تفاوت الگوریتم pow و pos چیست؟ کدام یک بهتر است؟


تفاوت pow و pos، دو الگوریتم اجماع کارآمد در دنیای کریپتو زمانی مشخص می‌شود که با مفهوم هر کدام از این پروتکل‌ها به طور کامل آشنایی داشته باشید. هر دو این الگوریتم‌ها برای رسیدن به هدفی مشترک فعالیت می‌کنند. اما مسیرهای متفاوتی را برای آن انتخاب کرده‌اند. الگوریتم‌های اثبات کار و اثبات سهام، هر دو خاصیت غیرمتمرکز بودن را در شبکه‌های مختلف ایجاد می‌کنند، اما با گذر زمان و تحت تأثیر عوامل مختلف، ممکن است این خاصیت کم‌تر دیده شود. در ادامه این مقاله تفاوت pow و pos را به طور کامل توضیح می‌دهیم و با ویژگی‌ها، مزایا و معایب این دو مدل شبکه آشنا خواهیم شد.

معرفی الگوریتم اثبات کار یا PoW

برای بررسی تفاوت pow و pos ابتدا باید با مفهوم هر کدام از این الگوریتم‌ها آشنا شویم. الگوریتم اثبات کار یا Proof of Work که با نماد اختصاری PoW نمایش داده می‌شود، یک الگوریتم اجماع است. ایده اولیه این پروتکل برای اولین‌بار در سال ۱۹۹۳ توسط این دو شخص معرفی شد:

  • سینتیا دورک (Cynthia Dwork)
  • مونی نائور (Moni Naor)

اما عبارت PoW توسط افرادی به نام آری جوئلز (Ari Juels) و مارکوس جیکوبسون (Markus Jakobsson) در یک مقاله آورده شد. سرانجام در سال ۲۰۰۸، الگوریتم اثبات کار توسط بلاکچین بیت کوین تبدیل به پروتکلی کاربردی شد.

در راستای آشنایی با تفاوت pow و pos خوب است بدانید که الگوریتم اثبات کار با هدف افزایش امنیت شبکه بلاکچین (Blockchain) مورد استفاده قرار می‌گیرد. توسعه این الگوریتم در شبکه‌های مختلف باعث می‌شود تا از خطراتی مثل حملات سایبری و عملیات‌های سودجویانه هکرها جلوگیری شود. برای مثال استفاده بلاکچین بیت کوین از این الگوریتم باعث شد تا در دفعات متعددی از هک شدن این شبکه جلوگیری شود. به همین منظور آلت کوین‌های دیگری که بعد از بیت کوین ایجاد شدند نیز روش کار خود را بر مبنای گواه اثبات کار بنا نهادند. این الگوریتم در جهت افزودن بلاک‌های جدید به بلاکچین و معتبرسازی تراکنش‌ها به شبکه‌های مختلف کمک می‌کند.

روش کار الگوریتم اثبات کار (PoW)

قبل از آنکه به الگوریتم اثبات کار بپردازیم، باید آشنایی مختصری با مفهوم اجماع داشته باشید. سیستم توافق توزیع شده یا اجماع، به این معناست که کاربران هنگام انجام تراکنش، ارسال یا دریافت وجه نقد از اشخاص دیگر، نیازی به تأیید شخص ثالثی مثل بانک نداشته باشند. این موضوع در حالی است که سیستم بانکداری سنتی، کاربران برای انجام امور مالی خود به اعتماد یک سیستم شخص ثالث نیاز دارند. اما با روشی که در ارز بیت کوین و دیگر رمزارزها استفاده شده، کاربران اختیار فعالیت‌های خود را دارند و هر کدام می‌توانند به طور مستقیم اطلاعات تأیید شده خود را روی دفتر کل توزیع شده بنویسند.

