كتب هذا المقال ريتشارد ريد، المساهم في ديكريد.

تضمن آلية الإجماع الخاصة بـ blockchain موافقة المشاركين على الوضع الحالي لـ blockchain. تحدد آلية الإجماع من يمكنه إضافة كتل معاملات جديدة وأحد أغراضها الرئيسية هو ضمان عدم إعادة كتابة السلسلة.

إجماع إثبات العمل (PoW)

لا يمكن إكمال سلاسل الكتل المستندة إلى إجماع إثبات العمل الخالص (مثل Bitcoin) إلا بواسطة القائمين بالتعدين، الذين يستخدمون الأجهزة التي تخمن الإجابة على مشكلة رياضية بكفاءة. في كل مرة يقدم القائم بالتعدين اقتراحًا صالحًا، يمكنه إضافة كتلة تقبلها الشبكة. على الرغم من أن القائمين بالتعدين يمكنهم اختيار تعدين أي سلسلة، إلا أن الشبكة لن تقبل إلا السلسلة التي جمعت أكبر قدر من إثبات العمل (أي أكبر عدد من التجزئة أو التخمينات) كقناة مشروعة. وهذا يعني أنه يتم تحفيز عمال المناجم بتعدين أطول سلسلة، وعندما يرون كتلة صالحة جديدة تظهر، سيحاولون العثور على الحل الذي سيسمح لهم ببناء السلسلة من هذه الكتلة الجديدة.

إن صعوبة إعادة كتابة blockchain هي ما يسمح لها بالعمل كسجل كبير للمعاملات المالية. عندما تظهر معاملة في كتلة وترسل عملات إلى محفظة، ثم يتم تعدين عدة كتل فوق تلك الكتلة (أي وجود تأكيدات)، يصبح من غير المحتمل أن تتم إعادة كتابة الكتلة (ومن ثم المعاملة) مرة أخرى.

إذا كانت جهة ما تتحكم بقوة تجزئة كافية لتجاوز «السلسلة الصادقة»، فقد تتمكن من إعادة كتابة (أو إعادة تنظيم) blockchain عبر استغلال «كتلة قديمة» بدلًا من آخر كتلة. ستجد هنا ملخصًا مبسطًا من هذا النوع من الهجوم، والذي يُسمى أيضًا هجوم 51%:

يقوم المهاجم بالإنفاق عبر الكتلة X عبر إرسال الأموال إلى منصة تبادل، ثم يبدأ باستخراج سلسلة موازية سرًا (لا يتم بثّ الكتل على الشبكة). بمجرد تجاوز العدد المطلوب من التأكيدات، يقوم المهاجم بتبادل العملات مقابل شيء آخر وسحبها من منصة التبادل. عندما يصبح السحب فعّالًا، يطلق المهاجم السلسلة الموازية، وإذا كانت تحتوي على عدد أكبر من الكتل (PoW) من السلسلة الأصلية، فستقبل الشبكة تلك السلسلة كسلسلة شرعية، وستختفي نسخة سجل التاريخ الممثلة بالسلسلة الأصلية (بما في ذلك إيداع المهاجم). عندها يصبح المهاجم حرًا في إنفاق هذه العملات مرة أخرى.

وبما أن عمال المناجم هم الكيانات الوحيدة التي يمكنها إضافة كتل مباشرة إلى سلسلة العملات المشفرة من نوع PoW، فإن ذلك يمنحهم دورًا مهمًا في الحوكمة. ولكي يتم اعتماد أي تغيير في قواعد إجماع الشبكة، يجب أن يدعمه أغلبية من قوة التجزئة. تتطلب «الفوركات الناعمة» (bifurcations souples) وجود عدد كافٍ من عمال المناجم الذين سيعترفون بمجموعة جديدة من القواعد حتى يتمكن المستخدمون من إجراء معاملات، وأن تكون معاملاتهم معالجة بشكل صحيح ومُضمنة في الكتل. أما «الفوركات القاسية» فتقسم الشبكة إلى قسمين، ووفقًا للقاعدة المتفق عليها عمومًا «فإن السلسلة ذات إثبات العمل (PoW) الأكبر هي السلسلة الصحيحة التي يجب اتباعها»، وهنا يقرر عمال المناجم أي السلسلتين سيتم قبولها كشرعية.

