بابلون: إعادة استخدام تعدين البيتكوين لتعزيز أمان إثبات الحصة

1.1. من إثبات العمل إلى إثبات الحصة

يستند أمان البيتكوين إلى قوة تجزئة حسابية هائلة (حوالي $1.4 \times 10^{21}$ تجزئة/ثانية)، مما يجعل الهجمات باهظة التكلفة للغاية ولكن بتكلفة طاقة هائلة. في المقابل، تُعد سلاسل الكتل القائمة على إثبات الحصة مثل إيثيريوم 2.0 وكاردانو وكوزموس موفرة للطاقة وتوفر ميزات مثل الإنهاء السريع والمساءلة من خلال مصادرة الحصة. ومع ذلك، يُدخل هذا التحول تحديات أمنية جديدة.

1.2. مشكلات أمان إثبات الحصة

تحدد الورقة البحثية قيودًا أساسية في تحقيق أمان اقتصادي تشفيري يقلل من الاعتماد على الثقة في أنظمة إثبات الحصة الخالصة:

• هجمات المدى الطويل غير القابلة للمصادرة: يمكن للمهاجمين استخدام عملات قديمة تم الحصول عليها بثمن بخس لإعادة كتابة التاريخ بعد سحب الحصة، وهو أمر مستحيل في إثبات العمل بسبب صعوبة التراكم.
• الرقابة والتوقف غير القابلين للمصادرة: لا يمكن معاقبة بعض الهجمات على الحيوية اقتصاديًا.
• مشكلة التمهيد: تفتقر سلاسل إثبات الحصة الجديدة ذات التقييم المنخفض للعملة إلى الأمان الجوهري.

يفترض المؤلفون أنه لا يمكن لأي بروتوكول إثبات حصة أن يوفر سلامة قابلة للمصادرة دون افتراضات ثقة خارجية.

2.1. البنية الأساسية والتعدين المدمج

يقوم معدّنو بابلون بتنفيذ تعدين مدمج مع البيتكوين. يقومون بتضمين بيانات متعلقة ببابلون (مثل نقاط تفتيش سلسلة إثبات الحصة) في كتل البيتكوين التي يقومون بتعدينها بالفعل. وهذا يوفر لبابلون نفس مستوى أمان البيتكوين بتكلفة طاقة هامشية صفرية.

2.2. خدمة الطابع الزمني لبيانات متاحة

الخدمة الأساسية التي تقدمها بابلون لسلاسل إثبات الحصة هي خدمة طابع زمني لبيانات متاحة. يمكن لسلاسل إثبات الحصة وضع طابع زمني على:

• نقاط تفتيش الكتل (للغرض من الإنهاء)
• براهين الاحتيال
• المعاملات التي تمت رقابتها

بمجرد وضع طابع زمني على البيانات في البيتكوين عبر بابلون، فإنها ترث عدم القابلية للتغيير ومقاومة الرقابة الخاصة بالبيتكوين، مستخدمةً البيتكوين بشكل فعال كمرساة قوية.

3.1. نظرية الأمان الاقتصادي التشفيري

يتم التقاط أمان بروتوكول إثبات الحصة المعزز ببابلون بشكل رسمي من خلال نظرية الأمان الاقتصادي التشفيري. تُنمذج هذه النظرية المدققين العقلانيين المدفوعين اقتصاديًا وتُعرّف الأمان من حيث التكلفة المطلوبة لانتهاك السلامة أو الحيوية، مع أخذ عقوبات المصادرة في الاعتبار.

3.2. السلامة والحيوية القابلتين للمصادرة

يُظهر التحليل الرسمي أن بابلون تُمكّن من:

• السلامة القابلة للمصادرة: يمكن إثبات أي انتهاك للسلامة (مثل هجوم مدى طويل يُنشئ نقطة تفتيش متضاربة) تشفيريًا، ويمكن مصادرة حصة المدقق المخالف. تتجاوز تكلفة مهاجمة السلامة عقوبة المصادرة.
• الحيوية القابلة للمصادرة: تصبح فئات معينة من هجمات الحيوية (مثل الرقابة المستمرة لطلبات وضع الطوابع الزمنية) قابلة للتحديد والمعاقبة أيضًا.

