الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده یا مکانیزم DPoS چیست و چطور کار می‌کند؟

الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده (مکانیزم DPoS) ورژنی متفاوت از PoS است. اکنون به بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.

بلاک چین‌های غیر متمرکز برای این که یکپارچگی خود را حفظ کنند، به یک مکانیزم اجماع نیاز دارند. بلاک چین بیت کوین به عنوان اولین ارز دیجیتال رمزنگاری شده جهان با الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW) راه‌اندازی شد و همچنین بلاک چین بستر دومین ارز دیجیتال محبوب جهان، اتریوم (Ethereum) نیز از این مکانیزم استفاده می‌کند. پس از آن، مکانیزم‌های دیگری هم برای رسیدن به اجماع و توافق در شبکه‌های مختلف رمز ارزی توسعه داده شد. اینکه کدام الگوریتم کارآمدتر است، هنور بحث داغی در فضای ارزهای دیجیتال است. امروزه هر دو الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) و مکانیزم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده (Delegated Proof Of Stake) یا به اختصار DPoS، به عنوان نسخه جایگزین روش اجماع اثبات کار استفاده می‌شوند.

با توجه به ماهیت PoW، استفاده از این الگوریتم به منابع سخت افزاری بسیاری نیاز دارد؛ الگوریتم اجماع اثبات کار به رایانه‌هایی با قدرت محاسباتی بسیار بالا نیاز دارد تا تغییر ناپذیر بودن داده‌ها، غیر متمرکز بودن شبکه و شفافیت دفتر کل توزیع شده حفظ شود. در مقابل استفاده از روش‌های اثبات سهام به امکانات جانبی محدودی نیاز دارند و به خاطر ماهیت و سازوکار خاصشان، با اصول پایداری محیط زیست سازگارتر هستند. حقیقت این است که هر روشی که در ادامه این مقاله آن را بررسی می‌کنیم، معایب و مزایایی دارد و بسته به اینکه چه انتظاری از یک شبکه داشته باشیم، می‌توانیم استفاده از یک مکانیزم اجماع را اولویت قرار دهیم. به باور بسیاری، الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده نسخه دموکراتیک و کارآمدی است که در ادامه به تفسیر به معرفی آن خواهیم پرداخت.

در کل از بزرگترین مزایای استفاده از مکانیزم DPoS در مقایسه با PoW و PoS این است که بلاک چین را مقیاس‌پذیر‌تر می‌کند و نرخ پردازش تراکنش یا TPS (تراکنش بر ثانیه) را افزایش می‌دهد. اما برای اینکه سازوکار الگوریتم اجماع DPoS بهتر درک شود باید ابتدا دید خوبی نسبت به الگوریتم‌های اجماع اثبات سهام و اثبات کار بدست آورد؛ در ادامه ابتدا این الگوریتم‌ها را معرفی و سپس به مقایسه آن‌ها می‌پردازیم.

مکانیزم اجماع اثبات کار (PoW) چیست؟

بسیاری از ارزهای دیجیتال بر بستر نوعی دفتر کل توزیع شده ساخته شده اند که به آن بلاک چین می‌گویند. الگوریتم اثبات کار اولین روشی بود که برای اجماع در بلاک چین‌های رمز ارزی (در بیت کوین) مورد استفاده قرار گرفت؛ در واقع هسته اصلی پروتکل بیت کوین (Bitcoin)، برای استخراج بلاک‌ها و امن نگه داشتن شبکه، الگوریتم PoW است. هدف والای راه‌اندازی بیت کوین جایگزینی آن با سیستم پولی متمرکز سنتی بوده است و ابداع الگوریتم اجماع اثبات کار و استفاده آن در استخراج کوین‌های BTC پروتکلی کارآمد در کسب استقلال و بی نیاز شدن از سیستم مالی متمرکز برای انتقال پول بود. بیت کوین به سیستمی غیر متمرکز برای پرداخت‌های آنی دست یافت که در آن همه تراکنش‌ها به شکل همتا به همتا (P2P) انجام می‌شوند. با بیت کوین نیاز به واسطه‌ها در شبکه اقتصادی از بین رفت و هزینه تبادل دارایی و انجام تراکنش‌ها بسیار کاهش یافت.

