Mpango wa Ushirikiano wa Uthibitisho wa Kazi kwa Itifaki za Makubaliano Zilizosambazwa

1. Utangulizi

Karatasi hii inapendekeza uboreshaji wa mpango wa kawaida wa uthibitisho-wa-kazi (PoW), ambapo lengo ni kupata nambari ya mara moja (nonce) ili kivunjio cha kisiri (cryptographic hash) cha kichwa cha bloku kikidhi lengo fulani la ugumu (k.m., kuanza na idadi fulani ya sifuri). Ubunifu mkuu ni kubuni mpango huu uwe wa ushirikiano kiasili, ukiruhusu watumiaji wengi wenye kujitegemea kuunganisha juhudi zao za kompyuta ili kutatua PoW kwa manunuzi yao ya pamoja.

Motisha kuu ni kuondoka kwenye muundo wa ushindani, unaoendeshwa na ada wa uchimbaji wa kawaida (k.m., Bitcoin) na kuelekea kwenye muundo wa ushirikiano, unaoendeshwa na ushuru. Mabadiliko haya yanalenga kupunguza matumizi mabaya ya nishati kutokana na mbio za silaha za kuchimba na kupunguza maswala kama ubaguzi wa wachimbaji na ushawishi wa katikati wa mabwawa ya kuchimba.

Faida Zilizopendekezwa:

• Kubadilisha ada za manunuzi (zinalipwa kwa wachimbaji) kwa ushuru wa manunuzi (unalipwa na watumiaji/wachimbaji).
• Kupunguza matumizi ya jumla ya nishati kwa kukataza kuvunjia kwa ushindani.
• Kuongezeka kwa ulinzi dhidi ya ukandamizaji wa manunuzi na wachimbaji.
• Uwezekano wa uwezo wa juu wa mfumo kutokana na kupungua kwa ushindani.
• Uimarishaji wa kinga dhidi ya mashambulizi ya Kukataza Huduma (DoS), kwani kutuma ujumbe mwingi kunakuwa na gharama kubwa.

2. Makubaliano

3. Uthibitisho wa Kazi wa Ushirikiano

4. Uelewa Mkuu na Mwendo wa Kimantiki

Uelewa Mkuu: Uvumilivu wa msingi wa makubaliano ya Nakamoto sio PoW yenyewe, bali ni mfumo wa ushindani, usio na usawa uliojengwa karibu nayo. Karatasi ya Kuijper inatambua kwa usahihi kwamba gharama halisi — upotevu wa nishati, katikati kupitia mabwawa, mabadiliko ya soko la ada — yanatokana na motisha ya kimuundo ya kushinda wengine kwa hesabu, sio kutokana na kufikia makubaliano. Mabadiliko yaliyopendekezwa kutoka kwa muundo wa ada-kwa-mchimba hadi muundo wa ushuru-na-mtumiaji ni mageuzi makubwa lakini ya kimantiki. Inabadilisha mtazamo wa PoW kutoka "tikiti ya bahati nasibu" kwa wachimbaji hadi "gharama ya uratibu" kwa watumiaji wanaotaka manunuzi yao yaingizwe kwenye dafina, na hivyo kuunganisha motisha za kiuchumi na afya ya mtandao.

Mwendo wa Kimantiki: Hoja inaendelea kwa usahihi wa upasuaji: (1) Kuanzisha makubaliano kama tatizo la ujumbe/usawazishaji. (2) Kuonyesha PoW kama utaratibu wa kulazimisha kucheleweshwa. (3) Kutambua ushindani kama chanzo cha madhara ya PoW. (4) Kupendekeza msingi wa kisiri (PoW ya ushirikiano) ambao kimuundo hulazimisha ushirikiano kwa kufanya suluhisho za kibinafsi ziwe muhimu kwa kuchanganyika. Mantiki ni sahihi — ikiwa huwezi kushindana, lazima ushirikiane. Uzuri wa karatasi hii ni kupendekeza tubuni itifaki ili kufanya ushindani uwe bure kihisabati.