إجماع الإثبات (إثبات الحصة PoS بالإنجليزية)

إثبات الإجماع هو طريقة بديلة لتحديد من يمكنه إضافة كتل جديدة والتحقق من الحالة الحالية لـ blockchain. بدلًا من أن يتنافس عمال المناجم لحل مشكلة، فإن منتج الكتلة التالية في ظل إثبات الحصة يتم تحديده عبر عملية تعتمد على عدد العملات (أو القطع) التي تُحتفظ بها في المحافظ (أو «الرهان/الحصة»). تفترض هذه العملية أن من لديهم أكبر حصة سيُتخذون قرارات مسؤولة لصالح الشبكة بأكملها.

يُزيل إجماع إثبات الحصة (أو المشاركة) الحاجة إلى التعدين كثيف استهلاك الطاقة، لكن غياب إنفاق طاقة كبير يخلق مشكلة أخرى، أحيانًا تُسمى «غياب الحصة». في حالة سلسلة تم «تفريعها» (forked chain)، يتم تحفيز صانعي PoS (يُستخدم عادةً مصطلح «الـ forger» بدل «minage» أي التعدين) لاستغلال السلسلتين لأن كلفته عليهم قليلة جدًا عند تعدين سلسلة إضافية، ويمكنهم الحصول على مكافآت على كلتا السلسلتين. وتعد هذه مشكلة للشبكة لأن المفترض أن توجد سلسلة واحدة فقط، وأن الاتفاق على حالة تلك السلسلة الواحدة هو جوهر آلية الإجماع.

تطرح إثبات المشاركة مشكلة إضافية فيما يتعلق بتوزيع الرموز. لدى عمال مناجم PoW تكاليف كبيرة (معدات، كهرباء) وعادة ما يتعين عليهم بيع جزء مهم من العملات المُعدّنة لتغطية هذه التكاليف. ونتيجة لذلك، تكون العديد من العملات التي تم تعدينها متاحة للشراء في السوق بدلًا من أن تُحتفظ بها من قبل عمال المناجم. أما صانعي إثبات الحصة فتكاليف تشغيلهم منخفضة جدًا، وبالتالي لا توجد لديهم نفس الضغوط للبيع للحفاظ على الشبكة. يميل كبار الحائزين الذين يشاركون في Proof of Stake إلى زيادة حصتهم من إجمالي العملات المتداولة مع حصولهم على مكافآت في شكل كتل ورسوم معاملات يدفعها مستخدمو الشبكة. وقد قُورنت هذه الفكرة حتى بالإقطاع، لأن الشبكة تكون عمليًا مملوكة ومدارة من قبل حاملي العملات، ويتعين على المستخدمين دفع «إيجار» لاستخدامها. وغالبًا توجد عتبة أدنى لا يمكن تحتها المشاركة مباشرةً في إثبات الحصة (Proof of Stake).

PoW / PoS هجين

إذن فإن هدف الأنظمة الهجينة لإثبات العمل (PoW) وإثبات الحصة (PoS) هو الجمع بين مزايا كل مقاربة واستخدامها لموازنة نقاط ضعف كل منها. تعد Decred من بين القلة من العملات الرقمية التي تستخدم كلًا من PoW وPoS بصيغ يمكن التعرف عليها وتدمجها لإنتاج آلية إجماع متعددة العوامل أو هجينة.

تُعد «Masternode coins» أيضًا، من نواحٍ معينة، هجينة؛ بمعنى أنها تحتوي على مكوّن إثبات عمل يمكن التعرف عليه يؤدي دورًا مشابهًا لحالة Bitcoin، بالإضافة إلى دور إضافي للعُقد الخاصة (special nodes). غالبًا ما يكون من الضروري أن تحافظ هذه العُقد الخاصة على كمية معينة من العملة كضمان، لإثبات أنه يمكن الوثوق بها في التصرف بما يخدم المصلحة الفضلى للشبكة، وهو أمر يشبه منطق إثبات المشاركة. تُعد Dash العملة الأصلية التي قدمت مفهوم masternode، وتصف هذا النموذج بأنه «إثبات الخدمة». يركز هذا المقال على الهجائن التي تحتوي على مكوّن إثبات الحصة، ولا ينظر إلى العدد الكبير من العملات التي تقلد masternodes أو إثبات الخدمة.

يعمل مكوّن إثبات العمل (PoW) في Decred بطريقة مشابهة لمشاريع أخرى تعتمد على إثبات العمل، ويستخدم دالة التجزئة Blake-256. أما مكوّن إثبات الحصة (PoS) في Decred وطريقة تنفيذه داخل السلسلة، فهي فريدة إلى حدّ كبير وتستحق شرحًا.

