إثبات الحصة (⁦PoS⁩)

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

المتطلبات الأساسية

لفهم هذه الصفحة بشكل أفضل، نوصيك بقراءة المزيد عن آليات الإجماع أولاً.

ما هو إثبات الحصة (PoS)؟

إثبات الحصة هو طريقة لإثبات أن المُدَقِّقين قد وضعوا شيئًا ذا قيمة في الشبكة يمكن تدميره إذا تصرفوا بشكل غير نزيه. في إثبات الحصة الخاص بـ إيثيريوم، يقوم المُدَقِّقون صراحةً بتخزين رأس المال في شكل ETH في عقد ذكي على إيثيريوم. يكون المُدَقِّق 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 تصديقات متضاربة)، يمكن تدمير بعض أو كل ETH المخزنة الخاصة بهم.

المُدَقِّقون

للمشاركة كمُدَقِّق، يجب على المستخدم إيداع 32 ETH في عقد الإيداع وتشغيل ثلاثة برامج منفصلة: عميل التنفيذ، وعميل إجماع، وعميل مُدَقِّق. عند إيداع ETH الخاصة بهم، ينضم المستخدم إلى طابور تفعيل يحد من معدل انضمام المُدَقِّقين الجدد إلى الشبكة. بمجرد التفعيل، يتلقى المُدَقِّقون كتلاً جديدة من الأقران على شبكة إيثيريوم. يتم إعادة تنفيذ المعاملات المسلمة في الكتلة للتحقق من أن التغييرات المقترحة على حالة إيثيريوم صالحة، ويتم التحقق من توقيع الكتلة. يرسل المُدَقِّق بعد ذلك صوتًا (يسمى تصديقًا) لصالح تلك الكتلة عبر الشبكة.

بينما في ظل إثبات العمل، يتم تحديد توقيت الكتل من خلال صعوبة التعدين، فإن الإيقاع في إثبات الحصة ثابت. ينقسم الوقت في إيثيريوم إثبات الحصة إلى خانات (12 ثانية) وحقب (32 خانة). يتم اختيار مُدَقِّق واحد عشوائيًا ليكون مقترح الكتلة في كل خانة. هذا المُدَقِّق مسؤول عن إنشاء كتلة جديدة وإرسالها إلى العقد الأخرى على الشبكة. أيضًا في كل خانة، يتم اختيار لجنة من المُدَقِّقين عشوائيًا، وتُستخدم أصواتهم لتحديد صلاحية الكتلة المقترحة. يعد تقسيم مجموعة المُدَقِّقين إلى لجان أمرًا مهمًا للحفاظ على حمل الشبكة قابلاً للإدارة. تقسم اللجان مجموعة المُدَقِّقين بحيث يقوم كل مُدَقِّق نشط بالتصديق في كل حقبة، ولكن ليس في كل خانة.

كيف يتم تنفيذ المعاملة في إيثيريوم إثبات الحصة (PoS)

يوفر ما يلي شرحًا شاملاً لكيفية تنفيذ المعاملة في إيثيريوم إثبات الحصة.