5. Nguvu na Mapungufu

Nguvu:

• Mpangilio Mzuri wa Motisha: Muundo wa ushuru unashambulia moja kwa moja chanzo cha matumizi ya kupita kiasi ya nishati. Ni njia yenye kanuni zaidi kuliko marekebisho ya baadaye kama vile kuchoma ada ya EIP-1559 ya Ethereum.
• Kinga Dhidi ya Mabwawa: Kwa kuingiza ushirikiano ndani ya itifaki, inaweza kuondoa hitaji la na hatari za katikati za mabwawa ya nje ya kuchimba. Hii inashughulikia dosari muhimu iliyotajwa na watafiti kama Gervais et al. (2016) kuhusu shinikizo la katikati katika uchimbaji wa Bitcoin.
• Uimarishaji wa Kinga Dhidi ya Ukandamizaji: Ikiwa wachimbaji (au washirika) wanalipa ili kuingiza manunuzi, wana motisha ndogo ya kiuchumi ya kuwatenga manunuzi yoyote maalum, na hivyo kuimarisha upendeleo wa mtandao.

Mapungufu na Pengo Muhimu:

• Tatizo la "Mtegemee Bure": Karatasi hii haijazingatia kikamilifu changamoto kubwa ya nadharia ya michezo. Ni nini kinachomzuia mtumiaji kusubiri wengine watatue fumbo la ushirikiano na kisha kuongeza manunuzi yao? Ushuru lazima ulazimishwe kwa kisiri, pengine ukihitaji utaratibu tata kama vile uthibitisho wa ZK wa hesabu, ambayo karatasi haijaelezea kwa kina.
• Utata na Uthibitishaji: Kuunganisha uthibitisho wa sehemu lazima kuwe na gharama nafuu lakini kuwa imara kwa kisiri. Kubuni kitendakazi kama hicho si jambo rahisi na kunaweza kuanzisha udhaifu mpya au mzigo wa hesabu unaofuta akiba ya nishati.
• Kuanzisha na Kupitishwa: Kama mifano mingi mipya ya makubaliano, inakabiliwa na changamoto kubwa ya uratibu. Wachimbaji wenye uwekezaji uliopo wa ASIC hawana motisha ya kubadili. Mpango huu unaweza kuhitaji mnyororo wa bloku mpya kabisa, ukikabiliwa na vikwazo sawa vya kupitishwa kama "mbadala za Bitcoin" zingine.
• Uundaji Rasmi Usio wazi: Ingawa una ahadi, karatasi bado iko katika kiwango cha juu. Tathmini ya kweli inahitaji ujenzi maalum wa kisiri, ambao haupo. Bila hiyo, pendekezo hili ni zaidi mwelekeo wa utafiti kuliko suluhisho tayari.

6. Mawazo Yanayoweza Kutekelezwa

Kwa watafiti na wabunifu wa itifaki:

1. Kuzingatia Kisiri cha Kuchanganyika: Hatua inayofuata ya moja kwa moja ni kubainisha kitendakazi maalum cha kivunjio (hash) au mpango wa kujitolea unaowezesha uthibitisho salama na ufanisi wa kuchanganyika. Angalia dhana kama vile miti ya Merkle au muundo wa kitendakazi cha kuchelewesha kinachothibitika (VDF) kwa msukumo.
2. Kuweka Mfano wa Nadharia ya Michezo Kwa Ukali: Kabla ya kujenga, weka rasmi mfano wa motisha. Tumia uigizaji wa msimamizi (kama zile zilizotumika kwa Bitcoin na Biais et al., 2019) ili kujaribu usawa wa Nash. "Ushuru" lazima usiwezekane kuepuka na faida za ushirikiano lazima zishinde kabisa mikakati ya kujitenga.
3. Kulenga Matumizi Maalum Kwanza: Usilenge kubadilisha Bitcoin. Badala yake, anza mpango huu katika mnyororo wa bloku uliodhibitiwa, wa aina ya ushirika au kwa matumizi maalum kama vile uwekeaji wa muhuri wa wakati uliosambazwa au huduma za uthibitisho-uwepo, ambapo utambulisho wa mshiriki na ushirikiano vinaweza kuhakikishwa kwa urahisi zaidi.
4. Kulinganisha na Mbadala: Linganisha kwa ukali uwezekano wa matumizi ya nishati na dhamana za usalama za PoW ya ushirikiano iliyotimizwa sio tu dhidi ya Bitcoin, bali pia dhidi ya utaratibu mwingine wa makubaliano baada ya PoS kama vile Avalanche au PoS Safi ya Algorand. Kiwango cha juu.

Hitimisho: Karatasi ya Kuijper ni kifungu cha mawazo cha thamani kinachotambua kwa usahihi tatizo la kimfumo. Hata hivyo, inawasilisha mpango, sio injini inayoweza kujengwa. Kazi halisi — na hatari halisi ya kushindwa — iko katika uhandisi wa kisiri na kiuchumi unaohitajika ili kufanya ushirikiano usiwe tu unaowezekana, bali uwe wa lazima na bora zaidi. Huu ndio upeo wa utafiti wa kizazi kijacho wa makubaliano.

7. Maelezo ya Kiufundi na Uundaji Rasmi wa Kihisabati

Karatasi hii inapendekeza kuunda rasmi PoW ya ushirikiano kama tatizo la utafutaji ambapo suluhisho ni kitendakazi cha pembejeo nyingi kutoka kwa watumiaji tofauti. Uundaji rasmi wa kimawazo unaweza kuelezewa kama ifuatavyo:

Acha $T = \{tx_1, tx_2, ..., tx_n\}$ iwe seti ya manunuzi kutoka kwa watumiaji $U_1, U_2, ..., U_n$. Kila mtumiaji $U_i$ anafanya kazi ya kupata shahidi wa sehemu $w_i$ ili kwa kitendakazi cha kivunjio cha kisiri $H$ na changamoto ya kimataifa $C$, yafuatayo yashikilie kwa manunuzi yao:

$H(C, tx_i, w_i) < D_i$

ambapo $D_i$ ni lengo la ugumu la kibinafsi. Ubunifu mkuu ni kitendakazi cha kuchanganya $\Phi$ kinachochukua seti ya suluhisho za sehemu $\{w_1, ..., w_n\}$ na kutoa shahidi halali wa mchanganyiko $W$ kwa seti nzima $T$:

$W = \Phi(w_1, w_2, ..., w_n)$

Shahidi huu wa mchanganyiko lazima ukidhi hali ya kimataifa ya PoW kwa seti iliyopangwa $T$:

$H(C, \text{Sort}(T), W) < D_{global}$

Usalama unategemea sifa kwamba kupata $W$ moja kwa moja ni ngumu kwa hesabu, lakini kuunda kutoka kwa shahidi halali wa sehemu $\{w_i\}$ ni rafiki. Hii inafanana na dhana katika kisiri cha kizingiti au uzalishaji wa ufunguo uliosambazwa.

8. Mfumo wa Uchambuzi na Mfano wa Kimawazo

Mfumo: Mchezo wa Uchimbaji wa Ushirikiano

Fikiria mfano rahisi na watumiaji wawili, Alice na Bob, kila mmoja akiwa na manunuzi moja.

• PoW ya Kawaida (Kama Bitcoin): Alice na Bob (au wachimbaji wao waliochaguliwa) wanashindana kutatua $H(bloku) < D$. Mshindi huweka manunuzi yote mawili, anapata ada, na kazi ya mshindwa hupotea.
• PoW ya Ushirikiano (Ilipendekezwa): Itifaki inafafanua fumbo ambapo kivunjio cha bloku kinahesabiwa kama $H(\, H(tx_A, w_A) \, \| \, H(tx_B, w_B) \, ) < D$. Alice anatafuta $w_A$ ambayo hufanya pato lake la kivunjio liwe na, sema, sifuri 5 za mwanzo. Bob anafanya vivyo hivyo kwa $w_B$. Kisha wanabadilishana vivunjio hivi. Kivunjio cha mchanganyiko cha vivunjio hivi viwili lazima kiwe na, sema, sifuri 8 za mwanzo. Muhimu, kupata $w_A$ na $w_B$ kwa kujitegemea ni rahisi zaidi kuliko kupata nambari ya mara moja (nonce) moja kwa bloku nzima, na kazi yao inaweza kuunganishwa.

Matokeo: Wote wawili wanachangia kazi. Manunuzi yao yote mawili yamejumuishwa. "Tuzo" ni ujumuishaji wa mafanikio wa manunuzi yao wenyewe, yaliyolipwa kupitia "ushuru" wa awali (juhudi za hesabu). Hakuna mshindi mmoja; mafanikio yanashirikiwa.

9. Matarajio ya Utumizi na Mwelekeo wa Baadaye

Matumizi Yanayowezekana:

• Mipango ya Mnyororo wa Bloku ya Kijani: Kwa miradi inayokipa kipaumbele uendelevu wa kimazingira, PoW ya ushirikiano inatoa njia ya kudumisha usalama uliojaribiwa wa PoW huku ikipunguza kwa kiasi kikubwa athari ya kaboni kwa kubuni.
• Shirika huru Zilizosambazwa (DAOs): Wanachama wa DAO wanaweza kushirikiana kutengeneza bloku ili kudhibiti mfumo wao, wakilinganisha nguvu ya kupiga kura na kazi ya hesabu iliyochangiwa kuelekea malengo ya pamoja, badala ya hisa safi ya mtaji (PoS).
• Minyororo ya Bloku ya Ushirika: Katika mazingira ya biashara ambapo washiriki wanajulikana na wanahesabika (k.m., washirika wa mnyororo wa usambazaji), PoW ya ushirikiano inaweza kutoa utaratibu wa haki, wa makubaliano wenye ruhusa ambapo ushawishi wa kila mshiriki unahusishwa na kazi yake iliyochangiwa kwa uendeshaji wa mtandao.
• Mifano Mseto ya Makubaliano: PoW ya ushirikiano inaweza kutumika kama safu yenye kinga dhidi ya Sybil, yenye msingi wa rasilimali katika mfumo mseto, labda ikitumika kuchagua wanakamati kwa raundi inayofuata ya makubaliano ya aina ya BFT, sawa na mawazo yaliyochunguzwa katika Thunderella au mifano mingine ya makubaliano ya usingizi.

Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:

1. Utimilifu wa Kisiri: Changamoto kuu zaidi ni kutekeleza kitendakazi $\Phi$. Utafiti katika kivunjio cha homomorphic au uthibitisho wa kazi ya mfululizo ambayo inaweza kusanywa ni muhimu sana.
2. Ugumu wa Kimnamo kwa Mashirika: Je, mtandao unarekebisha vipi malengo ya $D_{global}$ na $D_i$ ya kibinafsi kwa kiwango cha kimnamo kulingana na idadi na nguvu ya kuvunjia (hashing) ya vyombo vya ushirikiano? Hii inahitaji algorithimu mpya ya kurekebisha ugumu.
3. Uwezo wa Kufanya Kazi Pamoja na Madaraja: Kuchunguza jinsi mnyororo wa PoW ya ushirikiano unaweza kuwasiliana kwa usalama na minyororo iliyopo ya PoW au PoS kupitia madaraja ya kuvuka mnyororo.
4. Uthibitisho Rasmi wa Usalama: Kuthibitisha usalama wa mpango kama huo chini ya mfumo imara (k.m., mfumo wa Uchanganyiko wa Ulimwengu) dhidi ya maadui wenye kubadilika.

10. Marejeo

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Demers, A., Greene, D., Hauser, C., Irish, W., Larson, J., Shenker, S., Sturgis, H., Swinehart, D., & Terry, D. (1987). Epidemic algorithms for replicated database maintenance. Proceedings of the sixth annual ACM Symposium on Principles of distributed computing.
3. Gervais, A., Karame, G. O., Wüst, K., Glykantzis, V., Ritzdorf, H., & Capkun, S. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains. Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security.
4. Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
5. Biais, B., Bisière, C., Bouvard, M., & Casamatta, C. (2019). The blockchain folk theorem. The Review of Financial Studies, 32(5), 1662-1715.
6. Bünz, B., Goldfeder, S., & Bonneau, J. (2018). Proofs-of-delay and randomness beacons in Ethereum. IEEE Security and Privacy on the blockchain (IEEE S&B).
7. Rocket, T., & Yin, M. (2020). Sleepy Consensus. IACR Cryptol. ePrint Arch..