مقایسه اثبات کار و اثبات سهام؛ PoW و PoS چه تفاوتهایی دارند؟
مکانیزمهای اجماع یکی از اجزای کلیدی فناوری بلاکچین به حساب میآیند و بخشی از غیرمتمرکز ماندن شبکه وابسته به آنهاست. نودهای یک شبکه بلاکچین با کمک مکانیزمهای اجماع بر سر اعتبار تراکنشها به توافق میرسند و وجود این مکانیزمها برای حفظ امنیت و یکپارچگی شبکه ضروری است. مکانیزمهای اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) دو مورد از رایجترین مکانیزمهای اجماع هستند که بسیاری از ارزهای دیجیتال از آنها استفاده میکنند. در این مقاله از مجله نوبیتکس قصد داریم با این دو مدل اجماع آشنا شویم و به مقایسه اثبات کار و اثبات سهام بپردازیم. اگر دوست دارید بیشتر با تفاوتهای این دو مکانیزم اجماع آشنا شوید در ادامه این مطلب با ما همراه باشید.
الگوریتم اجماع در بلاک چین چیست؟
الگوریتم اجماع یا مکانیزم اجماع (Consensus Mechanism) برنامهای است که شبکههای بلاکچینی از آن برای رسیدن به توافق بر سر وضعیت دفتر کل بلاکچین (Ledger) استفاده میکنند. شبکههای بلاکچینی و ارزهای دیجیتال ماهیتی غیرمتمرکز دارند و باید نودهای مختلف آنها بتوانند درباره اعتبار تراکنشهای شبکه با هم به توافق یا اجماع برسند. الگوریتم اجماع این امکان را فراهم میکند که بدون نیاز به بررسی و تأیید انسانی که سرعت پایینی دارد، نودها در زمان کوتاهتری برای تأیید یا رد یک تراکنش با هم توافق کنند. مکانیزم یا الگوریتم اجماع انواع مختلفی دارد که اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) دو مورد از مهمترین آنها به حساب میآیند. در ادامه با این دو مکانیزم اجماع بیشتر آشنا میشویم.
اثبات کار (PoW) چیست؟
اثبات کار (Proof of Work یا به اختصار PoW) یکی از مکانیزمهای اجماع رایج در شبکههای بلاکچینی است که اولین بار در سال ۱۹۹۳ برای مقابله با ایمیلهای اسپم و حملات منع خدمات (DoS) پیشنهاد شد. در سال ۲۰۰۸ ساتوشی ناکاموتو، خالق بیت کوین از این مکانیزم برای اعتبارسنجی بلاکهای جدید بیت کوین استفاده کرد و این موضوع باعث افزایش محبوبیت مکانیزم اثبات کار شد.
اساس مکانیزم اثبات کار، توانایی نودهای شبکه برای اثبات انجام یک کار محاسباتی است. در واقع هر یک از نودهای شبکه بلاکچین برای حل یک معادله ریاضی از توان محاسباتی خود استفاده میکنند و زمانی که معادله حل شود یک بلاک جدید در شبکه بلاکچین ساخته میشود. نودی که سریعتر به پاسخ برسد میتواند در صورت توافق سایر نودها با جواب، یک ارتباط رمزگذاریشده بین بلاک فعلی و قبلی ایجاد کند و به خاطر مشارکتی که در توسعه شبکه دارد پاداش دریافت میکند. این فرآیند حل مسئله و رسیدن به پاسخ بر اساس توان محاسباتی، اثبات کار نامیده میشود.
اثبات سهام چیست؟
از آنجایی که مکانیزم اثبات کار چندان بهینه نبود و منابع محاسباتی زیادی را مصرف میکرد، در سال ۲۰۱۱ شیوهٔ جدیدی از اجماع در شبکه بلاکچین پیشنهاد شد که بهجای انجام محاسبات سنگین، بر اساس میزان مالکیت توکنهای شبکه کار میکرد. در این مکانیزم که به آن اثبات سهام (Proof of Stake یا به اختصار PoS) میگویند، کاربران برای اعتبارسنجی یک تراکنش روی شبکه بلاکچین باید نشان دهند مقدار مشخصی از توکنهای بومی آن شبکه را در اختیار دارند.
