اثبات سهام (Proof of Stake) چیست؟ چه تفاوتی با اثبات کار (Proof of Work) دارد؟

اثبات سهام (Proof of Stake) چیست؟ چه تفاوتی با اثبات کار (Proof of Work) دارد؟

اثبات سهام (Proof of Stake) یک پروتکل اجماع (Consensus Protocol) است که در آن ارز دیجیتال برای ایمنسازی شبکه قفل میشود. این مکانیسم در مقایسه با اثبات کار (Proof of Work) که در بیت کوین (Bitcoin) استفاده میشود، از نظر مصرف انرژی بسیار کارآمدتر است. همانطور که در مقاله‌های قبلی در مورد مکانیزم اثبات کار (POW) صحبت کردیم، در اینجا به بررسی دقیق‌تر اثبات سهام (Proof of Stake) خواهیم پرداخت.

• اثبات سهام یک مکانیسم اجماع (Consensus Mechanism) است که اطمینان می‌دهد تنها تراکنش‌های قانونی به بلوک‌ها (Blocks) اضافه می‌شوند.
• با تأیید اعتبار ارز رمزنگاری شده خود، امنیت شبکه از طریق قفل کردن و استیک کردن (Staking) این ارز تأمین می‌شود.

استخراج ارزهای رمزنگاری شده (Cryptocurrency Mining) یک فرآیند پرمصرف از نظر انرژی است. اما این لزوماً نباید به این شکل باشد. جامعه اتریوم (Ethereum) در تلاش است تا با تغییر روش ایجاد ارز، ردپای کربن (Carbon Footprint) بلاک چین (Blockchain) را به طور چشمگیری کاهش دهد. روشی که برای این هدف در نظر گرفته شده است، اثبات سهام (Proof of Stake) نام دارد. این روش جایگزینی برای اثبات کار (Proof of Work) است که بیت کوین و اتریوم در حال حاضر از آن استفاده می‌کنند. هر دو PoS و PoW نمونه‌هایی از مکانیسم‌های اجماع (Consensus Mechanisms) هستند.

مکانیسم‌های اجماع (Consensus Mechanisms)

بلاک چین‌های عمومی (Public Blockchains) در ابتدایی‌ترین سطح خود، تنها پایگاه‌های داده (Databases) هستند. اکثر پایگاه‌های داده مجوزهایی را برای افرادی تعیین می‌کنند که می‌توانند به آنها دسترسی داشته باشند و آنها را ویرایش کنند. این کنترل متمرکز (Centralized Control) اگرچه راحت است، اما آنها را در برابر حملات هکرها آسیب‌پذیر می‌کند. در مقابل، بلاک چین‌ها همه را مجبور می‌کنند که نرم‌افزار را اجرا کنند – از صرافی‌ها (Exchanges) گرفته تا معامله‌گران (Traders) – و مسئول به‌روزرسانی آنها باشند. اما این فرآیند ممکن است آشفته و پیچیده به نظر برسد، به همین دلیل است که بلاک چین‌ها از “مکانیسم‌های اجماع” یا “الگوریتم‌های اجماع” (Consensus Algorithms) استفاده می‌کنند.

مکانیزم‌های اجماع باعث می‌شوند شبکه سرپا بماند و اطمینان حاصل شود که تنها تراکنش‌های قانونی به بلوک‌ها اضافه می‌شوند. همه گره‌ها (Nodes) – یا رایانه‌هایی که نرم‌افزار بلاک چین را اجرا می‌کنند – با هم بررسی می‌کنند و می‌گویند: “بله، این درست است.” با انجام این کار، آنها از حملات 51 درصدی (51% Attacks) و سایر حملات محافظت می‌کنند. حمله 51 درصدی زمانی رخ می‌دهد که شخصی بیش از نیمی از قدرت محاسباتی (Computing Power) را در یک شبکه توزیع شده (Distributed Network) به دست آورد و بتواند آن شبکه را کنترل کند.

