تفاوت‌های بنیادین: مقایسه سازوکارهای اجماع اثبات کار و اثبات سهام

بلاک‌چین‌ها دفاتر کل توزیع‌شده‌ای هستند که برای توافق بر سر وضعیت داده‌ها بدون اتکا به یک مرجع مرکزی، به روشی نیاز دارند. دو روش غالب برای دستیابی به این توافق—یا اجماع—«اثبات کار» (PoW) و «اثبات سهام» (PoS) هستند. در هسته خود، هر دو سازوکار یک مشکل اساسی را حل می‌کنند: جلوگیری از خرج کردن دوباره یک دارایی دیجیتال توسط بازیگران مخرب یا بازنویسی تاریخچه تراکنش‌ها.

با این حال، آن‌ها از پارادایم‌های کاملاً متفاوتی به این مشکل نزدیک می‌شوند. اثبات کار از قدرت محاسباتی خام و برق برای ایمن‌سازی شبکه استفاده می‌کند و یک لنگر فیزیکی برای حقیقت دیجیتال ایجاد می‌کند. در مقابل، اثبات سهام از سرمایه مالی قفل شده استفاده می‌کند و یک لنگر اقتصادی ایجاد می‌نماید. درک مکانیسم‌ها، بده‌بستان‌ها و مدل‌های امنیتی این دو سیستم برای ارزیابی دوام بلندمدت، تأثیر زیست‌محیطی و تمرکززدایی هر شبکه بلاک‌چین ضروری است.

در سیستم اثبات کار، شرکت‌کنندگان معروف به ماینرها (استخراج‌کنندگان) برای حل پازل‌های رمزنگاری پیچیده با یکدیگر رقابت می‌کنند. پروتکل به گونه‌ای طراحی شده است که حل این پازل‌ها نیازمند حجم عظیمی از محاسبات آزمون و خطا باشد. اولین ماینری که با موفقیت راه‌حل را پیدا می‌کند، آن را به شبکه پخش کرده و حق افزودن بلوک بعدی تراکنش‌ها به بلاک‌چین را کسب می‌کند.

در ازای این خدمت، ماینر برنده با رمزارز تازه ضرب شده و کارمزدهای تراکنش پاداش می‌گیرد. این فرآیند نیازمند سخت‌افزار بسیار تخصصی، معروف به مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASICs)، و مصرف مقادیر زیادی برق است. دشواری پازل‌های رمزنگاری به طور خودکار بر اساس کل قدرت محاسباتی شبکه تنظیم می‌شود و تضمین می‌کند که بلوک‌ها با نرخ ثابت و قابل پیش‌بینی تولید شوند، صرف نظر از اینکه چند ماینر در حال مشارکت هستند.[4][5]

مدل امنیتی اثبات کار در هزینه فیزیکی و اقتصادی محض آن نهفته است. برای حمله موفقیت‌آمیز به یک شبکه PoW—مانند اجرای «حمله ۵۱٪» برای معکوس کردن تراکنش‌های اخیر یا خرج کردن مضاعف سکه‌ها—یک نهاد مخرب باید بیش از نیمی از کل قدرت محاسباتی شبکه را به دست آورده و کنترل کند.

برای شبکه‌های تثبیت شده، به دست آوردن سخت‌افزار لازم و تأمین برق آن میلیاردها دلار هزینه خواهد داشت، که چنین حمله‌ای را به شدت پرهزینه و از نظر لجستیکی تقریباً غیرممکن می‌سازد. این هزینه غیرقابل جعل انرژی و سخت‌افزار است که ماینرها را صادق نگه می‌دارد؛ همیشه سودآورتر است که طبق قوانین بازی کنند و پاداش بلوک کسب کنند تا اینکه مبالغ هنگفتی را صرف تلاش برای براندازی سیستم نمایند.[2][7]

با این حال، این مدل امنیتی قوی با یک هزینه زیست‌محیطی جدی همراه است. مصرف مداوم انرژی یک ویژگی است، نه یک نقص، در اثبات کار؛ این ناکارآمدی عمدی است که دفتر کل را ایمن می‌کند. با این حال، با افزایش ارزش دارایی بومی شبکه، ماینرهای بیشتری تشویق به پیوستن می‌شوند، که کل قدرت محاسباتی و در نتیجه، مصرف انرژی را افزایش می‌دهد.

