معرفی الگوریتم اجماع اثبات کار و اثبات سهام هیبرید Hybrid PoW/PoS

مکانیسم اجماع بلاکچین برای اطمینان از وجود توافق بین شرکت کنندگان در مورد وضعیت فعلی بلاکچین عمل می‌کند. مکانیسم اجماع تعیین می‌کند که چه کسی می‌تواند بلوک‌های جدیدی از تراکنش‌ها را اضافه کند، و یکی از اهداف اصلی آن اطمینان از عدم بازنویسی زنجیره است.

اثبات اجماع کار

بلاک‌چین‌هایی با اجماع اثبات کار خالص (مانند بیت‌کوین) فقط می‌توانند بلوک‌های جدیدی را توسط ماینرها اضافه کنند که سخت‌افزاری را به کار می‌گیرند که پاسخ یک مشکل ریاضی را حدس بزند. هر بار که یک ماینر حدس معتبری می‌زند، می‌تواند بلوکی را بسازد که شبکه آن را بپذیرد. در حالی که ماینرها می‌توانند هر زنجیره‌ای را استخراج کنند، شبکه فقط زنجیره‌ای را می‌پذیرد که بیشترین اثبات کار (یعنی بیشترین هش یا حدس‌ها) را به عنوان زنجیره قانونی داشته باشد. این به این معنی است که ماینرها برای استخراج در طولانی‌ترین زنجیره تشویق می‌شوند و وقتی یک بلوک جدید معتبر می‌بینند، سعی می‌کنند راه‌حلی برای بلوک بعدی بیابند که به آنها امکان می‌دهد روی بلوک قبلی بسازند.

مشکل بازنویسی بلاکچین چیزی است که به آن اجازه می‌دهد تا به عنوان دفتر کل برای تراکنش های مالی عمل کند. وقتی یک تراکنش در بلوکی ظاهر می‌شود که سکه‌ها را به یک کیف پول می‌فرستد، و چندین بلوک در بالای آن بلوک (تأییدات) ساخته شده‌اند، بعید می‌شود که بلوک (و تراکنش) دوباره نوشته شود.

اگر نهادی قدرت هش کافی برای پیشی گرفتن از «زنجیره صادقانه» را کنترل کند، می‌تواند بلاکچین را با استخراج روی بلوک «قدیمی» به جای آخرین بلوک، دوباره بنویسد (یا سازمان‌دهی مجدد کند). در اینجا یک گزارش ساده از این نوع حمله، همچنین به عنوان حمله 51٪ شناخته شده است: مهاجم در بلوک X با ارسال به یک صرافی هزینه می کند، سپس شروع به استخراج یک زنجیره موازی به صورت خصوصی می‌کند (بلوک‌ها به شبکه پخش نمی‌شوند). هنگامی که تعداد مورد نیاز تأیید شد، مهاجم سکه‌ها را با چیز دیگری معامله می‌کند و آن را از صرافی خارج می‌کند.

هنگامی که برداشت پاک شد، آنها زنجیره موازی را آزاد می‌کنند و اگر PoW (بلوک) بیشتری نسبت به زنجیره اصلی داشته باشد، شبکه آن را به عنوان زنجیره قانونی و نسخه تاریخ ارائه شده توسط زنجیره اصلی (از جمله سپرده مهاجم) می‌پذیرد. ناپدید خواهد شد. سپس مهاجم آزاد است تا دوباره این سکه‌ها را خرج کند. از آنجایی که ماینرها تنها نهادهایی هستند که می‌توانند مستقیماً بلوک‌هایی را در ارزهای دیجیتال خالص PoW به زنجیره اضافه کنند، این امر به آنها نقشی قوی در حاکمیت می‌دهد.

برای اینکه هر تغییری در قوانین اجماع شبکه به تصویب برسد، باید از حمایت اکثریت قدرت هش برخوردار باشد. «سافت فورک‌ها» به ماینرهای کافی نیاز دارد تا مجموعه قوانین جدیدی را تشخیص دهند تا کاربران بتوانند تراکنش کنند و انتظار داشته باشند که تراکنش‌های آنها به درستی پردازش شده و در بلوک‌ها گنجانده شود. “هارد فورک ها” شبکه را به دو جزء تقسیم می‌کند، و طبق قانون پذیرفته شده رایج “زنجیره ای که بیشترین PoW را دارد، زنجیره مناسبی است که باید دنبال شود”، ماینرها تصمیم می‌گیرند که کدام یک به عنوان قانونی پذیرفته شود.

