Kutowezekana kwa Uwiano Kamili katika Mfumo wa Blockchain Zisizo na Ruhusa

Yaliyomo

1 Utangulizi

Sarafu za kikale za kituo cha mtandao zinakabiliwa na sehemu moja ya kushindwa na ufisadi wa taasisi, kama ilivyoonyeshwa na mgogoro wa kifedha wa 2008. Bitcoin ilitokea kama sarafu ya kwanza ya kidijitali isiyo na kituo cha mtandao ikitumia teknolojia ya blockchain kuondoa mamlaka ya kati. Hata hivyo, licha ya matarajio yake ya uwiano, utaratibu wa uthibitishaji wa kazi (PoW) wa Bitcoin umesababisha mkusanyiko mkubwa wa nguvu katika vikundi vya uchimbaji.

Tatizo la uwiano linaenea zaidi ya PoW hadi mifumo ya uthibitishaji wa hisa (PoS) na uthibitishaji wa hisa uliopeanwa (DPoS), ikionyesha mipaka ya msingi katika miundo ya motisha ya blockchain.

2 Msingi

2.1 Mbinu za Makubaliano

Itifaki za makubaliano za blockchain zinalinganisha maoni ya nodi wakati zikizuia tabia mbaya:

• Uthibitishaji wa Kazi (PoW): Nguvu ya kompyuta huamua haki za kuunda vitalu
• Uthibitishaji wa Hisa (PoS): Umiliki wa hisa huathiri uwezekano wa uthibitishaji
• Uthibitishaji wa Hisa Uliopeanwa (DPoS): Wenye vitambulisho huchagua wathibitishaji

2.2 Vipimo vya Uwiano

Vipimo vilivyopo ni pamoja na mgawo wa Gini, mgawo wa Nakamoto, na Kielelezo cha Herfindahl-Hirschman (HHI). Karatasi hii inaanzisha uundaji rasmi madhubuti zaidi.

3 Mfumo Rasmi

3.1 Uwiano wa (m,ε,δ)

Karatasi hii inafafanua uwiano wa $(m,\epsilon,\delta)$ kama hali inayokidhi:

1. Angalau washiriki $m$ wanaendesha nodi
2. Uwiano kati ya jumla ya nguvu ya rasilimali ya nodi zinazoendeshwa na washiriki tajiri zaidi na washiriki wa asilimia $\delta$ ni $\leq 1+\epsilon$

Wakati $m$ ni kubwa na $\epsilon=\delta=0$, hii inawakilisha uwiano kamili.

3.2 Ufafanuzi wa Gharama za Sybil

Gharama ya Sybil inafafanuliwa kama tofauti kati ya gharama kwa mshiriki mmoja kuendesha nodi nyingi na jumla ya gharama kwa washiriki wengi kila mmoja akiendesha nodi moja:

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

Ambapo $C_{multi}$ ni gharama kwa chombo kimoja kuendesha nodi $n$, na $C_{single_i}$ ni gharama kwa mtu binafsi $i$ kuendesha nodi moja.

4 Uchambuzi wa Kinadharia

4.1 Matokeo ya Kutowezekana

Karatasi hii inathibitisha kuwa bila gharama chanya za Sybil, kufikia uwiano wa $(m,\epsilon,\delta)$ kuna mipaka ya uwezekano. Kikomo cha juu cha uwezekano ni:

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

ambapo $f_\delta$ ni uwiano kati ya nguvu ya rasilimali ya washiriki wa asilimia $\delta$ na washiriki tajiri zaidi.

4.2 Mipaka ya Uwezekano

Kwa thamani ndogo za $f_\delta (zinazoonyesha ukosefu mkubwa wa usawa wa utajiri), kikomo cha juu kinakaribia 0, na kufanya uwiano karibu kuwezekana bila gharama za Sybil.

5 Matokeo ya Majaribio

Utafiti unaonyesha kupiga kura kuwa:

• Mifumo yenye gharama sifuri ya Sybil inaunganishwa haraka, na mgawo wa Gini unakaribia 0.9
• Hata gharama ndogo chanya za Sybil ($C_{sybil} > 0$) huboresha kipimo cha uwiano kwa kiasi kikubwa
• Mifumo ya sasa ya blockchain inaonyesha thamani za $f_\delta$ chini ya 0.01, na kufanya uwiano kuwa usioweza kufanyika kwa uwezekano

6 Utekelezaji wa Kiufundi

Msimbo wa uwongo: Hesabu ya Gharama ya Sybil

function calculateSybilCost(washiriki):
    jumla_gharama_moja = 0
    gharama_nodi_nyingi = 0
    
    for mshiriki in washiriki:
        gharama_moja = computeNodeCost(mshiriki.rasilimali)
        jumla_gharama_moja += gharama_moja
        
    # Hesabu gharama kwa chombo kimoja kuendesha nodi zote
    rasilimali_za_pamoja = jumla(p.rasilimali for p in washiriki)
    gharama_nodi_nyingi = computeNodeCost(rasilimali_za_pamoja) * kizidishi_sybil
    
    gharama_sybil = gharama_nodi_nyingi - jumla_gharama_moja
    return max(0, gharama_sybil)

function computeNodeCost(rasilimali, gharama_ya_msingi=1, kipengele_kiwango=0.8):
    # Uchumi wa kiwango hupunguza gharama kwa kila nodi kwa waendeshaji wakubwa
    return gharama_ya_msingi * (rasilimali ** kipengele_kiwango)

