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

Yaliyomo

1. Utangulizi

Makala haya yanapendekeza uboreshaji wa mpango wa jadi wa uthibitishaji-wa-kazi (PoW), ambao kwa kawaida unahusisha kutafuta nambari ya mara moja (nonce) inayotoa pato la kriptografia la hash lenye idadi maalum ya sifuri mwanzoni. Uvumbuzi wa msingi ni mpango wa uthibitishaji-wa-kazi wa ushirikiano ulioundwa ili kuruhusu watumiaji wengi wenye kujitegemea kushirikiana katika kutoa uthibitishaji-wa-kazi kwa miamala yao wenyewe. Ushirikiano huu unalenga kuanzisha makubaliano juu ya mpangilio wa miamala ndani ya mfumo wa daftari uliosambazwa.

Motisha kuu ni kuondoka kwenye muundo wa ushindani, unaotegemea ada wa uchimbaji (ambapo wachimbaji wanashindana kutatua fumbo na kukusanya ada) na kuelekea kwenye muundo wa ushirikiano, unaotegemea kodi (ambapo watumiaji wanashirikiana na kulipa kodi). Waandishi wanadai mabadiliko haya yanaweza kupunguza maswala kadhaa:

• Matumizi ya Nishati Yamepungua: Kwa kubadilisha ushindani mkali kwa ushirikiano wa kuokoa, jumla ya juhudi za kompyuta (na hivyo matumizi ya nishati) yanaweza kupunguzwa kwa kiasi kikubwa.
• Uzalishaji Umeongezeka & Haki: Ushindani uliopungua kati ya wachimbaji unaweza kusababisha usindikaji wa haraka wa miamala na uwezekano mdogo wa ubaguzi dhidi ya makundi fulani ya watumiaji.
• Usalama Umeimarika: Mashambulizi ya Kukataa Huduma (DoS) yanakuwa ghali zaidi kwa mshambuliaji kwa sababu ya kodi ya miamala iliyojengwa ndani ya mfumo.

Mpango huu umewekwa kama suluhisho la asili kwa ushirikiano, kinyume na mifumo ya nje iliyopo kama vile vikundi vya uchimbaji, ambavyo vinaweza kukumbwa na matatizo ya kutolingana kwa motisha.

2. Makubaliano

Sehemu hii inaweka shida ya msingi: kufikia makubaliano yaliyosambazwa katika mtandao wa tawi-kwa-tawi bila mamlaka kuu. Wenzao (peers) huwasiliana kupitia itifaki ya uvumi (gossiping) na lazima waweke daftari la pamoja, lililokubaliwa, la miamala.

Changamoto kuu ni ucheleweshaji wa uenezi wa ujumbe. Katika mazingira bora ya miamala yenye mzunguko wa chini, makubaliano yangeweza kufikiwa kwa kutazama pumziko endelevu katika trafiki ya mtandao—"kituo kamili"—kinachoonyesha wenzao wote wameona seti sawa ya ujumbe. Ujumbe huu kisha ungeweza kupangwa kwa njia ya kawaida (k.m., kwa hash) na kuongezwa kwenye daftari.

Hata hivyo, mzunguko wa miamala ulioko ulimwenguni wa kweli ni wa juu sana kwa mpango huu rahisi. Hapa ndipo uthibitishaji-wa-kazi unavyofanya kazi kama kizuizi cha mzunguko. Kwa kuhitaji fumbo lenye gharama kubwa ya kompyuta litatuliwe kwa kila miamala (au kizuizi cha miamala), PoW hupunguza kwa njia ya bandia kiwango ambacho matukio mapya ya makubaliano yanaweza kupendekezwa. Ugumu wa fumbo unaweza kupimwa ili kufikia mzunguko wa chini unaohitajika kwa ajili ya utaratibu wa makubaliano "unaotegemea pumziko" kufanya kazi kwa ufanisi katika mtandao mzima.

