آلية إثبات عمل جديدة للبتكوين: تعزيز اللامركزية والأمان

1. المقدمة والخلفية

يعتمد الأمان الأساسي للبتكوين على طبيعته اللامركزية وآلية الإجماع المعروفة بإثبات العمل (PoW). ومع ذلك، تكتشف الورقة البحثية عيبًا جوهريًا: الحوافز الاقتصادية الكامنة في إثبات العمل تؤدي إلى تركيز القوة الحاسوبية. يجادل المؤلف بأنه إذا تصرف المعدِّنون بعقلانية لتعظيم الربح، فإن قوة التعدين ستركز حتمًا في أيدي قليلة، مما يزيد من خطر "هجوم 51%" الكارثي حيث يمكن لكيان واحد التلاعب بسلسلة الكتل.

2. مشكلة المركزية في تعدين البتكوين

تقدم الورقة البحثية برهانًا منطقيًا يوضح أنه في ظل تصميم إثبات العمل الحالي، فإن لعبة التعدين هي سوق يربح فيه الأقوى. توفر وفورات الحجم في الأجهزة (ASICs)، والوصول إلى كهرباء رخيصة، وهيكل مكافأة الكتلة حواجز لا يمكن التغلب عليها أمام المعدِّنين الصغار، مما يوجه القوة نحو تجمعات التعدين الكبيرة.

2.1 تهديد هجوم 51%

هجوم 51% ليس مجرد نظرية. تستشهد الورقة البحثية بنموذج ساتوشي ناكاموتو الأصلي للمشي العشوائي ذي الحدين لتأسيس عتبة الأمان. إن التحكم في غالبية قوة التجزئة يسمح للمهاجم بإنفاق العملة مرتين (الإنفاق المزدوج) ومنع تأكيد المعاملات، مما يقوض الثقة في الشبكة بشكل أساسي. يؤدي اتجاه المركزية مباشرة إلى خفض تكلفة وجدوى مثل هذا الهجوم.

2.2 العقلانية الاقتصادية وتركيز القوة

يُنمذج المؤلف سلوك المعدِّن باستخدام افتراضات الفاعل الاقتصادي العقلاني. يمكن تبسيط دالة الربح للمعدِّن i على النحو التالي: $\Pi_i = \frac{h_i}{H} \cdot R - C(h_i)$، حيث $h_i$ هو معدل التجزئة للمعدِّن، و$H$ هو إجمالي معدل التجزئة للشبكة، و$R$ هو مكافأة الكتلة، و$C$ هي دالة التكلفة. يخلق هذا حلقة تغذية مرتدة حيث يؤدي ارتفاع $h_i$ إلى توقعات مكافآت أعلى، مما يتيح إعادة الاستثمار وزيادة $h_i$ أكثر، مما يؤدي إلى المركزية.

3. آلية إثبات العمل الجديدة المقترحة

لمواجهة ذلك، تقترح الورقة آلية جديدة لإثبات العمل مبنية على مبادئ وصفتها بـ "المهنة مفتوحة لجميع المواهب"، و"التوزيع حسب العمل"، و"جميع الناس خُلقوا سواسية".

3.1 المبادئ الأساسية

• خفض عتبة الدخول: تهدف الآلية إلى أن تكون أكثر مقاومة لـ ASICs، مما يسمح بالمشاركة من مجموعة أوسع من الأجهزة (مثل الاستخدام الفعال لبطاقات معالجة الرسومات للمستهلكين GPU).
• تناقص العوائد على النطاق الضخم: تعدِّل الخوارزمية المقترحة دالة المكافأة لإدخال عدم خطية، مما يقلل الفائدة الحدية للزيادة الأسية في قوة التجزئة.
• مقاومة هجوم سيبيل: يحافظ التصميم على المقاومة ضد المهاجمين الذين ينشئون العديد من الهويات المزيفة (هجمات سيبيل) مع ثني هيمنة الكيان الواحد.

3.2 التصميم التقني والأساس الرياضي

بينما يفتقر ملف PDF إلى التفاصيل الخوارزمية الشاملة، فإن الآلية المقترحة تشير إلى دالة مكافأة معدلة. يمكن أن يكون التكوين المحتمل المستوحى من المبادئ: $R_i = R \cdot \frac{f(h_i)}{\sum_{j=1}^{N} f(h_j)}$، حيث $f(h_i)$ هي دالة تحت خطية (مثل $f(h_i) = \log(1 + h_i)$ أو $f(h_i) = \sqrt{h_i}$). وهذا يتناقض مع مكافأة البتكوين الخطية $\frac{h_i}{H}$. تقلل الدالة تحت الخطية $f(h_i)$ من ميزة $h_i$ الكبيرة للغاية.

