प्रूफ-ऑफ़-स्टेक (PoS)

प्रूफ-ऑफ़-स्टेक (PoS) इथेरियम के सर्वसम्मति तंत्र का आधार है। इथेरियम ने 2022 में अपने प्रूफ-ऑफ़-स्टेक तंत्र को चालू किया क्योंकि यह पिछले प्रूफ-ऑफ-वर्क आर्किटेक्चर की तुलना में अधिक सुरक्षित, कम ऊर्जा-गहन और नए स्केलिंग समाधानों को लागू करने के लिए बेहतर है।

पूर्वापेक्षाएँ

इस पृष्ठ को बेहतर ढंग से समझने के लिए, हम अनुशंसा करते हैं कि आप पहले सर्वसम्मति तंत्र के बारे में पढ़ें।

प्रूफ-ऑफ़-स्टेक (PoS) क्या है?

प्रूफ-ऑफ़-स्टेक यह साबित करने का एक तरीका है कि सत्यापकों ने नेटवर्क में कुछ मूल्यवान रखा है जिसे बेईमानी से काम करने पर नष्ट किया जा सकता है। इथेरियम के प्रूफ-ऑफ़-स्टेक में, सत्यापक स्पष्ट रूप से इथेरियम पर एक स्मार्ट अनुबंध में ETH के रूप में पूंजी स्टेक करते हैं। इसके बाद सत्यापक यह जाँचने के लिए ज़िम्मेदार होता है कि नेटवर्क पर प्रसारित नए ब्लॉक मान्य हैं और कभी-कभी वे स्वयं नए ब्लॉक बनाते और प्रसारित करते हैं। यदि वे नेटवर्क को धोखा देने का प्रयास करते हैं (उदाहरण के लिए, जब उन्हें एक भेजना चाहिए तब कई ब्लॉकों का प्रस्ताव देकर या परस्पर विरोधी अनुप्रमाणन भेजकर), तो उनके स्टेक किए गए ETH का कुछ या पूरा हिस्सा नष्ट किया जा सकता है।

सत्यापक

एक सत्यापक के रूप में भाग लेने के लिए, उपयोगकर्ता को जमा अनुबंध में 32 ETH जमा करने होंगे और सॉफ़्टवेयर के तीन अलग-अलग हिस्से चलाने होंगे: एक निष्पादन क्लाइंट, एक सर्वसम्मति क्लाइंट और एक सत्यापक क्लाइंट। अपना ETH जमा करने पर, उपयोगकर्ता एक सक्रियण कतार में शामिल हो जाता है जो नेटवर्क में शामिल होने वाले नए सत्यापकों की दर को सीमित करती है। एक बार सक्रिय होने के बाद, सत्यापकों को इथेरियम नेटवर्क पर साथियों (peers) से नए ब्लॉक प्राप्त होते हैं। ब्लॉक में दिए गए लेन-देन को फिर से निष्पादित किया जाता है ताकि यह जाँचा जा सके कि इथेरियम की स्थिति में प्रस्तावित परिवर्तन मान्य हैं, और ब्लॉक हस्ताक्षर की जाँच की जाती है। इसके बाद सत्यापक पूरे नेटवर्क में उस ब्लॉक के पक्ष में एक वोट (जिसे अनुप्रमाणन कहा जाता है) भेजता है।

