انواع اثبات سهام: LPoS، PPoS، HPoS، PoV

مکانیزم‌های اجماع اثبات سهام (PoS) برای رسیدگی به ناکارآمدی‌های ذاتی پروتکل‌های اثبات کار (PoW) مرسوم طراحی شده‌اند. بلاکچین‌های PoS به جای تکیه بر استخراج رمزارز، از گره‌ یا نودهایی استفاده می‌کنند که بر اساس سهم یا استیک توکن‌های پلتفرم برای تأیید و ثبت تراکنش‌ها انتخاب شده‌اند. اکثر پروژه‌های جدید بلاکچین از نوعی مکانیزم اجماع PoS استفاده می‌کنند، زیرا نسبت به PoW مقیاس‌پذیرتر، انعطاف‌پذیرتر و سازگارتر با محیط‌زیست است.

اثبات سهام

یک عنصر اساسی هر شبکه بلاکچین این است که چگونه در سراسر شبکه توزیع شده خود در هنگام تأیید رکورد تراکنش‌های انجام شده به اجماع دست یابد. بیت‌کوین و بعضی از شبکه‌های بلاکچینی از مکانیزم اجماع اثبات کار (PoW) استفاده می‌کنند. در معماری اثبات کار یا همان Proof-of-Work، اپراتورهای سخت‌افزاری که ماینر نامیده می‌شوند، قدرت محاسباتی به اعتبار تراکنش‌های شبکه کمک می‌کنند و برای انجام این کار به صورت کریپتو جایزه و پاداش دریافت می‌کنند. این فرآیند استخراج کریپتو چیزی است که اجرا و ثبت تراکنش‌ها را در پروتکل‌های PoW هدایت می‌کند.
با این حال، گسترش شبکه‌های PoW منجر به یک مسابقه سخت‌افزاری ماینینگ در میان ماینرها شده است که برای افزایش شانس خود برای استخراج موفقیت‌آمیز بلوک‌های جدید، به تجهیزات بیشتری نیاز دارند. این ادغام امنیت، عدم تمرکز زیرساخت شبکه بلاکچین را مهار می‌کند. علاوه بر این، شبکه‌های بلاکچین که بر استخراج رمزارز متکی هستند با محدودیت‌های مقیاس‌پذیری مبارزه می‌کنند و به دلیل ناکارآمدی انرژی به طور فزاینده‌ای مورد انتقاد قرار گرفته‌اند.
اکثر شبکه‌های بلاکچین نسل بعدی که پس از بیت‌کوین دنبال شدند، مکانیزم اجماع جدیدتری را با استفاده از مدل اثبات سهام (PoS) اتخاذ کردند. موردی که اولین بار در سال 2011 پیشنهاد شد، مکانیزم‌های اجماع PoS بود که نشان‌دهنده تجسم مجدد فرآیند دستیابی به اجماع شبکه است. فرآیندی که برای رسیدگی به ناکارآمدی‌ها و محدودیت‌های ذاتی در روش‌های سنتی تأیید تراکنش PoW طراحی شده است.

مکانیزم اجماع اثبات سهام اصلی (POS)

به جای استفاده از استخراج سخت‌افزاری انرژی‌بر برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها، اثبات سهام برای تأیید و ثبت تراکنش‌ها و کسب پاداش‌های رمزارزی به اعتبارسنجی‌های شبکه متکی است. به جای هش کردن داده‌ها برای به دست آوردن حق اعتبارسنجی تراکنش‌ها، اعتبارسنجی مبتنی بر گره یا نود در درجه اول با تصادفی بودن محاسباتی تعیین می‌شود که با مقدار وثیقه مالی که یک گره به شبکه از طریق چیزی که به عنوان سهام‌بندی یا استیکینگ شناخته می‌شود، وزن داده می‌شود.
اگر بخواهیم به صورت ساده‌تر بیان کنیم، این است که به جای ماینرها و محاسبات شبکه مانند اثبات کار، هر شخصی با قراردادن وثیقه یا همان استیک به عنوان اعتبارسنج یا ولیدیتور در شبکه اثبات سهام شناخته می‌شود و وظیفه تایید تراکنش‌ها و… را بر عهده دارد.

