Proof-of-stake بمقابلہ proof-of-work

جب Ethereum لانچ ہوا، تو proof-of-stake کو Ethereum کو محفوظ بنانے کے لیے بھروسہ کیے جانے سے پہلے بہت زیادہ تحقیق اور ترقی کی ضرورت تھی۔ Proof-of-work ایک آسان میکانزم تھا جسے Bitcoin نے پہلے ہی ثابت کر دیا تھا، جس کا مطلب ہے کہ بنیادی ڈیولپرز Ethereum کو لانچ کرنے کے لیے اسے فوراً نافذ کر سکتے تھے۔ Proof-of-stake کو اس مقام تک پہنچانے میں مزید آٹھ سال لگے جہاں اسے نافذ کیا جا سکتا تھا۔

یہ صفحہ Ethereum کے proof-of-work سے proof-of-stake میں سوئچ کرنے کے پیچھے کی منطق اور اس میں شامل تجارتی سمجھوتوں کی وضاحت کرتا ہے۔

سیکیورٹی

Ethereum کے محققین proof-of-stake کو proof-of-work سے زیادہ محفوظ سمجھتے ہیں۔ تاہم، اسے حال ہی میں حقیقی Ethereum Mainnet کے لیے نافذ کیا گیا ہے اور یہ proof-of-work کے مقابلے میں کم وقت کا ثابت شدہ ہے۔ مندرجہ ذیل حصے proof-of-work کے مقابلے میں proof-of-stake کے سیکورٹی ماڈل کے فوائد اور نقصانات پر تبادلہ خیال کرتے ہیں۔

حملہ کرنے کی لاگت

Proof-of-stake میں، ویلیڈیٹرز کو ایک سمارٹ کنٹریکٹ میں کم از کم 32 ETH ایسکرو ("stake") کرنا ہوتا ہے۔ Ethereum غلط برتاؤ کرنے والے ویلیڈیٹرز کو سزا دینے کے لیے اسٹیک شدہ ایتھر کو تباہ کر سکتا ہے۔ اتفاق رائے پر پہنچنے کے لیے، کل اسٹیک شدہ ایتھر کا کم از کم 66% حصہ بلاکس کے ایک خاص سیٹ کے حق میں ووٹ دینا ہوتا ہے۔ >=66% اسٹیک کے ذریعے ووٹ دیے گئے بلاکس "حتمی" ہو جاتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ انہیں ہٹایا یا دوبارہ منظم نہیں کیا جا سکتا۔

نیٹ ورک پر حملہ کرنے کا مطلب ہو سکتا ہے چین کو حتمی شکل دینے سے روکنا یا کینونیکل چین میں بلاکس کی ایک خاص تنظیم کو یقینی بنانا جس سے کسی حملہ آور کو کسی طرح سے فائدہ پہنچے۔ اس کے لیے حملہ آور کو بڑی مقدار میں ایتھر جمع کرکے اور اس کے ساتھ براہ راست ووٹ دے کر یا ایماندار ویلیڈیٹرز کو کسی خاص طریقے سے ووٹ دینے کے لیے دھوکہ دے کر ایماندار اتفاق رائے کے راستے کو موڑنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایماندار ویلیڈیٹرز کو دھوکہ دینے والے نفیس، کم امکانی حملوں کے علاوہ، Ethereum پر حملہ کرنے کی لاگت اس اسٹیک کی لاگت ہے جو ایک حملہ آور کو اپنے حق میں اتفاق رائے کو متاثر کرنے کے لیے جمع کرنا پڑتا ہے۔

