اثبات سهام نقد (Liquid Proof-of-Stake) چیست؟

هدف اصلی مکانیزم اجماع، حفظ تاریخچه مشترک در کل شبکه همتا به همتا است. الگوریتم‌های اجماع بی‌شماری وجود دارد و همگی مزایا و معایب خود را دارند. در این راستا قابل ذکر است که اثبات کار بیت کوین دو نقص عمده دارد:
-مصرف انرژی
-کاربران معمولی از فعالیت استخراج حذف می‌شوند
در خصوص این مکانیزم‌های اجماع، در این مقاله، به “اثبات سهام نقد (Liquid Proof-of-Stake)” خواهیم پرداخت، ولی پیش از آن باید مقدمه‌ای برای درک بهتر آن گفته شود. البته لازم به ذکر است که این مقاله جز مطالب تخصصی می‌باشد و برای درک بهتر آن پیشنهاد می‌شود، در این خصوص مقالات مرتبط با اثبات سهام را مطالعه نمایید.

اثبات سهام (PoS)

در حالی که اثبات کار(PoW) اطمینان می‌دهد که هر یک از شرکت کنندگان شبکه مقدار مشخصی کار را برای دریافت پاداش انجام داده‌اند، PoS از شرکت کنندگان می‌خواهد که ثابت کنند که مایلند یکپارچگی بلاکچین را با جدا کردن مقدار مشخصی از کوین‌ها تضمین کنند. در اثبات کار از طریق ماینرها و هش ریت این یکپارچگی حفظ می‌شود و در اثبات سهام ولیدیتورها یا اعتبارسنجی‌ها این وظیفه را به دوش می‌کشند.
در اثبات سهام، اعتبارسنجی یا ولیدیتورها جایگزین ماینرها می‌شوند. یک اعتبارسنجی تراکنش‌ها را جمع آوری و بلوک‌ها را ایجاد می‌کند. روش‌های مختلفی برای انتخاب اعتبارسنجی وجود دارد که در پاراگراف‌های بعدی به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت. در این مکانیزم اجماع، آنها باید وجوه خود را قفل کنند تا فرصتی برای اعتبارسنجی داشته باشند. این مکانیزم یک جایگزین کم هزینه انرژی برای PoW است.

نقاط ضعف اصلی PoS

در این بخش، 5 مشکل شناخته شده را توضیح خواهیم داد که در یک الگوریتم اثبات سهام با آن مواجه می‌شویم:
-ثروتمندان ثروتمندتر می‌شوند
-استیک
-شرایط استیکینگ
-حمله به کیف پول گرم
-حمله از راه دور

ثروتمندان ثروتمندتر می‌شوند

برای اینکه بتوانید سهام یا استیک داشته باشید، به مقدار خاصی از سهام نیاز دارید. این مورد به این معنی است که اگر به اندازه کافی ثروتمند نباشید، نمی‌توانید در استیکینگ شرکت کنید.
علاوه بر این، اگر شانس پاداش متناسب با دارایی‌های قبلی باشد، ثروت به طور طبیعی در دست ثروتمندان متمرکز می‌شود. به نوبه خود، این دارایی‌ها با گذشت زمان حتی بزرگتر نیز می‌شوند. از همین رو تمرکز قدرت باعث کاهش انگیزه برای مشارکت می‌شود. با این حال، همه کاربران نمی‌خواهند اعتبارسنجی را در نظر بگیرند و پرداخت‌ها را انجام می‌دهند.

استیک (Stake)

