إثبات الحصة (PoS)

يُعد إثبات الحصة (PoS) الأساس الذي تقوم عليه آلية الإجماع في إيثريوم. قامت إيثريوم بتفعيل آلية إثبات الحصة الخاصة بها في عام 2022 لأنها أكثر أمانًا، وأقل استهلاكًا للطاقة، وأفضل لتنفيذ حلول قابلية التوسّع الجديدة مقارنة ببنية إثبات العمل السابقة.

المتطلبات الأساسية

لفهم هذه الصفحة بشكل أفضل، نوصي بقراءة آليات الإجماع أولاً.

ما هو إثبات الحصة (PoS)؟

إثبات الحصة هو طريقة لإثبات أن المدقّقين قد وضعوا شيئًا ذا قيمة في الشبكة يمكن تدميره إذا تصرفوا بشكل غير نزيه. في إثبات الحصة الخاص بـ إيثريوم، يقوم المدقّقون صراحةً بتحصيص رأس المال في شكل ETH في عقد ذكي على إيثريوم. يكون المُدقِّق بعد ذلك مسؤولاً عن التحقق من أن الكتل الجديدة المنتشرة عبر الشبكة صالحة، ويقوم أحيانًا بإنشاء ونشر كتل جديدة بنفسه. إذا حاولوا الاحتيال على الشبكة (على سبيل المثال من خلال اقتراح كتل متعددة عندما يجب عليهم إرسال واحدة أو إرسال إقرارات متضاربة)، يمكن تدمير بعض أو كل ETH الذي تم تحصيصه.

المدقّقون

للمشاركة كمُدقِّق، يجب على المستخدم إيداع 32 ETH في عقد الإيداع وتشغيل ثلاثة برامج منفصلة: عميل التنفيذ، وعميل الإجماع، وعميل المُدقِّق. عند إيداع ETH الخاص بهم، ينضم المستخدم إلى قائمة انتظار التفعيل التي تحد من معدل انضمام المدقّقين الجدد إلى الشبكة. بمجرد التفعيل، يتلقى المدقّقون كتل جديدة من الأقران على شبكة إيثريوم. يُعاد تنفيذ المعاملات المسلمة في البلوك للتحقق من أن التغييرات المقترحة على حالة إيثريوم صالحة، ويتم التحقق من توقيع البلوك. ثم يرسل المُدقِّق تصويتًا (يسمى الإقرار) لصالح ذلك البلوك عبر الشبكة.

بينما في ظل إثبات العمل، يتم تحديد توقيت الكتل من خلال صعوبة التعدين، فإن الإيقاع في إثبات الحصة ثابت. يُقسم الوقت في إيثريوم المعتمد على إثبات الحصة إلى فترات زمنية (slots) (12 ثانية) وعصور (epochs) (32 فترة زمنية). يتم اختيار مُدقِّق واحد عشوائيًا ليكون مقترح الكتلة في كل فترة زمنية. هذا المُدقِّق مسؤول عن إنشاء بلوك جديد وإرساله إلى العقد الأخرى على الشبكة. أيضًا في كل فترة زمنية، يتم اختيار لجنة من المدقّقين عشوائيًا، وتُستخدم أصواتهم لتحديد صلاحية البلوك المقترح. يُعد تقسيم مجموعة المدقّقين إلى لجان أمرًا مهمًا للحفاظ على حمل الشبكة قابلاً للإدارة. تُقسم اللجان مجموعة المدقّقين بحيث يُقدم كل مُدقِّق نشط الإقرار في كل عصر، ولكن ليس في كل فترة زمنية.

كيف يتم تنفيذ معاملة في إثبات الحصة (PoS) على إيثريوم

يقدم ما يلي شرحًا شاملاً لكيفية تنفيذ معاملة في إثبات الحصة على إيثريوم.