برای اینکه بهتر متوجه تفاوت pow و pos شوید، وقت آن است که با مفهوم استخراج یا ماینینگ آشنا شوید. برای انجام عملیات استخراج، باید گروه معتبری از معاملات روی دفتر کل ثبت شوند. این عملیات با اهداف زیر انجام می‌شود:

  • تأیید تراکنش‌ها و ممانعت از پرداخت‌های مجدد
  • ایجاد یک رمزارز که به عنوان پاداش برای ماینرها در نظر گرفته می‌شود

شاید این سؤال در ذهنتان ایجاد شود که الگوریتم اثبات کار چه ارتباطی با عملیات استخراج دارد. پاسخ شما به روند فعالیت این پروتکل بازمی‌گردد. روش کار PoW اینگونه است که بین ماینرها (استخراج کنندگان) یک محیط رقابتی برای تکمیل تراکنش‌ها و اخذ پاداش ایجاد کند. ماینرها در این محیط باید برای حل مسائل ریاضی سختی که منجر به استخراج می‌شود زحمت بکشند. اما در نهایت این فرایند به ترتیب مراحل زیر انجام می‌شود:

  • جمع‌آوری تراکنش‌ها در یک بلاک
  • تأیید تراکنش‌هایی که در بلاک معتبر هستند
  • حل مسئله توسط ماینرها
  • کسب جایزه توسط اولین ماینری که موفق به حل مسئله شود
  • ثبت تراکنش‌های تأیید شده روی بلاکچین

مزایای الگوریتم گواه اثبات کار

اگر مزایا و ویژگی‌های مثبت الگوریتم PoW را بررسی کنیم، می‌توانیم درک بهتری از تفاوت pow و pos داشته باشیم. اولین ویژگی خوب این پروتکل را می‌توان این گونه توضیح داد؛ ماینرها برای استخراج کوین‌ها باید هزینه زیادی بپردازند. پس کاملا طبیعی است که برای جبران هزینه‌های خود، پاداشی که کسب کرده‌اند را بلافاصله وارد بازار کنند. ورود این کوین‌های جدید به بازار چرخه خرید و فروش را سرپا نگه می‌دارد و بدین ترتیب بازار رمزارزها دچار کمبود آن دارایی موردنظر نمی‌شود.

دومین ویژگی PoW این است که هرچه تعداد نودها در یک شبکه بیشتر باشد، احتمال وقوع خطراتی مثل حمله ۵۱ درصدی کاهش می‌یابد. دلیل آن هم افزایش هزینه این حملات است.

معایب الگوریتم گواه اثبات کار

اگر پرهزینه بودن الگوریتم اثبات کار را در نظر بگیرید متوجه اصلی‌ترین تفاوت pow و pos خواهید شد. این پروتکل به شکل غیرمؤثر و پرخرجی از منابع استفاده می‌کند. همان‌طور که عملیات استخراج کوین در دنیای کریپتوکارنسی، عملیاتی پرهزینه، گران و سخت است، این الگوریتم نیز جزو پروتکل‌های گران‌قیمت محسوب می‌شود. زیرا دستگاه‌های ماینینگ علاوه بر

گران بودن، سریع فرسوده می‌شوند و گرمای زیادی تولید می‌کنند.

سرعت سیستم‌های مبتنی بر PoW معمولا روند کندی را طی می‌کند. طوری که ممکن است استخراج یک بلاک بیت کوین چیزی حدود ۱۰ دقیقه زمان ببرد. ضمن اینکه در بازه‌های زمانی شلوغ شبکه، به دلیل همین کندی سرعت، کارمزد تراکنش‌ها چندین برابر می‌شود.

از آنجایی که نحوه کار پروتکل PoW به شکل عجیبی با عملیات استخراج گره خورده، عیب بعدی در سختی فرایند استخراج نمایان می‌شود. فرایندی که با گذشت زمان سخت‌تر و گران‌تر می‌شود. طوری که تا سال ۲۰۱۵ امکان استخراج بیت کوین با یک رایانه معمولی هم وجود داشت. اما اکنون به تجهیزاتی مدرن، گران و کامل نیاز دارد. بنابراین از دیگر معایب الگوریتم PoW این است که به مرور باعث افزایش تمرکز بلاکچین می‌شود.

معرفی الگوریتم اثبات سهام یا PoS

حال برای اینکه تصور کاملی از تفاوت pow و pos داشته باشیم، باید مفهوم الگوریتم اثبات سهام یا Proof Of Stake را بررسی کنیم. این الگوریتم که با نماد اختصاری PoS شناخته می‌شود، مانند گواه اثبات کار در راستای جلوگیری از حمله به بلاکچین فعالیت می‌کند. در این پروتکل، نودها برای تأیید تراکنش‌ها به سپرده‌گذاری یا استیک کردن (Staking) کوین‌های خود می‌پردازند. این نودها با نام‌های دیگری مثل فورجر (Forger)، ولیدیتور (Validator) یا استیکر (Staker) نیز شناخته می‌شوند.

