چکیده

هر شبکه بلاک چین مبتنی بر سازوکار مشخصی اداره می‌شود. این سازوکار در اصطلاح رایج تحت عنوان الگوریتم اجماع شناخته می‌شود. پردازش و تایید تراکنش‌های شبکه در قالب چارچوب تعیین‌شده الگوریتم اجماع صورت می‌پذیرند. تمام گره‌هایی که در یک بلاک‌چین فعالیت می‌کنند، باید الگوریتم اجماع آن را پذیرفته و بر اساس آن عمل کنند. اثبات کار (Proof of Work) و اثبات سهام (Proof of Stake) دو مورد از مهم‌ترین الگوریتم‌های اجماع شبکه‌های بلاک‌چین به‌شمار می‌روند. در مطلب حاضر، قصد داریم به مقایسه مکانیزم‌های اجماع اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) بپردازیم.

الگوریتم اجماع اثبات کار چیست؟

الگوریتم اثبات کار محدود به شبکه بیت کوین نیست؛ اما برای ارائه تعریف دقیق از آن، بحث را با بلاک‌چین بیت کوین پیش می‌بریم. در شبکه بیت کوین، گره‌هایی تحت عنوان ماینر (Miner) فعالیت می‌کنند. آن‌ها سخت افزارهایی با نام دستگاه ماینر را تهیه و در اختیار شبکه بیت کوین قرار می‌دهند. وظیفه ماینرها، تأیید تراکنش‌های زنجیره بیت کوین است. داده‌های تراکنش‌ها در زنجیره بیت کوین در قالب چندین بلوک‌ ذخیره می‌شوند. هر بلوک در زنجیره بیت کوین دارای شناسه اختصاصی است که با نام هش (Hash) شناخته می‌شود. 

زمانی بلوک به زنجیره بیت کوین افزوده می‌شود که هش اختصاصی مربوط به آن شناسایی شود. شناسایی این هش بر عهده ماینرها است. با استفاده از مجموعه‌ای عملیات ریاضی این هش شناسایی می‌شود. اولین ماینری که بتواند هش را شناسایی کند، به عنوان استخراج‌کننده بلوک معرفی می‌شود و به ازای آن پاداش دریافت می‌کند. پس از آن سایر ماینرها فرآیند طی شده را بررسی و تأیید می‌کنند تا بلوک به زنجیره افزوده شود. تأیید تراکنش‌ها در زنجیره بیت کوین به این صورت انجام می‌پذیرد. 

الگوریتم اجماع اثبات سهام چیست؟

در شبکه‌هایی با الگوریتم اجماع اثبات سهام، گروهی از نودها به عنوان اعتبارسنج (Validator) فعالیت می‌کنند. آن‌ها وظیفه دارند که‌ تراکنش‌ها را اعتبارسنجی کرده و امنیت شبکه را تأمین کنند. برای این منظور نیازی به فراهم آوردن دستگاه‌های سخت‌افزاری با توان پردازش بالا نیست.

ولیدیتورها باید تعداد مشخصی از رمزارز بومی شبکه را خریداری و قفل کنند. این فرآیند تحت عنوان استیکینگ ارز دیجیتال شناخته می‌شود. سپس می‌توانند در فرآیند تأیید و اعتبارسنجی تراکنش‌ها مشارکت داشته باشند. بر اساس میزان توکن قفل‌شده، پس از تأیید هر تراکنش در زنجیره، پاداش مشخصی به گره‌ها اختصاص پیدا می‌کند. این پاداش در قالب ارز دیجیتال بومی بلاک‌چین پرداخت می‌شود. 

مقایسه مکانیزم‌های اجماع اثبات کار (PoW) و اثبات سهام  (PoS)در یک نگاه

در جدول زیر، خلاصه‌ای از مهم‌ترین نکات که در ادامه برای مقایسه مکانیزم‌های اجماع اثبات کار (PoW) و اثبات سهام  (PoS) مطرح می‌کنیم، قابل مشاهده است. 

مقایسه الگوریتم اثبات سهام با اثبات کار از نظر سخت افزاری 

اولین و مهم‌ترین تفاوت الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام، نیاز به سخت افزار برای تایید تراکنش‌ها است. اشاره کردیم که ماینرها برای فعالیت در بلاک‌چین با الگوریتم اثبات کار نیاز به دستگاه سخت‌افزاری دارند. در بعضی از شبکه‌های بلاک‌چین، دستگاه‌های سخت‌افزاری معمولی مانند GPU یا کارت گرافیک هم کافی است؛ اما در شبکه‌ای مانند بیت کوین، ماینرها باید به‌سراغ دستگاه‌های سخت‌افزاری گران‌قیمت و اختصاصی به نام ایسیک (ASIC) بروند. 

این در حالی است که ولیدیتورها در شبکه‌ای با الگوریتم اجماع اثبات سهام نیازی به دستگاه‌های سخت‌افزاری ندارند. آن‌ها می‌توانند رمزارز را در کیف پول ارز دیجیتال تحت پشتیبانی شبکه استیک کنند و به‌این‌ترتیب، نقش خود برای تایید تراکنش‌ها در شبکه را انجام دهند. 

مقایسه الگوریتم اثبات کار با اثبات سهام از نظر مصرف انرژی

قدمت الگوریتم اثبات کار از اثبات سهام بیشتر است. یکی از اصلی‌ترین دلایل تشویق توسعه دهندگان بلاک‌چین برای ابداع الگوریتم اثبات سهام، موضوع مصرف انرژی بود. تجربه نشان می‌دهد که به‌دلیل نیاز به استفاده از دستگاه‌های سخت‌افزاری خاص، میزان مصرف برق برای اعتبارسنجی و تایید تراکنش‌ها در شبکه‌هایی که از الگوریتم اجماع اثبات کار استفاده می‌کنند، بسیار زیاد است. 

