إثبات الحصة (PoS) هو آلية إجماع بديلة لإثبات العمل (PoW) لتأمين شبكات البلوك تشين والتحقق من صحة المعاملات. على عكس دليل العمل تعتمد تقنية إثبات الحصة (PoS) على القوة الحسابية، بينما تستفيد بدلاً من ذلك من الحصة الاقتصادية للمستخدمين في شبكة blockchain لإثبات صحة المعاملات والوصول إلى الإجماع.
في هذه المقالة، سوف نستكشف PoS بعمق - فحص مفاهيمه الأساسية، ومقارنته بـ PoW، وتحليل كيفية عمله، ومراجعة التنفيذات الرئيسية، والنظر في إمكاناته وتحدياته المستقبلية.
الوجبات السريعة الرئيسية
- يحقق إثبات الحصة (PoS) إجماعًا موزعًا من خلال اختيار المحققين على أساس الحصة بدلاً من التعدين الذي يتطلب طاقة كثيفة.
- إنه يوفر مكاسب كبيرة في كفاءة الطاقة وخفض التكاليف مقارنة بالشبكات القائمة على PoW.
- تتضمن التنفيذات Ethereum 2.0 وCardano وTezos وغيرها، ولكل منها أساليب تصميم خاصة بها.
- تهدف الأبحاث الجارية إلى معالجة المخاوف بشأن الأمن على المدى الطويل، واللامركزية، والمقاومة للهجمات.
- مع انتقال شبكات مثل Ethereum إلى PoS، فإن أداءها في العالم الحقيقي على مدى السنوات القادمة سيشكل تصورات مدى جدواها.
المفهوم الأساسي لإثبات الحصة
إثبات الحصة (PoS) هي آلية إجماع تسمح لشبكات blockchain بتحقيق إجماع موزع حول الحالة الصحيحة للشبكة وتأمين معاملاتها، دون الحاجة إلى موارد حسابية ضخمة.
في PoS، بدلاً من التنافس على استخراج الكتل من خلال حل التشفير المعقد في الألغاز مثل تلك الموجودة في PoW، يضمن المستخدمون الكتل أو المعاملات بناءً على عدد العملات المعدنية التي يحملونها.
تزداد احتمالية حصول المستخدمين الذين يمتلكون عملات أكثر على كتل جديدة وكسب مكافآت. تُعرف هذه العملية باسم "تخزين" العملات لتأمين الشبكة.
ما هي خوارزميات الإجماع؟
خوارزمية الإجماع هي عملية أو بروتوكول تتوصل من خلاله جميع عُقد الشبكة الموزعة إلى اتفاق بشأن حالة أو ترتيب الأحداث في الشبكة. يسمح هذا للشبكات اللامركزية، مثل سلاسل الكتل (البلوك تشين)، بالحفاظ على حالات مشتركة متماسكة دون الحاجة إلى سلطة مركزية. تضمن خوارزميات الإجماع أن جميع المشاركين يصدقون ويقبلون نفس تسلسل المعاملات والكتل المضافة إلى السلسلة.
أنواع خوارزميات الإجماع
تتضمن خوارزميات الإجماع الرئيسية ما يلي؛
- دليل العمل (بو)
- إثبات الحالة (بوس)
- إثبات الوقت المنقضي (PoET)
- تفويض إثبات الحصة (DPoS)
- التسامح مع الخطأ البيزنطي (BFT) وغيرها.
تعتبر تقنية PoW الأكثر شهرة وتستخدم في Bitcoin، في حين تكتسب متغيرات PoS مثل تلك المستخدمة في Ethereum 2.0 وCardano قوة دفع كبدائل أكثر مراعاة للبيئة.
لكل خوارزمية آلياتها ومزاياها وقيودها الخاصة. ويعتمد الاختيار على عوامل مثل الحجم المطلوب، ومستوى اللامركزية، وافتراضات الأمان.
أهمية الإجماع في شبكات البلوكشين
يُعدّ التوصل إلى توافق في الآراء بطريقة لامركزية أمرًا بالغ الأهمية لسلاسل الكتل، إذ يسمح للعقد بالاتفاق على ترتيب المعاملات وصلاحيتها دون الحاجة إلى تنسيق مركزي. ويضمن هذا التوافق سلامة السجل، إذ يُصعّب على الجهات الخبيثة تعديل سجلات المعاملات السابقة.
كما يضمن مزامنة العقد الجديدة عبر تنزيل سجل المعاملات المتفق عليه والتحقق منه. توفر خوارزميات الإجماع المختلفة مستويات متفاوتة من الأمان والكفاءة واللامركزية.