للمشاركة في إثبات الحصة (Proof of Stake) في Decred، يجب على الحائزين قفل مبلغ DCR لديهم لمدة زمنية معيّنة لشراء ما يُسمّى «التذاكر». يتم تحديد سعر التذكرة الفردية عبر آلية شبيهة بالسوق؛ إذ يستهدف النظام عددًا محددًا من التذاكر قيد التشغيل (40,960). فإذا وُجدت تذاكر أكثر من العدد المستهدف يرتفع السعر، وإذا كان العدد أقل ينخفض. عند شراء شخص ما لتذكرة، يتم قفل DCR المستخدم (أي لا يمكن صرفه) حتى يتم سحب تذكرته للتصويت بشكل شبه عشوائي، أو حتى تنقضي بعد حوالي 142 يومًا. وهذا يخلق تكلفة فرصة لإثبات الحصة، بهدف ضمان أن من يصوّت على PoS مشاركون فعلاً ويتصرفون بما يخدم المصلحة الفضلى للشبكة.

لدى المشاركين في PoS (ويُطلق عليهم أيضًا الناخبون أو المُنتخبون أو المساهمون) ثلاثة أدوار مميزة للقيام بها: التصويت على الكتلة، والتصويت على تغييرات قواعد الإجماع، والتصويت على إدارة المشروع على المستوى الكلي باستخدام نظام الاقتراح Politeia. النوع الأول من التصويت، وهو «التصويت الخاص بالكتلة»، هو الطريقة التي يشارك بها الناخبون على إثبات الحصة (PoS) بشكل أكثر واقعية في الحفاظ على الإجماع.

التصويت الخاص بالكتل

عندما يجد عامل منجم PoW (المبني على إثبات العمل) كتلةً صالحة، يقوم ببثّها على الشبكة. ومع ذلك، لكي تُعتبر هذه الكتلة صالحة، يجب أن تتضمن أصواتًا لِما لا يقل عن 3 من أصل 5 تذاكر تم اختيارها عشوائيًا. يحتفظ مُصوّتو إثبات الحصة (PoS) خلال ذلك بمحافظهم مفتوحة وهم على استعداد للإجابة بأصوات عندما يتم استدعاء تذاكرهم (أو يكلّفون مزوّدي خدمات التصويت للقيام بذلك نيابةً عنهم). عندما يتم استدعاء تذكرة PoS للتصويت واستجابت، يحصل مالكها على مكافأة.

عندما يتم استدعاء التذاكر، فإنها تصوّت لقبول أو رفض المعاملات العادية للكتلة السابقة. لن تعترف عقد الشبكة بكتلة جديدة باعتبارها صالحة حتى تُدرج ما لا يقل عن 3 أصوات. إذا رفضت أغلبية التذاكر المستدعاة للتصويت معاملات الكتلة السابقة، فسيتم إرجاع هذه المعاملات إلى الـ mempool. تتضمن هذه المعاملات العادية مكافأة عامل منجم PoW، لكنها لا تتضمن مكافأة مُصوّت PoS.

لذلك يمتلك مُصوّتو PoS القدرة على سحب مكافآت عمال المناجم دون التأثير على مكافآتهم هم. وهذا يحد من قدرة عمال مناجم PoW على استخدام الفيتو ضد تغييرات قواعد إجماع الشبكة، والتي يتم التصويت عليها من جميع أصحاب المصلحة. عمليًا، يمكن لمُنتخبي PoS رفض أي نوع من سلوك عمال المناجم لا يعجبهم عبر اتباع سياسة التصويت «بالرفض» عند اكتشاف سلوك خبيث أو غير فعّال—وهذا يمنع عمال المناجم السيئين من كتابة معاملات والحصول على مكافآت.

تعزز طبقة التحقق هذه من PoS بشكل كبير أمن الشبكة ومقاومتها لهجمات الأغلبية. تتمثل الطريقة المعتادة لتنفيذ هجوم مزدوج الصرف بأغلبية في إعادة كتابة blockchain عبر تعدين سلسلة بديلة سرًا، ثم بثها بعد فترة زمنية معينة والاستفادة من إبطال معاملات «السلسلة القديمة» (أي بصرف مداخلها). وبما أن كتل Decred تتطلب مدخلات تأتي من تذاكر يتم اختيارها عشوائيًا لتُعتبر صالحة، وبما أن عمال مناجم PoW لا يمكنهم الاستفادة من ذلك قبل تلقي هذه المدخلات، فإنه لا يمكن لعمال مناجم PoW تعدين سلسلة سرية ما لم يتحكموا أيضًا، بشكل مباشر، في نسبة كبيرة من التذاكر. (انظر هذه المقالات).