یک سیستم PoW به شبکه‌ای از نودهای ماینر وابسته است؛ این نودها هر کدام موظفند از رایانه‌های قدرتمند که متشکل از سخت افزارهایی مخصوص به نام ASIC هستند، برای استخراج بلاک‌های جدید استفاده کنند. فرآیند استخراج بلاک‌های یک بلاک چین که با PoW کار می‌کند به این صورت است که ماینرها برای حل مسئله رمزنگاری پیچیده‌ای با یکدیگر رقابت کرده تا به اصطلاح موفق به بستن بلاک‌های جدید شوند. در بیت کوین به طور متوسط، هر 10 دقیقه یک بلاک استخراج می‌شود و هر ماینر تنها در صورتی موفق به بستن یک بلاک و دریافت پاداش آن می‌شود که بتواند جواب مسئله را زود‌تر از سایرین بیابد. به بیان دیگر یک نود ماینر بعد از اثبات کار و تلاش خود در یافتن جواب مسئله، تمام کارمزد تراکنش‌هایی که در آن بلاک قرار دارند را بعلاوه کوین‌های جدید استخراج شده از آن خود می‌کند. البته علی رغم موفقیت این روش در حفظ امنیت و نامتمرکزی شبکه، انتقاداتی نیز به آن وارد است: اثبات کار ماینرها به معنی مصرف انرژی کلان دستگاه‌های ماینر است و همچنین، هزینه خرید خود این سخت افزار‌ها زیاد است.

علاوه بر مشکلاتی که ذکر شد، چالش سرعت پایین شبکه‌ای که بر مکانیزم اثبات کار تکیه دارد (قدرت پردازش تراکنش‌های کمی در هر ثانیه دارد) نیز یکی از دغدغه‌هایی است که توسعه دهندگان را بر آن داشته تا روش‌های کارآمدتری چون مکانیزم اجماع DPoS را ابداع کنند. الگوریتم اثبات سهام و در پی آن، الگوریتم اثبات سهام نمایندگی شده، تلاشی برای حل چالش‌های مکانیزم PoW بودند که البته همچنان تحت آزمایش و در راه توسعه خود قرار دارند. به هرحال الگوریتم اجماع اثبات کار همچنان امن‌ترین روش مورد استفاده در بلاک چین‌هاست و نوعی استاندارد برای قدرت تحمل خطا (fault tolerance) در دنیای بلاک چین‌ها ساخته است.

مکانیزم اجماع اثبات سهام (PoS) چیست؟

الگوریتم اجماع اثبات سهام یا PoS یک روش جایگزین برای روش اثبات کار است. هدف از ابداع این روش حل مشکلات PoW، از قبیل مصرف انرژی زیاد و هزینه کلان خرید دستگاه‌های ماینر بود. در یک بلاک چین که با الگوریتم اثبات سهام کار می‌کند، اعتبار سنجی بلاک‌های جدید مستقل از هرگونه فرآیند استخراجی تنها به استیکینگ وابسته است؛ به این صورت که هر چه تعداد توکن‌های استیک شده توسط یک مشارکت کننده در شبکه بیشتر باشد، او شانس بیشتری برای انتخاب شدن به عنوان اعتبار سنج یا ولیدیتور (Validator) را دارد. به یک اعتبار سنج بلاک در سیستم PoS مینتر (Minter) یا فورجر (Forger) هم می‌گویند؛ استفاده از واژه فورجر به جای ماینر در مکانیزم اثبات سهام به این خاطر است که پاداش اعتبارسنجی و تولید یک بلاک به صورت کوین‌های جدید پرداخت نمی‌شوند (کوین جدیدی استخراج نمی‌شود)، بلکه ولیدیتور تنها کارمزد‌ تراکنش‌های موجود در بلاکی که تولید کرده را برای خود بر می‌دارد.