حملے کی سب سے کم لاگت کل اسٹیک کا 33% سے زیادہ ہے۔ کل اسٹیک کا 33% سے زیادہ رکھنے والا حملہ آور صرف آف لائن ہو کر حتمیت میں تاخیر کا سبب بن سکتا ہے۔ یہ نیٹ ورک کے لیے نسبتاً معمولی مسئلہ ہے کیونکہ ایک میکانزم ہے جسے "inactivity leak" کے نام سے جانا جاتا ہے جو آف لائن ویلیڈیٹرز سے اسٹیک کو اس وقت تک لیک کرتا ہے جب تک کہ آن لائن اکثریت اسٹیک کے 66% کی نمائندگی نہ کرے اور چین کو دوبارہ حتمی شکل دے سکے۔ یہ بھی نظریاتی طور پر ممکن ہے کہ ایک حملہ آور کل اسٹیک کے 33% سے تھوڑا زیادہ کے ساتھ دوہری حتمیت کا سبب بنے جب انہیں بلاک پروڈیوسر بننے کے لیے کہا جائے تو ایک کے بجائے دو بلاکس بنا کر اور پھر اپنے تمام ویلیڈیٹرز کے ساتھ ڈبل ووٹ دے کر۔ ہر فورک کو صرف 50% باقی ایماندار ویلیڈیٹرز کی ضرورت ہوتی ہے کہ وہ ہر بلاک کو پہلے دیکھیں، لہذا اگر وہ اپنے پیغامات کو صحیح وقت پر منظم کرنے میں کامیاب ہو جاتے ہیں، تو وہ دونوں فورکس کو حتمی شکل دے سکتے ہیں۔ اس کی کامیابی کا امکان کم ہے، لیکن اگر کوئی حملہ آور دوہری حتمیت کا سبب بننے میں کامیاب ہو جاتا ہے، تو Ethereum کمیونٹی کو ایک فورک کی پیروی کرنے کا فیصلہ کرنا پڑے گا، جس صورت میں حملہ آور کے ویلیڈیٹرز کو دوسرے پر لازمی طور پر سلیش کر دیا جائے گا۔

کل اسٹیک کے 33% سے زیادہ کے ساتھ، ایک حملہ آور کے پاس Ethereum نیٹ ورک پر معمولی (حتمیت میں تاخیر) یا زیادہ شدید (دوہری حتمیت) اثر ڈالنے کا موقع ہوتا ہے۔ نیٹ ورک پر 14,000,000 سے زیادہ ETH اسٹیک ہونے اور 1000$/ETH کی نمائندہ قیمت کے ساتھ، ان حملوں کو کرنے کی کم از کم لاگت 1000 x 14,000,000 x 0.33 = $4,620,000,000 ہے۔ حملہ آور یہ رقم سلیشنگ کے ذریعے کھو دے گا اور اسے نیٹ ورک سے نکال دیا جائے گا۔ دوبارہ حملہ کرنے کے لیے، انہیں اسٹیک کا 33% سے زیادہ (دوبارہ) جمع کرنا ہوگا اور اسے (دوبارہ) جلانا ہوگا۔ نیٹ ورک پر حملہ کرنے کی ہر کوشش پر 4.6 بلین ڈالر سے زیادہ لاگت آئے گی (1000$/ETH اور 14M ETH اسٹیک پر)۔ حملہ آور کو اس وقت بھی نیٹ ورک سے نکال دیا جاتا ہے جب انہیں سلیش کیا جاتا ہے، اور انہیں دوبارہ شامل ہونے کے لیے ایکٹیویشن قطار میں شامل ہونا پڑتا ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ بار بار حملے کی شرح نہ صرف اس شرح تک محدود ہے جس سے حملہ آور کل اسٹیک کا 33% سے زیادہ جمع کر سکتا ہے بلکہ اس وقت تک بھی محدود ہے جو اپنے تمام ویلیڈیٹرز کو نیٹ ورک پر آن بورڈ کرنے میں لگتا ہے۔ ہر بار جب حملہ آور حملہ کرتا ہے، وہ بہت غریب ہو جاتا ہے، اور باقی کمیونٹی امیر ہو جاتی ہے، جس کے نتیجے میں سپلائی کا جھٹکا لگتا ہے۔

دیگر حملے، جیسے 51% حملے یا کل اسٹیک کے 66% کے ساتھ حتمیت کی واپسی، کے لیے کافی زیادہ ETH کی ضرورت ہوتی ہے اور یہ حملہ آور کے لیے بہت زیادہ مہنگے ہوتے ہیں۔

اس کا proof-of-work سے موازنہ کریں۔ Proof-of-work Ethereum پر حملہ کرنے کی لاگت کل نیٹ ورک ہیش ریٹ کے 50% سے زیادہ کا مسلسل مالک ہونے کی لاگت تھی۔ یہ دوسرے مائنرز کو پیچھے چھوڑ کر مسلسل proof-of-work حل کا حساب لگانے کے لیے کافی کمپیوٹنگ پاور کے ہارڈ ویئر اور چلانے کے اخراجات کے برابر تھا۔ Ethereum کو زیادہ تر ASICs کے بجائے GPUs کا استعمال کرتے ہوئے مائن کیا گیا تھا، جس سے لاگت کم رہی (حالانکہ اگر Ethereum proof-of-work پر رہتا، تو ASIC مائننگ زیادہ مقبول ہو سکتی تھی)۔ ایک مخالف کو proof-of-work Ethereum نیٹ ورک پر حملہ کرنے کے لیے بہت سارے ہارڈ ویئر خریدنے اور اسے چلانے کے لیے بجلی کی ادائیگی کرنی ہوگی، لیکن کل لاگت حملہ شروع کرنے کے لیے کافی ETH جمع کرنے کے لیے درکار لاگت سے کم ہوگی۔ ایک 51% حملہ proof-of-stake کے مقابلے میں proof-of-work پر ~20 گنا کمopens in a new tab مہنگا ہے۔ اگر حملے کا پتہ چل جاتا اور ان کی تبدیلیوں کو ہٹانے کے لیے چین کو ہارڈ فورک کیا جاتا، تو حملہ آور نئے فورک پر حملہ کرنے کے لیے بار بار اسی ہارڈ ویئر کا استعمال کر سکتا تھا۔

