ADESS: Itifaki ya Uthibitishaji wa Kazi ya Kuzuia Mashambulizi ya Matumizi Maradufu

Yaliyomo

1 Utangulizi

Uwezo wa kuharibika kuu wa minyororo ya vitalu ya uthibitishaji wa kazi (PoW) upo katika uwezekano wa washambuliaji kuandika upya historia ya manunuzi kwa kugawa matawi ya vitalu vilivyochapishwa hapo awali na kujenga sehemu mbadala za mnyororo zenye mlolongo tofauti wa manunuzi. Wakati mnyororo wa mshambuliaji unakusanya ugumu zaidi wa fumbo la uchimbaji kuliko mnyororo halali ulioko tayari, nodi huitambua kama halali, na kuwezesha mashambulizi ya matumizi maradufu ambapo washambuliaji hufuta uhamisho wa ishara zilizorekodiwa kwenye mnyororo asili.

Matukio halisi ya ulimwenguni, kama vile mashambulizi ya Ethereum Classic na Bitcoin Gold kati ya 2018-2020, yanaonyesha tishio la vitendo la matumizi maradufu. Marekebisho ya itifaki ya ADESS yanashughulikia uwezo huu wa kuharibika kwa kuanzisha mifumo mipya ya kutambua minyororo ya washambuliaji na kuweka adhabu za kiuchumi.

1.1 Marekebisho mawili ya ADESS

ADESS inaanzisha marekebisho makuu mawili kwa itifaki za PoW zilizopo:

1.1.1 Utambuzi wa Mnyororo wa Mshambuliaji

Itifaki hutambua minyororo inayoweza kuwa ya washambuliaji kwa kuchambua mifumo ya mlolongo wa wakati. Wakati inalinganisha minyororo yenye kizuizi cha mababu cha kawaida ("kizuizi cha utenganishaji"), ADESS huweka adhabu kwa minyororo ambayo ilikuwa ya mwisho kutangaza idadi ndogo ya vitalu mfululizo kutoka kwenye kizuizi cha utenganishaji. Hii inatumia muundo wa tabia ambapo washambuliaji huchelewisha kutangaza mnyororo wao hadi baada ya kupokea bidhaa au huduma.

1.1.2 Mfumo wa Adhabu ya Kielelezo

Mara tu mnyororo wa mshambuliaji unapotambuliwa, ADESS hutumia mahitaji ya kiwango cha hashrate yanayoongezeka kwa kasi ya kielelezo ili kufanya mnyororo wa mshambuliaji uwe halali. Hii inaongeza sana gharama ya kiuchumi ya mashambulizi yaliyofanikiwa.

2 Mfumo wa Kiufundi

ADESS inafanya kazi kama marekebisho kwa itifaki ya makubaliano ya Nakamoto, ikidumisha utangamano wa nyuma huku ikiboresha usalama dhidi ya mashambulizi ya matumizi maradufu.

2.1 Msingi wa Kihisabati

Mfumo wa adhabu wa ADESS unaweza kuwakilishwa kihisabati kama:

$P_A = D_A \times e^{\lambda \times \Delta t}$

Ambapo:

• $P_A$ = Ugumu halisi uliorekebishwa kwa adhabu wa mnyororo wa mshambuliaji
• $D_A$ = Ugumu halisi wa uchimbaji wa mnyororo wa mshambuliaji
• $\lambda$ = Kigezo cha kiwango cha ukuaji wa adhabu
• $\Delta t$ = Ucheleweshaji wa wakati kati ya matangazo ya minyororo

Gharama inayotarajiwa ya shambulio la matumizi maradufu chini ya ADESS inakuwa:

$E[Cost_{ADESS}] = \int_0^T h(t) \times e^{\lambda t} \times c \, dt$

Ambapo $h(t)$ ni kitendakazi cha kiwango cha hashrate na $c$ ni gharama kwa kila kitengo cha hashrate.

2.2 Utekelezaji wa Itifaki

ADESS inarekebisha algoriti ya uteuzi wa mnyororo ili kujumuisha uchambuzi wa wakati. Nodi hudumisha metadata ya ziada kuhusu nyakati za uchapishaji wa vitalu na hutumia habari hii wakati wa matukio ya upangaji upya wa mnyororo.

3 Matokeo ya Majaribio

Watafiti walifanya uigizaji wa kompyuta ukilinganisha ADESS na itifaki za kawaida za PoW chini ya hali mbalimbali za mashambulizi.

3.1.1 Uwezekano wa Mafanikio ya Shambulio

Matokeo ya majaribio yanaonyesha kuwa ADESS inapunguza uwezekano wa mafanikio ya shambulio la matumizi maradufu kwa 45-68% ikilinganishwa na itifaki za kawaida za PoW, kulingana na vigezo vya mtandao na asilimia ya kiwango cha hashrate cha mshambuliaji.

3.1.2 Uchambuzi wa Gharama za Kiuchumi

Utafiti unaonyesha kuwa kwa thamani yoyote ya manunuzi, kuna mipangilio ya adhabu katika ADESS ambayo hufanya faida inayotarajiwa ya mashambulizi ya matumizi maradufu iwe hasi, na hivyo kuzuia kikamilifu washambuliaji wenye busara.

3.1 Uchambuzi wa Usalama

ADESS inadumisha dhamana sawa za usalama kama PoW ya kawaida kwa washiriki waaminika huku ikiongeza kwa kiasi kikubwa gharama za mashambulizi. Itifaki hiyo inafanya kazi vyema zaidi wakati ugumu wa uchimbaji unarekebisha mara kwa mara kati ya vipindi vifupi vya vitalu.

4 Utekelezaji wa Msimbo

Hapa chini kuna utekelezaji rahisi wa msimbo bandia wa algoriti ya uteuzi wa mnyororo wa ADESS:

function selectCanonicalChain(chains):
    // Chuja minyororo yenye kazi ya kutosha
    valid_chains = filter(lambda c: c.total_difficulty > THRESHOLD, chains)
    
    // Tafuta kizuizi cha mababu cha kawaida na uhesabu ucheleweshaji wa wakati
    fork_block = findCommonAncestor(valid_chains)
    time_delays = calculateBroadcastDelays(valid_chains, fork_block)
    
    // Tumia adhabu ya ADESS
    for chain in valid_chains:
        if isPotentialAttacker(chain, time_delays):
            penalty = exp(PENALTY_RATE * time_delays[chain])
            chain.effective_difficulty = chain.total_difficulty / penalty
        else:
            chain.effective_difficulty = chain.total_difficulty
    
    // Chagua mnyororo wenye ugumu halisi wa juu zaidi
    return max(valid_chains, key=lambda c: c.effective_difficulty)

function isPotentialAttacker(chain, delays):
    return delays[chain] > ATTACKER_THRESHOLD

5 Uchambuzi wa Asili

Itifaki ya ADESS inawakilisha maendeleo makubwa katika usalama wa mnyororo wa vitalu wa Uthibitishaji wa Kazi, ikishughulikia uwezo wa kuharibika wa msingi ambao umekuwepo tangu kuanzishwa kwa Bitcoin. Tofauti na mbinu za kitamaduni zinazolenga kazi ya jumla tu, ADESS inaanzisha uchambuzi wa wakati kama mwelekeo wa usalama, na kuunda utaratibu wa ulinzi wenye pande nyingi. Mbinu hii inafanana na mienendo mipya katika usalama wa mnyororo wa vitalu inayojumuisha uchumi wa tabia na nadharia ya michezo, sawa na jinsi mabadiliko ya Ethereum kwa Uthibitishaji wa Hisa yalianzisha hali ya kukatwa kulingana na tabia ya uthibitishaji.

Kutoka kwa mtazamo wa kiufundi, mfumo wa adhabu ya kielelezo wa ADESS unaunda vikwazo vya kiuchumi vyenye busara kwa washambuliaji. Uundaji wa kihisabati $P_A = D_A \times e^{\lambda \times \Delta t}$ unahakikisha kuwa gharama za shambulio huongezeka kwa kasi zaidi ya mstari na wakati, na kufanya mashambulizi endelevu kuwa yasiowezekana kiuchumi. Mbinu hii inafanana kwa dhana na algoriti ya marekebisho ya ugumu ya Bitcoin lakini inatumia dhana ya kielelezo kwa usalama badala ya udhibiti wa uchimbaji.

Ikilinganishwa na utaratibu mwingine wa kuzuia matumizi maradufu kama vile Kuweka Alama au makubaliano ya Theluji, ADESS inadumisha asili ya utawala-jamii ya PoW huku ikiongeza mzigo mdogo wa hesabu. Ufanisi wa itifaki hiyo katika uigizaji—unaonyesha kupunguzwa kwa 45-68% kwa uwezekano wa mafanikio ya shambulio—unaonyesha uwezekano wa vitendo. Hata hivyo, kutegemea usawazishaji sahihi wa wakati kati ya nodi huleta changamoto za utekelezaji ambazo zinahitaji usanifu wa mtandao wa makini, inayokumbusha masuala ya kuaminika kwa alama ya wakati yaliyojadiliwa katika karatasi nyeupe ya Bitcoin yenyewe.

Utafiti huu unachangia katika eneo pana la usalama wa mnyororo wa vitalu kwa kuonyesha kuwa marekebisho ya itifaki hayahitaji kuwa ya mapinduzi ili kuwa na ufanisi. Kama ilivyoelezwa katika karatasi ya CycleGAN (Zhu et al., 2017), wakati mwingine uvumbuzi wenye athari kubwa zaidi huja kutoka kwa mchanganyiko wa ubunifu wa dhana zilizopo badala ya mbinu mpya kabisa. ADESS inafuata muundo huu kwa kuchanganya uchambuzi wa wakati na vichocheo vya kiuchumi kwa njia mpya ambayo inaweza kuathiri miundo ya baadaye ya itifaki ya mnyororo wa vitalu zaidi ya mifumo ya PoW tu.

6 Matumizi ya Baadaye

Itifaki ya ADESS ina matumizi kadhaa ya baadaye yanayotarajiwa na mwelekeo wa maendeleo:

6.1 Usalama wa Mnyororo Mwingilifu

Kanuni za ADESS zinaweza kubadilishwa ili kufaa madaraja ya mnyororo mwingilifu na itifaki za ushirikiano, ambapo uchambuzi wa wakati unaweza kusaidia kuzuia mashambulizi ya daraja na kuhakikisha umoja katika manunuzi ya mnyororo mwingilifu.

6.2 Mifumo Mseto ya Makubaliano

Ujumuishaji na Uthibitishaji wa Hisa na algoriti nyingine za makubaliano zinaweza kuunda mifumo mseto inayotumia vipengele vya usalama wa wakati vya ADESS huku ikiwa na faida ya ufanisi wa nishati ya utaratibu mbadala wa makubaliano.

6.3 Mifumo ya Malipo ya Haraka

Kwa wasindikaji wa malipo ya fedha za digital na maduka ya kubadilishana fedha, ADESS inaweza kuwezesha ukweli wa haraka wa manunuzi na dhamana za juu za usalama, na uwezekano wa kupunguza nyakati za uthibitishaji kwa manunuzi ya thamani kubwa.

6.4 Uboreshaji wa Mkataba wa Kidijitali

Kazi ya baadaye inaweza kujumuisha dhana za ADESS kwenye jukwaa la mikataba ya kidijitali, na kuruhusu mikataba kurekebisha kiotomatiki vigezo vya usalama kulingana na sifa za mnyororo wa wakati.

7 Marejeo

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Wood, G. (2021). Ethereum: A Secure Decentralised Generalised Transaction Ledger
3. Zhu, J. Y., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. IEEE International Conference on Computer Vision
4. Buterin, V. (2014). A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform
5. Garay, J., Kiayias, A., & Leonardos, N. (2015). The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications
6. MIT Digital Currency Initiative (2020). 51% Reorganization Tracker
7. Singer, A. (2019). Ethereum Classic 51% Attacks: A Post-Mortem
8. Lovejoy, J. (2020). Understanding and Mitigating 51% Attacks on Proof-of-Work Blockchains