يقوم المستخدم بإنشاء معاملة وتوقيعها باستخدام مفتاحه الخاص. عادةً ما يتم التعامل مع هذا بواسطة محفظة أو مكتبة مثل Ethers.js (opens in a new tab) أو web3js (opens in a new tab) أو web3py (opens in a new tab) وما إلى ذلك، ولكن داخليًا يقوم المستخدم بتقديم طلب إلى عقدة باستخدام JSON-RPC API الخاص بإيثيريوم. يحدد المستخدم كمية الغاز التي هو مستعد لدفعها كإكرامية للمُدَقِّق لتشجيعه على تضمين المعاملة في كتلة. يتم دفع الإكراميات للمُدَقِّق بينما يتم حرق الرسم الأساسي.
يتم إرسال المعاملة إلى عميل التنفيذ في إيثيريوم والذي يتحقق من صلاحيتها. هذا يعني التأكد من أن المرسل لديه ما يكفي من ETH لإتمام المعاملة وأنه قد قام بتوقيعها بالمفتاح الصحيح.
إذا كانت المعاملة صالحة، يضيفها عميل التنفيذ إلى مجمع الذاكرة المحلي الخاص به (قائمة المعاملات المعلقة) ويبثها أيضًا إلى العقد الأخرى عبر شبكة النشر (gossip network) في طبقة التنفيذ. عندما تتلقى العقد الأخرى المعاملة، فإنها تضيفها إلى مجمع الذاكرة المحلي الخاص بها أيضًا. قد يمتنع المستخدمون المتقدمون عن بث معاملاتهم وبدلاً من ذلك يرسلونها إلى بناة كتل متخصصين مثل Flashbots Auction (opens in a new tab). يتيح لهم ذلك تنظيم المعاملات في الكتل القادمة لتحقيق أقصى ربح (MEV).
إحدى عقد المُدَقِّقين على الشبكة هي مقترح الكتلة للخانة الحالية، حيث تم اختيارها مسبقًا بشكل شبه عشوائي باستخدام RANDAO. هذه العقدة مسؤولة عن بناء وبث الكتلة التالية لتتم إضافتها إلى سلسلة الكتل الخاصة بإيثيريوم وتحديث الحالة العالمية. تتكون العقدة من ثلاثة أجزاء: عميل التنفيذ، وعميل إجماع، وعميل مُدَقِّق. يقوم عميل التنفيذ بتجميع المعاملات من مجمع الذاكرة المحلي في "حمولة التنفيذ" وينفذها محليًا لإنشاء تغيير في الحالة. يتم تمرير هذه المعلومات إلى عميل الإجماع حيث يتم تغليف حمولة التنفيذ كجزء من "كتلة المنارة" التي تحتوي أيضًا على معلومات حول المكافآت، والعقوبات، والاقتطاعات، والتصديقات، وما إلى ذلك، والتي تمكن الشبكة من الاتفاق على تسلسل الكتل في رأس السلسلة. تم وصف الاتصال بين عميلي التنفيذ والإجماع بمزيد من التفصيل في ربط عملاء الإجماع والتنفيذ.
تتلقى العقد الأخرى كتلة المنارة الجديدة على شبكة النشر في طبقة الإجماع. يقومون بتمريرها إلى عميل التنفيذ الخاص بهم حيث يتم إعادة تنفيذ المعاملات محليًا للتأكد من أن تغيير الحالة المقترح صالح. ثم يصدق عميل المُدَقِّق على أن الكتلة صالحة وأنها الكتلة التالية المنطقية في رؤيتهم للسلسلة (مما يعني أنها تُبنى على السلسلة ذات الوزن الأكبر من التصديقات كما هو محدد في قواعد اختيار التفرع). تتم إضافة الكتلة إلى قاعدة البيانات المحلية في كل عقدة تصدق عليها.
يمكن اعتبار المعاملة "نهائية" إذا أصبحت جزءًا من سلسلة ذات "رابط الأغلبية الساحقة" بين نقطتي فحص. تحدث نقاط الفحص في بداية كل حقبة وهي موجودة لمراعاة حقيقة أن مجموعة فرعية فقط من المُدَقِّقين النشطين يصدقون في كل خانة، ولكن جميع المُدَقِّقين النشطين يصدقون عبر كل حقبة. لذلك، لا يمكن إثبات "رابط الأغلبية الساحقة" إلا بين الحقب (هذا هو المكان الذي يوافق فيه 66% من إجمالي ETH المخزنة على الشبكة على نقطتي فحص).

يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول النهائية أدناه.