به عبارت دیگر در مکانیزم اثبات سهام اولویت ایجاد و اعتبارسنجی هر بلاک با نودی است که کوینها یا توکنهای بیشتری دارد. برخلاف اثبات کار که پاداش استخراج بلاکها در قالب توکن یا ارز دیجیتال پرداخت میشود، پرداخت پاداش در اثبات سهام هم از طریق کارمزدهای شبکه و هم از طریق پاداش بلاک انجام میشود.
مقایسه اثبات کار و اثبات سهام
مکانیزم اثبات سهام با هدف رفع محدودیتهای اثبات کار ارائه شد و به همین خاطر این دو مکانیزم اجماع از جنبههای مختلفی با هم تفاوت دارند. در ادامه با تفاوتهای کلیدی اثبات کار و اثبات سهام آشنا میشویم.
نحوه کار
مکانیزمهای اثبات کار و اثبات سهام هر دو برای ایجاد توافق بین اعضای یک شبکه بلاکچین توسعه داده شدهاند، اما نحوه کار آنها با هم متفاوت است. در مکانیزم اثبات کار هر نود شبکه باید برای حل یک مسئله ریاضی با سایر نودها رقابت کند. هر نودی که بتواند زودتر از بقیه مسئله را حل کند، اجازه اعتبارسنجی و افزودن بلاک جدید به شبکه را خواهد داشت و در ازای آن مقداری پاداش نیز در قالب توکن دریافت میکند.
در اثبات سهام نودها باید مقداری دارایی روی یک شبکه قفل یا بهاصطلاح استیک کنند تا حسن نیت خود را برای اعتبارسنجی تراکنشها و افزودن بلاک جدید نشان دهند. در اثبات سهام بلاکها در بازههای زمانی تعیینشده ساخته میشوند و حق پیشنهاد یک بلاک به صورت تصادفی به نودهای ولیدیتور یا اعتبارسنج داده میشود. در این مکانیزم، نودهای ولیدیتور به نسبت سهمی که از کل توکنهای استیکشده روی شبکه دارند، پاداش دریافت میکنند. این ویژگی موجب میشود تا دریافت حق رأی در شبکه بسیار هزینهبر باشد و یک نود خاص نتواند بهراحتی کنترل شبکه را در دست بگیرد.
امنیت
هر دو مکانیزم اثبات کار و اثبات سهام به تأمین امنیت شبکههای بلاکچینی کمک میکنند، اما شیوهٔ دستیابی آنها به این هدف با هم متفاوت است. در اثبات کار، نودهای شبکه برای اینکه بتوانند کنترل بیشتری داشته باشند و حملات مختلف را انجام دهند باید قدرت زیادی داشته باشند و حداقل ۵۱ درصد توان محاسباتی شبکه را در اختیار بگیرند. این فرآیند بسیار هزینهبر است و به سختافزار و برق زیادی احتیاج دارد و همین موضوع باعث کاهش چنین اقداماتی در شبکه میشود.
در اثبات سهام، امنیت شبکه از طریق توکنهای استیکشده در یک قرارداد هوشمند تأمین میشود، چرا که نودهای خرابکار برای دریافت حق رأی بیشتر و انجام حملات مختلف باید مقدار زیادی توکن داشته باشند. از طرفی، دارایی هر نود در شبکه ثبت شده و به صورت شفاف برای تمام اعضا قابل مشاهده است، بنابراین اگر یکی از اعضا قصد خرابکاری داشته باشد شناسایی آن بسیار سادهتر خواهد بود و سایر نودها میتوانند نود خرابکار را جریمه کنند یا کنترل شبکه را از آن نود بگیرند.
تمرکززدایی
تمرکززدایی یا Decentralization یکی از اهداف اصلی فناوری بلاکچین است و شبکههای بلاکچینی با کمک همین ویژگی میتوانند در برابر سانسور مقاومت کنند و حق دسترسی برابر را برای افراد فراهم سازند. در اثبات کار محدودیتی برای تعداد ماینرهای شبکه وجود ندارد و هر کسی میتواند با استفاده از سختافزار مناسب و مصرف انرژی در توسعه شبکه نقش داشته باشد.