اثبات کار (Proof of Work)

برای جلوگیری از حملات هکرها، بیت کوین از الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work) استفاده می‌کند. این الگوریتم و سیستم از مردم می‌خواهد تا از سخت‌افزار و برق برای کمک به شبکه در انجام تراکنش‌ها استفاده کنند. در اثبات کار، ماینرها (Miners) سعی می‌کنند معماهای دشواری را حل کنند تا اولین نفری باشند که یک تراکنش را انجام می‌دهند. کار آنها به تأیید صحت معاملات کمک می‌کند. به عنوان پاداش، آنها از شبکه بیت کوین به عنوان جایزه یا پاداش دریافت می‌کنند.

اثبات کار در طراحی بیت کوین ساخته شد و توسط سایر ارزهای رمزنگاری شده از جمله اتریوم تکرار شد. با این حال، یکی از محصولات جانبی این سیستم این است که به برق زیادی نیاز دارد و تجهیزات قدرتمندی برای پردازش و تأیید تراکنش‌ها لازم است.

اثبات سهام (Proof of Stake)

توسعه‌دهندگان اتریوم در حال ساختن مجموعه‌ای جداگانه از ارتقاء هستند، اتریوم 2.0 که با اثبات سهام اجرا می‌شود و در نهایت با شبکه اصلی اتریوم ادغام می‌شود. هدف اثبات سهام اتریوم 2.0 دستیابی به همان نتیجه اثبات کار است: تأیید ایمن تراکنش‌ها در بلاک چین.

اما در حالی که ماینرهای PoW منابع سخت‌افزاری (رایانه‌های بزرگ و گران قیمت یا ماینرها و دستگاه‌های ASIC) را برای تأمین امنیت شبکه اختصاص می‌دهند، اعتبارسنج‌های PoS ارز رمزنگاری شده خود را اختصاص می‌دهند. با PoS، برای به دست آوردن فرصتی برای تأیید تراکنش‌ها در یک بلوک – و دریافت هزینه‌های مربوطه – اعتبارسنج‌ها باید حداقل 32 اتر (ETH) را که نمی‌توانند خرج کنند، در شبکه قفل یا استیک کنند. شبکه بلاک چین از ارز دیجیتال استیک شده یا قفل شده برای ایمن‌سازی شبکه استفاده می‌کند.

با توجه به گفته بنیاد اتریوم (Ethereum Foundation)، اثبات سهام دارای چندین مزیت نسبت به اثبات کار است. از آنجا که کسب پاداش بر اساس داشتن بیشترین قدرت محاسباتی نیست، به سخت‌افزار فوق‌العاده‌ای احتیاج ندارید. این امکان را برای افراد بیشتری فراهم می‌کند تا در اجرای یک گره اتریوم مشارکت داشته باشند، که این امر باعث تمرکززدایی بیشتر و مقاومت بیشتر در برابر حملات 51 درصدی می‌شود. به دلیل سخت‌افزار کمتر، اثبات سهام از انرژی بسیار کمتری نسبت به اثبات کار استفاده می‌کند.

شبکه چگونه اعتبارسنج‌ها را انتخاب می‌کند؟

اعتبارسنج‌ها به طور تصادفی توسط شبکه برای پیشنهاد بلوک‌های جدید انتخاب می‌شوند. آنها همچنین به صورت تصادفی در کمیته‌های 128 گره‌ای که روزانه تغییر می‌کنند، گروه‌بندی می‌شوند. هر بار که یک بلوک جدید از تراکنش‌ها ایجاد می‌شود و به پایگاه داده بلاک چین اضافه می‌شود، مکانیسم اجماع PoS کمیته‌های متعددی را انتخاب می‌کند تا “صحت” بلوک پیشنهادی را تأیید کند. اعتبارسنج‌ها هم برای ساخت بلوک و هم برای تأیید ساختن بلوک‌های دیگر پاداش دریافت می‌کنند. اگر اعتبارسنج‌ها آفلاین هستند یا گواهی‌های صحیح ارائه نمی‌دهند، مجازات می‌شوند و با توجه به قوانین شبکه جریمه خواهند شد. اگر اعتبارسنج‌ها سعی کنند به شبکه حمله کنند، می‌توانند کل سهام خود را از دست بدهند. این الگوریتم طوری طراحی شده است که حمله به شبکه را از نظر آماری غیرممکن می‌کند. با توجه به ConsenSys (که یک رمزگشایی مستقل را تأمین می‌کند)، “کمتر از 1 در یک تریلیون احتمال وجود دارد که مهاجمی که 1/3 اعتبارسنج‌ها را در شبکه کنترل می‌کند، ⅔ اعتبارسنجان را در کمیته‌ای برای اجرای موفقیت‌آمیز حمله کنترل کند.”