استكشاف إثبات الحصة (PoS) بالتفصيل
في إثبات الحصة (PoS)، يمكن للمستخدمين الذين يمتلكون عددًا معينًا من العملات المعدنية "مشاركة" عملاتهم للمشاركة في التحقق من صحة الكتل الجديدة. يختار بروتوكول البلوك تشين مُصدِّقًا عشوائيًا بما يتناسب مع إجمالي حصته. ثم يُنشئ المُصدِّق كتلة جديدة مُرشَّحة، ويُوقِّعها، ويُذيعها.
يتحقق محققون آخرون من صحة الكتلة قبل البناء عليها، متوصلين إلى توافق في الآراء دون تعدين. إذا أساء المحققون التصرف أو أنتجوا كتلًا غير صالحة، فإنهم يخاطرون بخسارة جزء من إيداعهم.
أصحاب المصلحة ودورهم في إثبات الحصة
أصحاب المصلحة هم مستخدمون يملكون عملات رقمية ويختارون التحقق من صحة المعاملات عن طريق "إيداع" عملاتهم. يُشغّلون عُقدًا للتحقق لمعالجة وإضافة كتل جديدة من المعاملات إلى السلسلة. في المقابل، يحصلون على مكافآت الكتل ورسوم المعاملات بما يتناسب مع حصصهم. كلما زادت حصصهم، زادت فرص اختيارهم لاقتراح كتل جديدة. يُعرّض أصحاب المصلحة أنفسهم لعقوبات في حال إنتاج كتل غير صالحة أو انقطاع الاتصال.
دور المحققين ومقترحي الكتل في إثبات الحصة
يلعب المُصدِّقون دورًا محوريًا في توافق إثبات الحصة (PoS) من خلال تشغيل عُقد مُتخصصة للتحقق من صحة الكتل الجديدة. في كل جولة، يتم اختيار مُصدِّق واحد عشوائيًا ليعمل بمثابة "مُقترِح الكتلة"، مُنشئًا كتلة مُرشَّحة تحتوي على معاملات صحيحة حديثة.
بعد ذلك، يتحقق محققون آخرون من صحة الكتلة قبل تطوير السلسلة، متوصلين إلى توافق في الآراء دون الحاجة إلى تعدين. يحصل المحققون على مكافآت ورسوم معاملات مقابل عملهم في تأمين الشبكة من خلال التخزين.
المكونات الرئيسية لإثبات الحصة (PoS)
في إثبات الحصة، تكون قدرة المحقق على إنشاء أو التحقق من صحة الكتل الجديدة متناسبة مع كمية العملات المشفرة إنهم يمتلكون ويساهمون في الشبكة. فيما يلي المكونات الرئيسية لإثبات الحصة:
المصادقون
في نظام إثبات الحصة (PoS)، المُصدِّقون هم المشاركون الذين يحتفظون بكمية معينة من العملات المشفرة ويقفلونها كحصة. وهم مسؤولون عن اقتراح الكتل الجديدة والتحقق من صحتها. يُختار المُصدِّقون بناءً على حصصهم، ويُحفَّزون على التصرف بنزاهة، إذ يُمكنهم جني مكافآت على حسن سلوكهم، وقد يخسرون حصصهم في حال السلوك الخبيث.
وتد
يشير مصطلح "الحصّة" إلى العملة المشفرة التي يحتفظ بها المدققون ويقفلونها على الشبكة. كلما زادت الحصّة، زادت فرص اختيار مستخدم كمدقق لاقتراح كتل جديدة. كما تُعدّ الحصّة عاملاً رادعاً للسلوك غير السليم، إذ يُعرّض المدققون أنفسهم لعقوبات، مثل مصادرة جزء من إيداع حصصهم في حال إنتاج كتل غير صالحة أو انقطاع الاتصال.
بلوك كريشن
يتناوب المُصادقون على إنشاء كتل جديدة في نظام إثبات الحصة. ويُحدَّد احتمال اختيارهم لإنشاء كتلة بناءً على حجم حصتهم. وعادةً ما يتم اختيار المُصادقين عشوائيًا، مع مراعاة عوامل مثل حجم الحصة التي يمتلكونها ومدة احتفاظهم بها.
التحقق من صحة الكتلة
يشارك المُصدِّقون أيضًا في عملية التحقق من صحة الكتلة. عند اقتراح كتلة جديدة، يتحقق مُصدِّقون آخرون من صحتها. يتضمن ذلك التحقق من التوقيعات التشفيرية والتأكد من التزام المعاملات داخل الكتلة بقواعد إجماع الشبكة.
آلية توافق الآراء
تستخدم أنظمة إثبات الحصة (PoS) آليات إجماع متنوعة لتحديد مدى صحة الكتلة التالية في السلسلة ومدى توافقها. من بين الآليات الشائعة: إثبات الحصة الخالص، وإثبات الحصة المفوض (DPoS)، والتسامح العملي مع الأخطاء البيزنطية (PBFT). تختلف هذه الآليات في نهجها لاختيار الكتل، والتصويت، ونهائية الإجماع.