يزيد التصميم الهجين PoW / PoS بشكل كبير من تكلفة هجوم الشبكة، لأن هناك نظامين مختلفين يجب الالتفاف عليهما بواسطة المهاجم. ويُعد مكوّن PoS تحديدًا مُهيأ بحيث لا يمكن شراء التذاكر إلا ببطء شديد. وبهذا يمكن شراء عدد محدود من التذاكر في كل كتلة/فترة، كما يؤدي شراء الحد الأقصى إلى ارتفاع حاد في السعر. علاوة على ذلك، بمجرد شراء هذه التذاكر، يتم قفل الأموال المستخدمة لشرائها في الزمن، ما يعني أن المهاجم سيتعرض لأي انخفاض في قيمة عملاته المقيّدة نتيجة الهجوم.

إن شرط أن يتم التصويت على كل كتلة من قبل أصحاب مصلحة يتم اختيارهم عشوائيًا يعني أن blockchain يجب مشاركتها بين جميع المشاركين أثناء تعدينها، ما يعزز أمن الشبكة. لقد صُمم النظام الهجين في Decred أيضًا ليمنح المشاركين قوة على عمال مناجم PoW.

تصويت تغيير الإجماع

قررت Decred منذ البداية جعل مشاركي PoS هم القوة الحاكمة المسيطرة في حوكمة blockchain. توجد في قواعد الإجماع إجراءات للمصادقة على الترقية. لا يمكن نشر أي تعديل لقواعد إجماع الشبكة إلا بعد انتهاء عملية التصويت. ولا يمكن إجراء التغييرات إلا إذا تمت الموافقة عليها من قبل ما لا يقل عن 75% من تذاكر التصويت. تبدأ هذه العملية عندما يستخدم قدر معيّن من عمال المناجم (95%) والمُنتخبين (75%) البرنامج الذي تمت ترقيته مع تعديلات ضمنية على القواعد. إذا تمت الموافقة على الاقتراح بنسبة 75%، يُقبل بعد فترة تصويت مدتها 4 أسابيع، وإلا فسيُرفض، وإذا لم يحقق أغلبية مؤهلة يبدأ تصويت جديد. وإذا تم قبول الاقتراح، فإن تغيير القاعدة يفعّل بعد شهر.

إدارة المشروع: Politeia

يتم توزيع مكافآت الكتلة في Decred بين عمال مناجم PoW (60%) وناخبي PDS (30%) وخزينة (10%) لتمويل تطوير برمجيات مفتوحة المصدر تساهم في تحقيق أهداف المشروع. ويتمتع حاملو التذاكر بالسيادة في التصويت على كيفية استخدام هذه الأموال، وعلى الميزات التي يجب إضافتها، وعلى السياسة الواجب اتباعها عبر منصة Politeia.

للخلاصة

وبما أن ناخبي إثبات الحصة (PoS) يحصلون على 30% من المكافأة الإجمالية، فإنهم لا يستطيعون الحفاظ على نسبتهم المئوية من DCR المتداولة عبر مجرد وضعها (staking). تذهب أغلبية الـ DCR المُصنّعة حديثًا إلى عمال مناجم PoW مقابل الدور الذي يلعبونه في تأمين الشبكة والتخفيف من مشكلة «غياب الحصة» في أنظمة PoS الخالصة. وعادةً ما يحتاج عمال المناجم إلى بيع جزء كبير من المكافآت التي يحصلون عليها للتعامل مع تكاليف تشغيلهم، ما يضمن توفر عرض مناسب من DCR في السوق.

لذلك تعرض blockchain في Decred بنية فريدة، وتُعد واحدة من أبرز الأمثلة على نظام هجين PoW / PoS (إثبات العمل/إثبات الحصة). وبالمثل كما أن مشاريع الإجماع المبني على PoS تشكل فئة تضم اختلافات كبيرة، فإن المشاريع المستقبلية التي ستطبق مقاربات هجينة PoW / PoS ستكون أيضًا فريدة ولن تتبع بالضرورة البنية التي جربتها Decred.