المؤلف: ريتشارد ريد، مساهم في ديكريد.

إجماع الهجين PoW/PoS

تعمل آلية إجماع blockchain على ضمان موافقة المشاركين على الوضع الحالي لشبكة blockchain. تحدد آلية الإجماع من يمكنه إضافة مجموعات جديدة من المعاملات، وأحد أغراضها الرئيسية هو ضمان عدم إعادة كتابة السلسلة.

إثبات العمل (Proof of Work)

تستطيع سلاسل الكتل ذات إجماع إثبات العمل (كما في البيتكوين) العمل فقط بفضل القائمين بالتعدين الذين يستخدمون عتادًا يتوقع إجابات المشكلات الرياضية بكفاءة. في كل مرة يقوم المُعدّن بتخمين صحيح، يمكنه بناء كتلة ستقبلها الشبكة. بينما قد يختار القائمون بالتعدين تعدين أي سلسلة، ستقبل الشبكة فقط السلسلة ذات أكبر دليل عمل متراكم (أي أكبر عدد من التجزئات أو التخمينات) كسلسلة شرعية. هذا يعني أن القائمين بالتعدين لديهم حافز للتعدين على أطول سلسلة، وعندما يرون كتلة جديدة، سيحاولون العثور على حل يسمح لهم ببنائها وإضافتها إلى الشبكة والحصول على المكافأة.

تكمن صعوبة إعادة كتابة (تعديل) بلوكشين الشبكة في أنه يسمح لها بالعمل كسجل لتتبع المعاملات المالية. عندما تظهر معاملة داخل كتلة تنقل عملات إلى محفظة، وبعد بناء عدة كتل فوقها (تأكيدات)، يصبح من غير المحتمل أن يتم إعادة كتابة الكتلة (والمعاملة).

إذا تمكن كيان ما من امتلاك قدرة هائلة من تجزئة (hashing) تتجاوز السلسلة الأساسية، فيمكنه إعادة كتابة (أو إعادة تنظيم) سلسلة الكتل عبر استخدام “الكتلة القديمة” بدلًا من آخر كتلة. هذا عرض مبسط لهجوم من هذا النوع، المعروف أيضًا بهجوم 51%: يقوم المهاجم بإجراء عملية باستخدام الكتلة X وإرسالها إلى بورصة، ثم يبدأ تعدين سلسلة موازية بشكل سري (لا يتم بث الكتل إلى الشبكة). بعد الحصول على العدد المطلوب من التأكيدات، يقوم المهاجم بتبادل العملات وسحبها من البورصة. عند إجراء السحب، يحرر المهاجم السلسلة الموازيـة، وإذا كانت تحتوي على PoW أكثر من السلسلة الأصلية، فستقبلها الشبكة كسلسلة شرعية وكذلك كنسخة من سجل المعاملات؛ وتختفي السلسلة الأصلية المعروضة (بما في ذلك إيداع المهاجم). ثم يمكن للمهاجم إنفاق هذه العملات مرة أخرى.

بما أن القائمين بالتعدين هم الوحيدون الذين يمكنهم إضافة كتل مباشرة إلى سلسلة الكريبتو المبنية على PoW، فهذا يمنحهم دورًا كبيرًا في إدارة الشبكة. ولإجراء أي تغييرات وفقًا لقواعد الشبكة المتفق عليها، يجب أن تحظى هذه التغييرات بدعم أغلبية دوال التجزئة (hashes). تتطلب “الـ Softforks” توفر قدر كافٍ من القائمين بالتعدين للتعرف على مجموعة القواعد الجديدة حتى يتمكن المستخدمون من إجراء المعاملات وهم يتوقعون أن تتم معالجة معاملاتهم بشكل صحيح وإدراجها في الكتل. أما “الـ Hardforks” فستقسم الشبكة إلى قسمين، وبحكم القاعدة الشائعة “السلسلة ذات أكبر PoW هي السلسلة الصحيحة للاتباع”، فسوف يقرر القائمون بالتعدين أيهما ستُعتبر شرعية.

إثبات الحصة (Proof of Stake)

إثبات الحصة هو طريقة بديلة لحل مسألة تحديد من سيكون قادرًا على إضافة كتل جديدة والتحقق من الحالة الحالية لبلوكشين الشبكة. بدلًا من أن يتنافس القائمون بالتعدين على حل مشكلة proof of stake، يتم تحديد منشئ الكتلة التالي عبر عملية تعتمد على عدد العملات الموجودة في المحافظ (أو في “الحصة”). تعمل هذه العملية لصالح الطرف الذي لديه أكبر مصلحة، وستتخذ قرارات مسؤولة لصالح الشبكة.

يُزيل إثبات الحصة الحاجة إلى التعدين كثيف استهلاك الطاقة، لكن غياب تكاليف الطاقة الكبيرة يخلق مشكلة أخرى، يشار إليها أحيانًا باسم “لا شيء على المحك”. في حالة حدوث تفرع في السلسلة، يُكافأ مُجسّمو (forgers) PoS (ويُستخدم “التـزوير/التوليد” عادة بدلًا من “التعدين”) على التعدين في كلتا السلسلتين، لأن تكلفته منخفضة جدًا عند التعدين في السلسلة الإضافية، ويمكنهم تجميع المكافآت من سلسلتين. هذه مشكلة للشبكة لأننا نفترض في البداية أنها تتكون من سلسلة واحدة فقط، وأن التوافق حول حالة تلك السلسلة الوحيدة هو الهدف الأساسي من آلية الإجماع هذه.