1. يقوم المستخدم بإنشاء وتوقيع معاملة باستخدام المفتاح الخاص به. عادةً ما يتم التعامل مع هذا بواسطة محفظة أو مكتبة مثل ethers.js (opens in a new tab)، web3js (opens in a new tab)، web3py (opens in a new tab) وما إلى ذلك، ولكن في الكواليس يقوم المستخدم بتقديم طلب إلى عقدة باستخدام JSON-RPC API الخاص بإيثريوم. يحدد المستخدم كمية الغاز التي هو مستعد لدفعها كإكرامية للمُدقِّق لتشجيعه على تضمين المعاملة في بلوك. يتم دفع الإكراميات للمُدقِّق بينما يتم حرق الرسوم الأساسية.
2. يتم إرسال المعاملة إلى عميل التنفيذ في إيثريوم والذي يتحقق من صلاحيتها. هذا يعني التأكد من أن المرسل لديه ما يكفي من ETH لإتمام المعاملة وأنه قد قام بتوقيعها بالمفتاح الصحيح.
3. إذا كانت المعاملة صالحة، يضيفها عميل التنفيذ إلى مجمع الذاكرة (mempool) المحلي الخاص به (قائمة المعاملات المعلقة) ويقوم أيضًا ببثها إلى العقد الأخرى عبر شبكة النشر (gossip network) الخاصة بـ طبقة التنفيذ. عندما تسمع العقد الأخرى عن المعاملة، فإنها تضيفها إلى مجمع الذاكرة المحلي الخاص بها أيضًا. قد يمتنع المستخدمون المتقدمون عن بث معاملاتهم وبدلاً من ذلك يوجهونها إلى بناة كتل متخصصين مثل Flashbots Auction (opens in a new tab). يتيح لهم ذلك تنظيم المعاملات في الكتل القادمة لتحقيق أقصى ربح (أقصى قيمة قابلة للاستخراج (MEV)).
4. إحدى العقد المدققة على الشبكة هي مقترح الكتلة للفترة الزمنية الحالية، حيث تم اختيارها مسبقًا بشكل شبه عشوائي باستخدام RANDAO. هذه العقدة مسؤولة عن بناء وبث البلوك التالي ليتم إضافته إلى البلوك تشين الخاص بإيثريوم وتحديث الحالة العالمية. تتكون العقدة من ثلاثة أجزاء: عميل التنفيذ، وعميل الإجماع، وعميل المُدقِّق. يقوم عميل التنفيذ بتجميع المعاملات من مجمع الذاكرة المحلي في "حمولة تنفيذ" (execution payload) وينفذها محليًا لتوليد تغيير في الحالة. يتم تمرير هذه المعلومات إلى عميل الإجماع حيث يتم تغليف حمولة التنفيذ كجزء من "بلوك المنارة" (beacon block) الذي يحتوي أيضًا على معلومات حول المكافآت، والعقوبات، والعقوبة (slashings)، والإقرارات وما إلى ذلك، والتي تمكن الشبكة من الاتفاق على تسلسل الكتل في رأس السلسلة. تم وصف الاتصال بين عملاء التنفيذ والإجماع بمزيد من التفصيل في ربط عملاء الإجماع والتنفيذ.
5. تتلقى العقد الأخرى بلوك المنارة الجديد على شبكة النشر الخاصة بـ طبقة الإجماع. يمررونه إلى عميل التنفيذ الخاص بهم حيث يُعاد تنفيذ المعاملات محليًا للتأكد من أن تغيير الحالة المقترح صالح. ثم يقدم عميل المُدقِّق الإقرار بأن البلوك صالح وأنه البلوك التالي المنطقي في رؤيتهم للسلسلة (مما يعني أنه يُبنى على السلسلة ذات الوزن الأكبر من الإقرارات كما هو محدد في قواعد اختيار الانقسام). تتم إضافة البلوك إلى قاعدة البيانات المحلية في كل عقدة تقدم الإقرار له.
6. يمكن اعتبار المعاملة قد وصلت إلى "النهائية" إذا أصبحت جزءًا من سلسلة ذات "رابط أغلبية ساحقة" (supermajority link) بين نقطتي تفتيش (checkpoints). تحدث نقاط التفتيش في بداية كل عصر وهي موجودة لمراعاة حقيقة أن مجموعة فرعية فقط من المدقّقين النشطين يقدمون الإقرار في كل فترة زمنية، ولكن جميع المدقّقين النشطين يقدمون الإقرار عبر كل عصر. لذلك، لا يمكن إثبات "رابط الأغلبية الساحقة" إلا بين العصور (هذا هو المكان الذي يوافق فيه 66% من إجمالي ETH المُحصّص على الشبكة على نقطتي تفتيش).

يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول النهائية أدناه.

النهائية

تتمتع المعاملة بـ "النهائية" في الشبكات الموزعة عندما تكون جزءًا من بلوك لا يمكن تغييره دون حرق كمية كبيرة من ETH. في إيثريوم المعتمد على إثبات الحصة، تتم إدارة ذلك باستخدام كتل "نقاط التفتيش" (checkpoint). البلوك الأول في كل عصر هو نقطة تفتيش. يصوت المدقّقون لأزواج من نقاط التفتيش التي يعتبرونها صالحة. إذا جذب زوج من نقاط التفتيش أصواتًا تمثل ثلثي إجمالي ETH المُحصّص على الأقل، تتم ترقية نقاط التفتيش. تصبح الأحدث من الاثنين (الهدف) "مبررة" (justified). الأقدم من الاثنين مبررة بالفعل لأنها كانت "الهدف" في العصر السابق. الآن تتم ترقيتها إلى "نهائية" (finalized). تتم معالجة عملية ترقية نقاط التفتيش هذه بواسطة Casper the Friendly Finality Gadget (Casper-FFG) (opens in a new tab). Casper-FFG هي أداة نهائية الكتل للإجماع. بمجرد وصول البلوك إلى النهائية، لا يمكن التراجع عنه أو تغييره دون تطبيق العقوبة على أغلبية المساهمين، مما يجعله غير مجدٍ اقتصاديًا.

