अनुमतिहीन ब्लॉकचेन में पूर्ण विकेंद्रीकरण की असंभवता

विषय सूची

1 परिचय

पारंपरिक केंद्रीकृत मुद्राएं एकल विफलता बिंदु और संस्थागत भ्रष्टाचार से ग्रस्त हैं, जैसा कि 2008 के वित्तीय संकट ने प्रदर्शित किया। बिटकॉइन केंद्रीय प्राधिकरण को समाप्त करने के लिए ब्लॉकचेन तकनीक का उपयोग करने वाली पहली विकेंद्रीकृत डिजिटल मुद्रा के रूप में उभरा। हालांकि, अपनी विकेंद्रीकृत आकांक्षाओं के बावजूद, बिटकॉइन के प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) तंत्र ने माइनिंग पूल में महत्वपूर्ण शक्ति संकेंद्रण को जन्म दिया है।

विकेंद्रीकरण की समस्या PoW से आगे प्रूफ-ऑफ-स्टेक (PoS) और प्रत्यायोजित प्रूफ-ऑफ-स्टेक (DPoS) प्रणालियों तक फैली हुई है, जो ब्लॉकचेन प्रोत्साहन संरचनाओं में मौलिक सीमाओं का सुझाव देती है।

माइनिंग पूल संकेंद्रण

65%

शीर्ष 3 माइनिंग पूल बिटकॉइन हैश दर का बहुमत नियंत्रित करते हैं

धन असमानता

पते बिटकॉइन संपदा का 95% रखते हैं

2 पृष्ठभूमि

2.1 सहमति तंत्र

ब्लॉकचेन सहमति प्रोटोकॉल नोड दृष्टिकोणों को सिंक्रनाइज़ करते हुए दुर्भावनापूर्ण व्यवहार को रोकते हैं:

प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW): कम्प्यूटेशनल शक्ति ब्लॉक निर्माण अधिकार निर्धारित करती है
प्रूफ-ऑफ-स्टेक (PoS): स्टेक स्वामित्व सत्यापन संभावना को प्रभावित करता है
प्रत्यायोजित प्रूफ-ऑफ-स्टेक (DPoS): टोकन धारक वैलिडेटर चुनते हैं

2.2 विकेंद्रीकरण मापदंड

मौजूदा मापदंडों में जिनी गुणांक, नाकामोटो गुणांक और हर्फिंडहल-हिर्शमैन इंडेक्स (HHI) शामिल हैं। यह पेपर एक अधिक कठोर औपचारिकीकरण प्रस्तुत करता है।

3 औपचारिक मॉडल

3.1 (m,ε,δ)-विकेंद्रीकरण

पेपर $(m,\epsilon,\delta)$-विकेंद्रीकरण को एक ऐसी स्थिति के रूप में परिभाषित करता है जो संतुष्ट करती है:

कम से कम $m$ प्रतिभागी नोड चला रहे हैं
सबसे धनी और $\delta$-वें प्रतिशतक प्रतिभागियों द्वारा चलाए जा रहे नोड्स की कुल संसाधन शक्ति के बीच का अनुपात $\leq 1+\epsilon$ है

जब $m$ बड़ा हो और $\epsilon=\delta=0$ हो, तो यह पूर्ण विकेंद्रीकरण का प्रतिनिधित्व करता है।

3.2 साइबिल लागत परिभाषा

साइबिल लागत को एक प्रतिभागी द्वारा कई नोड चलाने की लागत और कई प्रतिभागियों द्वारा प्रत्येक एक नोड चलाने की कुल लागत के बीच के अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है:

$$C_{sybil} = C_{multi} - \sum_{i=1}^{n} C_{single_i}$$

जहां $C_{multi}$ एक इकाई द्वारा $n$ नोड चलाने की लागत है, और $C_{single_i}$ व्यक्ति $i$ द्वारा एक नोड चलाने की लागत है।

4 सैद्धांतिक विश्लेषण

4.1 असंभवता परिणाम

पेपर सिद्ध करता है कि सकारात्मक साइबिल लागतों के बिना, $(m,\epsilon,\delta)$-विकेंद्रीकरण प्राप्त करना संभाव्य रूप से सीमित है। संभाव्यता ऊपरी सीमा है:

$$P(\text{विकेंद्रीकरण}) \leq g(f_\delta)$$

जहां $f_\delta$ $\delta$-वें प्रतिशतक और सबसे धनी प्रतिभागियों की संसाधन शक्ति के बीच का अनुपात है।

4.2 संभाव्यता सीमाएं

$f_\delta$ के छोटे मानों (बड़ी धन असमानता का संकेत देने वाले) के लिए, ऊपरी सीमा 0 के करीब पहुंच जाती है, जिससे साइबिल लागतों के बिना विकेंद्रीकरण लगभग असंभव हो जाता है।

5 प्रायोगिक परिणाम

अनुसंधान सिमुलेशन के माध्यम से प्रदर्शित करता है कि:

शून्य साइबिल लागत वाली प्रणालियां तेजी से केंद्रीकृत हो जाती हैं, जिनी गुणांक 0.9 के करीब पहुंच जाते हैं
यहां तक कि छोटी सकारात्मक साइबिल लागत ($C_{sybil} > 0$) भी विकेंद्रीकरण मापदंडों में काफी सुधार करती है
वर्तमान ब्लॉकचेन प्रणालियां 0.01 से नीचे $f_\delta$ मान प्रदर्शित करती हैं, जिससे विकेंद्रीकरण संभाव्य रूप से अव्यवहार्य हो जाता है

मुख्य अंतर्दृष्टि

साइबिल प्रतिरोध विकेंद्रीकरण के लिए आवश्यक है लेकिन अपर्याप्त है
आर्थिक प्रोत्साहन प्रतिकार के बिना स्वाभाविक रूप से केंद्रीकरण की ओर ले जाते हैं
TTP-मुक्त साइबिल लागत कार्यान्वयन एक खुली शोध समस्या बनी हुई है

6 तकनीकी कार्यान्वयन

स्यूडोकोड: साइबिल लागत गणना

function calculateSybilCost(participants):
    total_single_cost = 0
    multi_node_cost = 0
    
    for participant in participants:
        single_cost = computeNodeCost(participant.resources)
        total_single_cost += single_cost
        
    # Calculate cost for single entity running all nodes
    combined_resources = sum(p.resources for p in participants)
    multi_node_cost = computeNodeCost(combined_resources) * sybil_multiplier
    
    sybil_cost = multi_node_cost - total_single_cost
    return max(0, sybil_cost)

function computeNodeCost(resources, base_cost=1, scale_factor=0.8):
    # Economies of scale reduce per-node cost for larger operators
    return base_cost * (resources ** scale_factor)

7 भविष्य के अनुप्रयोग

बेहतर विकेंद्रीकरण प्राप्त करने के लिए संभावित दिशाएं:

संसाधन-आधारित साइबिल लागत: भौतिक हार्डवेयर आवश्यकताएं या ऊर्जा खपत
सामाजिक पहचान प्रणालियां: प्रतिष्ठा-आधारित लागतों के साथ विकेंद्रीकृत पहचान
हाइब्रिड सहमति: सुरक्षा और विकेंद्रीकरण को संतुलित करने के लिए कई तंत्रों का संयोजन
गतिशील फीस संरचनाएं: संकेंद्रण मापदंडों के आधार पर एल्गोरिदमिक समायोजन

8 मूल विश्लेषण

पेपर "अनुमतिहीन ब्लॉकचेन में पूर्ण विकेंद्रीकरण की असंभवता" ब्लॉकचेन तकनीक की मूल परिकल्पना के लिए एक मौलिक चुनौती प्रस्तुत करता है। $(m,\epsilon,\delta)$-विकेंद्रीकरण ढांचे के माध्यम से विकेंद्रीकरण को औपचारिक रूप देकर और साइबिल लागतों की अवधारणा का परिचय देकर, लेखक नाकामोटो गुणांक जैसे मौजूदा मापदंडों से परे विकेंद्रीकरण का विश्लेषण करने के लिए एक कठोर गणितीय आधार प्रदान करते हैं।

सैद्धांतिक असंभवता परिणाम प्रमुख ब्लॉकचेन नेटवर्क में अनुभवजन्य अवलोकनों के साथ संरेखित होता है। बिटकॉइन का माइनिंग संकेंद्रण, जहां शीर्ष 3 पूल लगभग 65% हैश दर नियंत्रित करते हैं, और एथेरियम का धन संकेंद्रण, जहां 2% पते 95% ETH रखते हैं, इन सैद्धांतिक सीमाओं के व्यावहारिक अभिव्यक्ति का प्रदर्शन करते हैं। यह पैटर्न अन्य वितरित प्रणालियों में देखी गई केंद्रीकरण प्रवृत्तियों से मिलता-जुलता है, जैसे कि CycleGAN के अनिरीक्षित शिक्षण ढांचे ने डोमेन अनुवाद कार्यों में अंतर्निहित सीमाओं को प्रकट किया था।

साइबिल लागत अवधारणा यह समझने के लिए एक महत्वपूर्ण लेंस प्रदान करती है कि वर्तमान ब्लॉकचेन प्रणालियां अनिवार्य रूप से केंद्रीकृत क्यों हो जाती हैं। PoW प्रणालियों में, माइनिंग हार्डवेयर और बिजली लागतों में पैमाने की अर्थव्यवस्थाएं नकारात्मक साइबिल लागत पैदा करती हैं, जहां बड़े ऑपरेटरों की वास्तव में प्रति इकाई लागत कम होती है। PoS प्रणालियों में, सत्यापन के लिए आवर्ती लागतों की अनुपस्थिति लगभग-शून्य साइबिल लागत पैदा करती है। यह विश्लेषण बताता है कि EOS और TRON जैसी प्रत्यायोजित प्रणालियां और भी अधिक केंद्रीकरण प्रदर्शित करती हैं, जहां क्रमशः 21 और 27 सुपर नोड पूरे नेटवर्क को नियंत्रित करते हैं।

IEEE और ACM डिजिटल लाइब्रेरी जैसे संगठनों से पारंपरिक वितरित प्रणालियों के शोध के साथ तुलना से पता चलता है कि विकेंद्रीकरण त्रिदोष—सुरक्षा, मापनीयता और विकेंद्रीकरण को संतुलित करना—मौलिक रूप से तकनीकी सीमाओं के बजाय आर्थिक सिद्धांतों द्वारा सीमित हो सकता है। शोध बताता है कि वास्तव में अनुमतिहीन ब्लॉकचेन साइबिल प्रतिरोध और विकेंद्रीकरण के बीच एक अंतर्निहित व्यापार-बंद का सामना कर सकते हैं, जैसे कि CAP प्रमेय वितरित डेटाबेस को सीमित करती है।

भविष्य की शोध दिशाओं को अभिनव साइबिल लागत तंत्रों का पता लगाना चाहिए जो विश्वसनीय तृतीय पक्षों पर निर्भर न हों। संभावित दृष्टिकोणों में प्रूफ-ऑफ-फिजिकल-वर्क, सामाजिक ग्राफ़ के साथ विकेंद्रीकृत पहचान प्रणालियाँ, या संसाधन-आधारित स्टेकिंग शामिल हैं जो वास्तविक दुनिया की लागतों को शामिल करती हैं। हालाँकि, जैसा कि पेपर प्रदर्शित करता है, किसी भी समाधान को भागीदारी को प्रेरित करने वाले आर्थिक प्रोत्साहनों और विकेंद्रीकरण को सक्षम करने वाली गणितीय बाधाओं को सावधानीपूर्वक संतुलित करना होगा।

9 संदर्भ

Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
Buterin, V. (2014). Ethereum White Paper
Zhu, J.-Y., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. IEEE
Bonneau, J., et al. (2015). SoK: Research Perspectives and Challenges for Bitcoin and Cryptocurrencies. IEEE S&P
IEEE Blockchain Standards Committee. (2019). Decentralization Metrics for Blockchain Systems
ACM Digital Library. (2020). Economic Analysis of Cryptocurrency Systems
Gencer, A. E., et al. (2018). Decentralization in Bitcoin and Ethereum Networks