ينقل هذا أمان إثبات الحصة من افتراض "الأغلبية الصادقة" إلى افتراض اقتصادي قابل للتحقق.

4.1. التحليل الأصلي: الفكرة الأساسية والتسلسل المنطقي

الفكرة الأساسية: عبقرية بابلون لا تكمن فقط في الإجماع الهجين؛ بل في اعتبار قوة التجزئة للبيتكوين تكلفة غارقة وأصلًا غير مستغل بالكامل. بدلاً من المنافسة مع البيتكوين أو استبدالها، تستفيد بابلون بشكل طفيلي من ميزانيتها الأمنية التي تزيد عن 20 مليار دولار لحل أكثر مشكلات إثبات الحصة استعصاءً. هذه استراتيجية كلاسيكية "التعايش بدلاً من الاستبدال"، تذكرنا بكيفية استفادة حلول الطبقة الثانية مثل شبكة البرق من الطبقة الأساسية للبيتكوين بدلاً من إعادة اختراعها.

التسلسل المنطقي: الحجة حادة للغاية: 1) لا يمكن لإثبات الحصة الخالص تحقيق سلامة قابلة للمصادرة بمفرده (نتيجة سلبية يدّعونها). 2) الثقة الخارجية (مثل الإجماع الاجتماعي) مرهقة وبطيئة. 3) يقدم البيتكوين مصدر الثقة الخارجية الأكثر تكلفة ولا مركزية وقوة في الوجود. 4) لذلك، ضع طابعًا زمنيًا على حالة إثبات الحصة في البيتكوين لترث خصائص أمانه. تقع القفزة المنطقية من الخطوة 3 إلى 4 حيث يكمن الابتكار—جعل وضع الطوابع الزمنية هذه فعالاً وسليمًا من الناحية الاقتصادية التشفيرية عبر التعدين المدمج.

نقاط القوة والضعف: القوة الأساسية هي إعادة استخدام الموارد بأناقة. إنها مُضاعِف قوة لأمان إثبات الحصة. نموذج الأمان الرسمي هو أيضًا مساهمة كبيرة، حيث يوفر إطارًا صارمًا مشابهًا لتلك المستخدمة في تحليل بروتوكولات مثل Tendermint Core أو إجماع Algorand. ومع ذلك، تعتمد قوة النموذج بشكل كبير على افتراض "المدقق العقلاني" والتسعير الدقيق لتكاليف الهجوم مقابل عقوبات المصادرة—وهي مشكلة نظرية ألعاب معقدة. عيب حرج هو إدخال اعتماد على الحيوية على البيتكوين. إذا واجه البيتكوين ازدحامًا طويل الأمد أو خللًا كارثيًا، يتدهور أمان جميع سلاسل إثبات الحصة المتصلة. وهذا يُنشئ متجه خطر منهجي جديد، مركزًا الحيوية حول أداء البيتكوين.

رؤى قابلة للتنفيذ: بالنسبة للمستثمرين والبناة، تخلق بابلون أطروحة تقييم جديدة: البيتكوين كمنصة أمان كخدمة. لم تعد سلاسل إثبات الحصة بحاجة إلى تمهيد الأمان من قيمتها السوقية وحدها. يمكن أن يخفض هذا بشكل كبير حاجز الدخول للسلاسل الجديدة. عمليًا، يجب على الفرق تقييم المقايضة بين الحصول على سلامة قابلة للمصادرة وقبول وقت كتلة البيتكوين البالغ حوالي 10 دقائق كحد أدنى للكمون للإنهاء. يجب أن يتناول خارطة الطريق المستقبلية اعتماد الحيوية، ربما من خلال آليات احتياطية أو الاستفادة من سلاسل إثبات عمل متعددة، وليس البيتكوين فقط.

4.2. التفاصيل التقنية والصياغة الرياضية

يمكن تصور الأمان من خلال تحليل التكلفة والعائد للمهاجم. لنفترض:

• $C_{attack}$ هي التكلفة الإجمالية لتنفيذ هجوم على السلامة (مثل المراجعة بعيدة المدى).
• $P_{slash}$ هي قيمة الحصة التي يمكن إثبات مصادرتها كنتيجة لذلك.
• $R$ هي المكافأة المحتملة من الهجوم.

يوفر البروتوكول أمانًا اقتصاديًا تشفيريًا إذا كان، لأي هجوم ممكن، ما يلي صحيحًا:

$C_{attack} + P_{slash} > R$

في هجوم إثبات الحصة الخالص بعيد المدى، $P_{slash} \approx 0$ لأن الحصة القديمة تم سحبها. تزيد بابلون من $P_{slash}$ من خلال السماح لسلسلة إثبات الحصة بوضع طابع زمني على دليل احتيال في البيتكوين، مما يجعل الانتهاك لا يمكن إنكاره والحصة (حتى لو تم سحبها مؤخرًا) قابلة للمصادرة بناءً على السجل غير القابل للتغيير. تتضمن التكلفة $C_{attack}$ الآن تكلفة إعادة كتابة تاريخ سلسلة إثبات الحصة و كتل البيتكوين التي تحتوي على الطابع الزمني المُدان، وهو أمر غير ممكن حسابيًا.

تتضمن عملية وضع الطابع الزمني إنشاء التزام تشفيري (مثل جذر ميركل) لنقطة تفتيش سلسلة إثبات الحصة وتضمينه في سلسلة كتل البيتكوين عبر ناتج OP_RETURN أو طريقة مماثلة أثناء التعدين المدمج.

4.3. إطار التحليل وحالة مثال

السيناريو: تريد سلسلة كتل جديدة قائمة على كوزموس ومخصصة لتطبيق معين ("منطقة") الإطلاق ولكن لديها قيمة سوقية أولية منخفضة للعملة (10 ملايين دولار). فهي عرضة لهجوم بعيد المدى رخيص.

بروتوكول معزز ببابلون:

1. يقوم مدققي المنطقة بشكل دوري (مثل كل 100 كتلة) بإنشاء نقطة تفتيش—وهي تجزئة كتلة موقعة تمثل حالة السلسلة.
2. يُرسلون نقطة التفتيش هذه إلى شبكة بابلون.
3. يقوم مُعدّن بابلون، أثناء تعدين كتلة بيتكوين، بتضمين جذر ميركل لنقطة التفتيش في معاملة قاعدة العملة.
4. بمجرد تأكيد كتلة البيتكوين (مثل 6 تأكيدات)، تعتبر المنطقة نقطة التفتيش منتهية. أصبح أمان هذا الإنهاء مدعومًا الآن بقوة التجزئة للبيتكوين.

التخفيف من الهجوم: إذا حاول مهاجم لاحقًا إنشاء سلسلة متضاربة تتفرع من قبل نقطة التفتيش تلك، يجب عليه أيضًا إعادة كتابة سلسلة البيتكوين من الكتلة التي تحتوي على الطابع الزمني. تكلفة هذا أعلى بمراحل من قيمة الرهان الخاصة بالمنطقة نفسها، مما يجعل الهجوم غير عقلاني اقتصاديًا. علاوة على ذلك، توفر توقيعات المدققين الأصليين على نقطة التفتيش دليل احتيال يمكن استخدامه لمصادرة رهانهم، حتى لو قاموا بفك الرهان منذ ذلك الحين.

يحول هذا الإطار الأمان من كونه دالة لرهان المنطقة البالغ 10 ملايين دولار إلى كونه دالة لأمان البيتكوين متعدد المليارات، "مستأجرًا" بشكل فعال أمان البيتكوين.