پیچیدگی

Proof-of-stake, proof-of-work سے کہیں زیادہ پیچیدہ ہے۔ یہ proof-of-work کے حق میں ایک نکتہ ہو سکتا ہے کیونکہ آسان پروٹوکول میں حادثاتی طور پر بگس یا غیر ارادی اثرات متعارف کرانا مشکل ہے۔ تاہم، پیچیدگی کو برسوں کی تحقیق اور ترقی، سمیلیشنز، اور ٹیسٹ نیٹ کے نفاذ کے ذریعے قابو میں لایا گیا ہے۔ Proof-of-stake پروٹوکول کو پانچ الگ الگ ٹیموں نے (ہر ایک ایگزیکیوشن اور کنسنسس لیئرز پر) پانچ پروگرامنگ زبانوں میں آزادانہ طور پر نافذ کیا ہے، جو کلائنٹ بگس کے خلاف لچک فراہم کرتا ہے۔

Proof-of-stake کنسنسس منطق کو محفوظ طریقے سے تیار کرنے اور جانچنے کے لیے، Beacon Chain کو Ethereum Mainnet پر proof-of-stake کے نفاذ سے دو سال پہلے لانچ کیا گیا تھا۔ Beacon Chain نے proof-of-stake کی جانچ کے لیے ایک سینڈ باکس کے طور پر کام کیا، کیونکہ یہ ایک لائیو بلاکچین تھا جو proof-of-stake کنسنسس منطق کو نافذ کرتا تھا لیکن حقیقی Ethereum ٹرانزیکشنز کو چھوئے بغیر - مؤثر طریقے سے صرف خود پر اتفاق رائے پر پہنچتا تھا۔ ایک بار جب یہ کافی وقت تک مستحکم اور بگ سے پاک ہو گیا، تو Beacon Chain کو Ethereum Mainnet کے ساتھ "ضم" کر دیا گیا۔ ان سب نے proof-of-stake کی پیچیدگی کو اس مقام تک قابو کرنے میں اہم کردار ادا کیا جہاں غیر ارادی نتائج یا کلائنٹ بگس کا خطرہ بہت کم تھا۔

حملے کی سطح

Proof-of-stake, proof-of-work سے زیادہ پیچیدہ ہے، جس کا مطلب ہے کہ نمٹنے کے لیے زیادہ ممکنہ حملے کے ویکٹرز ہیں۔ کلائنٹس کو جوڑنے والے ایک پیئر ٹو پیئر نیٹ ورک کے بجائے، دو ہیں، ہر ایک الگ پروٹوکول کو نافذ کرتا ہے۔ ہر سلاٹ میں ایک بلاک تجویز کرنے کے لیے پہلے سے منتخب ایک مخصوص ویلیڈیٹر کا ہونا ڈینائل-آف-سروس کا امکان پیدا کرتا ہے جہاں بڑی مقدار میں نیٹ ورک ٹریفک اس مخصوص ویلیڈیٹر کو آف لائن کر دیتی ہے۔

ایسے طریقے بھی ہیں جن سے حملہ آور اپنے بلاکس یا توثیق کے اجراء کو احتیاط سے وقت دے سکتے ہیں تاکہ انہیں ایماندار نیٹ ورک کے ایک خاص تناسب سے موصول کیا جا سکے، جس سے وہ بعض طریقوں سے ووٹ دینے پر اثر انداز ہوں۔ آخر میں، ایک حملہ آور صرف اسٹیک کرنے اور کنسنسس میکانزم پر غلبہ حاصل کرنے کے لیے کافی ETH جمع کر سکتا ہے۔ ان میں سے ہر ایک حملے کے ویکٹر سے منسلک دفاعات ہیں، لیکن وہ proof-of-work کے تحت دفاع کے لیے موجود نہیں ہیں۔