این پویایی منجر به انتقادات قابل توجهی در مورد ردپای کربنی و زباله‌های الکترونیکی تولید شده توسط شبکه‌های PoW شده است. الزامات برق در مقیاس صنعتی اغلب ماینرها را مجبور می‌کند تا ارزان‌ترین منابع برق موجود را جستجو کنند، که گاهی اوقات می‌تواند متکی بر سوخت‌های فسیلی باشد و تأثیر زیست‌محیطی حفظ اجماع شبکه را تشدید کند.[3][4]

اثبات سهام به عنوان یک پاسخ معماری مستقیم به تقاضاهای عظیم انرژی اثبات کار توسعه یافت. به جای رقابت ماینرها با سخت‌افزار فیزیکی و برق، PoS از شرکت‌کنندگانی به نام اعتبارسنج استفاده می‌کند. برای تبدیل شدن به یک اعتبارسنج، کاربر باید مقدار مشخصی از رمزارز بومی شبکه را به عنوان وثیقه در یک قرارداد هوشمند قفل—یا «سهام‌گذاری»—کند.

به جای یک مسابقه محاسباتی، پروتکل شبکه از یک الگوریتم قطعی برای انتخاب تصادفی یک اعتبارسنج برای پیشنهاد بلوک بعدی استفاده می‌کند. احتمال انتخاب شدن عموماً متناسب با اندازه سهام اعتبارسنج است. هنگامی که یک بلوک پیشنهاد می‌شود، سایر اعتبارسنج‌ها صحت آن را تأیید می‌کنند و اگر اکثریت قاطع موافقت کنند، بلوک به طور دائمی به زنجیره اضافه می‌شود.[1][5]

در اثبات سهام، مدل امنیتی از هزینه فیزیکی به ریسک مالی تغییر می‌کند. اگر یک اعتبارسنج تلاش کند تراکنش‌های جعلی را تأیید کند، بلوک‌های متناقض متعددی را پیشنهاد دهد، یا صرفاً نتواند آنلاین بماند، شبکه به طور خودکار آن‌ها را از طریق سازوکاری به نام «جریمه» (Slashing) مجازات می‌کند. جریمه بخشی، یا گاهی تمام، وثیقه سهام‌گذاری شده اعتبارسنج را از بین می‌برد.

این امر یک انگیزه اقتصادی قدرتمند برای عمل صادقانه و حفظ زیرساخت با کیفیت بالا ایجاد می‌کند. هزینه یک حمله دیگر هزینه خارجی برق و سخت‌افزار نیست، بلکه زیان مستقیم و داخلی سرمایه قفل شده خود مهاجم است. این سازوکار جریمه داخلی به شبکه‌های PoS اجازه می‌دهد تا بدون اتکا به منابع فیزیکی خارجی، به سطوح بالایی از امنیت دست یابند.[1][6]

فوری‌ترین و قابل اندازه‌گیری‌ترین مزیت اثبات سهام، کارایی انرژی فوق‌العاده آن است. از آنجا که PoS نیاز به حل مداوم پازل‌های رمزنگاری را از بین می‌برد، سربار محاسباتی به شدت کاهش می‌یابد. هنگامی که شبکه اتریوم در سپتامبر ۲۰۲۲ از اثبات کار به اثبات سهام منتقل شد—یک ارتقاء مهندسی عظیم که به «ادغام» معروف است—کل مصرف انرژی شبکه تقریباً ۹۹٫۹۵٪ کاهش یافت.