जबकि प्रूफ-ऑफ-वर्क के तहत, ब्लॉकों का समय खनन कठिनाई द्वारा निर्धारित किया जाता है, प्रूफ-ऑफ़-स्टेक में, गति निश्चित होती है। प्रूफ-ऑफ़-स्टेक इथेरियम में समय को स्लॉट (12 सेकंड) और एपॉक (32 स्लॉट) में विभाजित किया गया है। प्रत्येक स्लॉट में एक सत्यापक को यादृच्छिक रूप से ब्लॉक प्रस्तावक के रूप में चुना जाता है। यह सत्यापक एक नया ब्लॉक बनाने और उसे नेटवर्क पर अन्य नोड्स को भेजने के लिए ज़िम्मेदार है। इसके अलावा हर स्लॉट में, सत्यापकों की एक समिति को यादृच्छिक रूप से चुना जाता है, जिसके वोटों का उपयोग प्रस्तावित किए जा रहे ब्लॉक की वैधता निर्धारित करने के लिए किया जाता है। नेटवर्क लोड को प्रबंधनीय रखने के लिए सत्यापक सेट को समितियों में विभाजित करना महत्वपूर्ण है। समितियाँ सत्यापक सेट को इस तरह विभाजित करती हैं कि प्रत्येक सक्रिय सत्यापक हर एपॉक में अनुप्रमाणन करता है, लेकिन हर स्लॉट में नहीं।

इथेरियम PoS में लेन-देन कैसे निष्पादित होता है

निम्नलिखित इस बात की शुरू से अंत तक व्याख्या प्रदान करता है कि इथेरियम प्रूफ-ऑफ़-स्टेक में लेन-देन कैसे निष्पादित होता है।

एक उपयोगकर्ता अपनी निजी कुंजी के साथ एक लेन-देन बनाता है और उस पर हस्ताक्षर करता है। यह आमतौर पर एक वॉलेट या लाइब्रेरी जैसे Ethers.js (opens in a new tab), web3js (opens in a new tab), web3py (opens in a new tab) आदि द्वारा नियंत्रित किया जाता है, लेकिन तकनीकी रूप से (under the hood) उपयोगकर्ता इथेरियम जेसन-आरपीसी API का उपयोग करके एक नोड से अनुरोध कर रहा होता है। उपयोगकर्ता गैस की वह मात्रा परिभाषित करता है जिसे वे सत्यापक को टिप के रूप में भुगतान करने के लिए तैयार हैं ताकि उन्हें ब्लॉक में लेन-देन शामिल करने के लिए प्रोत्साहित किया जा सके। टिप का भुगतान सत्यापक को किया जाता है जबकि आधार शुल्क बर्न (नष्ट) हो जाता है।
लेन-देन एक इथेरियम निष्पादन क्लाइंट को प्रस्तुत किया जाता है जो इसकी वैधता की पुष्टि करता है। इसका मतलब यह सुनिश्चित करना है कि प्रेषक के पास लेन-देन को पूरा करने के लिए पर्याप्त ETH है और उन्होंने सही कुंजी के साथ इस पर हस्ताक्षर किए हैं।
यदि लेन-देन मान्य है, तो निष्पादन क्लाइंट इसे अपने स्थानीय मेमपूल (लंबित लेन-देन की सूची) में जोड़ता है और इसे निष्पादन परत गॉसिप नेटवर्क पर अन्य नोड्स को भी प्रसारित करता है। जब अन्य नोड्स लेन-देन के बारे में सुनते हैं तो वे इसे अपने स्थानीय मेमपूल में भी जोड़ लेते हैं। उन्नत उपयोगकर्ता अपने लेन-देन को प्रसारित करने से बच सकते हैं और इसके बजाय इसे विशेष ब्लॉक बिल्डरों जैसे Flashbots Auction (opens in a new tab) को अग्रेषित कर सकते हैं। यह उन्हें अधिकतम लाभ (MEV) के लिए आगामी ब्लॉकों में लेन-देन को व्यवस्थित करने की अनुमति देता है।
नेटवर्क पर सत्यापक नोड्स में से एक वर्तमान स्लॉट के लिए ब्लॉक प्रस्तावक होता है, जिसे पहले RANDAO का उपयोग करके छद्म-यादृच्छिक (pseudo-randomly) रूप से चुना गया था। यह नोड इथेरियम ब्लॉकचेन में जोड़े जाने वाले अगले ब्लॉक को बनाने और प्रसारित करने और वैश्विक स्थिति को अपडेट करने के लिए ज़िम्मेदार है। नोड तीन भागों से बना है: एक निष्पादन क्लाइंट, एक सर्वसम्मति क्लाइंट और एक सत्यापक क्लाइंट। निष्पादन क्लाइंट स्थानीय मेमपूल से लेन-देन को एक "निष्पादन पेलोड" में बंडल करता है और स्थिति परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए उन्हें स्थानीय रूप से निष्पादित करता है। यह जानकारी सर्वसम्मति क्लाइंट को दी जाती है जहाँ निष्पादन पेलोड को "बीकन ब्लॉक" के हिस्से के रूप में लपेटा जाता है जिसमें पुरस्कारों, दंडों, कटौतियों (slashings), अनुप्रमाणनों आदि के बारे में जानकारी भी होती है जो नेटवर्क को चेन के शीर्ष पर ब्लॉकों के अनुक्रम पर सहमत होने में सक्षम बनाती है। निष्पादन और सर्वसम्मति क्लाइंट के बीच संचार का अधिक विस्तार से वर्णन सर्वसम्मति और निष्पादन क्लाइंट को जोड़ना में किया गया है।
अन्य नोड्स सर्वसम्मति परत गॉसिप नेटवर्क पर नया बीकन ब्लॉक प्राप्त करते हैं। वे इसे अपने निष्पादन क्लाइंट को पास करते हैं जहाँ लेन-देन को स्थानीय रूप से फिर से निष्पादित किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि प्रस्तावित स्थिति परिवर्तन मान्य है। इसके बाद सत्यापक क्लाइंट यह अनुप्रमाणित करता है कि ब्लॉक मान्य है और चेन के उनके दृष्टिकोण में तार्किक अगला ब्लॉक है (जिसका अर्थ है कि यह फ़ोर्क विकल्प नियमों में परिभाषित अनुप्रमाणनों के सबसे बड़े भार वाली चेन पर बनता है)। ब्लॉक को प्रत्येक नोड के स्थानीय डेटाबेस में जोड़ा जाता है जो इसे अनुप्रमाणित करता है।
लेन-देन को "अंतिम रूप दिया गया" माना जा सकता है यदि यह दो जाँच-बिंदुओं के बीच "महाबहुमत लिंक" वाली चेन का हिस्सा बन गया है। जाँच-बिंदु प्रत्येक एपॉक की शुरुआत में होते हैं और वे इस तथ्य को ध्यान में रखने के लिए मौजूद होते हैं कि प्रत्येक स्लॉट में सक्रिय सत्यापकों का केवल एक उपसमूह ही अनुप्रमाणन करता है, लेकिन सभी सक्रिय सत्यापक प्रत्येक एपॉक में अनुप्रमाणन करते हैं। इसलिए, केवल एपॉक के बीच ही 'महाबहुमत लिंक' प्रदर्शित किया जा सकता है (यह वह जगह है जहाँ नेटवर्क पर कुल स्टेक किए गए ETH का 66% दो जाँच-बिंदुओं पर सहमत होता है)।