در PoS، جریمه‌ای وجود نداشت و فقط پاداش برای تولید بلوک‌ها بود. از این رو، هیچ انگیزه‌ای برای انتخاب زنجیره درست وجود نداشت. در PoW، زنجیره‌ای با بیشترین هش ریت به طور طبیعی ماینرها را جذب می‌کند. آنها برق و توان خود را در محتمل ترین قسمت شبکه که بلوک بعدی باید ظاهر شود، سرمایه گذاری می‌کنند.
اولین استراتژی، مجازات اعتبارسنجی‌هایی است که به طور همزمان یک بلوک در زنجیره‌های مختلف ایجاد می‌کنند. برای تشخیص این رفتار، باید مدرکی دال بر رفتار نادرست اضافه کنیم. ایجاد این اثبات مستلزم شناسایی صحیح اعتبارسنجی‌ها و کنترل زمان صدور بلوک و مجازات است.
استراتژی دوم این است که اعتبارسنجی‌هایی را که یک بلوک در زنجیره اشتباه ایجاد می‌کنند، مجازات کنیم، گویی ما در یک سیستم PoW هستیم. این استراتژی به کنترل زمان کمتری نیاز دارد اما اعتبارسنجی‌ها را بیشتر در معرض خطر قرار می‌دهد. برای ایجاد این استراتژی در این نوع الگوریتم BFT، می‌توان از نکات زیر استفاده کرد:

در BFT اثبات کار، ما چهار معیار را با دو مجموعه قانون و دو ویژگی تعریف می‌کنیم:
-قوانین
-شرایط نهایی: قوانینی که تعیین می‌کنند چه زمانی یک بلوک معین نهایی شده است.
-شرایط اسلشینگ: قوانینی که تعیین می‌کنند چه زمانی می‌توان یک اعتبارسنجی معین را مجازات کرد.

-خواص
-ایمنی حساب: اگر بلوک‌های معتبر متعارض نهایی شوند، حداقل 1331 از تمام ولیدیتورها باید برخی از شرایط اسلشینگ را نقض کرده باشند.

-پیشرفت قابل قبول: مجموعه‌ای از پیام‌ها وجود دارد که 2332 اعتبارسنجی می‌توانند مقداری را تولید و نهایی کنند.
حتی اگر بتوانیم مدرکی دال بر رفتار نادرست ارائه کنیم و اعتبارسنجی را مجازات کنیم، مشکل اساسی در صلاحیت رفتار نادرست وجود دارد. در واقع، در سناریوی زنجیره‌های متضاد (conflicting chains scenario)، می‌تواند موردی وجود داشته باشد. تغییر از زنجیره‌ای به زنجیره‌ای دیگر وسیله‌ای برای ایجاد اجماع است و تنبیه این رفتار نتیجه معکوس دارد. هیچ تعادلی بین مجازات‌ها و پاداش‌ها وجود ندارد، بنابراین هیچ همگرایی وجود ندارد.
یک ایده پس از آن این است که با گذشت زمان مجازات‌های سخت‌تری معرفی کنیم. ولیدیتورها می‌توانند نظر خود را در حالی که چندین سری استیک انجام می‌شود، تغییر دهند.

شرایط استیکینگ

PoS به طور تصادفی اعتبارسنجی بلوک‌ها را از یک استخر (با احتمال متناسب با سهام یا استیک) انتخاب می‌کند. منبع تصادفی باید در داخل سیستم اجماع باشد. مشکل در یافتن مؤلفه‌ای است که مولد تصادفی بودن بر آن تکیه دارد. اگر از بلوک‌ها برای تولید آنتروپی استفاده شود، استیک کنندگان می‌توانند سعی کنند محتوا را دستکاری کنند تا برخی بلوک‌های آینده را به خود نسبت دهند. دستکاری محتوای بلوک‌ها به قدرت محاسباتی نیاز دارد که مشابه حمله‌ای است که در سیستم‌های اثبات کار استفاده می‌‎شود.
همچنین یافتن منبع کارآمد شبه تصادفی و اجرای آن یک موضوع پیچیده در فناوری‌های بلاکچین است.

حمله کیف پول گرم

برای استیک کردن، اعتبارسنجی‌ها باید آنلاین باشند و با یک کلید خصوصی امضا کنند. این فرآیند کلیدهای خصوصی اعتبارسنجی‌ها را برای مدت طولانی به صورت آنلاین در معرض دید و سخت‌افزار را در معرض خطر قرار می‌دهد که گویی از یک «کیف پول گرم» استفاده می‌کنند. بنابراین فرصت‌های بیشتری برای هکرها وجود دارد. بنابراین، سخت‌افزار اختصاصی برای استیک کردن ایده بهتری نسبت به کیف پول سرد خواهد بود.

