو قسمت تقسیم خواهد شد. با وجود این که هرچیز که از قبل آن تساوی وجود داشته در یک چین ذخیره شده، ولی هر چه پس از آن اتفاق می‌افتد، در دو چین کاملا متفاوت خواهد بود. این تساوی می‌تواند اتفاقی باشد، اما معمولا عامدانه توسط کاربران متخلف شبکه دستکاری می‌شود.

ارز رمزهای متفاوت روش‌های متفاوتی در برخورد با چین‌های فورک شده دارند و نمی‌خواهیم در اینجا در مورد آن‌ها شرح بدم، چرا که از حوصله این مقاله خارج است. اما همین‌قدر کافی است که بگوییم روشی پیاده شده است تا چین «صحیح» را انتخاب کند و این در اصل به حجم به کارگیری توسط کاربران بستگی دارد. ماینرهای اثبات کار انگیزه پیدا می‌کنند که با نادیده‌گرفتن چین‌های کوچکتر، در محبوب‌ترین چین‌ها استخراج کنند تا اطمینان داشته باشند که شبکه آن را به عنوان چین مورد اجماع انتخاب می‌کند. انتخاب چین «اشتباه» یعنی ماینرهای پاداشی دریافت می‌کنند که در حقیقت در چین مورد اجماع وجود ندارد و نمی‌تواند با سایر حضار در شبکه معامله شود.

حمله بدون سهم

از سوی دیگر در اثبات سهام، تا زمانی که یک چین مورد اجماع انتخاب شود، موجودی کیف پول یک کاربر در تمامی چین‌های موجود وجود خواهد داشت. بنابراین، به جای اجبار به انتخاب چین صحیح از میان گزینه‌های احتمالی، سهم‌گیران تشویق می‌شوند تا سکه‌های خود را در همه چین‌های موجود سهم‌گذاری کنند تا اطمینان حاصل کنند که فارغ از این که اجماع کدام چین را انتخاب می‌کند به پاداش برسند. بر خلاف ماینرهای اثبات کار، سهم‌گیران چیزی برای از دست دادن ندارند. به عبارت دیگر (و منطقی‌تر)، سهم‌گیران سهمی ندارند.

این رفتار می‌تواند منجر به باقی‌ماندن چین‌های گوناگون شود و هیچ چینی به عنوان چین مورد اجماع انتخاب نشود. اگر یک ارز رمز چند چین موجود داشته باشد و شرکت‌کنندگان نتوانند تعیین کنند که کدام یک را باید انتخاب کنند، عملا هدف و ارزش آن از دست می‌رود.

حمله دوربرد

حمله دوربرد نیز از این نظر که منجر به خلق چین‌های گوناگون می‌شود با حمله قبلی مشابهت‌هایی دارد. هرچند، یک حمله دوربرد خطرناک‌تر است، چرا که می‌تواند باعث آغاز به کار یک چین جدید و ظاهرا معتبر شود. چینی که در آن هیچ یک از بلاک‌های که قبلا ضرب شده‌اند وجود ندارد.

تمامی بلاک چین‌های اثبات سهام باید از جایی کار خود را شروع کنند. اما بر خلاف اثبات کار، ساز و کاری برای توزیع سکه‌ها در شبکه‌های اثبات سهام وجود ندارد، چرا که پاداش بلاک‌ها به موجودی کیف پول‌ها بستگی دارد. در نتیجه بلاک چین‌های اثبات سهام یا با یک عرضه اولیه سکه (ICO) یا یک دوره مقدماتی هشینگ اثبات سهام برای ایجاد توزیع کار خود را آغاز می‌کنند.

با گذشت زمان و افزایش تعداد سهم‌گیران در چِین برای دریافت پاداش‌های بلاک، توزیع سکه‌های در شبکه به طور فزاینده‌ای غیر متمرکز می‌شود. اما، آن بلاک‌های اولیه اثبات سهام تعداد کاربران بسیار کمتری داشته‌اند. احتمال تعداد آن کاربران آن‌قدر کم و همسان بوده است که گروه اولیه سهم‌گیران می‌تواند با هم توافق کرده به عقب برگردند و نسخه قدیمی‌تری از بلاک چین را احیا کنند.

برخی از ارز رمزها با تصریح این بلاک‌هایی با سن خاص نمی‌توانند در مناقشه مورد استفاده قرار گیرند سعی در حل این مشکل دارند. اما این تنها شکل مشکل را عوض می‌کند و مشکل حل نمی‌شود. چه اتفاقی می‌افتد وقتی فردی کیف پول خود را پس از مدتی آفلاین بودن به شبکه متصل کند که از سن تعیین شده بیشتر است؟ و همینطور آیا کیف پول‌هایی که از ابتدا سینک می‌شوند نیز باید در این مورد فکر کنند؟

حل این مشکل منجر به مشکل اصلی اثبات سهام می‌‌شود

از آنجایی که خطر هر دو حمله برای اثبات سهام دائمی است (یعنی دو چین در آن واحد وجود داشته باشند)، نیازی مداوم به روشی برای تعیین چین مورد اجماع به وجود می‌آید. حمله‌کنندگان می‌تواند نودهای جدیدی که به سیستم اضافه می‌شوند را قانع کنند که نودهای آن‌ها کاملا قابل اعتماد هستند، و در فقدان روشی برای تثبیت اعتبار، نودهای جدید به راحتی فریب می‌خورند. این مشکل در محافل ارز رمز به نام فردیت ضعیف شناخته می‌شود.

و باز هم جوابی برای آن وجود ندارد، چرا که ارز رمزهای متفاوت روش‌های متفاوتی برای حل این مشکل دارند. رایج‌ترین روش داشتن یک منبع صاحب اختیار و مورد اعتماد در شبکه است که هش شبکه معتبر را در فواصل منظم منتشر کند.