هدف الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام کاملا مشترک است. هر دو آن‌ها برای اعتبارسنجی معاملات و ایجاد توافق توزیع‌شده فعالیت می‌کنند. ایده اولیه و اصلی الگوریتم اثبات سهام در سال ۲۰۱۱ مطرح شد. اولین رمزارزهایی که از این پروتکل استفاده کردند شامل موارد زیر بودند:

  • NuBit
  • Blackchain
  • NXT
  • Qora
  • Nav Coin
  • Peercoin

نکته جالبی که درباره این پروتکل وجود دارد این است که ارزهای دیجیتال مبتنی بر آن از قبل تولید شده‌اند. بنابراین دیگر وجود عملیاتی مثل ماینینگ یا استخراج ضروری نیست. پس اولین تفاوت pow و pos  این است که در الگوریتم اثبات سهام دیگر خبری از هزینه‌های هنگفت و مصرف زیاد انرژی نیست. همچنین در پرو‌ژه‌های مبتنی بر اثبات سهام، مقیاس‌پذیری شبکه افزایش پیدا می‌کند. زیرا در این پروتکل برای تأیید یک تراکنش نیازی به درگیر شدن همه شبکه وجود ندارد.

روش کار الگوریتم اثبات سهام (PoS)

همانطور که گفته شد اثبات سهام نمونه بهبودیافته و کاربردی‌تری الگوریتم اثبات کار است. پروتکل اثبات سهام عملیات توافق در بلاکچین را به شکل مجازی انجام می‌دهد. در این الگوریتم اعتبارسنج‌ها یا Validators به جای ماینرها کار می‌کنند. آن‌ها روی بلاک‌هایی که احتمال اضافه شدن آن‌ها به زنجیره بعدی بیشتر است سپرده‌گذاری می‌کنند. سرانجام اگر بلاک منتخب اعتبارسنج‌ها به بلاکچین اضافه شد، پاداش خوبی به آن‌ها تعلق می‌گیرد.

تفاوت pow و pos در این است که در گواه اثبات کار ماینرهای مجهزتر و موفق‌تر در استخراج به پاداش می‌رسند اما در PoS، اعتبارسنج‌هایی که سهام بیشتری داشته باشند شانس بیشتری برای کسب سود خواهند داشت. در این پروسه اعتبارسنج‌ها با توجه به میزان سهامی که دارند می‌توانند یک بلاک را به عنوان پاداش دریافت کنند.

سیستم‌های مبتنی بر PoS از تکنولوژی جدیدی به نام شاردینگ (Sharding) بهره می‌برند. کاربرد اولیه این مفهوم در مدیریت دیتابیس معنا پیدا می‌کند. دیتابیس از طریق شاردینگ به قسمت‌های مختلف تقسیم می‌شود تا مدیریت آن آسان‌تر شود. اما در فناوری بلاکچین، Sharding به معنای ذخیره بخش‌های مختلف شبکه در گروه‌های متفاوتی از نودها است.

مزایای الگوریتم گواه اثبات سهام

مهم‌ترین ویژگی مثبت الگوریتم اثبات سهام این است که در این پروتکل مشکل هدررفت بیش از حد منابع کاملا برطرف شده است.

بنابراین فعالیت در سیستم‌های مبتنی بر PoS هزینه کم‌تری خواهد داشت. ضمن اینکه ارزهای دیجیتالی که از این الگوریتم پشتیبانی می‌کنند معمولا مقیاس‌پذیری بیشتری دارند. در نهایت pos به بهبود سرعت پردازش تراکنش‌ها کمک می‌کند.

معایب الگوریتم گواه اثبات سهام

یکی از مهم‌ترین موارد تفاوت pow و pos به تأثیر این دو پروتکل روی رشد یا رکود بازار ارزهای دیجیتال است. اگر خاطرتان باشد گفتیم الگوریتم PoW به رشد و بهبود چرخه یک رمزارز کمک می‌کند. زیرا ماینرها دوست دارند برای جبران هزینه‌های پرداختی خود، پاداششان را وارد بازار کنند. اما در الگوریتم PoS به دلیل سود بیشتری که استیک یک ارز دیجیتال دارد، تمایل کاربران برای فروش آن دارایی کم می‌شود. بنابراین ممکن است موجب رکود بازار شود. علاوه بر این یکی دیگر از معایب این الگوریتم این است که مشکل متمرکز بودن شبکه‌ها را هنوز به طور کامل حل نکرده است.