اثبات اجماع سهام

اجماع اثبات سهام یک روش جایگزین برای تصمیم گیری است که چه کسی می‌تواند بلوک‌های جدید اضافه کند و وضعیت فعلی بلاکچین را تأیید کند. به‌جای رقابت ماینرها برای حل مشکل، با اثبات سهام، تولیدکننده بلاک بعدی با فرآیندی بر اساس تعداد سکه‌هایی که در کیف پول‌ها نگهداری می‌شوند تعیین می‌شود. این فرآیند اطمینان دارد که کسانی که بیشترین سهم را دارند تصمیمات مسئولانه ای برای کل شبکه خواهند گرفت. اجماع اثبات سهام، نیاز به استخراج انرژی بر را از بین می برد، اما فقدان مصرف انرژی قابل توجه مشکل دیگری را ایجاد می‌کند که گاهی از آن به عنوان “هیچ چیز در خطر نیست” یاد می‌شود.

در مورد یک زنجیره دوشاخه، جاعلان PoS (به طور کلی به جای استخراج از «جعل» استفاده می‌شود) برای اعتبارسنجی بلوک‌ها در هر دو زنجیره تشویق می‌شوند، زیرا کار بر روی یک زنجیره اضافی برای آن‌ها هزینه بسیار کمی دارد و می‌توانند برای هر دو پاداش دریافت کنند. این یک مشکل برای شبکه است زیرا قرار است تنها یک زنجیره وجود داشته باشد و توافق در مورد وضعیت آن زنجیره واحد تمام هدف مکانیسم اجماع است. اثبات سهام یک مشکل اضافی در رابطه با توزیع توکن ها دارد. ماینرهای PoW هزینه‌های قابل توجهی (سخت افزار، برق) دارند و معمولاً باید بخش قابل توجهی از سکه‌های استخراج شده خود را بفروشند تا این هزینه‌ها را برآورده کنند. در نتیجه، بسیاری از سکه‌های استخراج شده برای خرید در بازار در دسترس هستند، نه اینکه توسط ماینرها احتکار شوند.

جعل کنندگان Proof of Stake هزینه‌های عملیاتی بسیار کمی دارند، بنابراین فشار یکسانی برای فروش سکه‌هایی که برای نگهداری شبکه دریافت می‌کنند، ندارند. دارندگان بزرگی که در Proof of Stake شرکت می‌کنند، با جمع‌آوری پاداش‌های بلوک و کارمزد تراکنش‌ها از کاربران شبکه، تمایل دارند سهم خود از سکه‌های در گردش را افزایش دهند. این به فئودالیسم تشبیه شده است که به موجب آن شبکه عملاً متعلق به دارندگان سکه است و اداره می‌شود و کاربران برای استفاده از آن به آنها نوعی اجاره پرداخت می‌کنند. معمولاً یک برش وجود دارد که در زیر آن امکان شرکت مستقیم در اثبات سهام وجود ندارد.

هیبریدی PoW/PoS

هدف سیستم‌های ترکیبی Proof of Work و Proof of Stake دریافت مزایای رویکردهای مربوطه و استفاده از آنها برای متعادل کردن نقاط ضعف یکدیگر است. Decred یکی از معدود ارزهای رمزنگاری شده است که از هر دو PoW و PoS در اشکال قابل تشخیص استفاده می‌کند و آنها را با هم ادغام می‌کند تا یک مکانیسم اجماع چند عاملی یا ترکیبی ایجاد کند. «سکه‌های Masternode» از برخی جهات ترکیبی نیز هستند، زیرا دارای یک مؤلفه اثبات کار قابل تشخیص هستند که نقشی مشابه در بیت کوین و نقش اضافی برای گره‌های خاص دارند. معمولاً این الزام وجود دارد که این گره‌های ویژه مقدار معینی از ارز را به عنوان وثیقه نگه دارند تا نشان دهند که می‌توان به آنها اعتماد کرد تا در راستای منافع شبکه عمل کنند، که مشابه منطق اثبات سهام است. دش سکه اصلی مسترنود است و به این مدل به عنوان Proof of Service اشاره می کند.