گفتیم که الگوریتم اثبات کار به امکانات سخت افزاری و مصرف انرژی کلان وابسته است، در حالی که مکانیزم اثبات سهام فقط بر اساس رمز ارزهای استیک شده توسط مشارکت کنندگان شبکه کار می‌کند. یکی دیگر از مزایای PoS این است که در این روش انجام کارهای مخرب و هرگونه تهاجم به شبکه بسیار هزینه‌بر است؛ اگر کسی بخواهد در شبکه خرابکاری انجام دهد و داده‌ها را دستکاری کند، باید مالک 51 درصد همه توکن‌های استیک شده باشد. این در حالی است که اگر مهاجم حمله موفقیت آمیزی نداشته باشد، باید هزینه گزافی بپردازد. البته با وجود همه این مزیت‌ها، این مکانیزم همچنان نوپاست و باید در مقیاس بزرگ‌تر هم آزمایش شود.

مکانیزم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده (DPoS) چیست؟

الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده یا DPoS توسط شخصی به نام دنیل لاریمر (Daniel Larimer) در سال 2014 توسعه داده شد تا در پروژه رمز ارزی Bitshares مورد استفاده قرار گیرد. پس از آن نیز ارزهای دیجیتالی مثل نانو (Nano)، ایاس (EOS)، کاردانو (Cardano) و تزوس (Tezos) از این روش اجماع در بلاک چین خود استفاده کردند.

سازوکار بلاک چینی که بر اساس DPoS کار می‌کند بر نوعی سیستم رای گیری مبتنی است که در آن مشارکت کنندگان نمایندگان یا دلیگیت‌هایی (Delegate) از میان خود برای اعتبار سنجی و تایید بلاک‌ها انتخاب می‌کنند. نمایندگانی که انتخاب می‌شوند گواهانی (Witness) هستند که مسئول اعتبار سنجی بلاک‌های جدید، اجماع و توافق می‌شوند. می‌توان این نمایندگان را ولیدیتور یا تولید کننده بلاک در یک بلاک چین DPoS نامید. هر دلیگیت مسئول تایید‌ تراکنش‌های موجود در یک بلاک، چک کردن صداقت سایر نمایندگان و اطمینان یافتن از عدم وقوع حمله دو بار خرج کردن ارز دیجیتال است.

در الگوریتم اجماع DPoS حق رای هر مشارکت‌کننده رابطه مستقیمی با توکن‌های استیک شده توسط او دارد. اگر چه جزئیات این روش ممکن است برای هر پروژه متفاوت باشد، اما برای رسیدن به اجماع در الگوریتم اثبات سهام نمایندگی شده، به طور خلاصه مراحل زیر طی می‌شود:

1. انتخابات برگزار شده و نمایندگانی برای تولید بلاک‌های جدید مامور می‌شوند؛ استیک کنندگان معمولا می‌توانند از لیست کاندیدا‌ها نمایندگان را انتخاب کنند و قدرت رای هرکس نیز همانطور که گفتیم، به نسبت تعداد کوین‌های استیک شده توسط او تعیین می‌شود. در این پروسه هر استیک کننده می‌تواند خودش در رای گیری شرکت کند یا حق رای خود را به استیک کننده دیگری واگذار کند. واگذار کردن حق رای به دیگری در این روش اجماع را “رای دهی پروکسی (Proxy Voting)” می‌گویند.
2. بلاک‌های در انتظار تایید به نمایندگان تخصیص داده می‌شوند؛ دلیگیت یا نماینده‌ای که منتخب سایر مشارکت کنندگان شبکه است باید مقدار مشخصی کوین را در شبکه قفل کرده تا در صورت عدم صداقت او، شبکه قادر باشد او را جریمه کرده و دارایی‌اش را ضبط کند.
3. بلاک‌ها در مدت زمان معینی اعتبار سنجی شده و تولید می‌شوند؛ چنانچه نماینده‌ای وظیفه‌اش را درست انجام دهد، پاداش اعتبار سنجی بلاک‌ها بین نماینده و کسانی که به او رای دادند به نسبتی خاص تقسیم می‌شود. در این مرحله، در صورتی که نماینده قادر به تولید بلاک در مدت زمان مشخصی نباشد،‌ تراکنش‌های آن بلاک به صورت تایید نشده باقی مانده تا نماینده بعدی مسئول اعتبار سنجی آن‌ها شود. صحت تراکنش‌های هر بلاکی که توسط نماینده‌ای اعتبار سنجی می‌شود را سایر نمایندگان نیز باید تایید کنند.
4. برای تولید بلاک‌های بعدی، مجددا انتخابات برگزار می‌شود.