अंतिमता पर अधिक विवरण नीचे पाया जा सकता है।

अंतिमता

वितरित नेटवर्क में एक लेन-देन में "अंतिमता" तब होती है जब यह एक ऐसे ब्लॉक का हिस्सा होता है जिसे बड़ी मात्रा में ETH को बर्न किए बिना नहीं बदला जा सकता है। प्रूफ-ऑफ़-स्टेक इथेरियम पर, इसे "जाँच-बिंदु" ब्लॉकों का उपयोग करके प्रबंधित किया जाता है। प्रत्येक एपॉक में पहला ब्लॉक एक जाँच-बिंदु होता है। सत्यापक जाँच-बिंदुओं के उन जोड़ों के लिए वोट करते हैं जिन्हें वे मान्य मानते हैं। यदि जाँच-बिंदुओं का एक जोड़ा कुल स्टेक किए गए ETH के कम से कम दो-तिहाई का प्रतिनिधित्व करने वाले वोटों को आकर्षित करता है, तो जाँच-बिंदुओं को अपग्रेड किया जाता है। दोनों में से अधिक हालिया (लक्ष्य) "औचित्य-सिद्ध" हो जाता है। दोनों में से पहले वाला पहले से ही औचित्य-सिद्ध है क्योंकि यह पिछले एपॉक में "लक्ष्य" था। अब इसे "अंतिम रूप दिया गया" में अपग्रेड कर दिया गया है। जाँच-बिंदुओं को अपग्रेड करने की यह प्रक्रिया कैस्पर द फ्रेंडली फाइनलिटी गैजेट (कैस्पर एफएफजी) (opens in a new tab) द्वारा नियंत्रित की जाती है। कैस्पर एफएफजी सर्वसम्मति के लिए एक ब्लॉक अंतिमता उपकरण है। एक बार जब किसी ब्लॉक को अंतिम रूप दे दिया जाता है, तो इसे स्टेकर्स की बहुमत कटौती (slashing) के बिना रिवर्ट या बदला नहीं जा सकता है, जिससे यह आर्थिक रूप से अव्यवहार्य हो जाता है।