این مقاله بر روی هیبریدهایی با مؤلفه Proof of Stake تمرکز دارد و آرایه سکه‌هایی را که از masternodes یا Proof of Service تقلید می‌کنند، در نظر نمی‌گیرد. مولفه PoW Decred مانند سایر پروژه‌های مبتنی‌بر PoW کار می‌کند و از عملکرد هش Blake-256 استفاده می‌کند. مؤلفه PoS Decred، و نحوه بافته شدن آن در زنجیره، کاملاً منحصر به فرد است و ارزش توضیح بیشتر را دارد. برای شرکت در Decred’s Proof of Stake، دارندگان باید زمان DCR خود را برای خرید «بلیت» قفل کنند. قیمت یک بلیط فردی با مکانیزمی شبیه به بازار تعیین می‌شود که به موجب آن سیستم تعداد مشخصی بلیط زنده (40960) را هدف قرار می‌دهد – اگر تعداد بیشتری از تعداد مورد نظر وجود داشته باشد، قیمت بالا می‌رود، اگر تعداد بلیط کمتر باشد، کاهش می یابد.

هنگامی که شخصی بلیطی می‌خرد، DCR مورد استفاده او قفل می‌شود (یعنی نمی‌تواند آن را خرج کند) تا زمانی که بلیطش به‌طور تصادفی برای رای دادن فراخوانده شود، یا تا زمانی که پس از حدود 142 روز منقضی شود. این یک هزینه فرصت برای PoS معرفی می‌کند، که هدف آن تضمین این است که رای‌دهندگان PoS در بازی حضور دارند و در راستای منافع شبکه عمل می‌کنند. شرکت کنندگان PoS (که به عنوان رای دهندگان یا ذینفعان نیز شناخته می شوند) سه نقش متمایز برای بازی دارند: رای گیری بلوک، رای دادن در مورد تغییرات در قوانین اجماع، و رای دادن به مدیریت سطح پروژه با استفاده از سیستم پیشنهادی Politeia. اولین مورد، “رای گیری مسدود”، راهی است که رای دهندگان PoS مستقیماً در حفظ اجماع مشارکت می‌کنند.

رای‌گیری در بلوک‌ها

هنگامی که یک ماینر PoW یک بلوک معتبر پیدا می‌کند، آن را در شبکه پخش می‌کند، اما برای اینکه آن بلوک معتبر تلقی شود، باید حداقل 3 از 5 بلیط انتخاب شده به طور تصادفی رای داشته باشد. رای دهندگان PoS کیف پول‌ها را باز نگه می‌دارند و آماده پاسخ دادن با رای در هنگام فراخوانی بلیط‌هایشان هستند (یا ارائه‌دهندگان خدمات رای‌گیری را برای انجام این کار از طرف خود درگیر می‌کنند).

هنگامی که یک بلیط PoS برای رای دادن فراخوانده می‌شود و پاسخ می‌دهد، صاحب آن جایزه دریافت می‌کند. هنگامی که بلیط‌ها فراخوانی می‌شوند، آنها رای به قبول یا رد تراکنش‌های معمولی بلوک قبلی می‌دهند. گره‌های شبکه یک بلوک جدید را تا زمانی که حداقل 3 رای نداشته باشد معتبر تشخیص نمی‌دهند. اگر اکثریت بلیط‌هایی که برای رای‌گیری فراخوانده شده‌اند، تراکنش های بلوک قبلی را رد کنند، آنگاه به ممپول بازگردانده می شوند. این تراکنش‌های معمولی شامل پاداش ماینر PoW است، اما نه پاداش رای‌دهندگان PoS. بنابراین، رای‌دهندگان PoS این قدرت را دارند که بدون تأثیرگذاری بر پاداش‌های خود، جوایز را از ماینرها سلب کنند.

این قدرت ماینرهای PoW را برای وتوی تغییرات قوانین اجماع شبکه، که توسط سهامداران رای می‌گیرد، محدود می‌کند. در واقع، رای دهندگان PoS می‌توانند هر نوع رفتار ماینری را که دوست ندارند، با اتخاذ یک سیاست رای «نه» در هنگام شناسایی رفتار مخرب یا ناکارآمد رد کنند – مانع از نوشتن تراکنش و دریافت پاداش توسط ماینرهای بد PoW شود.

