Hibrid PoW/PoS Mutabakatı Nedir?

Bu makale Decred katılımcısı, Richard Red tarafından yazılmıştır.

Bir blockchain’in mutabakat mekanizması, katılımcılarının blockchain’in mevcut durumuna dair fikir birliğine varabilmesine hizmet eder. Mutabakat algoritması kimlerin yeni işlem blokları ekleyebileceğini belirler ve başlıca hedeflerinden biri zincirin tekrar yazılmasını engellemektir.

Proof of Work (İş İspatı) mutabakatı

Sadece Proof of Work mutabakatıyla çalışan blockchainlere (Bitcoin gibi) yalnızca matematiksel problemlerin cevaplarını etkili şekilde tahmin edebilen donanımlara sahip kişiler olan madenciler tarafından ekleme yapılabilir. Bir madenci geçerli bir tahminde bulunduğu her sefer, ağın kabul edeceği bir blok oluşturabilir. Madenciler herhangi bir zinciri kazmayı tercih edebilirken, ağ yalnızca üzerinde en çok Proof of Work (ör. En çok hash ya da tahmin) olan zinciri geçerli zincir olarak kabul eder. Bu da, madencilerin en uzun zinciri kazmaya teşvik edildiği ve yeni bir geçerli blok gördüklerinde bu bloğun üzerine ekleyebilmelerini sağlayacak çözümleri bulmaya çalışacakları anlamına gelir.

Blockchain’i tekrar yazmanın zorluğu, onun finansal işlemler için bir kayıt defteri olarak işlev göstermesini sağlayan etmendir. Bir blokta, cüzdana coin gönderilmesi işlemi gerçekleştiğinde ve bu blok üzerine başka bloklar (onaylamalar) inşa edildiğinde, bloğun (ve işlemin) baştan yazılabilmesinin olasılığı düşer.

Bir birim “dürüst zinciri” bastırabilecek kadar hash gücünü kontrol edebilirse, en son blok yerine “eski” blok üzerinde kazı yaparak blockchain’i tekrar yazabilir (ya da tekrar düzenleyebilir). Aşağıda, %51 saldırısı olarak da bilinen bu tür bir saldırının basit bir örneğini bulabilirsiniz:

Bir saldırgan para değişimi gerçekleştirerek X bloğu üzerinde harcama yapar ve daha sonra paralel bir zincirde gizli olarak kazıya başlar (blokları ağa duyurmaz). Yeteri kadar onaylamadan geçtiğinde, saldırgan coinleri başka bir şey için satar ve bunun parasını borsadan çeker. Çekim gerçekleştiğinde, paralel zinciri yayınlarlar ve eğer bu zincirde orjinal olana kıyasla daha fazla PoW (blok) varsa, ağ bunu geçerli zincir olarak kabul eder ve orjinal zincirde bulunan versiyon geçmişi (saldırganın para çekimi de dahil) ortadan kaybolur. Daha sonra saldırgan bu coinleri tekrar harcayabilir.

Sadece PoW kullanılan kripto paralarda zincire doğrudan yeni blokları ekleyebilen birimler yalnızca madenciler olduğu için, yönetim konusunda madencilere önemli bir rol düşer. Ağın mutabakat kullarına yönelik herhangi bir değişikliğin kabul edilmesi için, bu değişiklik hash gücünün çoğunluğunun desteğine sahip olmalıdır. “Soft fork”lar, kullanıcıların işlem yapabilmesi ve yaptıkları işlemlerin bloklara uygun şekilde işlenebilmesi ve kaydedilebilmesi için yeterli sayıda madencinin yeni belirlenen kuralları kabul etmesini gerektirir. “Hard fork”lar ise ağı iki bölmeye ayırır ve genel olarak kabul gören “en çok PoW’a sahip blok, takip edilmesi gereken bloktur” kuralına göre madencilerin hangi bloğun geçerli olduğuna karar vermesini gerektirir.

Proof of Stake (Hisse İspatı) mutabakatı

Proof of Stake mutabakatı, kimin yeni bloklar ekleyebileceğine ve blockchain güncel durumunu kimin doğrulayabileceğine karar vermenin alternatif bir yöntemidir. Proof of Stake’de bir sonraki bloğun üreticisi, bir problemi çözmek için birbiriyle rekabet eden madenciler yerine, cüzdanlarda tutulan (ya da hisselendirilmiş) coin sayısına dayalı olan bazı süreçlerle belirlenir. Bu süreç, en çok hisseye sahip olanların tüm ağ için en doğru kararları vereceğine güvenir.

Proof of Stake enerji maliyetli madenciliğe ihtiyacı ortadan kaldırır fakat büyük miktarlarda enerji kullanılmaması da bazen “ortaya konan birşey olmaması” (nothing at stake) olarak da adlandırılan, başka bir sorun yaratır. Fork yapılmış bir zincir söz konusu olduğunda, PoS onaylayıcıları (madencilik yerine genellikle onaylayıcı (forger) kullanılır) iki zincir üzerinde de çalışmaya teşvik edilir çünkü ekstra bir zincir üzerinde kazı yapmanın maliyeti çok azdır ve iki zincir üzerinden de ödül toplayabilirler. Bu ağ için bir sorun yaratır çünkü aslında tek bir zincir olmalıdır ve bu tek zincirin durumu hakkında fikir birliğine varmak mutabakat mekanizmasının tüm amacıdır.

Proof of Stake’in tokenların dağılımına yönelik ek bir sorunu daha vardır. PoW madencilerinin büyük çaplı masrafları vardır (donanım, elektrik) ve kazılmış coinlerinin önemli bölümünü bu masrafları karşılamak için satmaları gerekir. Sonuç olarak, kazılmış coinlerin çoğu madenciler tarafından istiflenmiş olmak yerine piyasada satın alınabilir durumdadır. Proof of Stake onaylayıcılarının operasyonel masrafları çok düşüktür bu yüzden de ağın yürütülmesinden kazandıkları coinleri satma konusunda benzer bir baskı altında değillerdir. Proof of Stake uygulayan büyük miktarda coin sahipleri blok ödüllerini ve ağ kullanıcılarından gelen işlem harçlarını topladıkça dolaşımda olan coinlerden aldıkları payı daha da arttırırlar. Bu durum coin sahiplerinin ağa etkin bir şekilde sahip olduğu ve ağı idare ettiği, kullanıcıların ise ağ kullanımı için kira ödediği haliyle feodalizme benzetilir. Genellikle Proof of Stake’e doğrudan katılımcı olmayı engelleyen bir alt limit vardır.

Hibrid PoW/PoS

Hibrid Proof of Work ve Proof of Stake sistemlerinin hedefi her iki yaklaşımın da faydalarından yararlanmak ve her birinin kendine has eksikliklerini dengelemek için ötekini kullanmaktır. Decred, tanınabilir şekilde PoW ve PoS’u birlikte kullanan ve ikisini bir araya getirerek çok-faktörlü ya da hibrid bir mutabakat algoritması ortaya çıkaran çok az sayıda kripto paradan biridir.

Masternode coin’ler de bir anlamda hibriddir çünkü Bitcoin’deki benzer bir rolde çalışan tanınabilir Proof of Work öğesinin yanı sıra özel node’lar için ek roller de içerir. Bu özel node’lar, belli miktarda parayı ağın çıkarına uygun şekilde davranacaklarına yönelik güven teşkil etmesi üzere teminat olarak tutarlar. Bu da Proof of Stake mantığına benzerdir. Dash, orjinal masternode coindir ve bu modele Proof of Service (Hizmet İspatı) adını verir. Bu makale Proof of Stake öğesi barındıran hibridler üzerine odaklanır ve masternode ya da Proof of Service’e benzer coinlerden bahsedilmeyecektir.

Decred’in PoW öğesi diğer PoW-temelli projelere benzer şekilde çalışır ve Blake--256 hash fonksiyonu kullanır. Decred’in PoS öğesi ve bunun zincire işleniş şekli oldukça kendine hastır ve daha ayrıntılı bir açıklamaya değerdir.

Decred’in Proof of Stake’ine katılmak için, coin sahipleri DCR’lerini “bilet” alabilmek için zamana dayalı olarak kitlerler. Tek bir bilet için fiyat, piyasa benzeri bir mekanizma ile belirlenir ve burada sistem belirli bir aktif bilet sayısına (40.960) ulaşmayı amaçlar. Eğer hedeften daha fazla sayıda bilet varsa fiyat yükselir, daha az varsa fiyat düşer. Bir kişi bilet aldığında, kullandığı DCR bilet sözde rastgele olarak oy kullanmaya çağrılana ya da yaklaşık 142 gün içinde süresi dolana kadar kilitlenir ( harcanamaz olur). Bu durum PoS için fırsat masrafı yaratır ve böylece PoS seçmenlerinin ciddi niyetli olduklarını ve ağın çıkarına davranacaklarını garanti altına almayı hedefler.

PoS katılımcılarının (seçmenler ya da hisse sahipleri olarak da bilinir) oynamaları gereken üç belirli rol vardır: Politeia Öneri Sistemini kullanarak blok oylamak, mutabakat kurallarındaki değişiklikleri oylamak ve proje seviyesi yönetimini oylamak. Bunlardan ilki olan blok oylama, PoS seçmenlerinin mutabakatı korumaya yönelik en doğrudan katılımını sağlar.

Blokları Oylamak

Bir PoW madencisi geçerli bir blok bulduğu zaman, bunu ağa yayınlar fakat bu bloğun geçerli kabul edilebilmesi için rastgele seçilmiş 5 biletten en az 3’ünün oyunu da içermelidir. PoS seçmenleri cüzdanları açık tutar ve biletleri çağrıldığında (ya da kendi başlarına yapmak için Seçim Hizmeti Sağlayıcılarına girerler) oy verebilmek için hazır olurlar. Bir PoS bileti çağrıldığında ve yanıt verdiğinde, bilet sahibi ödül kazanır.

Bilet çağrıldığında, bir önceki bloğun standart işlemlerini kabul ya da reddedecek şekilde oy verir. Ağdaki node’lar, en az 3 oy içermediği müddetçe yeni bloğu geçerli olarak kabul etmezler. Eğer oylamaya çağrılan biletlerin çoğunluğu bir önceki bloğun işlemlerini reddederse, bunlar hafıza havuzuna geri gönderilir. Bu standart işlemler arasına PoW madencilerinin ödülleri de dahildir fakat PoS seçmenlerinin ödülleri dahil değildir.

Dolayısıyla, PoS seçmenlerinin kendi ödülleri etkilenmeden madencilerin ödüllerini azaltma gücü bulunur. Bu durum PoW madencilerinin, hisse sahipleri tarafından oylanarak gerçekleştirilen ağın mutabakat kurallarındaki değişiklikleri veto etme gücünü sınırlandırır. Aslında, PoS seçmenleri beğenmedikleri herhangi bir tür madenci hareketini, kötü niyetli ya da yanlış bir hareket farkedildiğinde “hayır” oyu verme politikasını benimseyerek reddedebilirler. Böylece kötü PoW madencilerinin işlem yazması ve ödül kazanması engellenmiş olur.

PoS doğrulama katmanı ağın güvenliğini ve çoğunluk saldırılarına karşı direncini büyük oranda arttırır. Çoğunluk çift harcama saldırısı gerçekleştirmenin en yaygın yöntemi, gizlice alternatif bir zincirde kazı yaptıktan belli bir süre sonra bunu yayınlamak ve eski zincirdeki işlemlerin (ör. Girdilerde çifte harcama yapmak) boşa çıkmasından faydalanarak blockchain’i tekrar yazmaktır. Decred bloklarının geçerli kabul edilebilmesi için, rastgele seçilen biletlerden gelen girdilere ihtiyaç duyulduğundan ve bu girdi gelmeden PoW madencileri tarafından üzerlerine yeni bloklar inşa edilemediğinden, PoW madencileri kullanımdaki biletlerin büyük bölümünü elinde tutmuyorsa gizlice madencilik yapamaz. (Bu makalelere göz atabilirsiniz)

Hibrid PoW/PoS tasarımı ağa saldırı maliyetini belirgin derecede arttırır çünkü saldırgan tarafından alt edilmesi gereken iki farklı sistem vardır. PoS öğesi biletlerin oldukça yavaş şekilde elde edilebileceği şekilde tasarlanmıştır. Her blok/aralıkta yalnızca sınırlı sayıda bilet alınabilir ve maksimum miktarı satın almak fiyatların hızla yükselmesine neden olur. Buna ek olarak, bu biletler bir kere satın alındığında, bunun için kullanılan fonlar zamana dayalı olarak kilitlenir ve saldırı nedeniyle oluşabilecek herhangi bir devalüasyona karşı saldırganın kilitlenmiş coinlerini etkilenebilir kılar.

Her bloğun rastgele seçilmiş hisse sahipleri tarafından oylanması gerekliliği blockchain’in kazıldığı şekilde tüm katılımcılarla paylaşılması gerektiği anlamına gelir, bu da ağın güvenliğini arttırır. Decred’in hibrid sistemi hisse sahiplerine PoW madencilerine kıyasla daha fazla güç vermek üzere tasarlanmıştır.

Mutabakat değişimi oylaması

Decred başlangıcından itibaren PoS hisse sahiplerini blockchain yönetimdeki baskın karar verme gücü olarak belirlemeye karar verdi. Mutabakat kurallarına, ağın mutabakat kurallarındaki bir değişimin yalnızca oylama sürecinden geçerse uygulanabileceği bir güncellenmiş tasdik prosedürü yazıldı. Değişimler yalnızca seçmen biletlerinin %75’i tarafından onaylanırsa gerçekleştirilebilir. Bu süreç madencilerin (%95) ve seçmenlerin (%75) belirli bir bölümü kurallardaki son değişikliklerle güncellenmiş yazılımları kullandığında başlar. Eğer bir öneri 4 haftalık oylama sürecinden sonra %75 destek alırsa kabul edilir ve aksi takdirde de reddedilir. Eğer iki super çoğunluğa da sahip değilse, tekrar oylamaya başlanır. Eğer bir öneri kabul edilirse, kural değişikliği bir ay sonra gerçekleşir.

Proje Yönetimi: Politeia

Decred’in blok ödülleri, Pow madencileri (%60), PoS seçmenleri (%30) ve projenin hedeflerini destekleyen açık kaynak yazılımın geliştirilmesini fonlamak için Hazine (%10) arasında bölüştürülür. Bilet sahipleri bu fonun nasıl harcanması gerektiği, hangi özelliklerin eklenmesi gerektiği ve politikaları belirleme için Politeia platformu aracılığıyla oy verme hakkında sahiptir.

Son fikirler

PoS seçmenleri blok ödüllerinin %30’unu aldığı için, dolaşımda olan DCR’lerden kendi paylarını yalnızca hisselendirerek koruyamazlar. Yeni çıkan DCR’lerin çoğunluğu, ağın güvenli hale getirilmesinde oynadıkları rol nedeniyle PoW madencilerine gider ve saf PoS sistemlerinin sorunu olan “ortaya konan birşey olmaması” sorununu ortadan kaldırır. Madencilerin, operasyonel masrafları karşılayabilmek için elde ettikleri ödüllerinin önemli bir bölümünü satması gerekir, böylece yüksek miktarlarda DCR’ın piyasada hazır halde bulunması sağlanır.

Decred’in blockchain’i kendine has bir mimari sunar ve hibrid PoW/PoS sistemlerinin en kayda değer örneklerinden biridir. Benzer şekilde, PoS mutabakatı olan projeler kendi içlerinde büyük farklılıklar gösteren bir grup olduğu gibi, hibrid PoW/PoS yaklaşımlarını kullanan gelecekteki projeler de kendine has olacaktır ve Decred’in kullandığı yapıyı kullanmak zorunda değildir.