الگوریتم های PoS از چندین روش برای انتخاب گره‌هایی که تراکنش‌ها را تایید می‌کنند استفاده می‌کنند:

• اندازه سهام یا استیک: هر چه توکن‌های بیشتری را استیک کرده باشید، شانس انتخاب شدن برای اعتبارسنجی (validate) بیشتر است.
• سن توکن‌های استیک شده: هرچه زمان طولانی‌تری توکن‌ها خرج نشده باشند، شانس بیشتری برای انتخاب شدن برای اعتبارسنجی خواهید داشت (زمانی که از آن استیک برای تأیید یک بلوک استفاده شود، سن آن به صفر بازنشانی می‌شود).
• انتخاب تصادفی: در حالی که فرآیند انتخاب اعتبارسنجی PoS به نفع دارندگان توکن بزرگ‌تر است، این مکانیزم همچنان با درجه‌ای تصادفی تعبیه شده است تا از متمرکز شدن جلوگیری شود.

از آنجایی که این فرآیند انتخاب شبه تصادفی عمدتاً مبتنی بر واریزی یا سپرده‌های رمزارزی غیرفعال است از نظر منابع کارآمدتر می‌باشد، زیرا توان محاسباتی PoS نسبت به سیستم‌های PoW به سخت‌افزار ماینینگ برای صرف انرژی در رقابت با یکدیگر نیاز دارند.
با حذف نیاز به تجهیزات استخراج قدرتمند، PoS موانع فنی ورود برای شرکت در فرآیند اعتبارسنجی شبکه را نیز از بین می‌برد.

در حالی که اثبات سهام مکانیزم اجماع رایجی است که بسیاری از مسائل ذاتی در پروتکل‌های PoW را کاهش می‌دهد، منتقدان استدلال کرده‌اند که پروتکل‌های PoS به نفع دارندگان توکن‌های بیشتر است، به این معنی که ثروتمندان هر بار به عنوان اعتبارسنجی پاداش دریافت می‌کنند و ثروتمندتر می‌شوند. اگرچه این یک انتقاد معتبر است، دارندگان توکن برتر انگیزه مالی دارند تا صادقانه به عنوان اعتبارسنجی عمل کنند: هرگونه آسیب یا اختلال در شبکه تأثیر منفی بر ارزش توکن‌های خود آن‌ها خواهد داشت. بنابراین این انگیزه مالی بیشتر امنیت شبکه را افزایش می‌دهد.

برای تبدیل شدن به یک اعتبارسنجی شبکه، اکثر شبکه‌های PoS اصلی به حداقل مبلغ استیک نیاز دارند. با این حال، بسیاری از پروژه‌های بلاکچین به منظور حفظ تمرکززدایی و برابری بهینه، قصد کاهش ریسک طرفداری از دارندگان توکن بزرگ‌تر را به ضرر سایر کاربران دارند. انواع مختلفی از مکانیزم اجماع PoS به دنبال بهبود این فرآیند انتخاب اعتبارسنجی و افزایش کارایی شبکه هستند.

اثبات سهام واگذار شده (Delegated Proof of Stake)

در معماری اثبات سهام واگذار شده (DPoS)، شرکت کنندگان شبکه حق دارند تولید بلوک‌های جدید را به تعداد ثابتی از نمایندگان، که اغلب به عنوان شاهد (witness) نیز شناخته می‌شوند، محول کنند. کاربران تعیین می‌کنند که کدام نمایندگان از طریق یک مکانیزم رای‌گیری دموکراتیک که در آن آرا با مقدار توکن‌های قفل شده در کیف پول‌های پلتفرم وزن داده می‌شود، بلاک‌های جدید را تایید کنند.
این فرآیند رای‌گیری مستمر است و کاربران می‌توانند در هر زمان، نمایندگان ناکارآمد را با اعتبارسنجی دیگری جایگزین کنند. این بدان معناست که نمایندگان باید صادقانه و مؤثر رفتار کنند تا همچنان از حمایت رای دهندگان و سهامداران یا همان استیک کنندگان خود برخوردار شوند. نمایندگان تایید شده حقوق بلوک تولید را به طور مساوی بین خود تقسیم می‌کنند. در ازای حمایت از یک نماینده، ذی‌نفعان سهمی از جوایز تولید بلوک آن نماینده را به تناسب دارایی‌های توکنی که با آن نماینده سهام دارند، دریافت می‌کنند.
این فرآیند رای‌گیری و تفویض اختیار، احتمالاً فرآیند ایجاد بلوک DPoS را دموکراتیک‌تر از پروتکل‌های PoS سنتی می‌کند و از آنجایی که آستانه شرکت در فرآیند رای‌گیری DPoS بسیار پایین است، DPoS به طور گسترده به عنوان یکی از برابرترین راه‌ها برای دستیابی به اجماع در شبکه‌های غیرمتمرکز درنظر گرفته می‌شود.