एक अंतिम रूप दिए गए ब्लॉक को रिवर्ट करने के लिए, एक हमलावर को स्टेक किए गए ETH की कुल आपूर्ति का कम से कम एक-तिहाई खोने की प्रतिबद्धता करनी होगी। इसका सटीक कारण इस एथेरियम फाउंडेशन ब्लॉग पोस्ट (opens in a new tab) में समझाया गया है। चूँकि अंतिमता के लिए दो-तिहाई बहुमत की आवश्यकता होती है, एक हमलावर कुल स्टेक के एक-तिहाई के साथ मतदान करके नेटवर्क को अंतिमता तक पहुँचने से रोक सकता है। इससे बचाव के लिए एक तंत्र है: निष्क्रियता क्षरण (opens in a new tab)। यह तब सक्रिय होता है जब चेन चार से अधिक एपॉक के लिए अंतिम रूप देने में विफल रहती है। निष्क्रियता क्षरण बहुमत के खिलाफ मतदान करने वाले सत्यापकों से स्टेक किए गए ETH को धीरे-धीरे कम कर देता है, जिससे बहुमत को दो-तिहाई बहुमत वापस पाने और चेन को अंतिम रूप देने की अनुमति मिलती है।

क्रिप्टो-आर्थिक सुरक्षा

सत्यापक चलाना एक प्रतिबद्धता है। सत्यापक से ब्लॉक सत्यापन और प्रस्ताव में भाग लेने के लिए पर्याप्त हार्डवेयर और कनेक्टिविटी बनाए रखने की अपेक्षा की जाती है। बदले में, सत्यापक को ETH में भुगतान किया जाता है (उनका स्टेक किया गया बैलेंस बढ़ जाता है)। दूसरी ओर, एक सत्यापक के रूप में भाग लेने से उपयोगकर्ताओं के लिए व्यक्तिगत लाभ या तोड़फोड़ के लिए नेटवर्क पर हमला करने के नए रास्ते भी खुलते हैं। इसे रोकने के लिए, यदि सत्यापक बुलाए जाने पर भाग लेने में विफल रहते हैं तो वे ETH पुरस्कारों से चूक जाते हैं, और यदि वे बेईमानी से व्यवहार करते हैं तो उनका मौजूदा स्टेक नष्ट किया जा सकता है। दो प्राथमिक व्यवहारों को बेईमान माना जा सकता है: एक ही स्लॉट में कई ब्लॉकों का प्रस्ताव देना (equivocating) और विरोधाभासी अनुप्रमाणन प्रस्तुत करना।