بررسی تفاوت pow و pos

حال که با مفهوم، ویژگی‌ها و نحوه کار پروتکل اثبات کار و اثبات سهام به طور مجزا آشنا شدید، نوبت آن است که تفاوت pow و pos را به شکلی دقیق مورد بررسی قرار دهیم. به طور خلاصه الگوریتم اثبات کار تا کنون بارها امتحان خود را پس داده و در موارد زیادی از حملات DDOS به شبکه‌های بلاکچینی جلوگیری کرده است. اما ورود الگوریتم PoS به بازار به عنوان نسخه بهبودیافته اثبات کار، دنیای کریپتوکارنسی را به سمت تغییرات چشمگیری روانه کرد. در ادامه تفاوت pow و pos را در موارد مختلف بررسی می‌کنیم.

مصرف انرژی

اولین تفاوت pow و pos در میزان مصرف انرژی آن‌ها خلاصه می‌شود. احتمالا تا کنون متوجه شده‌اید که سیستم‌های مبتنی بر PoW نیاز به مصرف مقدار زیادی انرژی دارند و تأمین این انرژی نیز هزینه‌های هنگفتی را شامل می‌شود. برای درک عمیق این موضوع بیت کوین را مثال می‌زنیم. اگر بیت کوین را یک کشور در نظر بگیرید، قطعا از نظر میزان برق مصرفی جزو ۳۰ کشور پرمصرف دنیا قرار می‌گیرد! محققان دانشگاه کمبریج در این راستا گفته‌اند که میزان مصرف انرژی سالانه بیت کون، چیزی حدود ۱۲۱ TWh است. این موضوع در حالی است که شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام برای فعالیت تنها به اتصال قوی اینترنت نیاز دارند.

نحوه عملکرد

دومین تفاوت pow و pos در نحوه عملکرد آن‌ها برای رسیدن به هدفی مشترک است. در الگوریتم اثبات کار، ماینرها برای استخراج و کسب درآمد باید میزان زیادی انرژی مصرف کنند تا بتوانند معادلات ریاضی پیچیده را حل کنند. در این صورت می‌توانند پاداش دریافتی خود را در بازار با قیمتی عالی به فروش برسانند. در صورتی که در الگوریتم اثبات سهام، کاربران در فضایی بدون جو رقابتی، متناسب با سهامی که استیک کرده‌اند پاداش دریافت می‌کنند و ارز جدیدی استخراج نمی‌شود.

مشارکت در شبکه

یکی دیگر از تفاوت‌های اثبات کار و اثبات سهام، در میزان مشارکت کاربران خلاصه می‌شود. خرید تجهیزات گران‌قیمت و تأمین برق و انرژی موردنیاز در PoW از عهده افرادی برمی‌آید که سرمایه کلانی داشته باشند. بنابراین افراد عادی نمی‌توانند بدون سرمایه اولیه در زمینه استخراج در شبکه‌های اثبات کار فعالیت کنند.

در حالی که در شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام چنینی محدودیت‌هایی وجود ندارد و میزان مشارکت کاربران بیشتر است. به عبارتی تمام کاربرانی که دارای یک توکن خاص باشند می‌توانند به اندازه سهم خود در یک الگوریتم اجماع مشارکت داشته باشند.

برای مثال پروژه‌هایی مثل کاردانو (Cardano) یا پولکادات (Polkadot) که از استخرهای استیکینگ استفاده می‌کنند، از همین طریق به کاربران خود کمک می‌کنند تا توکن‌های خود را به اعتبارسنج‌ها یا استخرهایی با عملکرد خوب واگذار کنند. در این صورت احتمال کسب سود برای آن‌ها بیشتر خواهد شد. ضمن اینکه شرط ورود به استخرها در شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام، داشتن مقداری توکن و قرار دادن آن‌ها در شبکه به عنوان سهام است.