الگوریتم اثبات سهام، این چالش را کاملا برطرف کرده است. بد نیست از یک مثال واقعی برای روشن شدن ابعاد این موضوع کمک بگیریم. تا قبل از سپتامبر ۲۰۲۲، شبکه اتریوم هم مانند بیت کوین از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کرد. میزان مصرف برق این شبکه در آن زمان به حدود ۹۴ تراوات ساعت در سال رسیده بود. این در حالی است که بعد از تغییر الگوریتم اجماع آن از اثبات کار به اثبات سهام، میزان مصرف برق این شبکه با کاهش ۹۹.۹۸ درصدی به ۰.۰۱ تراوات ساعت در سال رسید. در همان مقطع، مصرف برق شبکه بیت کوین حدود ۲۰۵ تراوات ساعت در سال بود. 

مقایسه الگوریتم PoW و PoS از نظر امنیت بلاک‌چین 

یکی از مهم‌ترین کارکردهای هر الگوریتم اجماع، حفظ امنیت شبکه بلاک‌چین است. بنابراین برای مقایسه مکانیزم‌های اجماع اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) باید این موضوع مهم را مد نظر قرار دهیم. روی‌هم‌رفته تجربه نشان می‌دهد که الگوریتم اثبات کار، بالاترین سطح امنیت را برای شبکه بلاک‌چین ایجاد می‌کند. البته امنیت بلاک‌چین‌های معروف با الگوریتم اثبات سهام هم در سطح مطلوب ولی پایین‌تری نسبت به بیت کوین قرار دارند. 

مقایسه الگوریتم PoS و PoW از نظر سرعت پردازش تراکنش‌ها

یکی از دلایل اقبال بیشتر توسعه‌دهندگان بلاک‌چین به الگوریتم اثبات سهام، نقش این الگوریتم اجماع در ارتقای مقیاس پذیری شبکه است. روی‌هم‌رفته، سرعت پردازش تراکنش‌ها در شبکه بلاک‌چین با الگوریتم اثبات سهام بیشتر از اثبات کار است. همین موضوع باعث می‌شود که کارمزد تراکنش‌ها در شبکه‌هایی با الگوریتم PoS کمتر باشد. 

بد نیست که در این قسمت هم از یک مثال استفاده کنیم. مدت زمان تشکیل هر بلوک در شبکه بیت کوین تقریبا برابر با ۱۰ دقیقه است. باتوجه‌به ظرفیت هر یک بلوک‌ در زنجیره بیت کوین، در هر ثانیه حداکثر ۷ تراکنش در این شبکه پردازش می‌شود. تا قبل از اجرای آپدیت پکترا (Pectra)، شبکه اتریوم حدود ۳۰ تراکنش در ثانیه را پردازش می‌کرد؛ اما بعد از این آپدیت، توان پردازش بلاک‌چین اتریوم به حدود ۱۲۰ تراکنش در ثانیه رسید. 

مقایسه الگوریتم PoS و PoW از نظر تمرکززدایی بلاک‌چین

یکی دیگر از کارکردهای هر الگوریتم اجماع، تضمین تمرکززدایی در شبکه است. عملکرد هر دو الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام از این منظر قابل نقد است. برای تسلط بر یک شبکه بلاک‌چین مانند بیت کوین، بیش از نیمی از قدرت هش باید در اختیار نود خرابکار قرار بگیرد. باتوجه‌به هزینه بسیاری زیادی که تهیه دستگاه‌های ماینر برای رسیدن به این مهم دارد، عملا در شرایط فعلی، حمله ۵۱ درصدی به شبکه‌هایی مانند بیت کوین محتمل نیست. البته ممکن است در آینده با توسعه کامپیوترهای کوانتومی شرایط کاملا تغییر کند. 

یکی از معایب الگوریتم اثبات کار در شبکه‌ای مانند بیت کوین، این است که بالا بودن هزینه مشارکت در استخراج عملا بسیاری از افراد را از ورود به این حوزه منصرف می‌کند. به‌همین دلیل، قدرت اصلی استخراج بیت کوین در حال حاضر، تحت اختیار چند استخر ماینینگ بزرگ قرار دارد. 

این در حالی است که در شبکه‌هایی با الگوریتم اثبات سهام، شرایط برای مشارکت افراد بیشتری در اعتبارسنجی تراکنش‌ها وجود دارد. ضمن اینکه در برخی از شبکه‌ها، مدل‌های خاصی از الگوریتم اثبات سهام مورد استفاده قرار می‌گیرد که عملا مانع از تمرکز قدرت شبکه در اختیار تعداد معدودی از ولیدیتورها می‌شود. 

کلام پایانی 

در این مطلب به مقایسه مکانیزم‌های اجماع اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) پرداختیم. هر یک از این الگوریتم‌های اجماع، مزایا و معایب خاص خود را دارند. انتظار می‌رود که در آینده شاهد ظهور الگوریتم‌های جدید با ترکیب مزایای این دو مکانیزم اجماع باشیم. به‌این‌ترتیب، ضمن حفظ امنیت شبکه‌های بلاک‌چین، می‌توان مقیاس‌پذیری آن‌ها را هم ارتقا داد.