3. Uthibitishaji wa Kazi wa Ushirikiano

Makala yanaunda rasmi mpango uliopendekezwa wa ushirikiano. Ingawa maelezo kamili ya kihisabati yanatajwa kwa sehemu inayofuata, mabadiliko ya dhana yanaonekana wazi. Badala ya wachimbaji binafsi kukimbia kutatua fumbo kwa ajili ya tuzo ya kizuizi, watumiaji wanaounda seti ya miamala wanafanya kazi pamoja kutoa uthibitishaji-wa-kazi mmoja kwa seti hiyo.

Utaratibu huu lazima uhakikishe kwamba:

1. Ushirikiano unaweza kuthibitishwa na ni salama.
2. Kazi ya pamoja inakidhi lengo la ugumu la mtandao.
3. Makubaliano yanayotokana juu ya mpangilio wa miamala yanafunga na hayabadilishwi.

"Kodi ya Miamala" iliyopendekezwa inachukua nafasi ya "ada ya Miamala." Kodi hii inalipwa na watumiaji wanaoshiriki katika duru ya uchimbaji ya ushirikiano, ikijumuishwa ndani ya gharama ya uundaji wa makubaliano ndani ya kundi la watumiaji badala ya kuihamisha kwa tabaka tofauti la wachimbaji.

4. Uelewa wa Msingi na Uchambuzi

Uelewa wa Msingi: Makala ya Kuijper sio marekebisho tu ya PoW; ni uundaji upya wa msingi wa miundo ya motisha ya blockchain. Mafanikio halisi ni kutambua kwamba thamani kuu ya PoW katika makubaliano sio "kazi" tu bali kazi kama kifaa cha kuzuia mzunguko. Muundo wa ushirikiano hubadilisha hadithi kwa kufanya kuzuia mzunguko huu kuwa mchakato wa ushirikiano, unaoendeshwa na watumiaji, badala ya kuwa wa ushindani, unaoendeshwa na wachimbaji. Hii inashambulia moja kwa moja chanzo cha shida ya nishati ya Bitcoin—sio hashing yenyewe, bali mbio za kiuchumi zinazohitaji hashing zaidi na zaidi.

Mtiririko wa Mantiki: Hoja inaendelea kwa mantiki nzuri: 1) Makubaliano yanahitaji mzunguko wa chini wa matukio, 2) PoW inalazimisha mzunguko wa chini kupitia gharama, 3) Kwa hivyo, chombo kinachobeba gharama hudhibiti mdundo wa makubaliano. PoW ya jadi huruhusu wachimbaji kudhibiti mdundo huu kwa faida. Mpango wa Kuijper hurudisha udhibiti kwa watumiaji kwa kuwafanya wabebe gharama (kodi) moja kwa moja kwa miamala yao wenyewe. Mtiririko kutoka kwa kizuizi cha kiufundi (ucheleweshaji wa uenezi) hadi suluhisho la kiuchumi (kubeba gharama kwa ushirikiano) unaonyesha nguvu.

Nguvu na Kasoro: Nguvu yake ni mwongozo wake mzuri wa motisha. Kwa kuunganisha gharama ya makubaliano moja kwa moja na watangazaji wa miamala, inaondoa thamani inayoweza kuchimbwa na wachimbaji (MEV) na matatizo ya mkusanyiko wa vikundi vya uchimbaji yanayowakabili mifumo kama vile Ethereum kabla ya Muungano. Hata hivyo, kasoro dhahiri ni "shida ya kuanzisha"—unawezaje kuanzisha ushirikiano katika mazingira yasiyo na imani? Makala yanapuuza swala hili muhimu la uratibu. Kama inavyoonekana katika uchambuzi wa nadharia ya michezo ya blockchain (k.m., kazi ya arXiv juu ya mienendo ya makubaliano), kufikia ushirikiano wa hiari, thabiti miongoni mwa watendaji wenye akili, wasiojulikana ni ngumu sana bila miundo ya kijamii au ya algoriti iliyopo tayari. Mpango pia unaonekana kudhania usawa wa nguvu ya hashing ya watumiaji ambao haupo, unaoweza kusababisha aina mpya za mkusanyiko ambapo watumiaji wenye nguvu kubwa wanatawala makundi ya ushirikiano.

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa: Kwa wabunifu wa itifaki, dokezo kuu ni kuchunguza miundo mseto. Usitupie mbali PoW ya ushindani kabisa; tumia kama safu ya dharura au kwa ajili ya kuweka alama, huku ukiruhusu PoW ya ushirikiano kwa mkusanyiko wa miamala yenye mzunguko wa juu na thamani ya chini. Tekeleza utaratibu wa kuweka dau (staking) pamoja na kazi ya ushirikiano ili kutatua shida ya kuanzisha—watumiaji lazima waweke dau ishara (tokens) ili kujiunga na duru ya ushirikiano, ikilipa adhabu watendaji wabaya. Hii inachanganya usalama wa Uthibitishaji-wa-Dau (PoS) na kuzuia mzunguko kwa PoW. Zaidi ya hayo, dhana ya "kodi ya miamala" inapaswa kuundwa kwa uangalifu dhidi ya data halisi ya mifumo ya malipo ili kupata kiwango bora kinachozuia ujumbe usiotakiwa bila kuzuia utumiaji.

5. Maelezo ya Kiufundi na Uundaji wa Kihisabati

Mpango wa uthibitishaji-wa-kazi wa ushirikiano unaweza kuundwa rasmi kama ifuatavyo:

Acha $T = \{tx_1, tx_2, ..., tx_n\}$ iwe seti ya miamala iliyopendekezwa na kundi la watumiaji $U = \{u_1, u_2, ..., u_m\}$.

Acha $H(\cdot)$ iwe kitendakazi cha kriptografia cha hash (k.m., SHA-256). PoW ya jadi inahitaji kutafuta nambari ya mara moja $N$ kiasi kwamba kwa kizuizi $B$, $H(B || N) < D$, ambapo $D$ ndio lengo la ugumu.

Katika muundo wa ushirikiano, "kizuizi" ni seti ya miamala iliyokubaliwa $T$. Fumbo linatatuliwa kwa pamoja. Kila mtumiaji $u_i$ anachangia suluhisho la sehemu ("sehemu ya hisa") $s_i$. Uthibitishaji-wa-kazi wa pamoja $P$ ni kitendakazi cha hisa zote na seti ya miamala:

$P = F(T, s_1, s_2, ..., s_m)$

Sharti la uthibitishaji wa ushirikiano halali linakuwa:

$H(P) < D$

Kitendakazi $F$ lazima kiundwe ili:

1. Kihitaji juhudi kubwa za pamoja za kompyuta kutoka kwa wengi wa $U$ ili kupata pembejeo $s_i$ zinazotoa $H(P) < D$.
2. Kuruhusu uthibitishaji kwamba $u_i$ wote $\in U$ walichangia kwenye $P$.
3. Kuzuia mtumiaji yeyote mmoja au kikundi kidogo kutoka kudhibiti suluhisho au kuunda ushiriki wa wengine kwa uwongo.

Uundaji unaowezekana wa $F$ unaweza kuhusisha mifumo ya kurudia inayofanana na sahihi nyingi (multi-signature) au vitendakazi vya ucheleweshaji vinavyoweza kuthibitishwa (VDFs) vilivyochanganywa na ahadi za hash, kuhakikisha kazi inafuatana na lazima ichangiwe na pande tofauti.

6. Mfumo wa Uchambuzi na Kesi ya Mfano

Mfumo: Kutathmini Mabadiliko ya Utaratibu wa Makubaliano

Tunaweza kuchambua pendekezo hili kwa kutumia mfumo unaolinganisha vipimo muhimu:

Kesi ya Mfano: Mkusanyiko wa Miamala Midogo

Fikiria watumiaji 1000 wanataka kufanya malipo madogo, ya mara kwa mara (k.m., ndani ya soko la data la IoT).

• PoW ya Jadi: Kila miamala inangojea mchimbaji aijumuishe kwenye kizuizi, ikishindana na nyingine kwa kipaumbele cha ada. Ucheleweshaji mkubwa, gharama halisi kubwa.
• PoW ya Ushirikiano: Watumiaji hawa 1000 huunda kundi la muda. Wanafanya kazi pamoja kwenye PoW moja kwa kizuizi kilicho na miamala yao yote. Kazi imesambazwa, kwa hivyo gharama ya kila mmoja ni ndogo. Mara PoW itakapotatuliwa, kizuizi kinasambazwa. "Kodi" iliyolipwa imegawanywa kati yao, pengine ni ndogo kuliko ada za kibinafsi. Makubaliano juu ya mpangilio wa mkusanyiko wao yanafikiwa moja kwa moja.

Kesi hii inaangazia uwezekano wa kuongezeka kwa uzalishaji katika hali maalum zenye kiasi kikubwa na thamani ya chini.

7. Mtazamo wa Matumizi na Mwelekeo wa Baadaye

Mtazamo wa Matumizi:

• Blockchain za Ushirika zilizoruhusiwa: Mazingira bora ambapo washiriki wanajulikana na wana uhusiano uliopo, kutatua shida ya kuanzisha. Muhimu kwa mnyororo wa usambazaji au daftari za kati ya benki.
• Suluhisho za Kuongeza Uwezo wa Safu ya 2: Mpango wa ushirikiano unaweza kutumika kufikia makubaliano ndani ya kundi la washiriki wa kituo cha hali (state channel) au mnyororo wa upande (sidechain), na malipo ya mara kwa mara kwenye mnyororo kuu.
• Vyanzo vya Data Visivyo na Kituo Kimoja (Oracles): Vikundi vya nodi za oracle vinaweza kutumia PoW ya ushirikiano kufikia makubaliano juu ya thamani ya hatua ya data kabla ya kuiwasilisha kwenye mnyororo, na kuongeza gharama kwa taarifa za uwongo.

Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:

1. Uthibitishaji Rasmi wa Usalama: Mpango unahitaji uchambuzi mkali wa kriptografia kuthibitisha usalama wake dhidi ya mashambulizi ya Sybil, ushirikiano wa kinyume, na miundo mingine ya tishio chini ya hali halisi za mtandao.
2. Ubunifu wa Utaratibu wa Uundaji wa Vikundi: Vikundi vya ushirikiano vinaundwaje kwa nguvu? Utafiti unahitajika kuhusu ufananishi wa vikundi kwa algoriti, ukitumia nadharia za ufananishi au michakato ya nasibu.
3. Ujumuishaji na Miundo Mingine ya Makubaliano: Kuchunguza mseto na Uthibitishaji-wa-Dau (PoS) au Uthibitishaji-wa-Mamlaka (PoA) kwa ajili ya uteuzi wa kundi au safu ya ukweli.
4. Kupima Athari ya Nishati: Kuunda miundo halisi ya mifano ya kuiga ili kupima akiba inayowezekana ya nishati ikilinganishwa na PoW ya jadi chini ya hali mbalimbali za utumiaji na mzigo wa miamala.

8. Marejeo

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Demers, A., et al. (1987). Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance. Proceedings of the Sixth Annual ACM Symposium on Principles of Distributed Computing.
3. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
4. Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
5. Buterin, V., et al. (2014). A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform. Ethereum White Paper.
6. King, S., & Nadal, S. (2012). PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency with Proof-of-Stake.
7. Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV). (CycleGAN reference for adversarial/coordination structure analysis)