การพิสูจน์การถือครอง
โปรโตคอล Proof-of-stake ( PoS ) เป็น กลไกฉันทามติประเภทหนึ่งสำหรับบล็อกเชนที่ทำงานโดยการเลือกผู้ตรวจสอบความถูกต้องตามสัดส่วนของปริมาณการถือครองในสกุลเงินดิจิทัล ที่เกี่ยวข้อง วิธีนี้ทำเพื่อหลีกเลี่ยงต้นทุนการคำนวณของ แผนการ Proof-of-work (PoW) การใช้งาน PoS ครั้งแรกที่ใช้งานได้จริงสำหรับสกุลเงินดิจิทัลคือPeercoinในปี 2012 แม้ว่าแผนการของมันบนพื้นผิวยังคงคล้ายกับ PoW ก็ตาม[ 1 ]
คำอธิบาย
เพื่อให้ธุรกรรมในบล็อกเชนได้รับการยอมรับ ธุรกรรมนั้นจะต้องถูกเพิ่มเข้าไปในบล็อกเชน ในบล็อกเชนแบบพิสูจน์การถือครอง (Proof-of-Stake) หน่วยงานที่เพิ่มธุรกรรมเข้าไปจะถูกเรียกว่าผู้สร้าง (minters)หรือ ผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย (Proof-of-Stake)ผู้ตรวจสอบ (ในแบบพิสูจน์การทำงานงานนี้ดำเนินการโดยผู้ขุด) [ 2 ]ในโปรโตคอลส่วนใหญ่ ผู้ตรวจสอบจะได้รับรางวัลสำหรับการทำเช่นนั้น [ 3 ]เพื่อให้บล็อกเชนมีความปลอดภัย ต้องมีกลไกในการป้องกันผู้ใช้หรือกลุ่มที่เป็นอันตรายจากการเข้าควบคุมการตรวจสอบส่วนใหญ่ PoS บรรลุเป้าหมายนี้โดยการกำหนดให้ผู้ตรวจสอบต้องมีโทเค็นบล็อกเชนจำนวนหนึ่ง ซึ่งกำหนดให้ผู้โจมตีที่มีศักยภาพต้องได้รับโทเค็นจำนวนมากบนบล็อกเชนเพื่อทำการโจมตี [ 4 ]
Proof-of-work (PoW) ซึ่งเป็นกลไกฉันทามติที่ใช้กันทั่วไปอีกแบบหนึ่ง ใช้การตรวจสอบความสามารถในการคำนวณเพื่อยืนยันธุรกรรม โดยกำหนดให้ผู้โจมตีที่มีศักยภาพต้องได้รับพลังการคำนวณจำนวนมากจากเครือข่ายผู้ตรวจสอบ[ 4 ]ซึ่งกระตุ้นให้มีการใช้พลังงานจำนวนมหาศาล PoS มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่า[ 5 ]
Riposo และ Gupta [ 6 ]แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ PoS อย่างเป็นทางการสามารถหาค่าเมตริกสำหรับผลกำไรที่คาดหวังของนักวางเดิมพันได้ พวกเขาแนะนำแบบจำลองวิธีไปข้างหน้าซึ่งคำนวณรางวัลการวางเดิมพันเป็นผลตอบแทนการวางเดิมพันต่อช่วงเวลาการตรวจสอบบล็อก และพิสูจน์ว่าดอกเบี้ยที่ได้นั้นเท่ากับอัตราส่วนของผลกำไรจากการวางเดิมพันเฉลี่ยต่อเหรียญที่วางเดิมพันทั้งหมด แบบจำลองนี้รวมปัจจัยเฉพาะของ PoS เช่น การลงโทษ (บทลงโทษสำหรับพฤติกรรมที่ไม่เหมาะสม) และมูลค่าที่ดึงได้สูงสุด (MEV) โดยแสดงให้เห็นว่าการลงโทษจะลดรางวัลที่คาดหวัง และ MEV เชื่อมโยงการดึงค่าธรรมเนียมการทำธุรกรรมกับผลกำไรจากการวางเดิมพันเฉลี่ย นอกจากนี้ ผู้เขียนยังได้แสดงให้เห็นแบบจำลองโดยใช้Ethereum 2.0และนำเสนอการอนุมานที่คล้ายกันสำหรับฉันทามติ PoW
การใช้งาน PoS ในช่วงแรกประสบปัญหาจากการโจมตีรูปแบบใหม่หลายครั้งที่ใช้ประโยชน์จากช่องโหว่เฉพาะของโปรโตคอล PoS ในที่สุด รูปแบบการออกแบบที่โดดเด่นสองแบบก็เกิดขึ้น ได้แก่ แนวทาง ที่อิงกับการทนต่อความผิดพลาดแบบไบแซนไทน์และแนวทางที่อิงกับห่วงโซ่[ 7 ] Bashir ระบุPoS เพิ่มอีกสามประเภท : [ 8 ]
- ระบบ PoS ที่ใช้คณะกรรมการ (หรือเรียกอีกอย่างว่าPoS ที่ได้รับการเสนอชื่อ , NPoS);
- การพิสูจน์การถือครองแบบมอบหมาย (DPoS);
- ระบบพิสูจน์การถือครองสินทรัพย์แบบสภาพคล่อง (LPoS)
การโจมตี
ช่องโหว่เพิ่มเติมของแผนการ PoS เกี่ยวข้องโดยตรงกับข้อได้เปรียบของมัน นั่นคือจำนวนการคำนวณที่ค่อนข้างน้อยที่จำเป็นเมื่อสร้างบล็อกเชน[ 9 ]
การโจมตีระยะไกล
ปริมาณพลังการประมวลผลที่ต่ำทำให้เกิดการโจมตีประเภทหนึ่งที่แทนที่ส่วนสำคัญของบล็อกเชนหลักด้วยเวอร์ชันที่ถูกยึดครอง การโจมตีเหล่านี้ถูกเรียกในเอกสารด้วยชื่อต่างๆ เช่นLong-Range , Alternative History , Alternate HistoryและHistory Revisionซึ่งเป็นไปไม่ได้ในระบบ PoW เนื่องจากปริมาณการคำนวณที่จำเป็นมีจำนวนมาก[ 10 ]บล็อกเชนในระยะเริ่มต้นมีความยืดหยุ่นต่อการเขียนใหม่มากกว่า เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะมีกลุ่มผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่เกี่ยวข้องน้อยกว่า ทำให้การสมรู้ร่วมคิดง่ายขึ้น หากมีการเสนอรางวัลต่อบล็อกและต่อธุรกรรม กลุ่มผู้ประสงค์ร้ายสามารถทำประวัติทั้งหมดใหม่และรวบรวมรางวัลเหล่านี้ได้[ 11 ]
การโจมตีแบบ "ระยะสั้น" แบบคลาสสิก ( การโจมตีโดยการติดสินบน ) ที่เขียนใหม่เพียงส่วนหางเล็กๆ ของห่วงโซ่ก็เป็นไปได้เช่นกัน[ 10 ]
ไม่มีอะไรต้องเสี่ยง
เนื่องจากผู้ตรวจสอบความถูกต้องไม่จำเป็นต้องใช้พลังการประมวลผลจำนวนมาก (และเงิน) ในกระบวนการนี้ พวกเขาจึงมีแนวโน้มที่จะ ถูกโจมตีแบบ Nothing-at-Stake : การมีส่วนร่วมในการตรวจสอบความถูกต้องที่ประสบความสำเร็จจะเพิ่มรายได้ของผู้ตรวจสอบความถูกต้อง ดังนั้นจึงมีแรงจูงใจในตัวสำหรับผู้ตรวจสอบความถูกต้องที่จะยอมรับการแยกเชนทั้งหมดที่ส่งมาให้พวกเขา ซึ่งจะเพิ่มโอกาสในการได้รับค่าธรรมเนียมการตรวจสอบความถูกต้อง โครงการ PoS ช่วยให้สามารถสร้างทางเลือกของบล็อกเชนได้ในราคาประหยัดโดยเริ่มจากจุดใดก็ได้ในประวัติศาสตร์ ( การจำลองแบบไร้ต้นทุน ) การส่งการแยกเชนเหล่านี้ไปยังผู้ตรวจสอบความถูกต้องที่กระตือรือร้นจะทำให้เสถียรภาพของระบบตกอยู่ในอันตราย[ 9 ]หากสถานการณ์นี้ยังคงอยู่ อาจทำให้เกิดการใช้จ่ายซ้ำซ้อนซึ่งโทเค็นดิจิทัลสามารถใช้จ่ายได้มากกว่าหนึ่งครั้ง[ 11 ]ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการลงโทษผู้ตรวจสอบความถูกต้องที่ตรวจสอบความถูกต้องของเชนที่ขัดแย้งกัน[ 11 ] (" ความแน่นอนทางเศรษฐกิจ " [ 12 ] ) หรือโดยการจัดโครงสร้างรางวัลเพื่อให้ไม่มีแรงจูงใจทางเศรษฐกิจในการสร้างความขัดแย้ง[ 3 ] PoS ที่ใช้ การทนต่อความผิดพลาดแบบไบแซนไทน์โดยทั่วไปถือว่ามีความแข็งแกร่งต่อภัยคุกคามนี้ ( ดูด้านล่าง ) [ 13 ]
การโจมตีด้วยการติดสินบน
การโจมตีด้วยการติดสินบน ซึ่งผู้โจมตีใช้เงินเพื่อจูงใจผู้ตรวจสอบบางรายให้อนุมัติการแยกบล็อกเชนของตน จะได้รับการเสริมประสิทธิภาพใน PoS เนื่องจากการเขียนประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ใหม่ อาจทำให้ผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่เคยร่ำรวยซึ่งปัจจุบันไม่ได้ถือครองสินทรัพย์จำนวนมาก สามารถสมรู้ร่วมคิดเพื่ออ้างสิทธิ์ในเสียงข้างมากที่จำเป็นในอดีต และสร้างบล็อกเชนทางเลือกจากจุดนั้น ซึ่งเป็นการดำเนินการที่ทำได้โดยต้นทุนการคำนวณต่ำในการเพิ่มบล็อกในระบบ PoS [ 11 ]
ตัวแปร
จุดขายแบบเครือข่าย
นี่เป็นการดัดแปลงรูปแบบ PoW โดยพื้นฐานแล้ว การแข่งขันไม่ได้ขึ้นอยู่กับการใช้กำลังทั้งหมดเพื่อแก้ปริศนาที่เหมือนกันในเวลาที่น้อยที่สุด แต่ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงความยากของปริศนาตามเงินเดิมพันของผู้เข้าร่วม ปริศนาจะได้รับการแก้ไขหากเวลาครบหนึ่งติ๊ก (|| คือการต่อกัน):
ปริมาณการคำนวณที่น้อยลงซึ่งจำเป็นสำหรับการแก้ปริศนาสำหรับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่มีมูลค่าสูงจะช่วยหลีกเลี่ยงฮาร์ดแวร์ที่มากเกินไป[ 14 ]
จุดขายที่ได้รับการเสนอชื่อ (NPoS)
หรือที่รู้จักกันในชื่อ "แบบคณะกรรมการ" แผนการนี้เกี่ยวข้องกับการเลือกตั้งคณะกรรมการของผู้ตรวจสอบความถูกต้องโดยใช้ฟังก์ชันสุ่มที่ตรวจสอบได้ โดยมีความน่าจะเป็นที่จะได้รับการเลือกตั้งสูงขึ้นเมื่อถือ ครองหุ้นมากขึ้น จากนั้นผู้ตรวจสอบความถูกต้องจะผลัดกันสร้างบล็อกแบบสุ่ม NPoS ถูกใช้โดยOuroboros PraosและBABE [ 15 ]
ระบบ PoS ที่ใช้ BFT
โครงร่างของ "ยุค" BFT PoS (การเพิ่มบล็อกลงในห่วงโซ่) มีดังนี้: [ 16 ]
- ผู้เสนอที่มี "บล็อกที่เสนอ" จะถูกเลือกแบบสุ่มโดยการเพิ่มเข้าไปในกลุ่มชั่วคราวที่ใช้ในการเลือกบล็อกที่ได้รับความเห็นชอบเพียงบล็อกเดียว
- ผู้เข้าร่วมคนอื่นๆ ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบ จะได้รับกลุ่มข้อมูล ตรวจสอบความถูกต้อง และลงคะแนนเลือกกลุ่มข้อมูลหนึ่งกลุ่ม
- ใช้ฉันทามติ BFT เพื่อสรุปบล็อกที่มีคะแนนโหวตสูงสุด
แผนการนี้จะได้ผลตราบใดที่ผู้ตรวจสอบความถูกต้องไม่ซื่อสัตย์เกินหนึ่งในสาม แผนการ BFT ถูกนำมาใช้ใน Tendermint และ Casper FFG [ 16 ]
การพิสูจน์การถือครองแบบมอบหมาย (DPoS)
ระบบการมอบหมายการพิสูจน์การถือครองใช้กระบวนการสองขั้นตอน: ขั้นแรก[ 17 ]ผู้มีส่วนได้ส่วนเสียจะเลือกคณะกรรมการตรวจสอบ[ 18 ]หรือ ที่เรียกว่า พยานโดยการลงคะแนนตามสัดส่วนการถือครองของตน จากนั้นพยานจะผลัดกันเสนอบล็อกใหม่แบบวนรอบ ซึ่งพยานจะลงคะแนนเสียงในบล็อกใหม่นั้น โดยปกติจะเป็นไปในลักษณะคล้าย BFT เนื่องจากมีผู้ตรวจสอบความถูกต้องใน DPoS น้อยกว่าในระบบ PoS อื่นๆ หลายระบบ จึงสามารถสร้างฉันทามติได้เร็วขึ้น ระบบนี้ถูกใช้ในหลายเชน รวมถึง EOS, Lisk และ Tron [ 17 ]
ระบบพิสูจน์การถือครองสินทรัพย์แบบสภาพคล่อง (LPoS)
ใน Liquid PoS ใครก็ตามที่มีส่วนร่วมสามารถประกาศตนเองเป็นผู้ตรวจสอบความถูกต้องได้ แต่สำหรับผู้ถือรายย่อย การมอบสิทธิ์การลงคะแนนเสียงให้กับผู้เล่นรายใหญ่กว่าเพื่อแลกกับผลประโยชน์บางอย่าง (เช่น การจ่ายเงินเป็นระยะ) เป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลกว่า มีการสร้างตลาดขึ้นซึ่งผู้ตรวจสอบความถูกต้องแข่งขันกันในเรื่องค่าธรรมเนียม ชื่อเสียง และปัจจัยอื่นๆ ผู้ถือโทเค็นสามารถเปลี่ยนการสนับสนุนไปยังผู้ตรวจสอบความถูกต้องรายอื่นได้ตลอดเวลา LPoS ถูกใช้ใน Tezos [ 19 ]
คำจำกัดความของ 'ส่วนได้ส่วนเสีย'
คำจำกัดความที่แน่นอนของ "ส่วนแบ่ง" จะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน ตัวอย่างเช่น สกุลเงินดิจิทัลบางสกุลใช้แนวคิดของ "อายุเหรียญ" ซึ่งเป็นผลคูณของจำนวนโทเค็นกับระยะเวลาที่ผู้ใช้รายเดียวถือครองโทเค็นนั้น แทนที่จะใช้เพียงจำนวนโทเค็น เพื่อกำหนดส่วนแบ่งของผู้ตรวจสอบความถูกต้อง[ 4 ] [ 14 ]
การนำไปใช้
การใช้งานจริงครั้งแรกของสกุลเงินดิจิทัลแบบพิสูจน์การถือครองคือPeercoinซึ่งเปิดตัวในปี 2012 [ 3 ]สกุลเงินดิจิทัลอื่นๆ เช่น Blackcoin, Nxt , CardanoและAlgorandก็ตามมา[ 3 ]อย่างไรก็ตามณ ปี 2017สกุลเงินดิจิทัลแบบ PoS ยังไม่เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเท่ากับสกุลเงินดิจิทัลแบบ Proof-of-Work [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]
ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2565 Ethereumซึ่งเป็นสกุลเงินดิจิทัลที่ใหญ่เป็นอันดับสอง ได้เปลี่ยนจากกลไกฉันทามติ PoW เป็น PoS [ 23 ]หลังจากข้อเสนอหลายรายการ[ 24 ] [ 25 ]และความล่าช้าบางประการ[ 25 ] [ 26 ]
ข้อกังวล
การรวมศูนย์
นักวิจารณ์โต้แย้งว่าการพิสูจน์การถือครองมีแนวโน้มที่จะทำให้บล็อกเชนคริปโตเคอร์เรนซีมีความเป็นศูนย์กลางมากขึ้นเมื่อเทียบกับการพิสูจน์การทำงาน เนื่องจากระบบนี้เอื้อประโยชน์ต่อผู้ใช้ที่มีคริปโตเคอร์เรนซีจำนวนมาก ซึ่งในทางกลับกันอาจนำไปสู่อิทธิพลอย่างมากของผู้ใช้ที่มีคริปโตเคอร์เรนซีจำนวนมากต่อการจัดการและทิศทางของบล็อกเชนคริปโต[ 27 ] [ 28 ]
สถานะทางกฎหมายในสหรัฐอเมริกา
หน่วยงานกำกับดูแลของสหรัฐฯ ได้ถกเถียงกันเกี่ยวกับสถานะทางกฎหมายของโมเดลการพิสูจน์การถือครอง โดยคณะกรรมการกำกับหลักทรัพย์และตลาดหลักทรัพย์ ( SEC ) อ้างว่ารางวัลจากการถือครองเทียบเท่ากับดอกเบี้ย ดังนั้นเหรียญเช่นอีเธอร์และอะดาจึงเป็นหลักทรัพย์ ทาง การเงิน[ 29 ]อย่างไรก็ตาม ในปี 2024 SEC ได้หลีกเลี่ยงคำถามนี้โดยยอมรับกองทุนตลาด Ethereumโดยมีเงื่อนไขว่าพวกเขาจะไม่ทำการถือครองเหรียญของตน ระดับการถือครองอีเธอร์ที่ 27% ของอุปทานทั้งหมดนั้นต่ำเมื่อเทียบกับคาร์ดาโน (66%) และโซลานา (63%) อย่างไรก็ตาม การไม่ถือครองโทเค็นหมายความว่ากองทุนเหล่านั้นสูญเสียผลตอบแทนที่อาจเกิดขึ้นประมาณ 3% ต่อปี[ 30 ]
การใช้พลังงาน
ในปี 2021 การศึกษาโดยมหาวิทยาลัยลอนดอนพบว่าโดยทั่วไปแล้วการใช้พลังงาน ของ Bitcoinที่ใช้การพิสูจน์การทำงานจะสูงกว่าระบบการพิสูจน์การถือครองที่ใช้พลังงานสูงสุดที่ศึกษาถึงประมาณหนึ่งพันเท่า แม้ภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยที่สุด และระบบการพิสูจน์การถือครองส่วนใหญ่ก่อให้เกิดการใช้พลังงานน้อยกว่าในรูปแบบการกำหนดค่าส่วนใหญ่[ 31 ]
ในเดือนมกราคม 2022 Erik ThedéenรองประธานของEuropean Securities and Markets Authorityได้เรียกร้องให้สหภาพยุโรปสั่งห้ามใช้โมเดล PoW และหันมาใช้ PoS แทน เนื่องจากมีการใช้พลังงานต่ำกว่า[ 32 ]
การเปลี่ยนระบบของ Ethereum ไปใช้ Proof-of-Stake คาดว่าจะช่วยลดการใช้พลังงานลงได้มากกว่า 99% [ 33 ] [ 34 ]
แหล่งที่มา
- Deirmentzoglou, Evangelos; Papakyriakopoulos, Georgios; Patsakis, Constantinos (2019). "การสำรวจการโจมตีระยะไกลสำหรับโปรโตคอล Proof of Stake" . IEEE Access . 7 : 28712– 28725. Bibcode : 2019IEEEA...728712D . doi : 10.1109/ACCESS.2019.2901858 . eISSN 2169-3536 . S2CID 84185792 .
- Xiao, Y.; Zhang, N.; Lou, W.; Hou, YT (2020). "การสำรวจโปรโตคอลฉันทามติแบบกระจายสำหรับเครือข่ายบล็อกเชน" IEEE Communications Surveys and Tutorials . 22 (2): 1432– 1465. arXiv : 1904.04098 . Bibcode : 2020ICST...22.1432X . doi : 10.1109/COMST.2020.2969706 . ISSN 1553-877X . S2CID 102352657 .
- บาชีร์, อิมราน (2022). "โปรโตคอลยุคบล็อกเชน". บล็อกเชนคอนเซนซัส . สำนักพิมพ์ Apress. หน้า331–376 . doi : 10.1007/978-1-4842-8179-6_8 . ISBN 978-1-4842-8178-9.