للتراجع عن بلوك وصل إلى النهائية، سيلتزم المهاجم بخسارة ثلث إجمالي المعروض من ETH المُحصّص على الأقل. تم شرح السبب الدقيق لذلك في منشور مدونة مؤسسة إيثريوم (opens in a new tab) هذا. نظرًا لأن النهائية تتطلب أغلبية الثلثين، يمكن للمهاجم منع الشبكة من الوصول إلى النهائية عن طريق التصويت بثلث إجمالي التحصيص. هناك آلية للدفاع ضد هذا: تسرب الخمول (inactivity leak) (opens in a new tab). يتم تنشيط هذا كلما فشلت السلسلة في الوصول إلى النهائية لأكثر من أربعة عصور. يستنزف تسرب الخمول ETH المُحصّص من المدقّقين الذين يصوتون ضد الأغلبية، مما يسمح للأغلبية باستعادة أغلبية الثلثين والوصول بالسلسلة إلى النهائية.

الأمان الاقتصادي التشفيري

تشغيل مُدقِّق هو التزام. يُتوقع من المُدقِّق الحفاظ على أجهزة واتصال كافيين للمشاركة في التحقق من الكتل واقتراحها. في المقابل، يتم الدفع للمُدقِّق بـ ETH (يزداد رصيده المُحصّص). من ناحية أخرى، تفتح المشاركة كمُدقِّق أيضًا طرقًا جديدة للمستخدمين لمهاجمة الشبكة لتحقيق مكاسب شخصية أو التخريب. لمنع ذلك، يفقد المدقّقون مكافآت ETH إذا فشلوا في المشاركة عند استدعائهم، ويمكن تدمير تحصيصهم الحالي إذا تصرفوا بشكل غير نزيه. يمكن اعتبار سلوكين أساسيين غير نزيهين: اقتراح كتل متعددة في فترة زمنية واحدة (المراوغة) وتقديم إقرارات متناقضة.

تعتمد كمية ETH التي يتم تطبيق العقوبة عليها على عدد المدقّقين الذين يتم تطبيق العقوبة عليهم أيضًا في نفس الوقت تقريبًا. يُعرف هذا باسم "عقوبة الارتباط" (correlation penalty) (opens in a new tab)، ويمكن أن تكون طفيفة (حوالي 1% من التحصيص لمُدقِّق واحد يتم تطبيق العقوبة عليه بمفرده) أو يمكن أن تؤدي إلى تدمير 100% من تحصيص المُدقِّق (حدث عقوبة جماعي). يتم فرضها في منتصف فترة خروج إجباري تبدأ بعقوبة فورية (تصل إلى 1 ETH) في اليوم الأول، وعقوبة الارتباط في اليوم 18، وأخيرًا، الطرد من الشبكة في اليوم 36. يتلقون عقوبات إقرار طفيفة كل يوم لأنهم متواجدون على الشبكة ولكنهم لا يقدمون أصواتًا. كل هذا يعني أن الهجوم المنسق سيكون مكلفًا للغاية للمهاجم.

اختيار الانقسام

عندما تعمل الشبكة بشكل مثالي ونزيه، لا يوجد سوى بلوك جديد واحد في رأس السلسلة، ويقدم جميع المدقّقين الإقرار له. ومع ذلك، من الممكن أن يكون لدى المدقّقين وجهات نظر مختلفة حول رأس السلسلة بسبب زمن انتقال الشبكة أو لأن مقترح الكتلة قد راوغ. لذلك، يتطلب عملاء الإجماع خوارزمية لتحديد أيهما يفضلون. تُسمى الخوارزمية المستخدمة في إثبات الحصة على إيثريوم LMD-GHOST (opens in a new tab)، وتعمل عن طريق تحديد الانقسام الذي يتمتع بأكبر وزن من الإقرارات في تاريخه.