حمله از راه دور

مهاجمان می‌توانند سعی کنند تاریخ وقایعی را که به زمان بسیار دور باز می‌گردد، دستکاری کنند. در این مرحله، آنها می‌توانند یک کلید خصوصی قدیمی که دارای مقدار زیادی کوین بود، خریداری کنند. سپس، آنها یک تاریخچه جدید از اعتبارسنجی و پاداش از این کلید ایجاد می‌کنند. از آنجایی که آنها از ابتدا کوین‌های زیادی دارند، در نهایت با یک زنجیره به احتمال زیاد انتخاب می‌شوند. در نتیجه، سازماندهی مجدد صورت می‌گیرد.
این سیستم می‌تواند از نقاط بازرسی برای جلوگیری از حمله استفاده کند. مسئله این است که به نودها نیاز دارد که دائما آنلاین باشند. آفلاین شدن به نودهای قابل اعتمادی نیاز دارد که از آنها می‌توان تاریخ گذشته را مشخص کرد.

اثبات سهام واگذار شده (DPoS)

اجماع اثبات سهام واگذار شده ( Delegated Proof-of-Stake) توسط دانیل لاریمر در سال 2014 ایجاد شد. ایده DPoS اضافه کردن یک گزینه جدید برای فراگیرتر کردن PoS است. در DPoS، کاربران به گونه‌ای عمل می‌کنند که گویی در یک دموکراسی پارلمانی هستند. کاربران در میان مجموعه‌ای به ولیدیتورها که به آنها «شاهد» نیز گفته می‌شود، نمایندگی می‌دهند یا «رای می‌دهند». تعداد ثابتی از شاهدان واجد شرایط وجود دارد که معمولاً بین 20 تا 100 نفر است. یک نفر با نسبت دادن کوین‌های متعلق به یک اعتبارسنجی، “رای” می‌دهد، بنابراین شانس بیشتری برای اعتبارسنجی یک بلوک و دریافت پاداش به او می‌دهد. DPoS حقوق تولید بلوک را به طور مساوی در مجموعه تولیدکنندگان بلوک فعال تقسیم می‌کند. یک ولیدیتور برنده جوایزی دریافت می‌کند و آنها را با رای دهندگان خود به اشتراک می‌گذارد. شهرت و کارآیی بلندمدت انگیزه انتخاب در انتخابات است.

ایده تمرکززدایی از فعالیت اعتبارسنجی بلوک‌ها با رویکردی دموکراتیک‌تر به طور متناقضی یک الیگارشی را در سطح شبکه تقویت می‌کند. همچنین DPoS مقیاس پذیری را تقویت می‌کند. شاهدان به جای مزارع استخراج در مزارع اعتبارسنجی سازماندهی خواهند شد. در نهایت، مصرف برق دوباره به شدت افزایش خواهد یافت.
پس DPoS کافی نیست. PoS باید بیشتر تکامل یابد. به همین دلیل است که جامعه تزوس اجماع اثبات سهام نقد (LPoS) را راه اندازی کرد.

اثبات سهام نقد (LPoS)

تکاملی از DPoS

تزوس LPoS را توسعه داده است که تکامل ایده DPoS باشد. نسخه فعلی، از پروتکل Ithaca (آوریل 2022) “Tenderbake” است.
در LPoS، ولیدیتور«بیکر» نامیده می‌شود. برخلاف DPoS، هر کاربری می‌تواند در صورت داشتن کوین‌های کافی، ولیدیتور شود. اگر این کار را نکند، پس حق دارد که تفویض اختیار کند. ایده این است که فعالیت را حتی بیشتر مشخص کنیم و شمول را افزایش دهیم. تمرکز بیشتر بر نقدینگی حاکمیتی است تا مقیاس پذیری شبکه.
مقدار مورد نیاز تز (tez) برای بیک کردن یک پارامتر مفید است. افزایش آن برای جلوگیری از حمله سیبیل (Sybil ) یا حمله 51 درصدی و کاهش آن برای هماهنگ کردن کارتل‌ها است.
یک اعتبارسنجی حداقل به 6000 تز برای شرکت در اجماع نیاز دارد. با این حال، مانند DPoS، احتمال پاداش همچنان با مقدار سرمایه گذاری شده متناسب است. زمان بیک کردن دارای چرخه‌هایی است و توکن‌ها در طول این فرآیند همچنان قرار می‌گیرند.