مشارکت در یک شبکه اثبات سهام نیز برای همه امکانپذیر است و افراد بیشتری میتوانند از آن سود ببرند. البته دسترسی بیشتر لزوماً تمرکززدایی را تضمین نمیکند و این موضوع به معماری هر شبکه بستگی دارد. بزرگترین مشکل اثبات سهام برای تمرکززدایی این است که در یک بازه زمانی طولانی، بازیگران بزرگ بازار میتوانند پاداش استیکینگ خود را به شکل چشمگیری افزایش دهند و درصد زیادی از شبکه را تصاحب کنند. در چنین شرایطی نهادهای مالی بزرگ میتوانند تأثیر زیادی روی شبکه داشته باشند و حتی امکان دارد کل شبکه را از آن خود کنند.
مقیاسپذیری و مصرف انرژی
انتخاب بلاک در بلاکچینهای اثبات سهام معمولاً در بازههای زمانی از پیش تعیینشده انجام میشود، اما اثبات کار معمولاً تصادفی عمل میکند و به الگوریتمهای تغییر دشواری مسائل وابسته است. افزایش پیشبینیپذیری در شبکههای اثبات سهام به این معناست که شبکهها میتوانند تراکنشها را سریعتر اعتبارسنجی کنند و این در نهایت موجب افزایش بهرهوری شبکه خواهد شد.
علاوهبر این شبکههای اثبات سهام برای پیادهسازی راهکارهای مقیاسپذیری در عین پایبندی به استانداردهای امنیتی، مناسبتر هستند. این شبکهها از نظر مصرف انرژی نیز مقیاسپذیرتر از شبکههای اثبات کار هستند. شبکههای PoW با افزایش هزینههای سختافزار و انرژی جلوی حملات را میگیرند، اما این بازدارندگی در شبکههای PoS از طریق ارزش شبکه انجام میشود، یعنی حفظ امنیت در شبکههای اثبات سهام در مقایسه با اثبات کار به انرژی بسیار کمتری نیاز دارد.
پاداش شبکه
پرداخت پاداش یکی از شیوههای ایجاد انگیزه است که نحوه پرداخت آن در اثبات کار و اثبات سهام با هم تفاوت دارد. در شبکههای اثبات کار (PoW) ماینرهایی که زودتر بتوانند مسئله را حل کنند، مقداری توکن یا کوین همان شبکه را به همراه کارمزد تراکنشهای بلاک جدید دریافت میکنند. ماینرها میتوانند به یک استخر ماینینگ بپیوندند و با به اشتراک گذاشتن منابع محاسباتی خود شانس برنده شدن در این رقابت و دریافت پاداش را افزایش دهند.
در شبکههای اثبات سهام (PoS) معمولا ولیدیتورها بهجای رقابت با هم، برای اعتبارسنجی بلاکهای تراکنشها نامزد میشوند. این ولیدیتورها در ازای اعتبارسنجی بلاکها پاداش دریافت میکنند که گاهی این پاداش در قالب یک سود ثابت سالیانه پرداخت میشود و این به امنیت شبکه کمک میکند.
جدول زیر خلاصهای از ویژگیهای اثبات سهام و اثبات کار را نشان میدهد:
اثبات کار | اثبات سهام | |
ماینینگ/اعتبارسنجی یک بلاک | مقدار کار محاسباتی، احتمال استخراج بلاک را تعیین میکند. | میزان استیک یا تعداد کوینها احتمال اعتبارسنجی بلاک جدید را تعیین میکند. |
توزیع پاداش | کسی که بلاک را زودتر استخراج کند پاداش را دریافت میکند. | پاداش ولیدیتور در قالب کارمزد شبکه یا پاداش بلاک پرداخت میشود. |
رقابت | ماینرها باید برای حل مسائل پیچیده با استفاده از توان محاسباتی با هم رقابت کنند. | یک الگوریتم، برنده را بر اساس میزان استیک آن تعیین میکند. |
تمرکزگرایی | راهکارهای اثبات کار بیشتر به کارهای مقیاس بزرگ اختصاص داده میشوند و ماهیتی متمرکز دارند. | عدم نیاز به سختافزارهای سنگین و الگوریتمهای متنوع PoS منجر به عدم تمرکز میشود. |
تجهیزات تخصصی | از مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC) و پردازنده گرافیکی برای استخراج کوینها استفاده میشود. | یک دستگاه استاندارد در ردهٔ سرور برای سیستمهای اثبات سهام کافی است. |