خفض
التقطيع آلية تُستخدم في إثبات الحصة (PoS) لردع السلوك الخبيث من خلال معاقبة المُصدِّقين الذين يخالفون قواعد الشبكة. قد يخسر المُصدِّقون جزءًا من حصتهم أو كلها، إما عن طريق مصادرتها أو بإغلاقها مؤقتًا.
فوائد إثبات الحصة (PoS)
دعونا نرى ما يجعل PoS آلية إجماع جيدة:
كفاءة الطاقة والاعتبارات البيئية
يوفر إثبات الحصة (PoS) مكاسب كبيرة في كفاءة الطاقة مقارنةً بسباق التعدين المُبذر لإثبات العمل (PoW). فبدون الحاجة إلى أجهزة باهظة الثمن تستهلك الكثير من الكهرباء وتُجري عمليات حسابية عديمة الفائدة باستمرار، يمكن لتوافق إثبات الحصة (PoS) أن يعمل باستخدام جزء ضئيل من الطاقة. وهذا يجعله أكثر استدامةً وصديقًا للبيئة لتأمين شبكات البلوك تشين على المدى الطويل.
انخفاض التكاليف ومزايا قابلية التوسع
تتميز شبكات نقاط البيع (PoS) بانخفاض تكاليف التشغيل بشكل ملحوظ، إذ لا تتطلب أجهزة تعدين باهظة الثمن أو طاقة. كما أن معالجة المعاملات أكثر كفاءة، إذ يمكن لشبكات نقاط البيع التوسع لمعالجة آلاف أو ملايين المعاملات في الثانية. هذا الإنتاج المحسّن يُساعد على توسع سلاسل الكتل (blockchain) لدعم اعتمادها كأنظمة دفع رئيسية على نطاق واسع.
انخفاض مخاطر المركزية
تهدف تقنية إثبات الحصة (PoS) إلى توزيع إنتاج الكتل بين أصحاب المصلحة بما يتناسب مع مصالحهم الاقتصادية من خلال الاختيار القائم على الحصة. قد يساعد هذا في منع تجمعات التعدين من تركيز قوة التجزئة بمرور الوقت. ومع ذلك، يجادل المنتقدون بأن تقنية إثبات الحصة (PoS) تُخاطر بمركزية قوة التجزئة بين عدد قليل من أصحاب المصلحة الكبار الذين يمكنهم التلاعب بالبروتوكول بسهولة أكبر من عمال التعدين.
التحديات والانتقادات المحتملة لإثبات الحصة (PoS)
وهنا التحديات والانتقادات الموجهة لإثبات الحصة:
التوزيع الأولي للحصة والمركزية المحتملة
إذا كان التوزيع الأولي للعملات مركّزًا للغاية، فقد يُمكّن أصحاب المصلحة الأكبر من اكتساب نفوذ غير متناسب على الشبكة في نقاط البيع. مع مرور الوقت، ومع نمو الاقتصاد، قد يتركز هذا النفوذ بشكل أكبر بين الحيتان الذين يجمعون غالبية العملات. ويجادل النقاد بأن هذا قد يُقوّض الطبيعة اللامركزية لسلاسل الكتل.
المخاوف الأمنية و51% من الهجمات في نقاط البيع
نظريًا، إذا جمعت جهة واحدة أكثر من 50% من إجمالي العملات المُراهنة، يُمكنها التلاعب بعملية الإجماع وعكس المعاملات أو حجبها. مع ذلك، يُجادل آخرون بأن تكاليف شنّ مثل هذا الهجوم ستظل باهظة. ويسعى مؤيدو إثبات الحصة أيضًا إلى معالجة هذه المخاوف من خلال خفض الشروط التي تُعاقب على سوء السلوك.
معالجة مشكلة "لا شيء على المحك"
مع إثبات العمل (PoW)، ينفق المعدنون تكاليف حقيقية من خلال الكهرباء للتعدين بصدق على سلسلة واحدة فقط. أما في إثبات العمل (PoS)، فلا شيء يمنع المدققين من التصويت على شوكات متعددة، مما يهدد أمن الشبكة. وقد طُرحت حلول مثل التقطيع والنهائية، لكن البعض يجادل بأن أمان إثبات العمل (PoS) لا يزال أقل أمانًا من إثبات العمل (PoW) بسبب مشاكل مثل "لا شيء على المحك".