نرخ پاداش

هدف کاربران از فعالیت در بازار کریپتو کسب سود است. اما فک می‌کنید تفاوت pow و pos در نرخ پاداش آن‌ها چگونه است؟ پاداشی که ماینرها در شبکه‌های اثبات کار دریافت می‌کنند، همان ارز دیجیتال جدیدی است که خودشان استخراج کرده‌اند. در صورتی که پاداش کاربران شبکه‌های اثبات سهام، کارمزد تراکنش و سودی است که از استیک کردن دارایی‌شان دریافت می‌کنند.

امنیت

یکی دیگر از موارد تفاوت pow و pos، تأثیری است که روی امنیت شبکه‌های بلاکچینی می‌گذارد. در این زمینه می‌توان این گونه گفت که درصد وقوع خطا و آسیب مالی در شبکه‌های مبتنی بر PoW بیشتر است. زیرا اگر فورک در چنین شبکه‌هایی رخ دهد، ماینرها مجبور می‌شوند که به بلاکچین جدیدی منتقل شوند یا اینکه روی بلاکچین قدیمی فعالیت کنند. بدین ترتیب چنین اتفاقی می‌تواند به عنوان یک ضرر اقتصادی بزرگ شناخته شود. زیرا گسستگی زیادی در شبکه ایجاد می‌کند. این موضوع در حالی است که شرکت‌کنندگان در شبکه‌های مبتنی بر PoS هیچ محدودیتی ندارند. بدین ترتیب می‌توانند بدون نیاز به افزایش میزان سهام خود، تراکنش‌های خود را روی چندین نسخه از یک بلاکچین اعتبارسنجی کنند.

مقایسه الگوریتم‌های اجماع PoS و PoW

بررسی تفاوت pow و pos و مقایسه این دو الگوریتم با یکدیگر می‌تواند درک بهتری از شبکه‌های موجود در دنیای کریپتوکارنسی و ارزهای دیجیتال موجود در این بازار برای شما به ارمغان بیاورد. در جدول زیر به شکلی خلاصه و قابل فهم تفاوت‌های این دو الگوریتم را بیان کرده‌ایم:

ویژگی الگوریتم اثبات کار (PoW) الگوریتم اثبات سهام (PoS)
امنیت جبران خسارات ناشی از حملات افراد سودجو هزینه‌های هنگفتی را شامل می‌شود. امنیت در این پروتکل به طور نسبی بیشتر از الگوریتم اثبات کار است.
مقیاس‌پذیری مقیاس‌پذیری کم‌تر این شبکه‌ها به دلیل درگیری تمام شبکه برای تأیید تراکنش‌ها و سرعت پایین شبکه‌های مبتنی بر اثبات سهام، مقیاس‌پذیری و سرعت بیشتری در تأیید تراکنش‌ها دارند.
مشارکت کاربران مشارکت کم‌تر به دلیل قیمت بالای تجهیزات موردنیاز مشارکت بیشتر به دلیل هزینه‌های کمتر
هزینه هزینه هنگفت تأمین برق و تجهیزات موردنیاز  تنها به یک سیستم متصل به اینترنت و تعدادی کوین برای شروع فعالیت نیاز است
سود کسب سود از طریق استخراج ارزهای دیجیتال جدید و فروش آن‌ها در بازار کسب سود از طریق دریافت کارمزد بابت استیک دارایی‌های دیجیتال
کاربری کاربری سخت و پیچیده‌. (ماینرها برای کسب سود باید مسائل پیچیده ریاضی را حل کنند) کاربری آسان. (هر فردی می‌تواند از طریق یک سیستم متصل به اینترنت شروع به استیکینگ کند)

در این مقاله تفاوت pow و pos را از جهات مختلف مورد بررسی قرار دادیم. همان‌طور که متوجهید در بسیاری از موارد مثل تأمین امنیت یا کسب سود، نمی‌توان با قطعیت گفت کدام پروتکل عملکرد بهتری دارد. اما آنچه مسلم است پروتکل اثبات سهام در راستای بهبود باگ‌ها و کمبودهای الگوریتم اثبات کار ایجاد شده است.

در نهایت با علم بر تمام این موارد، اگر باز هم ابهامی درباره الگوریتم اثبات کار و اثبات سهام در ذهنتان است، می‌توانید در بخش نظرات، با ما در ارتباط باشید.