اثبات سهام (PoS) در اتریوم

 اثبات سهام (PoS) زیربنای مکانیسم اجماع اتریوم است. اتریوم مکانیزم اثبات سهام خود را در سال 2022 راه اندازی کرد زیرا در مقایسه با معماری اثبات کار قبلی، ایمن‌تر، متمرکزتر و برای اجرای راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری جدید بهتر بود.

اثبات سهام (POS) چیست؟

اثبات سهام زیربنای مکانیسم های اجماع خاصی است که توسط بلاک چین ها برای دستیابی به اجماع توزیع شده استفاده می شود. در سیستم اثبات کار، استخراج‌کنندگان با صرف انرژی ثابت می‌کنند که سرمایه‌شان در معرض خطر است. در حال حاضر اتریوم از اثبات سهام استفاده می‌کند، جایی که اعتبار سنجی‌ها صراحتاً سرمایه را در قالب ETH در یک قرارداد هوشمند روی اتریوم قرار می‌دهند. سپس این اتریوم به‌عنوان وثیقه عمل می‌کند که در صورت رفتار نادرست یا هرگونه کاستی در رفتار اعتباردهنده می‌تواند از بین برود. سپس اعتباردهنده مسئول بررسی معتبر بودن بلوک‌های جدید منتشر شده در شبکه است و گاهی اوقات خود بلوک‌های جدید را ایجاد و منتشر می‌کند.

اثبات سهام با بهبود عملکرد در سیستم اثبات کار که اکنون منسوخ شده است همراه است:

• بهره وری بهتر انرژِ - نیازی به استفاده از انرژی زیاد که در محاسبات اثبات کار مصرف میشد، نیست.
• • کاهش موانع ورودی سیستم، کاهش نیازهای سخت افزاری - نیازی به سخت افزار خبره برای ایجاد بلوک های جدید وجود ندارد.
• کاهش ریسک در تمرکزپذیری سیستم - اثبات سهام باید به ساخت گره های بیشتری منجر شود که شبکه را ایمن کنند
• به دلیل نیاز کم انرژی، صدور ETH کمتری برای شروع مشارکت لازم است.
• جریمه های اقتصادی برای رفتار نادرست- حملات به شکل 51 درصد ی را برای مهاجم در مقایسه با اثبات کار بصورت تصاعدی هزینه بر تر می کند.

اگر حمله 51 درصدی برای غلبه بر سیستم اقتصاد کریپتویی هم رخ دهد، اکونومی سیستم میتواند به بازیابی اجتماع یک زنجیره معتبر ادامه دهد.

   مقاله مرتبط: اثبات کار (POW) در اتریوم

سیستم اعتبار دهی

برای شروع جهت شرکت در اعتبارسنجی، کاربر باید 32 اتریوم را به سپرده قرارداد واریز کند و سه نرم‌افزار جداگانه اجرا کند: یک کلاینت اجرا(execution client)، یک کلاینت اجماع(consensus client) و یک اعتبارسنجی(validator). با واریز ETH خود، کاربر به صف فعال سازی اضافه می شود که میزان پیوستن اعتبارسنجی های جدید به شبکه را محدود می کند. پس از فعال شدن، اعتبار سنجی ها بلوک های جدیدی را از همتایان شبکه اتریوم دریافت می کنند. تراکنش های تحویل شده در بلوک مجدداً اجرا می شوند و امضای بلوک برای اطمینان برای معتبر بودن بلوک بررسی می شود. سپس اعتباردهنده یک رأی (به نام تصدیق) به نفع آن بلوک در سراسر شبکه ارسال می کند.

در حالی که در سیستم اثبات کار، زمان بندی بلوک ها با سختی استخراج تعیین می شود، در اثبات سهام، سرعت ثابت است. زمان در اتریوم اثبات سهام به اسلات (12 ثانیه) و دوره (32 اسلات) تقسیم می شود. یک اعتبار سنج به طور تصادفی انتخاب می شود تا پیشنهاد دهنده بلوک در هر اسلات قرار بگیرد. این اعتبار سنج مسئول ایجاد یک بلوک جدید و ارسال آن به گره های دیگر در شبکه است. همچنین در هر اسلات، کمیسیونی از اعتبارسنج ها به طور تصادفی انتخاب می شود که از آرای آنها برای تعیین اعتبار بلوک پیشنهادی استفاده می شود.

اتمام کار

یک تراکنش زمانی در شبکه های توزیع شده "نهایی" می شود که بخشی از یک بلوک باشد که بدون از بین رفتن مقدار قابل توجهی ETH نتواند تغییر کند. در اتریوم اثبات سهام با استفاده از بلوک‌های « checkpoint » مدیریت می‌شود. اولین بلوک در هر دوره یک checkpoint است. اعتبارسنج ها به جفت checkpoint که معتبر می دانند رأی می دهند. اگر یک جفت checkpoint آرایی را که حداقل دو سوم کل ETH سهام را نشان می‌دهند کسب کند، checkpoint ها ارتقا می‌یابند. جدیدترین دو (هدف یا تارگت) "تایید" می شود. checkpoint های قبل از این دو تارگت قبلاً مورد تایید اعتبارسنج ها بوده است زیرا در دوره قبلی "هدف" درنظر گرفته شده بودند که اکنون به مرحله "نهایی" ارتقا یافته اند. برای لغو یک بلوک نهایی، یک حمله کافیست تا حداقل یک سوم از کل عرضه ETH سهام را بسوزاند. دلیل دقیق این امر در این پست های بعدی توضیح داده خواهد شد. از آنجایی که نهایی شدن یک بلوک نیاز به اکثریت دو سوم دارد، این حمله می تواند با گرفتن یک سوم کل سهام از نهایی شدن شبکه جلوگیری کند. مکانیزمی برای دفاع در برابر این حمله وجود دارد: جریمه عدم فعالیت یا inactivity leak. هر زمان که زنجیره برای بیش از چهار دوره نتواند نهایی شود، این مکانیزم فعال می شود. جریمه عدم فعالیت اتریوم های در خطر را از دسترس اعتبارسنج ها که علیه اکثریت رای می‌دهند خارج کرده و به اکثریت اجازه می‌دهد دو سوم اکثریت آرا را دوباره به دست آورده و زنجیره را نهایی کند.