دقت کنید که در PoW، مثلا در شبکه بیت کوین، از میان همه نودهای شبکه، همه فول نودها، یعنی کسانی که تمام تاریخچه بلاک چین را ذخیره کرده‌اند و برخی پیش نیاز‌ها را برای تبدیل شدن به یک اعتبار سنج بلاک فراهم کرده‌اند برای بستن یک بلاک یا به اصطلاح ماین کردن آن با هم رقابت می‌کنند. در الگوریتم اجماع DPoS هم تنها کسانی می‌توانند کاندید نمایندگی شده و در لیست قرار گیرند که شرایط مشخصی داشته باشند؛ بسته به طراحی هر شبکه، منتخبان نهایی می‌تواند از 21 تا 100 نفر باشند و همواره رقابتی بین نودها برای کاندیاتوری برقرار است.

کاندیداتورهایی که خوش سابقه‌تر هستند و به روش‌های مختلف به پیشرفت شبکه کمک کرده‌اند (مثلا کدهایی توسعه داده‌اند یا به بزرگ شدن جامعه کمک کرده‌اند) برای برنده شدن رقابت انتخابات شانس بیشتری دارند. البته روش دیگری هم برای برنده شدن وجود دارد و لابی‌های انتخاباتی می‌توانند برای رای آوردن یک نود خاص برپا شوند.

بنابرین مکانیزم اثبات سهام نمایندگی شده نوعی سیستم رای گیری دموکراتیک است که در آن پای اعتبار نماینده منتخب در میان است؛ چنانچه یک نماینده یا نود برگزیده شده صادقانه و کارآمد عمل نکرده و قصد خرابکاری داشته باشد، به سرعت از شبکه طرد شده و نماینده دیگر جایگزین او می‌شود. برای افزایش کارآمدی، گواهان باید اینترنت پایداری داشته و 24 ساعته آنلاین باشند.

مقایسه مکانیزم DPoS و PoS

در حالی که مکانیزم‌های اثبات سهام و اثبات سهام نمایندگی شده هر دو بر پایه استیک کردن کوین‌ها عمل می‌کنند، الگوریتم اجماع DPoS با معرفی سیستم رای گیری در انتخاب شهود، یک روش دموکراتیک‌تر محسوب می‌شود. وقتی تولید کنندگان بلاک‌ها از میان استیک کنندگان برگزیده می‌شوند، باید مسئولیت پذیر و صادق باشند و اگر چنین نباشد، از سیستم طرد می‌شوند.

به علاوه DPoS از PoS سریع‌تر است؛ تمرکز مکانیزم اجماع سهام نمایندگی شده بر مقیاس پذیرتر کردن شبکه و افزایش سرعت پردازش تراکنش‌هاست و در رقابت با سایر نمونه‌های دیگر در این موارد پیشتاز است.