این موضوع کاملا هدف اصلی ارز رمز یعنی عدم تمرکز و بدون اعتماد بودن را زیر سوال می‌برد. اگر قرار باشد تا رمز برای فعالیت خود به مراجع شخص ثالث وابسته باشد، تفاوتی با دارایی‌های سنتی نمی‌کند که به بانک و دولت‌ها وابسته‌اند.

از سوی دیگر، برخی از مردم اعتقاد دارند که القاء اطلاعات اجتماعی با مبدا انسانی به فرآیند تصمیم‌گیری که نودها باید به صورت مورد به آن‌ها اعتماد کنند، در حقیقت تقویت الگوریتم اجماع کامپیوتر محور است. لعنت بر عدم اعتماد! البته بر اساس دید اولیه ساتوشی ناکاموتو، این افراد اشتباه می‌کنند.

آیا آینده روشن‌تر است؟

تمامی بلاک چین‌های اثبات سهام از فردیت ضعیف رنج می‌برند. تمامی آن‌ها. مگر در صورتی که به ابتکار جدیدی برسند، کاری نیست که بتوانند در مورد آن انجام دهند.

به عنوان مثال اتریوم پروتکلی را پیشنهاد داد که طبق آن یا کاربرانی که در یک بلاک خاص «دوپهلو عمل کرده بودند» (یعنی کسانی که فعالانه در نسخه‌های متفاوت یک بلاک سرمایه گذاری کرده بودند) و یا کسانی در بلاک «اشتباه» سهم‌گذاری کرده بودند مجازات می‌شدند. یک عامل متخلف که در یک بلاک خراب یا دستکاری شده سهم‌گذاری می‌کند، با خطر از دست دادن تمام سکه‌هایی که برای استخراج آن بلاک سهم‌گذاری کرده مواجه است. اگر یکی دیگر از عاملان شبکه با مدرکی دال بر بلاک دستکاری شده یا خراب شرارتی را تشخیص دهد، کاربر دوم نه تنها پاداش بلاک را از دست می‌دهد، بلکه تمام سکه‌هایی که برای ضرب آن سکه سهم‌گذاری کرده نیز برای همیشه از بین می‌رود (و بخشی از آن به عنوان پاداشی برای هشیاری افشا کننده به کاربر اول تعلق خواهند گرفت). کلاهبردارانی که با خطر از دست دادن تمامی سکه‌های سهم‌گذاری شده خود مواجهند، انگیزه خود را برای حمله به اجماع شبکه از دست می‌دهند. به علاوه، همه سهم‌گذاران تشویق می‌شوند تا مانند ماینرهای اثبات کار، چین اجماع محتمل‌تر را انتخاب کرده و سراغ چِین‌های جایگزین نروند.

راه حل دیگر که برای مدتی عرضه شده است بلاک چین هیبرید نام دارد. یک بلاک چین هیبرید در آن واحد شامل اثبات کار و اثبات سهام می‌شود (توجه داشته باشید که اشاره ما به پروژه‌هایی نیست که در آن‌ها فاز اثبات کار مقدماتی برای توزیع دارایی‌های بلاک چین، و پس از آن اثبات سهام آغاز می‌شود.) به جای افزایش مضاعف بردارهای احتمالی حمله، دو نیمه بلاک چین هیبرید از یکدیگر حفاظت می‌کنند. به عنوان مثال، حضور مداوم بلاک‌های اثبات کار در چین خطر حمله دوربرد علیه بلا‌ک‌های اثبات سهام از بین می‌برد، و حضور مداوم بلاک‌‌های اثبات سهام ماینرها را تشویق می‌کند تا نسخه‌ای از بلاک چین را داشته باشند تا اطمینان حاصل شود که شرکت‌ کنندگان کوچک در شبکه نیز فرصتی برای دریافت پاداش داشته باشند.

البته،‌ هر جز اثبات کار به شدت مصرف برق یک بلاک چین را افزایش می‌دهد. هرچند، برخی از پروژه‌ها مثل پروژه ما فعالانه برای توسعه الگوریتم‌ هشینگ جدید با هدف کاهش قابل توجه مصرف برق و تولید حرارت کار می‌کنند. به این صورت،‌ یک بلاک چین هیبرید می‌تواند مزایای پایداری زیست‌محیطی اثبات سهام را در عین بهره‌بردن از اثبات کار، حفظ کند.

نتیجه‌گیری

باید اذعان ‌کنیم که این مقاله طولانی و عجیب و غریب و ظاهرا بدون پایان بود. اثبات سهام در مراحل اولیه خود قرار دارد و با مشکلاتی مواجه است که باید به طور کامل آن‌ها را برطرف کنیم. اگر با خود صادق باشیم، می‌بینیم که مساله فردیت ضعیف هدف بنیادی ارز رمز را زیر سوال می‌برد. اما حقیقت این است که اگر بازار ارز رمز رشد کند، اثبات سهام پایدار نیست، پس من چاره‌ای ندارم مگر این که نتیجه‌گیری کنم که اثبات سهام قدمی لازم برای حرکت به جلو است. این سوال باقی می‌ماند: چگونه؟

قطعا این پایان داستان نیست. انتظار داریم که ابتکارات و تطبیق‌های زیادی در ۱۲ ماه آینده در قلمرو اثبات سهام اتفاق بیفتد. شاید مجازات عاملان ضد اجتماع همانند اتریوم یا توسعه بلاک چین‌های هیبرید مانند Luxcore، قدم بعدی برای اثبات سهام باشد. یا شاید شاهد چیزی باشیم که قبلا ندیده‌ایم. حتی پدیده‌ای به نام اثبات سهام سپرده محول شده وجود دارد که در مورد آن صحبت نکردیم.