علاوه بر این، از آنجایی که گروه کوچکی از اعتبارسنجی‌ها می‌توانند سریع‌تر از سیستمی که نیاز به اجماع در سطح شبکه دارد به اجماع برسند، سیستم‌های DPoS می‌توانند بلوک‌ها را سریع‌تر تولید کنند و تراکنش‌های بیشتری در ثانیه (TPS) را نسبت به بسیاری دیگر از پروتکل‌های اجماع انجام دهند. گفتنی است، با توجه به اینکه پروتکل‌های DPoS محدودیت سختی برای تعداد نمایندگان فعالی که بلاک‌های جدید ایجاد می‌کنند (معمولاً بین 20 تا 100) تعیین می‌کنند، این ساختار همچنان منجر به درجه خاصی از تمرکز می‌شود، در حالی که پروتکل‌های PoS سنتی شبه تصادفی هستند اما به نفع دارندگان توکن بیشتر هستند، DPoS به همه دارندگان توکن اجازه می‌دهد تا در تصمیم‌گیری‌های شبکه نقش داشته باشند. در نتیجه، DPoS در حال حاضر رایج‌ترین نوع PoS است. چندین پروژه بزرگ از جمله ایاس و ترون از DPoS استفاده می‌کنند.

اثبات سهام اجاره شده (Leased Proof of Stake)

اثبات سهام اجاره شده (LPoS) یک مکانیزم توافقی است که به‌ویژه توسط بلاکچین ویوز ‌(Waves) استفاده می‌شود، که به موجب آن کاربران توکن‌های رمزارزی را به گره‌ای اجاره می‌دهند که قصد دارد به عنوان یک تولیدکننده بلوک شبکه عمل کند. هر چه یک گره توکن‌های بیشتری را به اشتراک گذاشته باشد، احتمال بیشتری دارد که برای تولید بلوک بعدی و دریافت پاداش مربوطه انتخاب شود و صاحبان توکن حق دارند اجاره خود را در هر زمان لغو کنند. در نتیجه، دارندگان توکن کوچک‌تر که در غیر این صورت واجد شرایط شرکت در فرآیند ایجاد بلوک در یک سیستم PoS سنتی نیستند، می‌توانند دارایی‌های خود را ادغام کنند و شانس خود را برای دریافت سهمی از کارمزد تراکنش‌های شبکه افزایش دهند.
کاربران می‌توانند برای یافتن گره‌ای که به بهترین وجه با استراتژی سرمایه‌گذاری آنها سازگار است، خرید کنند، زیرا برخی از گره‌ها ممکن است پاداش‌های بیشتری را توزیع کنند.
پروتکل‌های LPoS به بهترین وجه برای شبکه‌هایی اعمال می‌شوند که دارای الزامات فنی بالایی برای اجرای یک گره کامل با قابلیت اعتبارسنجی تراکنش‌های زنجیره‌ای یا آنچین هستند. این مکانیزم اجماع به گره‌هایی که بهترین عملکرد را دارند با تشویق کاربران کوچک‌تر برای حمایت از کارآمدترین اعتبارسنجی‌ها به شیوه‌ای که شفاف و پایدار باشد، پاداش می‌دهد.

از نظر اثر خالص، این مکانیزم اجماع تقریباً مشابه DPoS است. با این حال، در حالی که ولیدیتورهای DPoS با رای‌های سهام‌دار یا همان استیک دار بالای سایر شرکت‌کنندگان شبکه انتخاب می‌شوند، دارندگان توکن در یک شبکه LPoS می‌توانند مستقیماً توکن‌ها را برای شرکت در فرآیند تولید بلوک قرض بگیرند و قرض دهند.

اثبات سهام خالص (Pure Proof of Stake)