لإثبات الحصة أيضًا مشكلة إضافية تتمثل في توزيع الرموز. يتحمل القائمون بالتعدين في PoW تكاليف كبيرة (العتاد والكهرباء)، وغالبًا ما يتعين عليهم بيع جزء كبير من العملات التي يتم تعدينها لتغطية هذه النفقات. ونتيجة لذلك، تصبح العديد من العملات المتولدة متاحة للشراء في السوق بدلًا من أن تتراكم لدى القائمين بالتعدين. أما مُجسّمو PoS فعادةً ما تكون لديهم تكاليف تشغيلية منخفضة جدًا، لذلك لا يشعرون بالضغط نفسه لبيع هذه العملات التي يحصلون عليها مقابل دعم الشبكة. تميل الكتل (forgers) التي تمتلك عددًا كبيرًا من العملات إلى زيادة حصتها من العملات المتداولة لأنها تجمع مكافآت الكتل ورسومًا من مستخدمي الشبكة. وقد شُبّه ذلك بالإقطاع، حيث تملك الشبكة فعليًا من يملك العملات وتدار من قبلهم، ويدفع المستخدمون لهم “إيجارًا” مقابل استخدامها. لكن توجد أيضًا بعض القيود والقواعد التي تحد من المشاركة المباشرة في Proof of Stake.

PoW/PoS هجين

تهدف الأنظمة الهجينة الخاصة بإثبات العمل وإثبات الحصة إلى الاستفادة من مزايا النهجين مع موازنة نقاط الضعف لدى كل منهما. تعد Decred واحدة من العملات الرقمية القليلة التي تستخدم PoW وPoS في أشكالهما الأصلية، وتجمعهما معًا لإنشاء آلية إجماع متعددة العوامل أو هجينة.

تُعد “عملات الماسترنود” في بعض النواحي أيضًا هجينًا؛ إذ تحتوي على مكون مرتبط بإثبات العمل يؤدي الدور نفسه كما في البيتكوين، بالإضافة إلى دور للعُقد المتخصصة. عادةً توجد متطلبات إلزامية بأن تحتفظ هذه العُقد المتخصصة بقدر محدد من العملة لإثبات أنه يمكن الوثوق بها وأنها تعمل بما يحقق مصلحة الشبكة، وبالمثل كما يتعلق بـ Proof of Stake. Dash هي الماسترنود الأصلية وتسمّي هذا النموذج “Proof of Service”. يركز هذا المقال على الهجائن التي تحتوي على مكون Proof of Stake ولا يناقش الكم الكبير من العملات التي تحاكي الماسترنود أو Proof of Service.

يعمل مكوّن PoW في Decred بشكل مشابه لمشروعات أخرى تعتمد على PoW وتستخدم دالة التجزئة Blake-256. إن مكوّن PoW في Decred وطريقة دمجه في السلسلة فريدان ويستحقان شرحًا إضافيًا.

Чтобы принять участие в Proof of Stake Decred, холдеры должны установить временную блокировку своего DCR для покупки “тикетов”. Цена за отдельный тикет устанавливается рыночным механизмом, посредством которого система стремится к определенному количеству живых тикетов (40 960), если целевое число больше, чем цена, цена повышается, если меньше, то снижается. Когда кто-то покупает тикет, используемый ими DCR блокируется (то есть он не может их потратить) до тех пор, пока его тикет не будет псевдослучайно вызван для голосования или пока не истечет его время, примерно 142 дня. Это обеспечивает альтернативную стоимость для PoS, предназначенную для обеспечения того, чтобы у избирателей PoS была оболочка в игре и они действовали исключительно в интересах сети.

Участники PoS (также называемые избирателями или стейкхолдерами (держателями доли)) играют три разные роли: голосование за блок, голосование за изменения правил консенсуса и голосование за менеджмент на уровне проекта с использованием Politeia Proposal System. Первый из них, “голосование за блок”, - это способ, с помощью которого избиратели PoS самым непосредственным образом участвуют в поддержании консенсуса.

التصويت على الكتل

Когда PoW майнер on finds валидный блок, он транслирует его в сеть, но для того, чтобы этот блок считался действительным, он должен включать в себя голоса по крайней мере 3 - 5 случайно выбранных тикетов. PoS избиратели держат кошельки открытыми и готовы голосовать при вызове их тикетов (или они привлекают Провайдеров Услуг Голосования для голосования от их имени). Когда PoS тикет вызывается для голосования и голосует, его владелец получает вознаграждение.