از سویی از انتقاداتی که به DPoS وارد است این است که استیک کنندگان خرد با داشتن حق رای کمتر از سایرین ممکن است انگیزه‌شان را برای مشارکت در انتخابات از دست داده و برخی سودجویان در حالت رای دهی پروکسی از این امر سو استفاده کنند. در بلاک چین‌هایی که از الگوریتم‌های اثبات سهام نمایندگی شده استفاده می‌کنند، کاربرد کوین‌های استیک شده تنها به ایجاد حق رای برای دارندگان آن‌ها محدود شده است که می‌تواد از معایب این روش باشد. البته استیک کنندگان می‌توانند برای تغییرات و به روز رسانی پروتکل‌ها نیز رای دهند. بعلاوه اینکه هر استیک کننده‌ای (با هر تعداد رمز ارزی که برای سهامدار شدن در شبکه استیک می‌کند) می‌تواند به نسبت حق رای داشته باشد، بازتاب دموکراسی حقیقی است که در این مکانیزم اجماع به کار گرفته می‌شود؛ در روش PoS حداقل کف مجاز برای تعداد توکن استیک کنندگان و تبدیل شدن به یک ولیدیتور مشخص شده که معمولا هم مقدار قابل توجهی است.

مقایسه الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده و PoW

روش PoS برای حل مشکلات PoW ابداع شد. یکی از مشکلات بزرگ یک بلاک چین PoW سرعت بسیار کم پردازش تراکنش‌هاست؛ در حالی که هر دو مکانیزم اجماع اثبات سهام و سهام نمایندگی شده راه حل بهتری در این زمینه ارائه دادند، DPoS عملکرد بهتری در بهبود فرآیند و سرعت تولید بلاک از خود نشان داده است.

به بیان ساده، غیر متمرکز بودن یک بلاک چین ارتباط مستقیمی‌ با تعداد نودهای تولید کننده بلاک دارد؛ هر چه تعداد بیشتر، عدم تمرکز بیشتر. در حالی که در مکانیزم اجماع DPoS تعداد ولیدیتور‌ها محدود است و به آسانی هم نمی‌توان با پیوستن به شبکه در زمره نمایندگان برای تایید بلاک‌ها قرار گرفت. برخی این مساله را بر خلاف اصول تمرکز زدایی می‌دانند و اظهار می‌کنند که در الگوریتم اجماع DPoS، تمرکز زدایی فدای مقیاس پذیری و سرعت تولید بلاک‌ها شده است (برخی منابع ممکن است این شبکه را نیمه متمرکز بنامند).

از آنجایی که این روش بیشتر به دنبال تسهیل فرآیند تولید بلاک بوده است، همواره توجه کمتری به آسیب پذیری ناشی از نیمه متمرکزی شبکه داشته است. با توجه به این مسئله، PoW همچنان امن‌ترین الگوریتم اجماعی است که در بلاک چین‌ها استفاده می‌شود و در واقع این بلاک چین‌ها هنوز بیشترین استفاده را دارند و بیشترین میزان انتقال دارایی‌های دیجیتال بر بستر همین شبکه‌ها اتفاق می‌افتد. انتخاب از میان مشارکت کنندگان شبکه برای تولید بلاک در DPoS به کلی با سیستم مکانیزم به شدت رقابتی PoW متفاوت است. برخی ادعا می‌کنند که DPoS باید به عنوان یک مکانیزم (Proof of Authority System) PoA یا اثبات اعتبار در نظر گرفته شود.

جمع بندی مطالب مکانیزم اجماع DPoS

در کل می‌توان گفت مکانیزم اجماع DPoS با PoW و حتی PoS بسیار متفاوت است. رای گیری و برگزاری نوعی انتخابات میان استیک کنندگان باعث ایجاد انگیزه در نمایندگان، افزایش صداقت گواهان و کارآمدی سیستم می‌شود. همچنین سرعت تولید بلاک در الگوریتم اثبات سهام نمایندگی شده و تعداد‌‌ تراکنش‌های پردازش شده در هر ثانیه در بیشتر موارد از PoS بیشتر است. اگرچه کشمکش بین تمرکز زدایی و مقیاس پذیری در الگوریتم اجماع اثبات سهام نمایندگی شده همچنان برقرار است و احتیاج به تحقیق و آزمایش بیشتر دارد، سرعت شبکه‌های DPoS انگیزه‌ی مهمی برای جایگزینی آن‌ها با مکانیزم اجماع PoW و PoS در آینده ایجاد کرده است.

تهیه شده در بیت 24