काटे गए (slashed) ETH की मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि लगभग उसी समय कितने अन्य सत्यापकों की भी कटौती की जा रही है। इसे "सहसंबंध दंड (correlation penalty)" (opens in a new tab) के रूप में जाना जाता है, और यह मामूली हो सकता है (अपने दम पर काटे गए एकल सत्यापक के लिए ~1% स्टेक) या इसके परिणामस्वरूप सत्यापक का 100% स्टेक नष्ट हो सकता है (सामूहिक कटौती घटना)। यह एक मजबूर निकास अवधि के बीच में लगाया जाता है जो पहले दिन तत्काल दंड (1 ETH तक), 18वें दिन सहसंबंध दंड और अंततः 36वें दिन नेटवर्क से निष्कासन के साथ शुरू होता है। उन्हें हर दिन मामूली अनुप्रमाणन दंड मिलते हैं क्योंकि वे नेटवर्क पर मौजूद होते हैं लेकिन वोट जमा नहीं कर रहे होते हैं। इस सबका मतलब है कि एक समन्वित हमला हमलावर के लिए बहुत महंगा होगा।

फ़ोर्क विकल्प

जब नेटवर्क बेहतर और ईमानदारी से काम करता है, तो चेन के शीर्ष पर हमेशा केवल एक नया ब्लॉक होता है, और सभी सत्यापक इसे अनुप्रमाणित करते हैं। हालाँकि, नेटवर्क विलंबता के कारण या ब्लॉक प्रस्तावक द्वारा गोलमोल बात (equivocate) करने के कारण सत्यापकों के लिए चेन के शीर्ष के अलग-अलग दृष्टिकोण होना संभव है। इसलिए, सर्वसम्मति क्लाइंट्स को यह तय करने के लिए एक एल्गोरिदम की आवश्यकता होती है कि किसका पक्ष लिया जाए। प्रूफ-ऑफ़-स्टेक इथेरियम में उपयोग किए जाने वाले एल्गोरिदम को एलएमडी-घोस्ट (opens in a new tab) कहा जाता है, और यह उस फ़ोर्क की पहचान करके काम करता है जिसके इतिहास में अनुप्रमाणनों का सबसे बड़ा भार है।

प्रूफ-ऑफ़-स्टेक और सुरक्षा

51% हमले (opens in a new tab) का खतरा अभी भी प्रूफ-ऑफ़-स्टेक पर मौजूद है जैसा कि प्रूफ-ऑफ-वर्क पर है, लेकिन यह हमलावरों के लिए और भी जोखिम भरा है। एक हमलावर को स्टेक किए गए ETH के 51% की आवश्यकता होगी। फिर वे यह सुनिश्चित करने के लिए अपने स्वयं के अनुप्रमाणनों का उपयोग कर सकते हैं कि उनका पसंदीदा फ़ोर्क सबसे अधिक संचित अनुप्रमाणनों वाला था। संचित अनुप्रमाणनों का 'भार' वह है जिसका उपयोग सर्वसम्मति क्लाइंट सही चेन निर्धारित करने के लिए करते हैं, इसलिए यह हमलावर अपने फ़ोर्क को विहित (canonical) बनाने में सक्षम होगा। हालाँकि, प्रूफ-ऑफ-वर्क की तुलना में प्रूफ-ऑफ़-स्टेक की एक ताकत यह है कि समुदाय के पास जवाबी हमला करने में लचीलापन है। उदाहरण के लिए, ईमानदार सत्यापक अल्पसंख्यक चेन पर निर्माण जारी रखने और हमलावर के फ़ोर्क को अनदेखा करने का निर्णय ले सकते हैं, जबकि ऐप्स, एक्सचेंजों और पूलों को भी ऐसा करने के लिए प्रोत्साहित कर सकते हैं। वे हमलावर को नेटवर्क से जबरन हटाने और उनके स्टेक किए गए ETH को नष्ट करने का भी निर्णय ले सकते हैं। ये 51% हमले के खिलाफ मजबूत आर्थिक बचाव हैं।

51% हमलों के अलावा, बुरे तत्व अन्य प्रकार की दुर्भावनापूर्ण गतिविधियों का भी प्रयास कर सकते हैं, जैसे:

लंबी दूरी के हमले (हालाँकि अंतिमता गैजेट इस हमले के वेक्टर को बेअसर कर देता है)
छोटी दूरी के 'पुनर्गठन (reorgs)' (हालाँकि प्रस्तावक बूस्टिंग और अनुप्रमाणन समय सीमा इसे कम करती है)
बाउंसिंग और बैलेंसिंग हमले (प्रस्तावक बूस्टिंग द्वारा भी कम किए गए, और ये हमले वैसे भी केवल आदर्श नेटवर्क स्थितियों के तहत प्रदर्शित किए गए हैं)
हिमस्खलन (avalanche) हमले (केवल नवीनतम संदेश पर विचार करने के फ़ोर्क विकल्प एल्गोरिदम नियम द्वारा बेअसर)

कुल मिलाकर, प्रूफ-ऑफ़-स्टेक, जैसा कि इसे इथेरियम पर लागू किया गया है, प्रूफ-ऑफ-वर्क की तुलना में अधिक आर्थिक रूप से सुरक्षित साबित हुआ है।

पक्ष और विपक्ष

पक्ष	विपक्ष
स्टेकिंग व्यक्तियों के लिए नेटवर्क को सुरक्षित करने में भाग लेना आसान बनाता है, जिससे विकेंद्रीकरण को बढ़ावा मिलता है। सत्यापक नोड को एक सामान्य लैपटॉप पर चलाया जा सकता है। स्टेकिंग पूल उपयोगकर्ताओं को 32 ETH के बिना स्टेक करने की अनुमति देते हैं।	प्रूफ-ऑफ़-स्टेक प्रूफ-ऑफ-वर्क की तुलना में नया है और कम परखा हुआ (battle-tested) है।
स्टेकिंग अधिक विकेंद्रीकृत है। पैमाने की अर्थव्यवस्थाएँ (Economies of scale) उसी तरह लागू नहीं होती हैं जैसे वे PoW खनन के लिए होती हैं।	प्रूफ-ऑफ़-स्टेक को लागू करना प्रूफ-ऑफ-वर्क की तुलना में अधिक जटिल है।
प्रूफ-ऑफ़-स्टेक प्रूफ-ऑफ-वर्क की तुलना में अधिक क्रिप्टो-आर्थिक सुरक्षा प्रदान करता है।	इथेरियम के प्रूफ-ऑफ़-स्टेक में भाग लेने के लिए उपयोगकर्ताओं को सॉफ़्टवेयर के तीन हिस्से चलाने की आवश्यकता होती है।
नेटवर्क प्रतिभागियों को प्रोत्साहित करने के लिए नए ETH के कम निर्गमन की आवश्यकता होती है।

प्रूफ-ऑफ-वर्क से तुलना

इथेरियम ने मूल रूप से प्रूफ-ऑफ-वर्क का उपयोग किया था लेकिन सितंबर 2022 में प्रूफ-ऑफ़-स्टेक पर स्विच कर दिया। PoS, PoW पर कई लाभ प्रदान करता है, जैसे:

बेहतर ऊर्जा दक्षता - प्रूफ-ऑफ-वर्क गणनाओं पर बहुत अधिक ऊर्जा का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है
प्रवेश के लिए कम बाधाएँ, कम हार्डवेयर आवश्यकताएँ - नए ब्लॉक बनाने का मौका पाने के लिए एलीट हार्डवेयर की कोई आवश्यकता नहीं है
कम केंद्रीकरण जोखिम - प्रूफ-ऑफ़-स्टेक से नेटवर्क को सुरक्षित करने वाले अधिक नोड्स होने चाहिए
कम ऊर्जा आवश्यकता के कारण भागीदारी को प्रोत्साहित करने के लिए कम ETH निर्गमन की आवश्यकता होती है
दुर्व्यवहार के लिए आर्थिक दंड प्रूफ-ऑफ-वर्क की तुलना में हमलावर के लिए 51% शैली के हमलों को अधिक महंगा बनाते हैं
यदि 51% हमला क्रिप्टो-आर्थिक सुरक्षा को पार कर जाता है, तो समुदाय एक ईमानदार चेन की सामाजिक पुनर्प्राप्ति का सहारा ले सकता है।