افزودن بلاک مخرب | برای افزودن بلاک مخرب هکرها باید ۵۱ درصد توان محاسباتی را در دست بگیرند. | هکرها باید ۵۱ درصد کل ارزهای روی شبکه را در اختیار داشته باشند. |
بهرهوری و اطمینانپذیری | سیستمهای اثبات کار مصرف انرژی بهینهای ندارند و ارزانترند، اما اطمینانپذیری بیشتری دارند. | سیستمهای اثبات سهام هزینه و مصرف انرژی بسیار مقرونبهصرفهتری دارند، اما اطمینانپذیری آنها کمتر است. |
امنیت | هرچه هش بزرگتر باشد، امنیت شبکه بیشتر است. | استیکینگ به قفل کردن ارزهای دیجیتال برای افزایش امنیت شبکه در ازای دریافت پاداش کمک میکند. |
فورک کردن | سیستمهای اثبات کار از طریق مشوقهای اقتصادی به صورت طبیعی جلوی فورکهای پیوسته را میگیرند. | سیستمهای اثبات سهام به شکل خودکار مانع فورک نمیشوند. |
بهترین ارزهای دیجیتال اثبات کار
بسیاری از ارزهای دیجیتال مشهور بازار از اثبات کار بهعنوان الگوریتم اجماع خود استفاده میکنند. در ادامه به صورت خلاصه با برخی از مهمترین آنها آشنا میشویم.
بیت کوین (Bitcoin)
بیت کوین به عنوان اولین و برترین ارز دیجیتال بازار از مکانیزم اجماع اثبات کار برای رسیدن به اجماع و حفظ امنیت شبکه خود استفاده میکند. ماینرهای بیت کوین با حل مسائل ریاضی به استخراج بلاکهای این ارز میپردازند و در ازای آن مقداری بیت کوین پاداش میگیرند. البته برای جلوگیری از تورم، تقریباً هر چهار سال یک بار این پاداش در رویدادی با عنوان هاوینگ نصف میشود. الگوریتم اثبات کار بیت کوین SHA256 است و یکپارچگی و تغییرناپذیری دفتر کل تراکنشهای این شبکه را تضمین میکند.
دوج کوین (Dogecoin)
دوج کوین اولین بار در سال ۲۰۱۳ به عنوان یک پروژه تفریحی و برای سرگرمی ساخته شد، اما پس از مدتی با استقبال افراد مشهور در شبکههای اجتماعی قرار گرفت و به محبوبیت زیادی رسید. دوج کوین نیز مثل بیت کوین از مکانیزم اثبات کار استفاده میکند، اما سختی ماینینگ آن بسیار کمتر از بیت کوین است و برخلاف بیت کوین محدودیتی در میزان ماین هم ندارد. در واقع کمیاب بودن و ماهیت ضد تورمی بیت کوین که مانع بیارزش شدن آن میشود در دوج کوین وجود ندارد و ماینرها میتوانند به میزان نامحدودی دوج کوین استخراج کنند.
بیت کوین کش (Bitcoin Cash)
بیت کوین کش در سال ۲۰۱۷ از بیت کوین فورک شد تا مشکلات مقیاسپذیری بیت کوین را از طریق افزایش اندازهٔ مجاز هر بلاک حل کند. بیت کوین کش هم مثل بیت کوین از مکانیزم اثبات کار و الگوریتم SHA256 برای ماینینگ استفاده میکند و ماینرهای آن بر سر حل مسئله با هم رقابت میکنند. سرعت تراکنشها در بیت کوین کش بسیار بیشتر شده و کارمزد آنها نیز در مقایسه با بیت کوین کاهش یافته است. به همین دلیل بیت کوین کش میتواند گزینه خوبی برای تراکنشهای خرد روزمره باشد.
لایت کوین (Litecoin)
لایت کوین یکی از ارزهای دیجیتال مشهور است که سال ۲۰۱۱ توسط یکی از مهندسان سابق گوگل توسعه یافت. این ارز دیجیتال از اثبات کار و الگوریتم Scrypt برای ماینینگ استفاده میکند. این الگوریتم موجب افزایش سرعت ایجاد بلاکهای جدید و توزیع بهتر پاداشها میشود. در لایت کوین سرعت تراکنشها نسبت به بیت کوین بیشتر است و با کارمزدهای بسیار کمتری انجام میشود. از آنجایی که لایت کوین مارکت کپ و نقدینگی پایینتری نسبت به بیت کوین دارد، معمولاً برای تریدرهایی که به دنبال ارزهایی غیر از بیت کوین هستند گزینه جذابتری است.