اعتبارسنج‌ها در یک سیستم PoS می‌توانند نرم‌افزار کلاینت لازم را روی سخت‌افزار استاندارد مصرف‌کننده، مانند یک لپ‌تاپ معمولی یا یک سرور کم‌مصرف، اجرا کنند و نیاز به برق در مقیاس صنعتی که عملیات استخراج PoW را تعریف می‌کند، کاملاً حذف نمایند.[6][8]

در حالی که اثبات سهام مانع سخت‌افزاری ورود را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد، یک مانع مالی قابل توجه را معرفی می‌کند. به عنوان مثال، تبدیل شدن به یک اعتبارسنج انفرادی در شبکه اتریوم نیازمند حداقل ۳۲ اتریوم (ETH) سهام‌گذاری است که نشان‌دهنده یک سرمایه‌گذاری کلان است.

منتقدان PoS استدلال می‌کنند که این پویایی می‌تواند منجر به سناریوی «ثروتمندتر شدن ثروتمندان» شود، جایی که نهادهایی با بیشترین سرمایه، بیشترین پاداش‌های سهام‌گذاری را کسب می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهد ثروت خود را افزایش داده و کنترل نامتناسبی بر حاکمیت و ترتیب تراکنش‌های شبکه اعمال کنند. این ریسک تمرکز ناشی از سرمایه، یکی از استدلال‌های اصلی طرفداران اثبات کار است.[1][2]

برای کاهش این الزامات سرمایه‌ای بالا، اکوسیستم اثبات سهام راه‌حل‌هایی مانند تفویض اختیار (delegation) و سهام‌گذاری نقد (liquid staking) را توسعه داده است. تفویض اختیار به کاربران با مقادیر کمتری رمزارز اجازه می‌دهد تا وجوه خود را جمع‌آوری کرده و قدرت رأی خود را به یک اعتبارسنج حرفه‌ای بزرگ‌تر واگذار کنند و در پاداش‌ها منهای یک کارمزد کوچک شریک شوند.

پروتکل‌های سهام‌گذاری نقد یک گام فراتر می‌روند و یک توکن مشتق را به نمایندگی از دارایی‌های سهام‌گذاری شده صادر می‌کنند، که به کاربران اجازه می‌دهد ضمن استفاده از سرمایه خود در برنامه‌های مالی غیرمتمرکز، بازدهی سهام‌گذاری کسب کنند. در حالی که این نوآوری‌ها مشارکت را دموکراتیک می‌کنند، ریسک‌های جدیدی را معرفی می‌کنند، زیرا چند استخر سهام‌گذاری عظیم می‌توانند مقادیر خطرناکی از سرمایه تفویض شده را انباشته کنند و به طور بالقوه تمرکززدایی شبکه را تهدید نمایند.[3][6]

هر دو سازوکار اجماع اساساً برای جلوگیری از حملات سیبیل طراحی شده‌اند، یک تهدید امنیتی که در آن یک نهاد واحد هزاران هویت جعلی ایجاد می‌کند تا یک شبکه همتا به همتا را تحت سلطه خود درآورد. اثبات کار با گره زدن مستقیم نفوذ شبکه به قدرت محاسباتی فیزیکی، که نمی‌توان آن را به راحتی بدون هزینه مالی هنگفت جعل یا تکرار کرد، از حملات سیبیل جلوگیری می‌کند.

اثبات سهام با گره زدن نفوذ شبکه به دارایی‌های دیجیتال کمیاب، از حملات سیبیل جلوگیری می‌کند. یک مهاجم نمی‌تواند به سادگی هزاران گره اعتبارسنج را راه‌اندازی کند؛ آن‌ها باید رمزارز زیربنایی را در بازار آزاد خریداری کنند تا از هر گره پشتیبانی کنند، که حمله سیبیل را از نظر اقتصادی غیرممکن می‌سازد.[7]

تمایز حیاتی دیگر بین این دو سازوکار، نحوه مدیریت قطعیت تراکنش‌ها است. در اثبات کار، قطعیت احتمالی است. هنگامی که یک تراکنش در یک بلوک گنجانده می‌شود، بلافاصله مطلق نیست؛ با اضافه شدن بلوک‌های بیشتر بر روی آن، به طور فزاینده‌ای ایمن می‌شود. با این حال، همیشه یک احتمال نظری وجود دارد که یک زنجیره رقیب طولانی‌تر بتواند ظهور کند و تاریخچه تراکنش را بازسازی کند.