النهائية

تتمتع المعاملة بـ "النهائية" في الشبكات الموزعة عندما تكون جزءًا من كتلة لا يمكن تغييرها دون حرق كمية كبيرة من ETH. في إيثيريوم إثبات الحصة، تتم إدارة ذلك باستخدام كتل "نقطة فحص". الكتلة الأولى في كل حقبة هي نقطة فحص. يصوت المُدَقِّقون لأزواج من نقاط الفحص التي يعتبرونها صالحة. إذا جذب زوج من نقاط الفحص أصواتًا تمثل ثلثي إجمالي ETH المخزنة على الأقل، تتم ترقية نقاط الفحص. تصبح الأحدث من بين الاثنتين (الهدف) "مبررة". الأقدم من بين الاثنتين مبررة بالفعل لأنها كانت "الهدف" في الحقبة السابقة. الآن تتم ترقيتها إلى "نهائية". تتم معالجة عملية ترقية نقاط الفحص هذه بواسطة كاسبر إف إف جي (Casper-FFG) (opens in a new tab). كاسبر إف إف جي هي أداة نهائية الكتلة للإجماع. بمجرد أن تصبح الكتلة نهائية، لا يمكن التراجع عنها أو تغييرها دون اقتطاع أغلبية المخزنين، مما يجعلها غير مجدية اقتصاديًا.

للتراجع عن كتلة نهائية، سيلتزم المهاجم بخسارة ثلث إجمالي المعروض من ETH المخزنة على الأقل. السبب الدقيق لذلك مشروح في منشور مدونة مؤسسة إيثيريوم (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 حصة التخزين. هناك آلية للدفاع ضد هذا: تسرب الخمول (opens in a new tab). يتم تفعيل هذا كلما فشلت السلسلة في الوصول إلى النهائية لأكثر من أربع حقب. يستنزف تسرب الخمول ETH المخزنة من المُدَقِّقين الذين يصوتون ضد الأغلبية، مما يسمح للأغلبية باستعادة أغلبية الثلثين وجعل السلسلة نهائية.

الأمان الاقتصادي المشفر

تشغيل مُدَقِّق هو التزام. يُتوقع من المُدَقِّق الحفاظ على أجهزة واتصال كافيين للمشاركة في تدقيق الكتلة واقتراحها. في المقابل، يتم الدفع للمُدَقِّق بـ ETH (يزداد رصيده المخزن). من ناحية أخرى، تفتح المشاركة كمُدَقِّق أيضًا طرقًا جديدة للمستخدمين لمهاجمة الشبكة لتحقيق مكاسب شخصية أو التخريب. لمنع ذلك، يفقد المُدَقِّقون مكافآت ETH إذا فشلوا في المشاركة عند استدعائهم، ويمكن تدمير حصة التخزين الحالية الخاصة بهم إذا تصرفوا بشكل غير نزيه. يمكن اعتبار سلوكين أساسيين غير نزيهين: اقتراح كتل متعددة في خانة واحدة (المراوغة) وتقديم تصديقات متناقضة.

تعتمد كمية ETH المقتطعة على عدد المُدَقِّقين الذين يتم اقتطاعهم أيضًا في نفس الوقت تقريبًا. يُعرف هذا باسم "عقوبة الارتباط" (opens in a new tab)، ويمكن أن تكون طفيفة (حوالي 1% من حصة التخزين لمُدَقِّق واحد يتم اقتطاعه بمفرده) أو يمكن أن تؤدي إلى تدمير 100% من حصة تخزين المُدَقِّق (حدث اقتطاع 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 تصديق طفيفة كل يوم لأنهم متواجدون على الشبكة ولكنهم لا يقدمون أصواتًا. كل هذا يعني أن الهجوم المنسق سيكون مكلفًا للغاية للمهاجم.