این لایه تأیید PoS به طور قابل توجهی امنیت و مقاومت شبکه را در برابر حملات اکثریت افزایش می‌دهد. روش متداول انجام یک حمله اکثریت دوبار خرج کردن، بازنویسی بلاکچین با استخراج یک زنجیره جایگزین به صورت مخفی و سپس آزاد کردن آن پس از یک دوره زمانی معین و استفاده از باطل شدن تراکنش‌ها در زنجیره قدیمی (یعنی با دو برابر شدن) است. ورودی های خود را خرج می کنند).

از آنجایی که بلوک‌های Decred به ورودی‌هایی از بلیط‌هایی که به‌طور تصادفی انتخاب شده‌اند نیاز دارند تا معتبر در نظر گرفته شوند و تا زمانی که استخراج‌کننده‌های PoW این ورودی را دریافت نکرده باشند، نمی‌توانند آن‌ها را بسازند، ماینرهای PoW نمی‌توانند به صورت مخفیانه استخراج کنند، مگر اینکه کنترل بخش قابل توجهی از بلیط‌های زنده را نیز در اختیار داشته باشند. طراحی ترکیبی PoW/PoS به طور قابل توجهی هزینه‌های حمله به شبکه را افزایش می‌دهد زیرا دو سیستم مجزا وجود دارد که باید توسط یک مهاجم دور زده شوند. جزء PoS، به‌ویژه، به گونه‌ای پیکربندی شده است که بلیط‌ها را فقط می‌توان به آرامی دریافت کرد. تعداد محدودی بلیط در هر بلوک/بازه زمانی قابل خرید است و خرید حداکثر تعداد باعث افزایش شدید قیمت می‌شود. علاوه بر این، هنگامی که این بلیط‌ها خریداری شدند، وجوهی که برای خرید آنها استفاده می‌شود قفل زمانی می‌شود و مهاجم را در معرض هرگونه کاهش ارزش سکه‌های قفل شده خود که در نتیجه یک حمله رخ داده است، می‌گذارد.

شرط این که هر بلوک توسط ذینفعان به طور تصادفی انتخاب شده رای داده شود به این معنی است که بلاکچین باید در حین استخراج با همه شرکت‌کنندگان به اشتراک گذاشته شود و امنیت شبکه را افزایش دهد. سیستم هیبریدی Decred به گونه‌ای طراحی شده است که به ذینفعان قدرت بر ماینرهای PoW نیز بدهد.

رای گیری تغییر اجماع

Decred در ابتدا تصمیم گرفت که سهامداران PoS را به نیروی تصمیم‌گیری غالب در حاکمیت بلاکچین تبدیل کند. در قواعد اجماع نوشته شده است، یک روش تصویب ارتقاء است که از طریق آن هرگونه تغییر در قوانین اجماع شبکه تنها زمانی می‌تواند اعمال شود که از طریق یک فرآیند رای‌گیری عبور کند. تغییرات تنها در صورت تایید حداقل 75 درصد از برگه‌های رای‌گیری امکان پذیر است. این فرآیند زمانی آغاز می‌شود که بخش معینی از ماینرها (95%) و رای‌دهندگان (75%) نرم‌افزار ارتقا یافته را با تغییرات پنهان در قوانین اجرا کنند. اگر پیشنهاد پس از یک دوره رای‌گیری 4 هفته ای 75 درصد از آن حمایت شود، پذیرفته می‌شود، در غیر این صورت، رد می‌شود و اگر هیچ یک از اکثریت فوق‌العاده را نداشته باشد، رای‌گیری مجدد آغاز می‌شود. اگر پیشنهادی پذیرفته شود، تغییر قانون یک ماه بعد فعال می‌شود.

مدیریت پروژه: Politeia

پاداش‌های بلوک Decred بین ماینرهای PoW (60٪)، رای‌دهندگان PoS (30٪) و خزانه‌داری (10٪) برای تأمین مالی توسعه نرم افزار منبع باز که اهداف پروژه را پیش می‌برد تقسیم می‌شود. دارندگان بلیت این حق را دارند که در مورد نحوه خرج کردن این صندوق رای دهند که چه ویژگی‌هایی باید اضافه شود و سیاست را از طریق پلتفرم Politeia تعیین کنند.