7 Matumizi ya Baadaye

Mwelekeo unaowezekana wa kufikia uwiano bora:

• Gharama za Sybil Zinazotegemea Rasilimali: Mahitaji ya vifaa vya kimwili au matumizi ya nishati
• Mifumo ya Utambulisho wa Kijamii: Utambulisho usio na kituo cha mtandao wenye gharama zinazotegemea sifa
• Makubaliano ya Mchanganyiko: Kuchanganya mbinu nyingi ili kusawazisha usalama na uwiano
• Miundo ya Ada Inayobadilika: Marekebisho ya algoriti kulingana na vipimo vya mkusanyiko

8 Uchambuzi wa Asili

Karatasi "Kutowezekana kwa Uwiano Kamili katika Mfumo wa Blockchain Zisizo na Ruhusa" inawasilisha changamoto ya msingi kwa dhana ya msingi ya teknolojia ya blockchain. Kwa kuunda uwiano kwa njia ya mfumo wa uwiano wa $(m,\epsilon,\delta)$ na kuanzisha dhana ya gharama za Sybil, waandishi wanatoa msingi madhubuti wa hisabati wa kuchambua uwiano unaozidi vipimo vilivyopo kama mgawo wa Nakamoto.

Matokeo ya kinadharia ya kutowezekana yanaendana na uchunguzi wa kiutendaji katika mitandao mikuu ya blockchain. Mkusanyiko wa uchimbaji wa Bitcoin, ambapo vikundi 3 vya juu kabisa vinadhibiti takriban 65% ya uwezo wa hash, na mkusanyiko wa utajiri wa Ethereum, ambapo 2% ya anwani zinashikilia 95% ya ETH, zinaonyesha utekelezaji wa vitendo wa mipaka hii ya kinadharia. Muundo huu unafanana na mwelekeo wa uwiano wa kati unaoonekana katika mifumo mingine iliyogawanyika, sawa na jinsi mfumo wa kujifunza usio na usimamizi wa CycleGAN ulifunua mipaka ya asili katika kazi za tafsiri ya kikoa.

Dhana ya gharama ya Sybil inatoa mtazamo muhimu wa kuelewa kwa nini mifumo ya sasa ya blockchain hatimaye ina uwiano wa kati. Katika mifumo ya PoW, uchumi wa kiwango katika vifaa vya uchimbaji na gharama za umeme huunda gharama hasi za Sybil, ambapo waendeshaji wakubwa kwa kweli wana gharama ndogo kwa kila kitengo. Katika mifumo ya PoS, kukosekana kwa gharama za kurudia kwa uthibitishaji huunda gharama za Sybil karibu na sifuri. Uchambuzi huu unaelezea kwa nini mifumo iliyopewana kama EOS na TRON inaonyesha uwiano wa kati zaidi, huku nodi 21 na 27 super zikidhibiti mtandao mzima.

Ulinganisho na utafiti wa mifumo ya kigawanyiko ya kikale kutoka kwa mashirika kama IEEE na ACM Digital Library inaonyesha kuwa trilemma ya uwiano—kusawazisha usalama, uwezo wa kupanuka, na uwiano—inaweza kuwa na mipaka ya msingi na kanuni za kiuchumi badala ya mipaka ya kiufundi. Utafiti unapendekeza kuwa blockchain zisizo na ruhusa kwa kweli zinaweza kukabiliwa na usawa wa asili kati ya upinzani wa Sybil na uwiano, sawa na jinsi nadharia ya CAP inazuia hifadhidata zilizogawanyika.

Mwelekeo wa utafiti wa baadaye unapaswa kuchunguza mbinu mpya za gharama za Sybil ambazo hazitegemei wahusika wa tatu wa kuaminika. Mbinu zinazowezekana ni pamoja na uthibitishaji wa kazi ya kimwili, mifumo ya utambulisho isiyo na kituo cha mtandao yenye grafu za kijamii, au kuwekea hisa kunakotegemea rasilimali ambazo hujumuisha gharama za ulimwengu halisi. Hata hivyo, kama inavyoonyeshwa na karatasi, suluhisho lolote lazima lisawazishe kwa uangalifu motisha za kiuchumi zinazochochea ushiriki na vikwazo vya hisabati vinavyowezesha uwiano.

9 Marejeo

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Mfumo wa Pesa ya Elektroniki ya Kushirikiana
2. Buterin, V. (2014). Karatasi Nyeupe ya Ethereum
3. Zhu, J.-Y., et al. (2017). Tafsiri ya Picha hadi Picha Isiyo na Jozi kwa Kutumia Mitandao ya Adui Yenye Mzunguko Thabiti. IEEE
4. Bonneau, J., et al. (2015). SoK: Mitazamo ya Utafiti na Changamoto kwa Bitcoin na Sarafu za Mtandao. IEEE S&P
5. Kamati ya Viwango vya Blockchain ya IEEE. (2019). Vipimo vya Uwiano kwa Mifumo ya Blockchain
6. ACM Digital Library. (2020). Uchambuzi wa Kiuchumi wa Mifumo ya Sarafu ya Mtandao
7. Gencer, A. E., et al. (2018). Uwiano katika Mitandao ya Bitcoin na Ethereum