اتریوم کلاسیک (Ethereum Classic)
اتریوم کلاسیک در واقع بلاکچین اولیهٔ اتریوم است که پس از هاردفورک اتریوم در سال ۲۰۱۶ به مسیر توسعه قبلی خود ادامه داد. در این سال به خاطر هک DAO و به سرقت رفتن بخشی از دارایی افراد روی شبکه اتریوم، هاردفورک اتفاق افتاد، اما عدهای از هواداران تصمیم گرفتند پروژه را با عنوان اتریوم کلاسیک ادامه دهند. اتریوم کلاسیک از مکانیزم اثبات کار و الگوریتم Ethash برای ماینینگ استفاده میکند. این الگوریتم امکان استفاده از ماینرهای تخصصی ایسیک را نمیدهد و بیشتر روی اکوسیستم ماینینگ غیرمتمرکز تمرکز دارد. با اینکه میزان توسعه و بهروزرسانیهای اتریوم کلاسیک به اندازهٔ اتریوم نیست، اما همچنان یکی از ارزهای دیجیتال مهم بازار است که پلتفرمی برای توسعه اپلیکیشنهای غیرمتمرکز (dApps) و قراردادهای هوشمند را در اختیار افراد قرار میدهد.
بهترین ارزهای دیجیتال اثبات سهام
مکانیزم اثبات سهام نیز محبوبیت زیادی در میان ارزهای دیجیتال دارد و بسیاری از ارزهای مشهور از آن استفاده میکنند. از جمله مشهورترین ارزهای دیجیتال اثبات سهام میتوان به این موارد اشاره کرد:
اتریوم (Ethereum)
اتریوم دومین ارز دیجیتال مهم و بزرگترین آلتکوین بازار محسوب میشود و پلتفرمی برای اجرای اپلیکیشنهای غیرمتمرکز یا dAppها و اجرای قراردادهای هوشمند فراهم ساخته است. البته اتریوم در ابتدا از اثبات کار استفاده میکرد اما پس از بهروزرسانی مرج (Merge) مدل اجماع خود را به اثبات سهام تغییر داد. هدف از این تغییر، حل مشکلات مقیاسپذیری، کاهش مصرف انرژی و همچنین بهبود امنیت شبکه اتریوم بود. در این مدل ولیدیتورها میتوانند با استیک کردن مقدار بیشتری اتریوم، حق ایجاد بلاکهای جدید را به دست بیاورند و لازم نیست مثل ماینرهای بیت کوین برای حل مسائل ریاضی با هم رقابت کنند.
سولانا (Solana)
سولانا یک پروژهٔ منبعباز است و یکی از بلاکچینهای لایه ۱ مهم محسوب میشود که در سال ۲۰۱۷ راهاندازی شد. هدف از ایجاد سولانا این بود که بهرهوری شبکه را نسبت به بلاکچینهای محبوب آن زمان افزایش دهد، اما در عین حال بتواند هزینهها را پایین نگه دارد. سولانا از یک مدل اجماع ترکیبی استفاده میکند که الگوریتم اثبات تاریخچه (PoH) را با یک انجین همگامسازی بسیار سریع، که نسخهای از اثبات سهام (PoS) محسوب میشود ترکیب کرده است. به لطف همین الگوریتم است که شبکه سولانا میتواند در هر ثانیه بیش از ۷۱۰ هزار تراکنش را بدون نیاز به هیچگونه راهکار مقیاسپذیری پردازش کند.
کاردانو (Cardano)
کاردانو یک پلتفرم بلاکچینی مشهور است که سال ۲۰۱۵ پایهگذاری و در سال ۲۰۱۷ توسط یکی از بنیانگذاران اتریوم راهاندازی شد. هدف کاردانو این است که پلتفرمی برای توسعه اپلیکیشنهای غیرمتمرکز با قراردادهای هوشمند قابل اعتبارسنجی ایجاد کند. ارز دیجیتال این شبکه ADA نام دارد و از مکانیزم اجماع اثبات سهام «Ouroboros» استفاده میکند. کاردانو خود را به عنوان نسخه ارتقایافته و جایگزینی برای اتریوم تلقی میکند و در سال ۲۰۲۱ با بهروزرسانی Alonzo پشتیبانی از قراردادهای هوشمند را نیز به پلتفرم خود اضافه کرد.