إثبات الحصة والأمان

لا يزال خطر هجوم 51% (opens in a new tab) موجودًا في إثبات الحصة كما هو الحال في إثبات العمل، ولكنه أكثر خطورة بالنسبة للمهاجمين. سيحتاج المهاجم إلى 51% من ETH المُحصّص. يمكنهم بعد ذلك استخدام إقراراتهم الخاصة لضمان أن الانقسام المفضل لديهم هو الذي يحتوي على أكبر عدد من الإقرارات المتراكمة. "وزن" الإقرارات المتراكمة هو ما يستخدمه عملاء الإجماع لتحديد السلسلة الصحيحة، لذلك سيكون هذا المهاجم قادرًا على جعل الانقسام الخاص به هو الانقسام الأساسي (canonical). ومع ذلك، فإن إحدى نقاط قوة إثبات الحصة مقارنة بـ إثبات العمل هي أن المجتمع يتمتع بالمرونة في شن هجوم مضاد. على سبيل المثال، يمكن للمدقّقين النزيهين أن يقرروا الاستمرار في البناء على سلسلة الأقلية وتجاهل انقسام المهاجم مع تشجيع التطبيقات والمنصات والمجمعات على فعل الشيء نفسه. يمكنهم أيضًا أن يقرروا إزالة المهاجم بالقوة من الشبكة وتدمير ETH المُحصّص الخاص به. هذه دفاعات اقتصادية قوية ضد هجوم 51%.

بالإضافة إلى هجمات 51%، قد يحاول الفاعلون السيئون أيضًا أنواعًا أخرى من الأنشطة الخبيثة، مثل:

• هجمات بعيدة المدى (على الرغم من أن أداة النهائية تحيد متجه الهجوم هذا)
• "إعادة التنظيم" (reorgs) قصيرة المدى (على الرغم من أن تعزيز المقترح والمواعيد النهائية للإقرار تخفف من ذلك)
• هجمات الارتداد والموازنة (يتم التخفيف منها أيضًا عن طريق تعزيز المقترح، وقد تم إثبات هذه الهجمات على أي حال فقط في ظل ظروف الشبكة المثالية)
• هجمات الانهيار الجليدي (يتم تحييدها بواسطة قاعدة خوارزميات اختيار الانقسام المتمثلة في النظر فقط في أحدث رسالة)

بشكل عام، ثبت أن إثبات الحصة، كما هو مطبق على إيثريوم، أكثر أمانًا من الناحية الاقتصادية من إثبات العمل.

الإيجابيات والسلبيات

مقارنة مع إثبات العمل

استخدمت إيثريوم في الأصل إثبات العمل ولكنها تحولت إلى إثبات الحصة في سبتمبر 2022. يوفر إثبات الحصة (PoS) العديد من المزايا مقارنة بـ إثبات العمل (PoW)، مثل:

• كفاءة أفضل في استخدام الطاقة – ليست هناك حاجة لاستخدام الكثير من الطاقة في حسابات إثبات العمل
• حواجز دخول أقل، ومتطلبات أجهزة منخفضة – ليست هناك حاجة لأجهزة النخبة للحصول على فرصة لإنشاء كتل جديدة
• تقليل مخاطر المركزية – يجب أن يؤدي إثبات الحصة إلى قيام المزيد من العقد بتأمين الشبكة
• بسبب متطلبات الطاقة المنخفضة، يلزم إصدار أقل من ETH لتحفيز المشاركة
• العقوبات الاقتصادية على سوء السلوك تجعل هجمات بأسلوب 51% أكثر تكلفة للمهاجم مقارنة بـ إثبات العمل
• يمكن للمجتمع اللجوء إلى الاسترداد الاجتماعي لسلسلة نزيهة إذا تغلب هجوم 51% على الدفاعات الاقتصادية التشفيرية.

قراءة إضافية

• الأسئلة الشائعة حول إثبات الحصة (opens in a new tab) فيتاليك بوتيرين
• ما هو إثبات الحصة (opens in a new tab) ConsenSys
• ما هو إثبات الحصة ولماذا هو مهم (opens in a new tab) فيتاليك بوتيرين
• لماذا إثبات الحصة (نوفمبر 2020) (opens in a new tab) فيتاليك بوتيرين
• إثبات الحصة: كيف تعلمت أن أحب الذاتية الضعيفة (opens in a new tab) فيتاليك بوتيرين
• هجوم ودفاع إيثريوم المعتمد على إثبات الحصة (opens in a new tab)
• فلسفة تصميم إثبات الحصة (opens in a new tab) فيتاليك بوتيرين
• فيديو: فيتاليك بوتيرين يشرح إثبات الحصة لـ Lex Fridman (opens in a new tab)

مواضيع ذات صلة

• إثبات العمل
• إثبات السلطة