اثبات سهام خالص (PPoS) یک شکل بسیار دموکراتیک از PoS است که توسط الگورند (Algorand)، یک پروژه بلاکچین عمومی با تمرکز بر توسعه اپلیکیشن غیرمتمرکز کاربر پسند (dApp) استفاده می‌شود. برخلاف بسیاری از اشکال دیگر PoS، مکانیزم‌های اجماع PPoS دارای مکانیزم تحریم داخلی برای جلوگیری از فعالیت گره‌های مخرب یا خطاهای امنیتی بالقوه مانند اعتبارسنجی بلوک‌های تکراری نیستند. درعوض، PPoS حداقل الزامات استیک را برای مشارکت و ایمن سازی شبکه ارائه می‌دهد که درها را به روی همه کاربران علاقه‌مند باز می‌کند.
در شبکه الگورند فقط یک کوین ALGO برای شرکت در فرآیند سهامداری یا استیک شبکه مورد نیاز است. در مقابل، اتریوم 2.0 به حداقل سهام 32 اتر (ETH) نیاز دارد؛ مقداری که مانع بسیار بیشتری برای ورود کاربران ایجاد می‌کند. هر کاربر شبکه الگورند ممکن است به طور تصادفی و مخفیانه برای پیشنهاد بلوک‌های جدید و رای دادن به پیشنهادات انتخاب شود، و احتمال انتخاب یک کاربر معین با سهام یا استیک آن کاربر متناسب است. تا زمانی که دو سوم گره‌های شبکه صادقانه عمل کنند، یک سیستم PPoS به طور معمول کار می‌کند؛ اگرچه حداقل نیازهای سهام درگیر در PPoS به طور بالقوه می‌تواند امنیت شبکه را در برخی سناریوها تضعیف کند، این پروتکل به خوبی به الگورند خدمت کرده است.

اثبات اهمیت (Proof of Importance)

در حالی که مکانیزم‌های سنتی اجماع PoS تنها مقدار سرمایه‌ای را که یک گره در نظر گرفته است در هنگام تعیین قابلیت‌های حاکمیت متناسب آن گره در نظر می‌گیرد، مکانیزم‌های اثبات اهمیت (PoI) هنگام سنجش میزان تأثیرگذاری روی زنجیره مربوط به هر گره، عوامل دیگری را در بر می‌گیرد. PoI تکراری از PoS است که تلاش می‌کند به جای تمرکز بر سرمایه مورد نیاز، رویکرد جامع‌تری را برای ارزیابی مشارکت کاربران اتخاذ کند. PoI اولین بار توسط پروژه جنبش اقتصاد جدید (NEM) معرفی شد.
معیارهای امتیازدهی دقیق مورد استفاده در PoI متفاوت است، اگرچه بسیاری از این مکانیزم‌های اجماع، ویژگی‌هایی را از الگوریتم‌های مورد استفاده در تقسیم‌بندی شبکه و رتبه‌بندی گرفته‌اند. عوامل متداول عبارتند از تعداد انتقال‌هایی که یک گره در یک دوره مشخص در آن شرکت کرده است و درجه‌ای که گره‌های مختلف از طریق بخش‌های فعالیت به هم مرتبط هستند.
PoI به کاهش ریسک ثروت مازاد متمرکز کمک می‌کند، زیرا دارندگان توکن برتر قدرت مطلق را بر روی شبکه اعمال نمی‌کنند. از آنجایی که امتیاز اهمیت هر گره پویا و مبتنی بر فعالیت شبکه است، این مکانیزم اجماع مانع فورک‌های بلاکچین می‌شود. کاربران برای حفظ امتیاز خود باید منابعی را صرف کنند تا در هر دو شبکه فورک شده فعال بمانند.

اثبات سهام نقد (Liquid Proof of Stake)

اثبات سهام نقد (LPoS) به دارندگان توکن این امکان را می‌دهد که حقوق اعتبارسنجی خود را بدون صرف نظر از مالکیت توکن خود به سایر کاربران قرض دهند. در حالی که این مورد ممکن است شبیه به DPoS به نظر برسد، دارندگان توکن در یک شبکه LPoS انتخاب‌های خود را در مورد واگذاری حقوق اعتبارسنجی توکن شده خود به سایر کاربران یا استیک توکن‌های خود انجام می‌دهند. علاوه بر این، تعداد گره‌های اعتبارسنجی فعال در LPoS پویا است که با تعداد اعتبارسنجی ثابت DPoS متفاوت است. به عنوان مثال، تزوس (Tezos) که از LPoS استفاده می‌کند، از نظر فنی قادر است تا 80,000 اعتبارسنجی را به جای چند اعتبارسنجی که اکثر شبکه‌های DPoS اجازه می‌دهند، پشتیبانی کند.
علاوه بر این، روند ایجاد بلوک تزوس شامل انتخابات نمی‌شود.
در نتیجه، کاربران در یک شبکه LPoS دارای درجه بالایی از انعطاف پذیری از نظر مشارکت در شبکه هستند. به عنوان مثال، دارندگان توکن بیشتر می‌توانند با قرار دادن وجوه خود بدون نیاز به تایید خارجی، اعتبارسنجی بلوک شوند و دارندگان کوچک‌تر که منابع لازم برای اعتبارسنجی بلوک‌ها را ندارند، می‌توانند از دارندگان بزرگ‌تر حمایت کنند یا برای تشکیل ائتلاف‌های مؤثر باهم باشند. در عین حال، از آنجایی که حقوق اعتبارسنجی LPoS بسیار راحت است، این تنظیم به کاهش خطر تصرف کل شبکه توسط ائتلاف اکثریت کمک می‌کند.