در مقابل، بسیاری از پروتکل‌های اثبات سهام، قطعیت قطعی را پیاده‌سازی می‌کنند. هنگامی که اکثریت قاطع اعتبارسنج‌ها یک بلوک را تأیید می‌کنند، پروتکل آن را به طور دائمی غیرقابل برگشت می‌داند. این قطعیت سریع‌تر و مطلق برای کاربردهای مالی پیچیده‌ای که نیازمند تضمین‌های تسویه فوری هستند، بسیار سودمند است.[2][3]

با وجود مزایای واضح آن در کارایی و قطعیت، اثبات سهام هنوز یک سازوکار اجماع جدیدتر و کمتر آزموده شده در مقایسه با سابقه بیش از یک دهه اثبات کار است. نظریه بازی بلندمدت PoS، به ویژه در مورد مشتقات مالی پیچیده‌ای که بر روی دارایی‌های سهام‌گذاری شده ساخته شده‌اند، همچنان یک حوزه تحقیقاتی فعال آکادمیک و اقتصادی باقی مانده است.

خطر انحلال‌های آبشاری، آسیب‌پذیری‌های قرارداد هوشمند در پروتکل‌های سهام‌گذاری نقد، یا شکست‌های سیستمی در اکوسیستم‌های PoS که به شدت مالی شده‌اند، نشان‌دهنده یک عدم قطعیت شناخته شده است که شبکه‌های PoW تا حد زیادی از آن اجتناب می‌کنند، زیرا مدل امنیتی خود را به شدت در دنیای فیزیکی سخت‌افزار و برق لنگر انداخته‌اند.[2][7]

به همین دلایل، اثبات کار همچنان سازوکار اجماع انتخابی برای شبکه‌هایی است که تمرکززدایی مطلق، سادگی و مقاومت در برابر سانسور را بر هر چیز دیگری اولویت می‌دهند. لنگر فیزیکی PoW استحکامی را فراهم می‌کند که سیستم‌های صرفاً مالی برای تکرار کامل آن تلاش می‌کنند.

از آنجا که ماینرهای PoW برای ایمن‌سازی شبکه نیازی به نگهداری دارایی بومی ندارند، سیستم نقش‌های مالکیت سرمایه و امنیت شبکه را جدا می‌کند. طرفداران استدلال می‌کنند که این جداسازی، توزیع عادلانه‌تری از قدرت را در بلندمدت ایجاد می‌کند و از تثبیت دائمی کنترل زیرساخت اصلی شبکه توسط پذیرندگان اولیه جلوگیری می‌نماید.[4][5]

در نهایت، انتخاب بین اثبات کار و اثبات سهام نشان‌دهنده یک بده‌بستان اساسی بین مدل‌های امنیتی فیزیکی و مالی است. اثبات کار تمرکززدایی آزموده شده و لنگر انداخته به سخت‌افزار را با هزینه زیست‌محیطی بالا ارائه می‌دهد، که آن را برای سیستم‌هایی که هدفشان خدمت به عنوان یک ذخیره ارزش بکر و غیرقابل تغییر است، ایده‌آل می‌سازد.

اثبات سهام کارایی انرژی فوق‌العاده، قطعیت سریع‌تر و سازوکارهای جریمه داخلی را با ریسک تمرکز ناشی از سرمایه ارائه می‌دهد، که آن را به معماری ترجیحی برای پلتفرم‌های قرارداد هوشمند بسیار مقیاس‌پذیر تبدیل می‌کند. با بلوغ اکوسیستم دارایی‌های دیجیتال، هر دو سازوکار به تکامل خود ادامه خواهند داد و بر اساس نقاط قوت معماری منحصر به فرد و محدودیت‌های ذاتی خود، موارد استفاده متمایزی را ارائه خواهند داد.