تطبيقات إثبات الحصة (PoS) في شبكات بلوكتشين
دعونا نناقش تنفيذ PoS في شبكة Blockchain:
انتقال الإيثريوم إلى PoS مع الإيثريوم 2.0
تنتقل إيثريوم من خوارزمية إثبات العمل (PoW) كثيفة الاستهلاك للطاقة إلى نظام إثبات الخدمة (PoS) المعروف باسم "كاسبر" كجزء من تحديثها لإيثريوم 2.0. وسيشهد هذا التحديث إنشاء "حصص" للمحققين واختيار مجموعة فرعية منهم للحفاظ على توافق الآراء. يجري تطوير إيثريوم 2.0 على مراحل، مع إطلاق سلسلة المنارات في أواخر عام 2020، ومن المتوقع أن تُوسّع تحديثات التجزئة اللاحقة نطاق الشبكة.
شبكات blockchain الأخرى التي تستخدم PoS
تستخدم كاردانو نموذجًا موسعًا من إثبات الحصة (PoS) يُسمى Ouroboros لتأمين شبكتها، حيث يصوت أصحاب المصلحة من خلال مجموعات مفوضة. أما تيزوس فتستخدم نموذج إثبات الحصة (PoS) ذاتي التعديل، حيث يمكن لأصحاب المصلحة اقتراح ترقيات البروتوكول والتصويت عليها.
تشمل سلاسل إثبات الحصة الأخرى Dash وNEO وAlgorand وNear Protocol. كلٌّ منها يُطبّق إثبات الحصة بطريقة مختلفة قليلاً، بناءً على فلسفات تصميمها الخاصة، والتوازنات بين الأمان واللامركزية وقابلية التوسع.
مقارنة بين تطبيقات إثبات الحصة المختلفة
تشمل العوامل الرئيسية التي تميز بروتوكولات PoS ما يلي:
- عملية الرهان والمتطلبات
- طريقة اختيار إنتاج الكتل
- حوافز المكافأة وضمانات النهائية
- شروط التقطيع، و
- آليات الترقية.
على سبيل المثال، كاردانو يستخدم تفويض تجمع الحصص بينما سيكون لدى Ethereum حصة مباشرة. Tezos تعتمد بعض المنصات على حوكمة السلسلة لاقتراح التحديثات والموافقة عليها، بينما تعتمد أخرى على فرق تطوير خارج السلسلة. تُلقي مقارنة التطبيقات الضوء على تطور إجماع إثبات الحصة.
إثبات الحصة (PoS) مقابل إثبات العمل (PoW): تحليل مقارن
دعونا نرى ما يميز PoS عن PoW:
الخصائص المتناقضة
تتمثل الاختلافات الرئيسية بين إثبات الحصة وإثبات العمل في أساليبهما لتحقيق التوافق - من خلال حصة رأس المال مقابل إنفاق الطاقة الحاسوبية. يعتمد إثبات العمل على التعدين كثيف الاستهلاك للطاقة، بينما يهدف إثبات الحصة إلى توفير الأمان من خلال الحوافز الاقتصادية للحصة. تشمل الاختلافات الأخرى أساليب التوزيع الأولية، ومتطلبات المشاركة، وافتراضات الأمان التي يقوم عليها كل بروتوكول.
التداعيات الأمنية والمقايضات
يُعتبر إثبات العمل (PoW) أكثر اختبارًا للمعركة نظرًا لطول عمر بيتكوين، بينما تُعتبر حجج أمان إثبات العمل (PoS) نظرية إلى حد كبير. ومع ذلك، استخدام الطاقة في PoW قد لا يكون هذا الحل مستدامًا على المدى الطويل. يهدف إثبات الحصة (PoS) إلى توفير أمان مماثل بتكلفة أقل، مع أن الهجمات الجديدة تتطلب تحليلًا دقيقًا. ينطوي كلا النهجين على مقايضات بين كفاءة الموارد والأمان على المدى القصير، وهي موضع نقاش نشط.
تقييم مستقبل إثبات الحصة وهيمنته المحتملة
مع إطلاق بروتوكولات إثبات الحصة مثل Ethereum 2.0 ونضجها مع الاستخدام في العالم الحقيقي، فإن تأثيرها طويل الأمد الأمن واللامركزية يمكن تقييمها بشكل أفضل. إذا أمكن معالجة المخاوف المتعلقة بأمن نقاط البيع، فقد تتفوق في نهاية المطاف على شبكات إثبات العمل (PoW) نظرًا لمزايا الكفاءة الواضحة.
ومع ذلك، من الممكن أيضًا التعايش بين خوارزميات الإجماع المتعددة اعتمادًا على أولويات ونماذج التهديد لمجتمعات blockchain المختلفة.
خاتمة
تُقدم تقنية إثبات الحصة (PoS) بديلاً مثيراً للاهتمام لتقنية إثبات العمل (PoW) بمزاياها المحتملة، إلا أنها تُثير تساؤلات حول أمنها ولامركزيتها على المدى الطويل. وسيكون استمرار البحث والتطوير والتجارب العملية حاسماً لتقييم جدواها ودفع عجلة تطوير هذا النهج التوافقي الواعد.