اثبات اعتبار(Proof of Validation)

اثبات اعتبار (PoV) یک مکانیزم اجماع اثبات سهام منحصربه‌فرد است که برای دستیابی به اجماع از طریق گره‌های اعتبارسنجی استیک شده کار می‌کند. به طور معمول، هر گره در یک سیستم PoV یک کپی کامل از توالی تراکنش‌ها در بلوک‌هایی که در بلاکچین ایجاد می‌شوند را دارد و یک کپی از تمام حساب‌های کاربری که با کلید عمومی کاربر قابل شناسایی هستند که هر توکن که در آن گره وجود دارد را نگه می‌دارد را در خود دارد. از آنجا، کاربران می‌توانند توکن‌های خود را در گره‌های اعتبارسنجی قرار دهند. در نتیجه، تعداد توکن‌هایی که در هر اعتبارسنجی قرار می‌گیرد، تعداد رای‌هایی را که اعتباردهنده خاص دارد، تعیین می‌کند.
یک بلوک جدید زمانی تأیید می‌شود که مجموعه‌ای از اعتبارسنجی‌ها با حداقل دو سوم کل قدرت رای‌گیری شبکه، رای کامیت برای آن بلوک ارسال کنند. با این حال، این مورد همچنین به این معنی است که پروتکل‌های PoV ممکن است مقاوم به خطای بیزانسی نباشند، به این معنا که تنها در صورتی می‌توانند سالم بمانند که یک سوم یا کمتر از کل گره‌های شبکه به خطر بیفتد. الگوریتم اجماع تندرمینت (Tendermint) شبکه کازماس (Cosmos) نوعی پروتکل PoV است.

اثبات سهام هیبریدی (Hybrid Proof of Stake)

در حالی که بیشتر پروتکل‌های اثبات سهام جدای از اثبات کار هستند، برخی از مکانیزم‌های اجماع ترکیبی از عناصر هر دو مکانیزم PoW و PoS با هم برای تقویت عملیات روی زنجیره استفاده می‌کنند. در بیشتر موارد، این مکانیزم‌های اجماع ترکیبی (HPoS) به استخراج‌کنندگان PoW برای ایجاد تراکنش‌های بلوک‌های جدید متکی هستند، که سپس به اعتبارسنجی‌های PoS منتقل می‌شوند، که در مورد تأیید بلوک‌ها و ثبت آن‌ها در دفتر کل بلاکچین رای می‌دهند.
پروتکل‌های HPoS می‌توانند به تثبیت قیمت کوین بومی شبکه کمک کنند و با اجازه دادن به شرکت‌کنندگان PoS برای رای دادن به بلوک‌های جدید و تغییرات در نقش‌های اجماع شبکه، ماینرها کمتر به انحصار قدرت هش دست پیدا می‌کنند. بنابراین، با ترکیب قدرت هش با رای سهامداران، پروتکل‌های HPoS می‌توانند به سطح چشمگیری از امنیت و ثبات شبکه دست یابند. چندین پروژه‌ای که از این مکانیزم ترکیبی اجماع PoW و PoS استفاده می‌کنند دش (Dash) و دیکرد (Decred) هستند. همچنین احتمال دارد که ارتقای آتی اتریوم که کاسپر (Casper) نام دارد، به مدل HPoS تبدیل خواهد شود.

سخن پایانی

همانطور که توسعه‌دهندگان بلاکچین پروتکل‌های موجود را ایجاد و راه‌های جدیدی برای ساده‌سازی حاکمیت زنجیره‌ای طراحی می‌کنند، تعداد مکانیزم‌های اجماع مبتنی بر PoS یا موارد دیگر به رشد خود ادامه خواهند داد. در حالی که پروتکل‌های توصیف‌شده نمای گسترده‌ای از اثبات سهام در شرایط امروزی ارائه می‌دهند، ولی ممکن است موارد دیگری نیز ایجاد شود.
صدها پروژه بلاکچین تاکنون نوعی از PoS را اجرا کرده‌اند و با بهبود تصمیم‌گیری شبکه، مقیاس‌پذیری و بهره‌وری منابع، انتظار می‌رود این دسته مکانیزم اجماع نقش مهمی را در آینده صنعت بلاکچین ایفا کند.