آینده الگوریتم PoS

اتریوم تنها ارزی نیست که از این الگوریتم استفاده می‌کند. سایر ارزهای دیجیتال مانند Algorand، Cardano، Cosmos، EOS، Polkadot و Tezos همه نسخه‌ای از اثبات سهام را اجرا کرده‌اند.

معایب اثبات سهام

طراحی نظریه بازی (Game Theory) که در الگوریتم اجماع اثبات سهام به کار گرفته می‌شود، بسیار پیچیده‌تر از اثبات کار است؛ زیرا باید مجموعه کاملاً جدیدی از مسیرهای تشویقی را در نظر بگیرد. منتقدان به چندین نقطه ضعف، همچون حمله بردبلند (Long-Range Attack)، در این الگوریتم اشاره کرده‌اند که می‌تواند از جمله پیامدهای منفی ماهیت پیچیده اثبات سهام باشد. در حمله بردبلند، هکر شاخه‌ای روی بلاک چین ایجاد می‌کند که از بلوک جنسیس (Genesis Block) آغاز می‌شود و سرتاسر زنجیره اصلی را تحت کنترل می‌گیرد.

علاوه بر این، اثبات سهام بر مبنای سهام‌گذاری و مطابق با دارایی مالی افراد کار می‌کند. به عبارت دیگر، هرکه میزان توکن بیشتری داشته باشد، بازده سرمایه بیشتری خواهد داشت و ثروتمندان هرروز ثروتمندتر می‌شوند. به همین ترتیب، دریافت و انباشت سود بیشتر توسط سرمایه‌داران اصلی، می‌تواند قدرت بیشتری در اختیار اعتبارسنج‌های ثروتمندتر بگذارد و این امر ممکن است تهدیدی برای غیرمتمرکز بودن فرایند اعتبارسنجی در شبکه باشد.

درآمد اثبات سهام به‌طور میانگین چیزی بین ۶ الی ۱۰ درصد در سال است و این یعنی افرادی که در یک ارز دیجیتال سرمایه‌گذاری بلندمدت انجام می‌دهند، می‌توانند به درآمد اثبات سهام هم امیدوار باشند. با این حال، این درآمد نسبت به ماینینگ به‌طور کلی پایین‌تر است و باعث بروز انتقادات از این الگوریتم شده است.

اثبات سهام یک الگوریتم اجماع است که در بلاک چین برخی از ارزهای دیجیتال مانند EOS و Cardano مورد استفاده قرار گرفته است. اتریوم نیز در حال گذار از مراحلی است که در نهایت به پیاده‌سازی سازوکار اثبات سهام منجر خواهد شد.

برخلاف اثبات کار که در آن از سخت‌افزارهای کامپیوتری برای استخراج ارزهای دیجیتال استفاده می‌شد، در اثبات سهام از سهام‌گذاری کوین‌های بومی شبکه برای تأیید اعتبار بلوک‌ها در بلاک چین استفاده می‌شود.

اثبات سهام مزایای بسیاری نسبت به اثبات کار دارد که از آنها می‌توان به صرفه‌جویی در میزان برق مصرفی، کنار گذاشته شدن فرایند غیرلازم استخراج، سریع‌تر و مقیاس‌پذیرتر شدن شبکه و خارج نشدن پول از اکوسیستم ارزهای دیجیتال برای خرید سخت‌افزار اشاره کرد.

پاسخ به سوالات

۱. اثبات سهام (PoS) چیست و چگونه کار می‌کند؟

پاسخ:
اثبات سهام یک مکانیسم اجماع (Consensus Mechanism) است که در آن اعتبارسنج‌ها (Validators) برای تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید، مقدار مشخصی از ارز دیجیتال را در شبکه قفل (Stake) می‌کنند. انتخاب اعتبارسنج‌ها به صورت تصادفی و بر اساس میزان سهام آنها انجام می‌شود. این روش نسبت به اثبات کار (PoW) انرژی کمتری مصرف می‌کند.

۲. تفاوت اصلی بین اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) چیست؟

پاسخ:

• PoW: از قدرت محاسباتی و انرژی برق برای حل مسائل پیچیده ریاضی استفاده می‌کند. ماینرها (Miners) برای تأیید تراکنش‌ها و دریافت پاداش رقابت می‌کنند.
• PoS: از سهام‌گذاری (Staking) ارز دیجیتال برای تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌کند. اعتبارسنج‌ها بر اساس میزان سهام خود انتخاب می‌شوند و نیازی به سخت‌افزارهای قدرتمند ندارند.

۳. چرا اتریوم به سمت اثبات سهام حرکت کرد؟

پاسخ:
اتریوم برای کاهش مصرف انرژی، افزایش مقیاس‌پذیری (Scalability) و بهبود امنیت شبکه، به سمت اثبات سهام حرکت کرد. این تغییر به اتریوم ۲.۰ (Ethereum 2.0) معروف است و هدف آن کاهش ردپای کربن (Carbon Footprint) و افزایش سرعت تراکنش‌ها است.

۴. مزایای اثبات سهام نسبت به اثبات کار چیست؟

پاسخ:

• مصرف انرژی بسیار کمتر
• کاهش هزینه‌های سخت‌افزاری
• افزایش مقیاس‌پذیری شبکه
• کاهش تمرکز قدرت در دست ماینرها
• امکان مشارکت بیشتر کاربران در شبکه

۵. معایب اثبات سهام چیست؟

پاسخ:

• خطر تمرکز قدرت در دست ثروتمندان (Rich Get Richer)
• پیچیدگی طراحی نظریه بازی (Game Theory)
• احتمال حملات بردبلند (Long-Range Attacks)
• نیاز به سرمایه اولیه برای سهام‌گذاری

۶. حمله ۵۱ درصدی (51% Attack) در اثبات سهام چگونه اتفاق می‌افتد؟

پاسخ:
در اثبات سهام، اگر یک فرد یا گروه بیش از ۵۰٪ سهام شبکه را کنترل کند، می‌تواند تراکنش‌ها را دستکاری کرده یا بلوک‌های نامعتبر ایجاد کند. با این حال، انجام این کار بسیار پرهزینه و غیرعملی است، زیرا مهاجم باید مقدار زیادی ارز دیجیتال خریداری کند.

۷. سهام‌گذاری (Staking) چیست و چگونه انجام می‌شود؟

پاسخ:
سهام‌گذاری فرآیند قفل کردن مقدار مشخصی از ارز دیجیتال در شبکه برای مشارکت در تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید است. کاربران با انجام این کار، پاداش دریافت می‌کنند. برای مثال، در اتریوم ۲.۰، حداقل ۳۲ اتر (ETH) برای سهام‌گذاری لازم است.

۸. درآمد حاصل از سهام‌گذاری چقدر است؟

پاسخ:
درآمد سهام‌گذاری بسته به شبکه و شرایط بازار متفاوت است. به طور متوسط، بازده سالانه سهام‌گذاری بین ۵ تا ۱۵ درصد است. این رقم در سال ۲۰۲۵ ممکن است به دلیل افزایش رقابت و کاهش پاداش‌ها کاهش یابد.

۹. آیا اثبات سهام امنیت کافی را فراهم می‌کند؟

پاسخ:
اثبات سهام از نظر تئوری امنیت کافی را فراهم می‌کند، زیرا حمله به شبکه نیاز به کنترل بیش از ۵۰٪ سهام دارد که بسیار پرهزینه است. با این حال، حملات نظیر بردبلند (Long-Range Attacks) و Nothing-at-Stake هنوز چالش‌هایی هستند که نیاز به راه‌حل‌های فنی دارند.

۱۰. اثبات سهام چگونه به محیط زیست کمک می‌کند؟

پاسخ:
اثبات سهام به جای استفاده از سخت‌افزارهای پرمصرف و انرژی برق، از سهام‌گذاری ارز دیجیتال استفاده می‌کند. این روش مصرف انرژی را تا ۹۹٪ کاهش می‌دهد و به کاهش انتشار کربن کمک می‌کند.