مکانیزم اجماع

-چرخه
یک چرخه مربوط به 4096 بلوک (≈ 2.8 روز) است.

چرخه‌ها، پاداش‌ها و هزینه‌ها
هفت چرخه طول می‌کشد تا پاداش جمع شود. سپس پنج چرخه دیگر طول می‌کشد تا سرویس نمایندگی آنها را دریافت کند و بتواند آن پاداش‌ها را منتقل کند. در نهایت، توکن‌ها برای چند هفته فریز می‌شوند.

انتخاب اسلات
در هر چرخه، یک سید (seed) تصادفی ایجاد می‌شود. یک مولد اعداد شبه تصادفی از سید برای ایجاد لیست اولویت بر اساس یک اسنپشات استیک 2 چرخه قبل استفاده می‌کند.

اسنپشات‌های استیک
هر 256 بلوک، سیستم اسنپشات‌های استیک نمایندگان فعال ایجاد می‌کند که حداقل آستانه 6000 تزوس را برآورده می‌کنند.

سید
یک شماره مخفی از همه نمایندگان فعال درخواست می‌شود. تمام اعداد مخفی جمع آوری شده و برای تولید سید، هش می‌شوند. از آنجایی که آخرین مالکی که شماره مخفی خود را فاش کرده است از قبل سایر اعداد را می‌داند، یک فرآیند 2 مرحله‌ای به نام “تعهد و آشکارسازی (Commit & Reveal)” وجود دارد.

انتخاب بیکر
با توجه به یک اسنپشات، احتمال نمونه برداری از یک نماینده خاص، استیک آن در اسنپشات نسبت به کل استیک است. فهرستی از اولویت‌ها برای حل مواردی که بیکر آفلاین است ایجاد می‌شود. فهرست ایجاد شده از اولویت‌ها مشخص می‌کند که چه کسی یک بلوک را بیک و چه کسی آن را تأیید می‌کند. این مورد یک فرآیند برگشتی است که در فهرست اولویت‌ها تا پایان چرخه (4096 بلوک) قرار می‌گیرد.

امنیت
اگر یک بیکر سعی کند دو بلوک برای یک سطح بسازد (بیک مضاعف)، هر کسی که دیمون را اجرا می‌کند می‌تواند اثبات کند که بیکر واقعاً دوبار بیک کرده است. سپس بیکر از سپرده یا واریزی وثیقه خود اسلش می‌شود، نیمی سوزانده می‌شود و نیمی به متهم جایزه می‌دهند.

مقایسه LPoS و DPoS

جدول زیر تفاوت‌های بین LPoS و DPoS را نشان می‌دهد:

در این بخش، به صورت تخصصی اجماع PoS را به تفصیل شرح دادیم. متوجه شدیم که مزایای PoS مشکلاتی را نیز به همراه دارد که به سختی قابل حل هستند. مشتقات PoS تغییراتی را در اجماع برای حل مشکلات پیشنهاد می‌کنند. در حالی که PoS محدودیت خارجی با انرژی را به شدت کاهش می‌دهد، تصادفی بودن قابل اعتماد و تمرکززدایی به سختی قابل مدیریت هستند. DPoS سعی می‌کند نوعی موضع دموکراتیک اتخاذ کند اما به طور متناقضی مصرف انرژی به همراه دارد. در نهایت، به نظر می‌رسد LPoS بهترین جایگزین تا به امروز است، که بیشتر به اعتماد کاربران تکیه می‌کند و قدرت تصمیم‌گیری را بهتر می‌کند. تولید تصادفی یا رندوم بودن هنوز باید رعایت شود و تنها زمان نشان خواهد داد که آیا پارامترهای فعلی تمرکززدایی و امنیت کافی را حفظ خواهند کرد یا خیر.