Когда вызываются тикеты, они голосуют за принятие или отклонение обычных транзакций предыдущего блока. Узлы в сети не будут распознавать новый блок как действительный до тех пор, пока он не будет содержать не менее 3 голосов. Если большинство заявок на голосование отклоняют транзакции предыдущего блока, они возвращаются в пул памяти. Эти регулярные транзакции включают вознаграждение PoW майнеров, но не PoS избирателей.

Таким образом, PoS izбиратели имеют право лишать майнеров награды, не влияя на их собственные вознаграждения. Это ограничивает возможности PoW майнеров наложить вето на изменения согласованных правил сети, за которые голосуют стейкхолдерами. На самом деле, PoS izбиратели могут отклонить любое действие майнеров, которое им не нравится, приняв политику голосования “нет”; при обнаружении злонамеренного или неэффективного поведения, они препятствуют PoW майнерам от написания транзакций и получения вознаграждений.

Этот уровень верификации PoS значительно повышает безопасность сети и ее устойчивость к большинству атак. Обычный метод проведения атаки большинства с двойным расходованием состоит в том, чтобы переписать блокчейн, секретно извлекая альтернативную цепочку, а затем выпуская ее через определенный промежуток времени и используя преимущества аннулирования транзакций в “старой” цепочке (т. е. удвоить затраты ресурсов). Поскольку для Decred блоков требуется, чтобы входные данные из случайно выбранных тикетов считались действительными и не могли быть созданы PoW майнерами до тех пор, пока они не получили разрешение, майнеры не могут майнить в тайне, если они также не контролируют значительную долю живых тикетов (см. эти статьи).

Т гибридная конструкция PoW/PoS значительно увеличивает затраты на атаку сети, поскольку существует две отдельные системы, которые атакующий должен обойти. Компонент PoS, в частности, настроен таким образом, что тикеты могут быть получены но довольно медленно. В каждом блоке/интервале можно купить ограниченное количество тикетов, а покупка максимального их количества приводит к резкому увеличению цены. Кроме того, после покупки этих тикетов, средства, использованные для их покупки, будут ограничены по времени, в результате чего злоумышленник подвергнется девальвации заблокированных монет, произошедшей в результате атаки.

Требование, чтобы за каждый блок голосовали случайно выбранные стейкхолдеры, означает, что блокчейн должен быть доступен всем участникам по мере его майнинга, что повышает безопасность сети. Гибридная система Decred была разработана, чтобы также предоставить стейкхолдерам власть над PoW майнерами.

التصويت على تعديل الإجماع

قررت شركة Decred منذ البداية جعل أصحاب المصلحة في PoS هم القوة المهيمنة في اتخاذ القرارات ضمن إدارة سلسلة الكتل (بلوكشين). تتضمن قواعد الإجماع إجراءً للمصادقة على تحديثات، بحيث لا يمكن تطبيق أي تغيير في قواعد إجماع الشبكة إلا بعد أن يمر بعملية التصويت. لا يمكن إدخال التغييرات إلا إذا حصلت على موافقة ما لا يقل عن 75% من التذاكر للتصويت. تبدأ هذه العملية عندما تقوم نسبة محددة من القائمين بالتعدين (95%) والناخبين (75%) بتشغيل برنامج محدث يحتوي على تغييرات القواعد المخفية. إذا حصل الاقتراح على دعم 75% بعد فترة تصويت مدتها 4 أسابيع، يتم قبوله؛ وإلا يتم رفضه، وإذا لم يحصل على أي من أغلبية الأصوات، يبدأ تصويت جديد. إذا تم قبول الاقتراح، تصبح التعديلات نافذة بعد شهر.

إدارة المشروع: Politeia

تُوزّع مكافآت الكتلة في Decred بين القائمين بالتعدين PoW (60%) وناخبي PoS (30%) والخزانة (10%) لتمويل تطوير برامج مفتوحة المصدر تحقق أهداف المشروع. يحق لحاملي التذاكر التصويت على كيفية صرف هذه الأموال، وعلى ما ينبغي إضافته من وظائف، ويملي هؤلاء السياسة باستخدام منصة Politeia.

الخلاصة

نظرًا لأن ناخبي PoS يحصلون على 30% من مكافأة الكتلة، فلا يمكنهم دعم حصتهم النسبية من DCR المتداول ببساطة عن طريق الاحتفاظ بالحصة (staking). يتم توجيه معظم الـ DCR المُنشأ حديثًا إلى القائمين بالتعدين PoW مقابل الدور الذي يقومون به في حماية الشبكة والتخفيف من مشكلة “لا شيء على المحك” (nothing at stake) في أنظمة PoS. عادةً ما يُطلب من القائمين بالتعدين بيع جزء كبير من المكافآت التي يحصلون عليها لتغطية تكاليفهم التشغيلية، مما يضمن توفر كمية كافية من DCR في السوق.

يمثل بلوكشين Decred بنية فريدة وهو أحد أبرز الأمثلة على نظام هجيني PoW/PoS. وبالمثل، كما أن مشاريع الإجماع ذات PoS تمثل مجموعة عامة مع اختلافات كبيرة داخلها، فإن المشاريع المستقبلية التي تستخدم نهجًا هجينًا PoW/PoS ستكون أيضًا فريدة وليست بالضرورة أن تتبع إطار Decred.