Chagua Lugha

Uthibitishaji Sambamba wa Kazi wenye Mipaka Maalum: Familia Mpya ya Itifaki za Urejeshi wa Hali

Uchambuzi wa itifaki mpya ya blockchain ya uthibitishaji sambamba wa kazi inayotoa mipaka maalum ya usalama, uthibitishaji wa haraka, na uthabiti dhidi ya mashambulizi ya matumizi mara mbili.
hashratebackedtoken.com | PDF Size: 0.3 MB
Ukadiriaji: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
Ukadiriaji Wako
Umekadiria waraka huu tayari
Kifuniko cha Waraka PDF - Uthibitishaji Sambamba wa Kazi wenye Mipaka Maalum: Familia Mpya ya Itifaki za Urejeshi wa Hali
Tazama Waraka PDF Pakua PDF Tafsiri PDF
Nyumbani » Nyaraka » Uthibitishaji Sambamba wa Kazi wenye Mipaka Maalum: Familia Mpya ya Itifaki za Urejeshi wa Hali

1. Utangulizi na Muhtasari

Karatasi hii, "Uthibitishaji Sambamba wa Kazi wenye Mipaka Maalum," inashughulikia kikomo cha msingi katika usalama wa blockchain: hali ya uwezekano na ya asimptotiki ya makubaliano ya jadi ya Uthibitishaji wa Kazi (PoW), kama inavyoonyeshwa na makubaliano ya Nakamoto ya Bitcoin. Ingawa kazi ya hivi karibuni ya Li et al. (AFT '21) ilitoa mipaka maalum ya usalama kwa PoW ya mtiririko, waandishi wanadai kuwa mtiririko wa asili bado ni kikwazo kwa uthibitishaji wa usalama. Wanapendekeza familia mpya ya itifaki za urejeshi wa hali kulingana na uthibitishaji sambamba wa kazi, ambapo kila kizuizi kina $k$ fumbo huru la kriptografia badala ya moja.

Ubunifu wa msingi ni muundo wa chini kwenda juu unaotokana na itifaki ndogo thabiti ya makubaliano, ambayo inawezesha kupata mipaka ya juu inayoweza kuthibitishwa na maalum kwa uwezekano wa kufeli kwa itifaki katika mitanduo ya ushirikiano yenye adui. Faida kuu inayodaiwa ni uwezekano wa uthibitishaji wa kizuizi kimoja, ikipunguza sana muda wa uthibitishaji unaohitajika kupunguza hatari za matumizi mara mbili ikilinganishwa na mkataba wa kizuizi 6 cha Bitcoin.

2. Itifaki ya Msingi na Mfumo wa Kiufundi

Familia ya itifaki imejengwa kutoka kwa itifaki ya msingi ya makubaliano, ikirudiwa ili kufikia urejeshi wa hali.

2.1. Usanifu wa Uthibitishaji wa Kazi wa Mtiririko dhidi ya Sambamba

Karatasi hii inatoa ulinganisho wa kimchoro (Kielelezo 1):

  • Mtiririko (Bitcoin): Kila kizuizi kina suluhisho moja la fumbo ambalo linarejea kwenye kizuizi kimoja cha awali, na kuunda mnyororo wa mstari. Usalama unategemea kanuni ya mnyororo mrefu zaidi.
  • Sambamba (Ilipendekezwa): Kila kizuizi kina $k$ suluhisho huru za fumbo. Kizuizi kinachukuliwa kuwa halali ikiwa kina idadi ya kutosha ya suluhisho halali (kizingiti). Hii inaunda muundo wenye marejeleo mengi kwa kila kizuizi, na kuongeza "uzito" au "uthibitisho" uliowekwa ndani ya kizuizi kimoja.

2.2. Itifaki Ndogo ya Makubaliano Ak

Itifaki $A_k$ ndio kitengo cha atomiki kwa kufikia makubaliano juu ya sasisho moja la hali. Inafanya kazi katika mfano wa mtandao wa ushirikiano wenye adui na ucheleweshaji wa ujumbe uliojulikana wa hali mbaya zaidi $\Delta$. Nodi zaaminifu zinadhibiti sehemu $\beta$ ya jumla ya nguvu ya hesabu, wakati adui anadhibiti $\alpha = 1 - \beta$. Itifaki inaendelea kwa mizunguko, ambapo katika kila mzunguko, nodi hujaribu kutatua $k$ fumbo huru. Makubaliano hufikiwa kulingana na usambazaji wa vizuizi vyenye kizingiti cha suluhisho halali.

2.3. Kupata Mipaka Maalum ya Uwezekano wa Kufeli

Mchango mkubwa ni kutoa kikomo cha juu cha maumbo ya kufungwa, maalum kwa uwezekano kwamba itifaki $A_k$ inafeli (mfano, inasababisha uma la mashindano linalokubaliwa na nodi zaaminifu). Kikomo hiki ni kazi ya:

  • $k$: Idadi ya fumbo kwa kila kizuizi.
  • $\alpha$: Nguvu ya hesabu ya adui.
  • $\Delta$: Ucheleweshaji wa mtandao.
  • Vigezo maalum vya itifaki (mfano, marekebisho ya ugumu).

Uchambuzi uwezekano hutumia zana za uwezekano na uundaji wa mkakati wa hali mbaya zaidi wa adui ili kuzuia tukio ambalo adui anaweza kuunda kizuizi cha ushindani kinachoonekana kuwa halali kwa sehemu ndogo ya mtandao ndani ya dirisha la usawazishaji.

2.4. Mwongozo wa Uboreshaji wa Vigezo

Karatasi hii inatoa mwongozo wa kuchagua $k$ na vigezo vingine ili kupunguza uwezekano wa kufeli kwa $\alpha$ na $\Delta$ fulani, au kufikia kiwango cha usalama kinacholengwa (mfano, uwezekano wa kufeli $10^{-6}$). Hii inabadilisha muundo wa itifaki kutoka kwa zoezi la heuristiki kuwa shida ya uboreshaji yenye vikwazo vinavyoweza kupimika.

3. Matokeo ya Majaribio na Utendaji

3.1. Ulinganisho wa Usalama: Bitcoin ya Haraka dhidi ya Uthibitishaji Sambamba wa Kazi

Karatasi hii inawasilisha uchambuzi wa kulinganisha unaovutia (kurejelea Jedwali 3). Kwa hali yenye $\alpha = 0.25$ (mshambuliaji 25%) na $\Delta = 2s$:

Uthibitishaji Sambamba wa Kazi (k=51)

Uwezekano wa Kufeli: $2.2 \times 10^{-4}$

Fasiri: Mshambuliaji angehitaji kutumia kazi sawa na maelfu ya vizuizi kwa mashambulizi moja ya mafanikio ya uthabiti.

"Bitcoin ya Haraka" (PoW ya Mtiririko, vizuizi 7/min)

Uwezekano wa Kufeli: ~9%

Fasiri: Mshambuliaji angefaulu takriban kila masaa 2.

Hii inaonyesha uboreshaji wa maagizo-makubwa katika usalama maalum kwa uthibitishaji wa kizuizi kimoja.

3.2. Uthabiti dhidi ya Ukiukaji wa Mawazo

Uigizaji unaonyesha kuwa ujenzi uliopendekezwa unabaki thabiti hata chini ya ukiukaji wa sehemu ya mfano wa mtandao wa ushirikiano au mawazo mengine ya muundo, ikionyesha uthabiti wa vitendo.

4. Uchambuzi Muhimu na Ufahamu wa Wataalamu

Ufahamu wa Msingi: Keller na Böhme hawabadilishi tu PoW; wanabuni tena msingi wake wa imani. Mabadiliko kutoka kwa mnyororo wa wakati wa uthibitishaji wa mtiririko hadi kifungu cha anga cha uthibitishaji sambamba ndani ya kizuizi kimoja ni mruko wa kina wa dhana. Inabadilisha hadithi ya "mnyororo mzito zaidi" kwa mantiki ya "kizuizi chenye uzito wa kutosha", na kuhamisha uthibitishaji kutoka kwa mchezo wa kusubiri wa takwimu hadi tukio moja lenye kikomo cha uwezekano. Hii inashambulia moja kwa moja udhaifu wa msingi unaotumiwa katika matumizi mara mbili na uchimbaji wa ubinafsi: kipindi cha kutokuwa na uhakika.

Mtiririko wa Mantiki: Hoja yao imepangwa vizuri kabisa. 1) Tambua shida: mipaka ya asimptotiki haitoshi kwa dhamana za ulimwengu halisi (kurejelea Li et al.). 2) Pata sababu ya msingi: mtiririko kwa asili huunda hali ya mbio ambayo adui anaweza kuitumia. 3) Pendekeza tiba: fanya kazi sambamba ili kuunda uthibitishaji mnene, mgumu kwa kubuni kwa kila kitengo cha wakati. 4) Toa uthibitisho: pata mipaka maalum kutoka kanuni za msingi kupitia itifaki ndogo $A_k$. 5) Thibitisha: onyesha uboreshaji mkubwa wa kimajaribio ikilinganishwa na mbinu ya kisasa ya "mtiririko wa haraka". Hii ni darasa bora katika utafiti wa kriptografia uliotumika.

Nguvu na Kasoro: Nguvu haina shaka: usalama unaoweza kupimika. Katika tasnia iliyojaa "usalama kupitia utata" au mbinu tata, zisizothibitishwa, kazi hii inatoa kurudi kwenye dhamana madhubuti, zinazoweza kupimika. Inajenga daraja kati ya mizunguko maalum ya fasihi ya Uvumilivu wa Hitilafu ya Byzantine (BFT) na mfano wa uwezekano wa PoW. Hata hivyo, kasoro ziko katika mawazo. Mitandao ya ushirikiano yenye $\Delta$ inayojulikana ni mfano wa kawaida lakini mara nyingi hukosolewa kuwa haifai kwa mitandao ya kimataifa, isiyo na ruhusa kama Bitcoin. Utendaji wa itifaki chini ya ucheleweshaji wa kutofautiana wa ulimwengu halisi (sawa na mifano ya mtandao iliyojadiliwa katika tathmini ya karatasi ya CycleGAN ya utulivu wa mafunzo katika nyanja) bado ni swali wazi. Zaidi ya hayo, mzigo wa mawasiliano wa kutangaza vizuizi vyenye uthibitisho $k$ unaweza kuwa mkubwa, na uwezekano wa kufidia faida za ucheleweshaji.

Ufahamu Unaoweza Kutekelezwa: Kwa watendaji, karatasi hii ni mchoro wa msingi. Inakuambia hasa jinsi ya kuchagua $k$ kwa kiwango chako cha usalama na vipimo vya mtandao. Hii ni muhimu sana kwa minyororo ya ushirika au programu maalum za DeFi ambapo vigezo vya mtandao vinaweza kudhibitiwa zaidi. Inafanya PoW kuwa chaguo linalofaa kwa matumizi yanayohitaji uthibitishaji wa haraka (mfano, malipo ya biashara ya mzunguko wa juu kwenye mnyororo) yaliyohifadhiwa awali kwa aina za BFT au PoS. Jamii ya watafiti lazima sasa ijarishe mfano huu chini ya mazingira ya ushirikiano au sehemu ya ushirikiano. Mbinu mseto, kutumia PoW sambamba kwa vizuizi vya "alama ya ukaguzi" vya haraka, vya imani kubwa na PoW ya mtiririko kwa vizuizi vya wakati wa kati, inaweza kuwa mageuzi ya kuvutia.

5. Maelezo ya Kiufundi na Uundaji wa Kihisabati

Ingawa utaftaji kamili ni mgumu, kikomo cha msingi cha uwezekano kwa uwezekano kinazunguka dhana zifuatazo:

Uongozi wa Adui: Hebu $Z$ iwe tofauti nasibu inayoashiria uongozi wa adui katika idadi ya suluhisho za fumbo zilizopatikana wakati wa mzunguko muhimu. Kufeli hutokea ikiwa uongozi huu unazidi kizingiti $d$ kinachohusiana na ukingo wa usalama wa itifaki.

Mchakato wa Binomial: Kupata fumbo kunatokana na mchakato wa binomial kwa nodi zaaminifu na adui. Kwa $k$ fumbo kwa kila mzunguko, idadi ya suluhisho zinazopatikana na adui (kwa nguvu $\alpha$) hufuata usambazaji kama $\text{Binomial}(k, \alpha')$ ambapo $\alpha'$ imerekebishwa kwa ugumu.

Muundo wa Kikomo Maalum: Uwezekano wa kufeli $\epsilon$ unaweza kuzuiwa kwa kutumia usawa wa mkia (mfano, mipaka ya Chernoff): $$\epsilon \leq \exp\left( -k \cdot D \right)$$ ambapo $D$ ni kazi ya $\alpha$, $\beta$, $\Delta$, na kizingiti cha itifaki. Muundo huu wa kielelezo katika $k$ unaelezea kwa nini kuongeza $k$ kunapunguza kwa haraka uwezekano wa kufeli.

k Bora: Uboreshaji unahusisha kutatua kwa $k$ ndogo zaidi kama $\epsilon \leq \epsilon_{\text{kinacholengwa}}$, ikizingatiwa vikwazo kwenye muda wa kizuizi (ambao unapimwa na $k$ na ugumu wa fumbo).

6. Mfumo wa Uchambuzi: Mfano wa Kesi bila Msimbo

Hali: Daftari la mali la hali ya juu la sanaa (mfano, michoro) linahitaji muamala mpya (sasisho la asili) kuwa wa mwisho ndani ya dakika 5 ili kuwezesha mnada wa moja kwa moja. Kutumia Bitcoin (kizuizi cha dakika 10, ~dakika 60 kwa uthibitishaji 6), haiwezekani. "Bitcoin ya haraka" (vizuizi 7/min) ina kiwango cha kufeli cha 9% kwa uthibitishaji wa kizuizi kimoja—haikubaliki kwa mchoro wa $50M.

Utumiaji wa Mfumo:

  1. Fafanua Mahitaji: Muda wa Uthibitishaji $T_f \leq 5$ min. Uwezekano wa Lengo la Kufeli $\epsilon_t \leq 10^{-6}$. Ucheleweshaji wa makadirio ya mtandao $\Delta \approx 3s$. Nguvu ya juu ya mshambuliaji inayodhaniwa $\alpha=0.3$.
  2. Mfano wa PoW ya Mtiririko: Tumia mfano kutoka kwa Li et al. [50]. Ili kufikia $\epsilon_t$ na $\alpha=0.3$, inahitaji kusubiri vizuizi vingi, na kusukuma $T_f$ zaidi ya dakika 5.
  3. Mfano wa PoW Sambamba: Tumia mipaka kutoka kwa karatasi hii. Ingiza $\alpha=0.3$, $\Delta=3s$, $\epsilon_t=10^{-6}$ kwenye mwongozo wa uboreshaji. Inatoa pato la fumbo zinazohitajika kwa kila kizuizi $k \approx 120$ na inaruhusu kuweka muda wa kizuizi (kwa kurekebisha ugumu wa fumbo) hadi, sema, dakika 4. Matokeo: Kizuizi kimoja (kusubiri dakika 4) kinatoa usalama unaohitajika wa $10^{-6}$.
  4. Uamuzi: Itifaki ya PoW Sambamba inakidhi mahitaji ya biashara; PoW ya Mtiririko haiwezi. Badiliko ni ukubwa mkubwa wa kizuizi (uthibitisho 120).
Mfumo huu unaruhusu wabunifu wa mifumo kufanya mabadiliko yenye habari, ya kiasi kati ya usalama, ucheleweshaji, na mzigo wa ziada.

7. Matumizi ya Baadaye na Mwelekeo wa Utafiti

Matumizi ya Haraka:

  • DeFi ya Mzunguko wa Juu/Inayohusiana na Muda: Mwisho wa chaguo, sasisho la oraculi, na kubadilishana atomiki kati ya minyororo kunaweza kutumia uthibitishaji wa kizuizi kimoja.
  • Blockchain za Ushirika/Kampuni: Ambapo ushirikiano wa mtandao ni dhana inayofaa na washiriki wanataka uwezo wa ukaguzi wa PoW bila uthibitishaji wa polepole.
  • Tabaka za Uhusiano wa Blockchain: Kama kifaa cha uthibitishaji kwa rollups au mifumo mingine ya Tabaka-2, ikitoa dhamana madhubuti, za wakati wa malipo kwa mnyororo mkuu.

Mwelekeo wa Utafiti:

  • Adui wa Ushirikiano: Kupanua mipaka maalum kwa mifano ya mtandao ya ushirikiano wa sehemu au ushirikiano, labda kuchora kutoka kwa mbinu katika fasihi ya makubaliano yaliyosambazwa.
  • Miundo Mseto: Kuchanganya PoW sambamba na taratibu zingine (mfano, Uthibitishaji wa Hisa kwa alama za ukaguzi, kama ilivyoashiriwa katika mpango wa Ethereum) ili kuboresha usalama na ufanisi.
  • Marekebisho ya Vigezo ya Nguvu: Taratibu za nodi kurekebisha $k$ kwa nguvu kulingana na ucheleweshaji wa mtandao unaozingatiwa na nguvu ya adui inayodhaniwa.
  • Matokeo ya Vifaa na Nishati: Kujifunza matumizi ya nishati ya ulimwengu halisi na uboreshaji wa vifaa (mfano, muundo wa ASIC sambamba) kwa kutatua $k$ fumbo huru kwa wakati mmoja.
  • Uthibitishaji Rasmi: Kutumia zana kama Coq au Isabelle kuthibitisha rasmi dhamana za usalama za itifaki, kama ilivyoonekana katika miradi kama uthibitishaji rasmi wa vihimishi na itifaki za kriptografia.

8. Marejeo

  1. Keller, P., & Böhme, R. (2022). Parallel Proof-of-Work with Concrete Bounds. In Proceedings of the 4th ACM Conference on Advances in Financial Technologies (AFT '22).
  2. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
  3. Li, J., et al. (2021). Bitcoin Security with Concrete Bounds. In Proceedings of the 3rd ACM Conference on Advances in Financial Technologies (AFT '21).
  4. Garay, J., Kiayias, A., & Leonardos, N. (2015). The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications. In EUROCRYPT.
  5. Pass, R., Seeman, L., & Shelat, A. (2017). Analysis of the Blockchain Protocol in Asynchronous Networks. In EUROCRYPT.
  6. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. In Financial Cryptography.
  7. Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. In Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV). (Imetajwa kama mfano wa tathmini madhubuti chini ya mabadiliko ya nyanja, sawa na ukiukaji wa mfano wa mtandao).
  8. Buterin, V., et al. (2022). Ethereum Proof-of-Stake Consensus Layer Specification.