تون کوین (Toncoin)
تون کوین ارز بومی شبکه تون (The Open Network یا به اختصار TON) است که توسط تیم توسعهدهنده پیامرسان تلگرام راهاندازی شد و مدتی بعد بنیاد TON مسئولیت توسعه و نگهداری آن را بر عهده گرفت. تون کوین یک بلاکچین لایه ۱ است که برای افزایش مقیاسپذیری و اطمینانپذیری از مکانیزم اثبات سهام استفاده میکند. تون کوین خدمات پرداخت را به شکل سریع، شفاف و امن برای کاربران فراهم میسازد و انجام تراکنش با کارمزدهای کم را در اپلیکیشنهای مختلف تسهیل میکند.
اینجکتیو (Injective)
اینجکتیو یک شبکه بلاکچینی است که در زمینه تراکنشهای مالی فعالیت میکند و ارز بومی آن نیز INJ نام دارد. اینجکتیو به عنوان یک بلاکچین لایه ۱ امکان توسعه اپلیکیشنهای دیفای (DeFi) نسل جدید از جمله صرافیهای غیرمتمرکز اسپات و فیوچرز، بازارهای پیشبینی، پروتکلهای وامدهی و مواردی از این قبیل را تسهیل میکند. پلتفرم اینجکتیو امکان اجرای قراردادهای هوشمند را بر پایه CosmWasm و با قابلیتهای میانزنجیرهای پیشرفته فراهم کرده است و از مکانیزم اثبات سهام مبتنی بر Tendermint استفاده میکند. اینجکتیو با استفاده از این مکانیزم امکان انجام سریع تراکنشها را تا ۱۰ هزار تراکنش در ثانیه فراهم کرده است.
سخن پایانی
در این مقاله با مکانیزمهای اجماع اثبات سهام (PoS) و اثبات کار (PoW) آشنا شدیم و به مقایسه ویژگیهای هر یک از آنها پرداختیم. اثبات کار و اثبات سهام دو مکانیزم اجماع مهم در ارزهای دیجیتال هستند که شیوه کار آنها با هم تفاوت دارد. اثبات کار به مصرف انرژی بیشتری نیاز دارد و ماینرها در این سیستم باید با استفاده از سختافزارهای قوی برای حل مسائل پیچیده ریاضی با هم رقابت کنند، اما اثبات سهام مصرف انرژی بهینهتری دارد و حق رأی برای افزودن بلاک جدید با نودهایی است که سهم بیشتری از کل توکنهای استیکشدهٔ یک شبکه را در اختیار دارند. اثبات کار و اثبات سهام هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند و هر پروژه ارز دیجیتال بسته به اهداف و چشماندازهای خود از این مکانیزمها برای اجماع بین اعضا استفاده میکند.
سوالات متداول
اثبات سهام و اثبات کار مزایا و معایب خاص خود را دارند و استفاده از آنها در پروژههای مختلف به اهداف و اولویتهای یک پروژه بستگی دارد.
اثبات کار برای اولین بار در بیت کوین استفاده شد، اما اثبات سهام مدتها پس از آن توسعه یافت و جدیدتر از اثبات کار است.
پاداشهای هر شبکه به عوامل مختلفی بستگی دارد و قیمت ارز دیجیتال نیز میتواند روی آن تأثیر داشته باشد. بهطور کلی پاداشهای اثبات سهام معمولاً پایدارتر و قابل اطمینانتر هستند.
انتخاب ارزهای دیجیتال اثبات کار و اثبات سهام بستگی به نیازها و شرایط شما دارد و نمیتوان یک ارز را صرفاً بر اساس مکانیزم اجماع ارزشگذاری کرد.
اتریوم در ابتدا از اثبات کار استفاده میکرد، اما در بهروزرسانی مرج، مکانیزم خود را به اثبات سهام تغییر داد.