۱۱. آیا بیت کوین به سمت اثبات سهام حرکت خواهد کرد؟

پاسخ:
به احتمال زیاد خیر. بیت کوین به دلیل فلسفه طراحی خود و تمرکز بر امنیت و غیرمتمرکز بودن، احتمالاً همچنان از اثبات کار استفاده خواهد کرد. جامعه بیت کوین تغییر به اثبات سهام را به دلیل ریسک‌های امنیتی و فنی رد کرده است.

۱۲. شبکه‌های بزرگ دیگر غیر از اتریوم که از اثبات سهام استفاده می‌کنند کدامند؟

پاسخ:

• کاردانو (Cardano)
• پولکادات (Polkadot)
• تزوس (Tezos)
• کازموس (Cosmos)
• سولانا (Solana)

۱۳. آیا اثبات سهام می‌تواند جایگزین کامل اثبات کار شود؟

پاسخ:
در حال حاضر، اثبات سهام به عنوان یک جایگزین کارآمد برای اثبات کار در بسیاری از شبکه‌ها پذیرفته شده است. با این حال، برخی شبکه‌ها مانند بیت کوین همچنان از اثبات کار استفاده می‌کنند. هر مکانیسم مزایا و معایب خود را دارد و انتخاب آن بستگی به اهداف شبکه دارد.

۱۴. نقش اعتبارسنج‌ها (Validators) در اثبات سهام چیست؟

پاسخ:
اعتبارسنج‌ها مسئول تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌های جدید هستند. آنها باید مقدار مشخصی از ارز دیجیتال را در شبکه قفل کنند و در صورت رفتار مخرب، ممکن است سهام خود را از دست بدهند.

۱۵. آیا اثبات سهام غیرمتمرکز است؟

پاسخ:
اثبات سهام به طور بالقوه غیرمتمرکز است، اما خطر تمرکز قدرت در دست ثروتمندان وجود دارد. برای جلوگیری از این مسئله، برخی شبکه‌ها از مکانیسم‌هایی مانند محدودیت سهام یا انتخاب تصادفی اعتبارسنج‌ها استفاده می‌کنند.

۱۶. آینده اثبات سهام در سال ۲۰۲۵ چگونه خواهد بود؟

پاسخ:
در سال ۲۰۲۵، انتظار می‌رود اثبات سهام به عنوان مکانیسم اجماع غالب در بسیاری از شبکه‌های بلاک چین پذیرفته شود. بهبودهای فنی در زمینه امنیت، مقیاس‌پذیری و کاهش هزینه‌ها، این مکانیسم را جذاب‌تر خواهد کرد.

۱۷. آیا اثبات سهام برای سرمایه‌گذاران خرد مناسب است؟

پاسخ:
بله، اما سرمایه‌گذاران خرد می‌توانند از طریق استخرهای سهام‌گذاری (Staking Pools) مشارکت کنند. این استخرها اجازه می‌دهند کاربران با سرمایه کم نیز در سهام‌گذاری شرکت کرده و پاداش دریافت کنند.

۱۸. خطرات سهام‌گذاری چیست؟

پاسخ:

• نوسانات قیمت ارز دیجیتال
• احتمال از دست دادن سهام در صورت رفتار مخرب
• خطرات فنی مانند هک یا خطای نرم‌افزاری

۱۹. آیا اثبات سهام می‌تواند مقیاس‌پذیری شبکه را بهبود بخشد؟

پاسخ:
بله، اثبات سهام به دلیل کاهش نیاز به محاسبات پیچیده و افزایش سرعت تأیید تراکنش‌ها، می‌تواند مقیاس‌پذیری شبکه را بهبود بخشد. این موضوع در سال ۲۰۲۵ با توسعه فناوری‌هایی مانند شاردینگ (Sharding) بیشتر تقویت خواهد شد.

۲۰. آیا اثبات سهام می‌تواند جایگزین سایر مکانیسم‌های اجماع شود؟

پاسخ:
اثبات سهام یکی از چندین مکانیسم اجماع است و احتمالاً به طور کامل جایگزین سایر روش‌ها نخواهد شد. هر مکانیسم مزایا و معایب خود را دارد و انتخاب آن بستگی به نیازهای خاص هر شبکه دارد.