وکندریقرت

Proof-of-stake, proof-of-work سے زیادہ وکندریقرت ہے کیونکہ مائننگ ہارڈ ویئر کی ہتھیاروں کی دوڑ افراد اور چھوٹی تنظیموں کو قیمت سے باہر کر دیتی ہے۔ جبکہ کوئی بھی تکنیکی طور پر معمولی ہارڈ ویئر کے ساتھ مائننگ شروع کر سکتا ہے، ادارہ جاتی مائننگ آپریشنز کے مقابلے میں ان کے کسی بھی انعام حاصل کرنے کا امکان بہت کم ہے۔ Proof-of-stake کے ساتھ، اسٹیکنگ کی لاگت اور اس اسٹیک پر فیصد واپسی سب کے لیے یکساں ہے۔ اس وقت ایک ویلیڈیٹر چلانے کے لیے 32 ETH کی لاگت آتی ہے۔

دوسری طرف، لیکویڈ اسٹیکنگ ڈیریویٹوز کی ایجاد نے مرکزیت کے خدشات کو جنم دیا ہے کیونکہ چند بڑے فراہم کنندگان بڑی مقدار میں اسٹیک شدہ ETH کا انتظام کرتے ہیں۔ یہ مسئلہ ہے اور اسے جلد از جلد درست کرنے کی ضرورت ہے، لیکن یہ اس سے زیادہ باریک بھی ہے جتنا یہ لگتا ہے۔ مرکزی اسٹیکنگ فراہم کرنے والوں کا ویلیڈیٹرز پر لازمی طور پر مرکزی کنٹرول نہیں ہوتا ہے - اکثر یہ ETH کا ایک مرکزی پول بنانے کا ایک طریقہ ہوتا ہے جسے بہت سے آزاد نوڈ آپریٹرز ہر شریک کو اپنے 32 ETH کی ضرورت کے بغیر اسٹیک کر سکتے ہیں۔

Ethereum کے لیے بہترین آپشن یہ ہے کہ ویلیڈیٹرز کو گھریلو کمپیوٹرز پر مقامی طور پر چلایا جائے، جس سے وکندریقرت کو زیادہ سے زیادہ کیا جائے۔ یہی وجہ ہے کہ Ethereum ان تبدیلیوں کی مزاحمت کرتا ہے جو نوڈ/ویلیڈیٹر چلانے کے لیے ہارڈ ویئر کی ضروریات میں اضافہ کرتی ہیں۔

پائیداری

Proof-of-stake بلاکچین کو محفوظ بنانے کا ایک کاربن-سستا طریقہ ہے۔ Proof-of-work کے تحت مائنرز ایک بلاک مائن کرنے کے حق کے لیے مقابلہ کرتے ہیں۔ مائنرز زیادہ کامیاب ہوتے ہیں جب وہ تیزی سے حساب کتاب کر سکتے ہیں، ہارڈ ویئر اور توانائی کی کھپت میں سرمایہ کاری کی ترغیب دیتے ہیں۔ یہ Ethereum کے proof-of-stake پر سوئچ کرنے سے پہلے اس کے لیے مشاہدہ کیا گیا تھا۔ Proof-of-stake میں منتقلی سے کچھ دیر پہلے، Ethereum تقریباً 78 TWh/yr استعمال کر رہا تھا - جتنا ایک چھوٹا ملک۔ تاہم، proof-of-stake پر سوئچ کرنے سے اس توانائی کے خرچ میں ~99.98% کی کمی واقع ہوئی۔ Proof-of-stake نے Ethereum کو ایک توانائی-موثر، کم کاربن پلیٹ فارم بنایا۔

Ethereum کی توانائی کی کھپت پر مزید

اجراء

Proof-of-stake Ethereum اپنی سیکیورٹی کے لیے proof-of-work Ethereum کے مقابلے میں بہت کم سکے جاری کر کے ادائیگی کر سکتا ہے کیونکہ ویلیڈیٹرز کو بجلی کے زیادہ اخراجات ادا نہیں کرنے پڑتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، ETH اپنی افراط زر کو کم کر سکتا ہے یا یہاں تک کہ جب بڑی مقدار میں ETH جلایا جاتا ہے تو وہ ڈیفلیشنری بھی بن سکتا ہے۔ کم افراط زر کی سطح کا مطلب ہے کہ Ethereum کی سیکیورٹی proof-of-work کے تحت اس سے سستی ہے۔

کیا آپ زیادہ بصری سیکھنے والے ہیں؟

جسٹن ڈریک کو proof-of-work پر proof-of-stake کے فوائد کی وضاحت کرتے ہوئے دیکھیں: