Ketidakmungkinan Penyahpusatan Penuh dalam Rantai Blok Tanpa Kebenaran

Kandungan

1 Pengenalan

Mata wang berpusat tradisional mengalami titik kegagalan tunggal dan rasuah institusi, seperti yang ditunjukkan oleh krisis kewangan 2008. Bitcoin muncul sebagai mata wang digital terdesentralisasi pertama menggunakan teknologi rantai blok untuk menghapuskan pihak berkuasa pusat. Walau bagaimanapun, walaupun mempunyai aspirasi terdesentralisasi, mekanisme proof-of-work (PoW) Bitcoin telah membawa kepada penumpuan kuasa yang ketara dalam kolam perlombongan.

Masalah penyahpusatan melangkaui PoW kepada sistem proof-of-stake (PoS) dan delegated proof-of-stake (DPoS), mencadangkan batasan asas dalam struktur insentif rantai blok.

2 Latar Belakang

2.1 Mekanisme Konsensus

Protokol konsensus rantai blok menyelaraskan pandangan nod sambil menghalang tingkah laku berniat jahat:

• Proof-of-Work (PoW): Kuasa pengiraan menentukan hak penciptaan blok
• Proof-of-Stake (PoS): Pemilikan stake mempengaruhi kebarangkalian pengesahan
• Delegated Proof-of-Stake (DPoS): Pemegang token memilih pengesah

2.2 Metrik Penyahpusatan

Metrik sedia ada termasuk pekali Gini, pekali Nakamoto, dan Indeks Herfindahl-Hirschman (HHI). Kertas kerja ini memperkenalkan formalisasi yang lebih ketat.

3 Model Formal

3.1 Penyahpusatan (m,ε,δ)

Kertas kerja ini mentakrifkan penyahpusatan $(m,\epsilon,\delta)$ sebagai keadaan yang memenuhi:

1. Sekurang-kurangnya $m$ peserta menjalankan nod
2. Nisbah antara jumlah kuasa sumber nod yang dijalankan oleh peserta terkaya dan persentil $\delta$ adalah $\leq 1+\epsilon$

Apabila $m$ besar dan $\epsilon=\delta=0$, ini mewakili penyahpusatan penuh.

3.2 Definisi Kos Sybil

Kos Sybil ditakrifkan sebagai perbezaan antara kos untuk satu peserta menjalankan berbilang nod dan jumlah kos untuk berbilang peserta setiap satu menjalankan satu nod:

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

Di mana $C_{multi}$ ialah kos untuk satu entiti menjalankan $n$ nod, dan $C_{single_i}$ ialah kos untuk individu $i$ menjalankan satu nod.

4 Analisis Teoretikal

4.1 Keputusan Ketidakmungkinan

Kertas kerja ini membuktikan bahawa tanpa kos Sybil positif, mencapai penyahpusatan $(m,\epsilon,\delta)$ adalah terbatas secara kebarangkalian. Batasan atas kebarangkalian adalah:

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

di mana $f_\delta$ ialah nisbah antara kuasa sumber peserta persentil $\delta$ dan peserta terkaya.

4.2 Batasan Kebarangkalian

Untuk nilai $f_\delta$ kecil (menunjukkan ketaksamaan kekayaan besar), batasan atas menghampiri 0, menjadikan penyahpusatan hampir mustahil tanpa kos Sybil.

5 Keputusan Eksperimen

Penyelidikan menunjukkan melalui simulasi bahawa:

• Sistem dengan kos Sybil sifar cepat memusat, dengan pekali Gini menghampiri 0.9
• Walaupun kos Sybil positif kecil ($C_{sybil} > 0$) meningkatkan metrik penyahpusatan dengan ketara
• Sistem rantai blok semasa mempamerkan nilai $f_\delta$ di bawah 0.01, menjadikan penyahpusatan mustahil secara kebarangkalian

6 Pelaksanaan Teknikal

Kod Pseudo: Pengiraan Kos Sybil

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
        
    # Kira kos untuk entiti tunggal menjalankan semua nod
    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):
    # Ekonomi skala mengurangkan kos per-nod untuk pengendali lebih besar
    return base_cost * (resources ** scale_factor)

7 Aplikasi Masa Depan

Arah potensi untuk mencapai penyahpusatan lebih baik:

• Kos Sybil Berasaskan Sumber: Keperluan perkakasan fizikal atau penggunaan tenaga
• Sistem Identiti Sosial: Identiti terdesentralisasi dengan kos berasaskan reputasi
• Konsensus Hibrid: Menggabungkan berbilang mekanisme untuk mengimbangi keselamatan dan penyahpusatan
• Struktur Fi Dinamik: Pelarasan berasaskan algoritma berdasarkan metrik penumpuan

8 Analisis Asal

Kertas kerja "Ketidakmungkinan Penyahpusatan Penuh dalam Rantai Blok Tanpa Kebenaran" membentangkan cabaran asas kepada premis teras teknologi rantai blok. Dengan memformalkan penyahpusatan melalui rangka kerja penyahpusatan $(m,\epsilon,\delta)$ dan memperkenalkan konsep kos Sybil, penulis menyediakan asas matematik yang ketat untuk menganalisis penyahpusatan yang melangkaui metrik sedia ada seperti pekali Nakamoto.

Keputusan ketidakmungkinan teoretikal selaras dengan pemerhatian empirikal merentasi rangkaian rantai blok utama. Penumpuan perlombongan Bitcoin, di mana 3 kolam teratas mengawal kira-kira 65% kadar hash, dan penumpuan kekayaan Ethereum, di mana 2% alamat memegang 95% ETH, menunjukkan manifestasi praktikal batasan teoretikal ini. Corak ini menyerupai kecenderungan pemusatan yang diperhatikan dalam sistem teragih lain, serupa dengan bagaimana rangka kerja pembelajaran tanpa penyeliaan CycleGAN mendedahkan batasan semula jadi dalam tugas terjemahan domain.

Konsep kos Sybil menyediakan lensa penting untuk memahami mengapa sistem rantai blok semasa tidak dapat dielakkan memusat. Dalam sistem PoW, ekonomi skala dalam perkakasan perlombongan dan kos elektrik mencipta kos Sybil negatif, di mana pengendali besar sebenarnya mempunyai kos per-unit lebih rendah. Dalam sistem PoS, ketiadaan kos berulang untuk pengesahan mencipta kos Sybil hampir sifar. Analisis ini menjelaskan mengapa sistem terwakili seperti EOS dan TRON mempamerkan pemusatan lebih besar, dengan 21 dan 27 super nod masing-masing mengawal seluruh rangkaian.

Perbandingan dengan penyelidikan sistem teragih tradisional dari organisasi seperti IEEE dan ACM Digital Library menunjukkan bahawa trilemma penyahpusatan—mengimbangi keselamatan, kebolehskalaan, dan penyahpusatan—mungkin secara asasnya dihadkan oleh prinsip ekonomi dan bukannya batasan teknikal. Penyelidikan mencadangkan bahawa rantai blok benar-benar tanpa kebenaran mungkin menghadapi pertukaran semula jadi antara rintangan Sybil dan penyahpusatan, serupa dengan bagaimana teorem CAP menghadkan pangkalan data teragih.

Arah penyelidikan masa depan harus meneroka mekanisme kos Sybil inovatif yang tidak bergantung kepada pihak ketiga dipercayai. Pendekatan potensi termasuk proof-of-physical-work, sistem identiti terdesentralisasi dengan graf sosial, atau staking berasaskan sumber yang menggabungkan kos dunia sebenar. Walau bagaimanapun, seperti yang ditunjukkan kertas kerja, sebarang penyelesaian mesti mengimbangi dengan teliti insentif ekonomi yang mendorong penyertaan dengan kekangan matematik yang membolehkan penyahpusatan.

9 Rujukan

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