امنیت اقتصاد کریپتویی

اجرای اعتبارسنجی یک تعهد است. از اعتبارسنج انتظار می رود که سخت افزار و اتصال کافی برای مشارکت در اعتبارسنجی بلوک و پیشنهاد آنها را حفظ کند. در ازای آن، اعبارسنج به صورت اتریوم پرداخت می‌شود (موجودی سهام آنها افزایش می‌یابد). از سوی دیگر، مشارکت به عنوان اعتبارسنج، راه‌های جدیدی را برای کاربران برای حمله به شبکه برای منافع شخصی یا خرابکاری باز می‌کند. برای جلوگیری از این امر، اعبارسنج در صورت عدم موفقیت در شرکت در هنگام فراخوانی، پاداش اتریوم خود را از دست می‌دهد و در صورت رفتار متقلبانه ، سهام موجود آنها نیز از بین می‌رود. دو رفتار اصلی وجود دارد که می‌توان آنها را متقلبانه در نظر گرفت: پیشنهاد چند بلوک در یک اسلات (مبهم سازی) و ارائه گواهی‌های متناقض. مقدار اتریوم کاهش یافته بستگی به این دارد که چه تعداد اعتبار سنج نیز در همان زمان کاهش یافته اند. این به عنوان "جریمه مشارکت-"correlation penalty " شناخته می شود و می تواند مقدلر جزئی باشد (حدود 1٪ سهام برای یک اعتبار سنج که به تنهایی کاهش می یابد) یا می تواند منجر به از بین رفتن 100٪ سهام اعتبار سنج شود (رویداد اسلشینگ حجیم یا جریمه کاهش سهم عمده). در نیمه راه یک دوره خروج اجباری(immediate penalty) اعمال می شود که با جریمه فوری (تا 0.5 اتریوم) در روز 1 شروع شده، جریمه کل  مبلغ مشارکت در روز 18، و در نهایت، تا بیرون رانده شدن از شبکه در روز 36 هر روز جریمه هایی جزئی دریافت می شود. از اعتبار سنج ها روزانه جریمه جرئی گرفته می شود زیرا در شبکه حضور دارند اما رای ارسال نمی کنند. همه موارد گفته شده بابیت این بود  که بیان شود یک حمله هماهنگ برای مهاجم بسیار پرهزینه خواهد بود.

انتخاب فورک(FORK CHOICE)

هنگامی که شبکه به طور بهینه و صادقانه کار می کند، تنها یک بلوک جدید در رأس زنجیره وجود دارد و تمام اعتبارسنج ها آن را تأیید می کنند. با این حال، این امکان وجود دارد که اعتبار سنج ها به دلیل تأخیر شبکه یا به دلیل مبهم بودن پیشنهاد دهنده بلوک، دیدگاه های متفاوتی از درباره هد زنجیره داشته باشند. بنابراین، مشتریان اجماع نیاز به یک الگوریتم دارند تا تصمیم بگیرند که کدام یک را ترجیح دهند. الگوریتم مورد استفاده در اثبات سهام اتریوم LMD-GHOST نام دارد که با شناسایی فورکی که بیشترین آرا را در زمان خود دارد کار می کند.

امنیت اثبات سهام

خطر حمله 51% همچنان در مورد اثبات سهام وجود دارد، همانطور که در مورد اثبات کار وجود دارد، اما حتی برای مهاجمان خطرناک تر است. یک حمله 51٪  سهام اتریوم را نیاز دارد. پس از آن میتواند از آرای خود استفاده کرده  تا اطمینان حاصل کند که فورک های ترجیحی آنها دارای بیشترین آرا هستند. «وزن» آرای انباشته شده همان چیزی است که کلاینت های توافقی برای تعیین زنجیره صحیح استفاده می‌کنند، بنابراین این مهاجم می‌تواند فورک خود را به فورک متعارف تبدیل کند. با این حال، نقطه قوت اثبات سهام نسبت به اثبات کار این است که اجماع انعطاف پذیری در راه اندازی ضد حمله دارد. برای مثال، اعتبارسنج‌های معتبر می‌توانند تصمیم بگیرند که به ساختن زنجیره اقلیت ادامه دهند و فورک مهاجم را نادیده بگیرند و در عین حال برنامه‌ها، مبادلات و استخرها را به انجام همین کار تشویق کنند. آنها همچنین می توانند تصمیم بگیرند که مهاجم را به زور از شبکه حذف کنند و اتریوم سهام خود را نابود کنند. اینها دفاع اقتصادی قوی در برابر حملات 51 درصدی می باشند.

به طور کلی، اثبات سهام، همانطور که در اتریوم پیاده‌سازی می‌شود، از نظر اقتصادی امن‌تر از اثبات کار است.

معایب و مزایای اثبات سهام: