Bitcoin'in (BTC) işlem geçmişi iş kanıtı (PoW) kullanılarak güvenli bir şekilde sıralansa da, çok fazla elektrik tüketir ve bir kerede işleyebileceği işlem sayısı sınırlıdır. Sonuç olarak, daha az enerji tüketen yönteme odaklanan yeni mutabakat mekanizmaları ortaya çıkmıştır ve proof-of-stake (PoS) modeli bunların en önde gelenlerinden biridir. Bu mutabakat mekanizmaları, bilgisayar ağlarının güvenli kalırken işbirliği yapmasını sağlar.

Blok zinciri ağlarının etkin bir şekilde işleyebilmesi için çeşitli sorunları çözmesi gerekir. Örneğin, ortada bankalar veya FinTech'ler (örneğin PayPal) gibi merkezi bir otorite olmadan, merkezi olmayan kripto para ağları, bir ağdaki hiçbir tarafın aynı parayı birden fazla kez harcamamasını sağlamalıdır. Ayrıca, mutabakat mekanizması ağın hard fork yoluyla raydan çıkmasını engeller. 

Bununla birlikte, banka gibi merkezi bir kuruluşta, karar vericiler kurulu veya düzenleyiciler bu tür faaliyetleri kontrol eder. Oysa kripto bir topluluğa dayanır, bu nedenle blokzincir işlemleri ve blokları doğrulamak için bir fikir birliğine varması gerekir.

Proof-of-work ve proof-of-stake şu anda merkeziyetsiz finans (DeFi) projeleri tarafından kripto para ağlarında kriptografik olarak mutabakat sağlamak için kullanılan iki ana mutabakat mekanizmasıdır. Satoshi Nakamoto Bitcoin'i (ilk kripto para birimi) yaratırken, üçüncü bir tarafın katılımı olmadan işlemleri doğrulamak için bir yol bulmaları gerekiyordu. Bunu başarmak için, ağların hangi işlemlerin geçerli olduğu konusunda anlaşmasını sağlamak amacıyla iş ispatı adı verilen bir mutabakat mekanizması kullandılar.

Bunun aksine, proof-of-stake (PoS) yeni DeFi projelerine ve kripto paralara güç veren modern bir mutabakat yöntemidir. Bazı projeler hemen PoS ile başlar ya da PoW'dan PoS'a geçiş yapar. Ancak, hemen bir PoS mutabakat ağı oluşturmak önemli bir teknolojik sorundur ve ağ mutabakatı sağlamak için PoW kullanmak kadar basit değildir.

İş ispatı (Proof-of-work) nedir? 

İş ispatı ilk olarak 1993 yılında bir ağdaki spam e-postalara ve hizmet reddi saldırılarına karşı mücadele etmek için önerilmiştir. PoW kavramı daha sonra Satoshi Nakamoto tarafından 2008 yılında Bitcoin ağındaki yeni blokları doğrulamak için popüler hale getirilmiştir. 

PoW, ağ kullanıcılarının bir hesaplama görevinin yerine getirildiğini kanıtlama kapasitesine dayanır. Matematiksel bir denklemi yanıtlamak için düğüm olarak bilinen bir hesaplama gücü kullanılır ve denklem çözüldüğünde zincirdeki yeni bir blok doğrulanır. Düğüm, diğer araçlardan oluşan bir ağ içinde veri alabilen, gönderebilen veya iletebilen kişisel bilgisayar gibi herhangi bir fiziksel cihazdır.

Bir matematik bulmacasını en hızlı yanıtlayan çözücü, mevcut ve önceki bloklar arasında kriptografik bir bağlantı oluşturacak ve yeni basılmış bir miktar kripto para kazanacaktır. Bu süreç madencilik olarak bilinir ve çözücüler de madenci olarak adlandırılır. Onların ortak çabaları sayesinde bir blokzincir ilgili tüm taraflar için güvende tutulur. Dahası, bu bulmacayı çözmeye yönelik hesaplama görevinin kendisine iş kanıtı denir. 

PoW nasıl çalışır?

Blokzincir, ağ sıralaması adı verilen bir işlem sırasına göre kronolojik olarak düzenlenmiş bir dizi bloktan oluşan bir sistemdir. Genesis bloğu ya da sıfırıncı blok, bir PoW blok zincirindeki ilk bloktur ve yazılıma sabit olarak kodlanmıştır. Bu blok, tanımı gereği önceki bir bloğa atıfta bulunmaz. Blokzincire yüklenen sonraki bloklar her zaman önceki bloklara atıfta bulunur ve eksiksiz ve güncellenmiş bir defter kopyası içerir.

PoW algoritmaları, bazı katılımcıların veya madencilerin ağın düzenlemelerine uyan meşru bloklar göndermek için hesaplama kaynaklarını harcamaya teşvik edildiği rekabetçi bir yarış yoluyla, defteri yeni girişlerle kimin değiştireceğini seçer. Defter tüm işlemlerin kaydını tutar ve bunları birbirini takip eden bloklar halinde düzenler, böylece hiçbir kullanıcı fonlarını iki kez harcayamaz. Kurcalamayı önlemek için, defter dağıtılır ve diğer kullanıcıların değiştirilmiş bir sürümü hızla reddetmesine olanak tanır.

Uygulamada kullanıcılar, iş kanıtı olarak işlev gören uzun sayı dizileri olan hash'leri kullanarak tahrifatı tespit eder. Hash işlevi tek yönlü bir işlevdir, yani yalnızca hash'i oluşturan verilerin orijinal verilerle eşleşip eşleşmediğini kontrol etmek için kullanılabilir.

Bundan sonra düğümler işlemleri doğrular, çifte harcamayı önler ve önerilen blokların zincire eklenip eklenmeyeceğine karar verir. Bu fonların alıcısını aldatmak için aynı para birimiyle iki kez ödeme yapma eylemi çifte harcama olarak bilinir. Çifte harcama ağa zarar verir ve en değerli özelliklerinden birini ortadan kaldırır: değişmezlik, merkeziyetsizlik ve güvenilmezlik. 

İş ispatı, çifte harcamayı inanılmaz derecede zorlaştırır çünkü blokzincirin herhangi bir bölümünü değiştirmek, sonraki tüm blokların yeniden mayınlanmasını gerektirir. Hash fonksiyonlarını çalıştırmak için gerekli makine ve güç pahalı olduğundan, kullanıcıların ağın işlem kapasitesini tekelleştirmesini imkansız hale getirir.

Ayrıca, mutabakat oluşturmak ve blokzincire kaydedilen işlemlerin meşruiyetini güvence altına almak için, bir PoW protokolü hesaplama gücünü kriptografi ile birleştirir. 

Madenciler, yeni bloklar üretmek için hash işlemi sırasında matematiksel problemlere doğru cevabı geliştirmek için yarışırlar. Madenciler bunu, sözde rastgele sayılardan oluşan bir dizi olan bir hash'i tahmin ederek başarır. Kriptografik bir hash (örneğin SHA-256) bir tür metin ya da veri dosyasının imzasıdır. Bir metin için SHA-256 neredeyse benzersiz bir 256 bit (32 bayt) imza sağlar.

Bloktaki verilerle birleştirildiğinde ve bir hash fonksiyonu aracılığıyla işlendiğinde, hash protokolün belirtilen gereksinimlerini karşılayan bir sonuç üretmelidir.

Hash'i kazanan madenciler daha sonra bunu ağa yayınlayarak diğer madencilerin cevabın doğru olup olmadığını kontrol etmesini sağlar. Cevap doğruysa, blok blokzincire eklenir ve madenci blok ödülünü alır. Örneğin, Bitcoin madenciliği için mevcut blok ödülü 6,25 Bitcoin'dir.

PoW'un artıları ve eksileri

PoW'da madenciler, karmaşık matematiksel bulmacaları çözmek ve ağdaki bir bloğu işlemek için elektrik için çok para ödemek zorundadır. Elektrik, madencilik adı verilen işlemleri doğrulama süreci yoluyla dijital varlıklar üreten makinelere güç sağlamak için kullanılır. Dahası, enerji harcaması ağın güvenliği için kritik öneme sahiptir, çünkü işlemlerin doğru bir kaydını tutmasına ve belirli, güvenilir bir para politikasına bağlı kalmasına olanak tanır. 

Ayrıca, zincirin dolandırılması için kötü niyetli bir aktörün ağın hesaplama gücünün %51'ini ele geçirmesi gerektiğinden ağ güvende tutulur. Bir iş ispatı sisteminde bir blok zinciri çatallanırsa, madenciler daha yeni çatallanmış blok zinciri ağına geçmeyi ya da orijinal blok zincirini desteklemeye devam etmeyi seçmelidir.

Bir madencinin her iki blok zincirini de destekleyebilmesi için hesaplama kaynaklarını çatallanmanın iki tarafı arasında paylaştırması gerekecektir. Sonuç olarak, ekonomik bir teşvik yoluyla, iş kanıtı sistemleri doğal olarak sürekli çatallanmayı önler ve madencileri ağa zarar vermek istemeyen tarafı seçmeye teşvik eder. Öte yandan, %51'lik bir saldırıya karşı savunmasızsanız ya da herhangi bir değiştirilebilir hash algoritması için en önemli coin sahibinde değilseniz, daha büyük bir coindeki bireyler donanımlarını size karşı çevirip sizi saf dışı bırakabilir ve artık bir teşvik kazanamazsınız.

Bu özellikler, madencilerin yatırım getirilerini optimize etmek için stratejik olarak hareket etmeleri gereken oyun teorisine uygundur. İnsanlar, sınırlı rasyonalite durumları gibi, her zaman en basit çözümü seçecektir. Daha yeni bir zincire geçmek işleri daha da zorlaştırır. Bu nedenle oyun teorisi, oligopollerin iç yozlaşmadan kaçınmasına ve mantıklı kararlar almasına yardımcı olur. 

Yukarıdaki avantajlara rağmen, PoW kaynak kullanımı açısından oldukça maliyetli ve verimsiz olabilir. Madenciler, hızla yıpranan en yeni ekipmanlar da dahil olmak üzere çeşitli masraflarla başa çıkmak zorundadır. Madencilik çok fazla ısı üretme eğilimindedir ve madencinin konumuna bağlı olarak fahiş miktarda elektrik tüketebilir. Ayrıca, ağ aşırı yüklendiğinde sistemin işlem ücretleri yükselir.

Hisse kanıtı (Proof-of-stake) nedir? 

2011 yılında Bitcointalk forumunda PoW mutabakat mekanizmasının verimsizliklerini gidermek ve blok zinciri ağını çalıştırmak için gereken hesaplama kaynaklarının miktarını azaltmak için yeni bir yaklaşım önerildi. Bu konsept, somut bir iş yapmak yerine, ekosistemde doğrulanabilir bir hissenin varlığına dayanmaktadır.

Başka bir deyişle, kripto ağındaki işlemleri doğrulamak için, bir kullanıcının yalnızca blok zincirine özgü belirli miktarda kripto para birimi jetonuna sahip olduğunu göstermesi gerekir. Dağıtılmış mutabakatı sağlamak için blok zinciri ağları tarafından kullanılan bu tür mutabakat mekanizmasına hisse kanıtı mutabakat mekanizması denir. 

Örneğin, madenci A 30 jeton, madenci B 50 jeton, madenci C 75 jeton ve madenci D 15 jeton yatırır. Bu durumda madenci C'ye bir sonraki bloğu yazma ve doğrulama önceliği verilecektir. İş kanıtındaki blok ödülünün aksine, Madenci C işlem ücretlerini, yani ağ ücretlerini tahsil edecektir.

PoS nasıl çalışır?

Genesis bloğu, bir PoS blok zincirindeki ilk bloktur ve bu blok da programa sabit kodlanmıştır. Blok zincirine yüklenen sonraki bloklar her zaman önceki bloklara atıfta bulunur ve eksiksiz ve güncellenmiş bir defter kopyası içerir.

PoS ağında madenciler blok ekleme hakkı için rekabet etmez. Bloklar madenden çıkarılmak yerine sıklıkla "basılmış" ya da "sahte" olarak adlandırılır.

PoS blok zincirleri, PoW blok zincirlerinin aksine, enerji kullanımına dayalı olarak kimin blok önerebileceğini sınırlamaz. PoW blok zincirlerinin yüksek enerji gereksinimlerine rağmen, proof-of-stake gibi yeni mutabakat mekanizmaları madencilik ihtiyacını ortadan kaldırır. 

Hissenin ispatı sisteminin, madencilik blokları çok fazla enerji kullanmadığı için daha fazla enerji verimliliği de dahil olmak üzere, iş ispatı şemasına göre çeşitli avantajları vardır. Ayrıca, yeni bloklar oluşturmak için en üst düzey teknolojiye ihtiyacınız yoktur. Proof-of-stake, ağın daha fazla düğüme sahip olmasıyla sonuçlanır. 

Bir ağdaki daha fazla düğüm, merkezileşmeye karşı daha güçlü bir bağışıklık sağlayan yönetişim normlarının geliştirilmesine yardımcı olur. PoS sistemlerinde bu, daha yüksek derecede donanım bağımsızlığı ile mümkün olur. Sonuç olarak, proof-of-stake sıklıkla ağ merkezileşmesine yol açma olasılığı en düşük mutabakat algoritması olarak görülür.

Bir PoS blok zincirine blok ekleme sürecine dahil edilmek isteyen kullanıcılar, ağın kripto para biriminin belirli bir miktarını benzersiz bir sözleşmeye yatırmalı ya da kilitlemelidir. Bir sonraki blok üreticisi olarak seçilme olasılıkları, yatırdıkları kripto varlıklarının miktarına göre belirlenir. Kullanıcılar kötü niyetli davranırlarsa, eylemlerinin bir sonucu olarak hisselerini kaybedebilirler.

PoS, bir düğümün parasını yatırdığı sürenin uzunluğu ve saf rastgeleleştirme de dahil olmak üzere, her zaman en zengin düğümlere fayda sağlamayan diğer belirleyici unsurları içerebilir. PoS'taki blok ödülü, PoW mekanizmasına benzer şekilde, geçerli bir blok gönderen kişiye blok zinciri tarafından verilen bir ağ ücretini ifade eder.

PoS'ta blok seçimi coin sahipliğine dayanır; bu nedenle, borsalar tarafından kullanıcıların daha tutarlı ödüller karşılığında kendi adlarına kripto para yatırmalarına olanak tanıyan stake etme hizmetleri sunulur. Birden fazla paydaş, bilgi işlem kaynaklarını bir araya getirmek ve ödüllendirilme şanslarını en üst düzeye çıkarmak için bir stake havuzuna katılabilir. Başka bir deyişle, blok ödülleri alma şanslarını en üst düzeye çıkarmak için yeni blokların doğrulanması ve onaylanması sırasında stake etme güçlerini bir araya getirirler.

PoS'un artıları ve eksileri

Yüksek miktarda enerji kaynağı israfı sorunu PoS'ta ele alınmıştır. Ayrıca, PoS tabanlı sistemler PoW tabanlı sistemlere göre çok daha ölçeklenebilirdir ve işlemler çok daha hızlı onaylanır. Ölçeklenebilirlik, sistemin parametresini değiştirerek veya mutabakat mekanizmasını değiştirerek sistemin belirli, mevcut sistemlerden daha yüksek saniye başına işlem (TPS) elde etmesi anlamına gelir.

PoS ağı, bloklar oluşturulmadan önce bir mutabakat oluşturarak ölçeklenebilirlik elde eder, bu da saniyede binlerce talebin milisaniyeden daha az gecikme süresiyle işlenmesine olanak tanır.

Öte yandan, Proof-of-Stake'in kendine has bir dizi zorluğu vardır. Örneğin, ağ hala en önemli token sahiplerinin hakimiyetine tabidir. Bu da erken benimseyenlere ve en çok paraya sahip olanlara daha fazla güç sağlamaktadır.

Konsept hala nispeten yeni olduğundan, kripto topluluğu için henüz belirgin olmayan dezavantajları olabilir. Bu paradigma, iş kanıtının aksine, bir performans geçmişine sahip değildir. Ayrıca, çatallanma proof-of-take sistemleri tarafından otomatik olarak engellenmez. Bir blok zinciri bölündüğünde, bir doğrulayıcı kendi hissesinin yeni çatallanan blok zincirindeki kopyasını alacaktır

"Hiçbir şey tehlikede değil" ikilemi, bir doğrulayıcı bir çatallanmanın her iki tarafını da imzaladığında ortaya çıkar ve potansiyel olarak coinlerini iki katına çıkarmalarına ve karşılığında iki kat işlem ücreti almalarına olanak tanır.

Karşılaştırma

Yukarıdaki açıklamalardan da anlaşılacağı üzere her iki uzlaşı mekanizmasının da avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Hepsi yukarıda listelenenlerle aynı temel amaca sahiptir, ancak bunu başarmak için farklı yöntemler kullanırlar. 

Çeşitli mutabakat mekanizmaları arasındaki kritik ayrım, işlem doğrulamasını nasıl delege ettikleri ve ödüllendirdikleridir. Diğer farklılıklar aşağıdaki tabloda açıklanmıştır.

PoW ya da PoS ne zaman kullanılmalıdır?

Mutabakat mekanizması bir blokzincir ağının dağıtılmış tasarımı için çok önemlidir çünkü işlemlerin doğrulanmasından sorumlu varlıkların merkezileştirilmesini azaltır. Bir blok zinciri ağının değişmez, güvenilmez ve dağıtılmış özelliklerini korumak için tam olarak işleyen bir mutabakat mekanizması gerekir.

Gerekli mutabakat türü, bir ağın ihtiyaçlarına bağlıdır. Örneğin, bir ağda dolandırıcılığın önlenmesi, güvenlik ve güven inşası için iş ispatı gereklidir. PoW tarafından sağlanan koruma nedeniyle madenciler (veya bağımsız veri işlemcileri) bir işlem hakkında yanıltılamaz. İş ispatı, bir kripto varlığın işlem geçmişini güvence altına alırken aynı zamanda zaman içinde veri değiştirmenin zorluğunu da artıran bir yöntemdir.

Katılımcı bir düğümün işin tamamlandığını ve sunulduğunu göstermesi gerekliliği, blok zincirine yeni işlemler eklemeye hak kazandırarak kötü niyetli faaliyetleri korur.

Eğer ağ üzerinde blok zincirinin çok sayıda kopyası varsa, PoW en meşru kopyanın belirlenmesine yardımcı olur. Son olarak, iş ispatı, tutarlı bir işlem oranını korurken madencilerin ağa serbestçe girip çıkmasına izin veren dağıtılmış bir saat oluşturmak için gereklidir.

Benzer şekilde, ağ performansı ve güvenliği de PoS tabanlı bir mekanizma kullanmanın önemli sonuçlarıdır. PoS, saniye başına zincir içi işlemler ve gerçek ağ aktarım mutabakatı için yüksek işlem hızı gerektiğinde kullanılır. Dahası, doğrulayıcıların önemli miktarda ağ tokenine sahip olması muhtemeldir ve bu da onları zinciri güvende tutmaları için finansal olarak teşvik eder. 

Bununla birlikte, PoS ve PoW güvenliğinin tehditlere karşı gücü konusunda bazı şüpheler vardır. Bu nedenle, işlemleri güvenli bir şekilde doğrulamak için alan kanıtı veya (Chia projesi) adı verilen bir doğrulama mekanizması oluşturulmuştur. Chia, PoW ve PoS blok zincirlerini rahatsız eden bazı merkezileşme sorunlarını çözmek için bir alan kanıtı ve zaman kanıtı konsensüs mekanizması kullanır.