إطار عمل مثال (غير برمجي): فكر في محاكاة مبسطة مع ثلاثة معدِّنين: أليس (40% من قوة التجزئة)، وبوب (35%)، وكارول (25%). في ظل إثبات العمل القياسي، تكون احتمالات مكافأتهم 0.4، 0.35، 0.25. في ظل إثبات عمل مقترح قائم على الجذر التربيعي، تصبح الأوزان الفعالة $\sqrt{0.4}\approx0.63$، $\sqrt{0.35}\approx0.59$، $\sqrt{0.25}=0.5$. بعد التطبيع، تصبح احتمالاتهم تقريبًا 0.37، 0.34، 0.29، مما يعيد توزيع النفوذ بشكل فعال من أليس إلى كارول.

4. التحليل والتقييم

4.1 نقاط القوة والتحسينات النظرية

• تعزيز اللامركزية: من خلال تسطيح منحنى المكافأة، يمكن للآلية أن تعزز مشهد تعدين أكثر تنوعًا جغرافيًا وكيانيًا.
• تقليل مساحة هجوم 51%: جعل تركيز أكثر من 51% من القوة الفعالة غير عقلاني اقتصاديًا يعالج مباشرة التهديد الأمني الأساسي.
• الانسجام الفلسفي: تحاول إعادة تضمين البتكوين بمبادئ مساواة تتناغم مع أصوله السيبرانية.

4.2 العيوب المحتملة وتحديات التنفيذ

• مقايضة الأمان والأداء: يجب فحص أي تغيير في إثبات العمل بدقة. كما لوحظ في ورقة CycleGAN (Zhu et al., 2017)، تتطلب الهياكل الجديدة اختبارات مكثفة للكشف عن أوضاع الفشل غير المقصودة. يمكن لـ PoW جديد أن يقدم ثغرات غير متوقعة.
• عقبة التبني: يتطلب تنفيذ هذا انقسامًا صعبًا (hard fork)، مما يواجه معارضة شرسة من تكتلات التعدين الحالية التي تستفيد من الوضع الراهن، وهي مشكلة تنسيق كلاسيكية.
• إمكانية ظهور نواقل هجوم جديدة: قد يتم استغلال دوال المكافأة المعقدة بطرق مختلفة. سيكون التحليل المستمر، المشابه لما تقوم به الاحتياطي الفيدرالي بشأن استقرار النظام المالي، مطلوبًا.

5. التطبيقات المستقبلية واتجاهات البحث

المبادئ المذكورة لها آثار تتجاوز البتكوين:

• عملات التشفير من الجيل التالي: يمكن للمشاريع الأحدث (مثل تلك التي تستخدم أنواع إثبات الحصة PoS) دمج "تناقص العوائد على النفوذ" كمعلمة تصميم أساسية.
• المنظمات المستقلة اللامركزية (DAOs): تواجه آليات الحكم في DAOs مخاطر أوليغاركية مماثلة. يمكن تطبيق مفهوم قوة التصويت تحت الخطية بناءً على حيازة الرموز لمنع هيمنة الحيتان.
• نماذج الإجماع الهجينة: يمكن أن يستكشف البحث المستقبلي الجمع بين الأهداف المساواة للآلية المقترحة وميزات أمان أخرى، مثل دوال التأخير القابلة للتحقق (VDFs)، لإنشاء دفاتر قوية ولامركزية للتطبيقات عالية القيمة في التمويل وسلسلة التوريد.
• الاعتبارات التنظيمية: بينما تستكشف البنوك المركزية العملات الرقمية للبنك المركزي (CBDCs)، يمكن للتصاميم التي تثبط المركزية بشكل متأصل أن تجعل طبقات التسوية اللامركزية أكثر قبولًا للمنظمين المعنيين بالمخاطر النظامية الناتجة عن السيطرة الخاصة.

6. المراجع

1. Nakamoto, S. (2009). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Bonneau, J., Miller, A., Clark, J., Narayanan, A., Kroll, J. A., & Felten, E. W. (2015). SoK: Research Perspectives and Challenges for Bitcoin and Cryptocurrencies. IEEE Symposium on Security and Privacy.
3. Narayanan, A., Bonneau, J., Felten, E., Miller, A., & Goldfeder, S. (2016). Bitcoin and Cryptocurrency Technologies. Princeton University Press.
4. Gervais, A., Karame, G. O., Wüst, K., Glykantzis, V., Ritzdorf, H., & Capkun, S. (2014). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains. ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security.
5. 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 (ICCV).
6. Beikverdi, A., & Song, J. (2015). Trend of Centralization in Bitcoin's Distributed Network. IEEE/ACIS International Conference on Software Engineering, Artificial Intelligence, Networking and Parallel/Distributed Computing (SNPD).