اختيار التفرع

عندما تعمل الشبكة بشكل مثالي ونزيه، لا يوجد سوى كتلة جديدة واحدة في رأس السلسلة، ويصدق عليها جميع المُدَقِّقين. ومع ذلك، من الممكن أن يكون لدى المُدَقِّقين وجهات نظر مختلفة حول رأس السلسلة بسبب زمن انتقال الشبكة أو لأن مقترح الكتلة قد راوغ. لذلك، يتطلب عملاء الإجماع خوارزمية لتحديد أيهما يفضلون. تسمى الخوارزمية المستخدمة في إيثيريوم إثبات الحصة إل إم دي جوست (LMD-GHOST) (opens in a new tab)، وتعمل من خلال تحديد التفرع الذي يتمتع بأكبر وزن من التصديقات 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 على المهاجمين. سيحتاج المهاجم إلى 51% من ETH المخزنة. يمكنهم بعد ذلك استخدام تصديقاتهم الخاصة لضمان أن التفرع المفضل لديهم هو التفرع الذي يحتوي على أكبر عدد من التصديقات المتراكمة. إن "وزن" التصديقات المتراكمة هو ما يستخدمه عملاء الإجماع لتحديد السلسلة الصحيحة، لذلك سيكون هذا المهاجم قادرًا على جعل التفرع الخاص به هو التفرع الأساسي (canonical). ومع ذلك، فإن إحدى نقاط قوة إثبات الحصة مقارنة بإثبات العمل هي أن المجتمع يتمتع بالمرونة في شن هجوم مضاد. على سبيل المثال، يمكن للمُدَقِّقين النزيهين أن يقرروا الاستمرار في البناء على سلسلة الأقلية وتجاهل تفرع المهاجم مع تشجيع التطبيقات والمنصات والمجمعات على فعل الشيء نفسه. يمكنهم أيضًا أن يقرروا إزالة المهاجم بالقوة من الشبكة وتدمير ETH المخزنة الخاصة 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 ناقل الهجوم هذا)
"إعادة التنظيم" قصيرة المدى (على الرغم من أن تعزيز المُقترِح والمواعيد النهائية للتصديق تخفف من ذلك)
هجمات الارتداد والموازنة (يتم التخفيف منها أيضًا عن طريق تعزيز المُقترِح، وقد تم إثبات هذه الهجمات على أي حال فقط في ظل ظروف الشبكة المثالية)
هجمات الانهيار الجليدي (يتم تحييدها بواسطة قاعدة خوارزميات اختيار التفرع المتمثلة في النظر فقط في أحدث رسالة)

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

الإيجابيات والسلبيات

الإيجابيات	السلبيات
يجعل التخزين من السهل على الأفراد المشاركة في تأمين الشبكة، مما يعزز اللامركزية. يمكن تشغيل عقدة مُدَقِّق على كمبيوتر محمول عادي. تسمح مجمعات التخزين للمستخدمين بالتخزين دون امتلاك 32 ETH.	إثبات الحصة أحدث وأقل اختبارًا في المعارك مقارنة بإثبات العمل
التخزين أكثر لامركزية. لا تنطبق وفورات الحجم بنفس الطريقة التي تنطبق بها على تعدين إثبات العمل (PoW).	إثبات الحصة أكثر تعقيدًا في التنفيذ من إثبات العمل
يوفر إثبات الحصة أمانًا اقتصاديًا مشفرًا أكبر من إثبات العمل	يحتاج المستخدمون إلى تشغيل ثلاثة برامج للمشاركة في إثبات الحصة الخاص بإيثيريوم.
يتطلب الأمر إصدارًا أقل من ETH الجديدة لتحفيز المشاركين في الشبكة

مقارنة مع إثبات العمل

استخدمت إيثيريوم في الأصل إثبات العمل ولكنها تحولت إلى إثبات الحصة في سبتمبر 2022. يوفر إثبات الحصة (PoS) العديد من المزايا مقارنة بإثبات 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 51% أكثر تكلفة للمهاجم مقارنة بإثبات العمل
يمكن للمجتمع اللجوء إلى استرداد اجتماعي لسلسلة نزيهة إذا تغلب هجوم 51% على الدفاعات الاقتصادية المشفرة.