बिटकॉइन के लिए एक नया प्रूफ-ऑफ-वर्क तंत्र: विकेंद्रीकरण और सुरक्षा में वृद्धि

1. परिचय एवं पृष्ठभूमि

बिटकॉइन की मूलभूत सुरक्षा उसके विकेंद्रीकृत स्वरूप और प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) सहमति तंत्र पर निर्भर करती है। हालाँकि, यह शोध पत्र एक गंभीर खामी की ओर इशारा करता है: PoW के अंतर्निहित आर्थिक प्रोत्साहन कंप्यूटिंग शक्ति के केंद्रीकरण की ओर ले जाते हैं। लेखक का तर्क है कि यदि माइनर लाभ को अधिकतम करने के लिए तर्कसंगत रूप से कार्य करते हैं, तो माइनिंग शक्ति अनिवार्य रूप से कुछ ही हाथों में केंद्रित हो जाएगी, जिससे एक विनाशकारी "51% हमले" का जोखिम बढ़ जाता है, जहाँ एक ही इकाई ब्लॉकचेन में हेरफेर कर सकती है।

2. बिटकॉइन माइनिंग में केंद्रीकरण की समस्या

यह शोध पत्र एक तार्किक प्रमाण प्रस्तुत करता है जो दर्शाता है कि वर्तमान PoW डिज़ाइन के तहत, माइनिंग खेल एक विजेता-सब-कुछ-ले-जाए बाजार है। हार्डवेयर (ASICs) में पैमाने की अर्थव्यवस्थाएँ, सस्ती बिजली तक पहुँच, और ब्लॉक इनाम संरचना छोटे माइनरों के लिए अवरोध पैदा करती हैं, जिससे शक्ति बड़े माइनिंग पूलों की ओर प्रवाहित होती है।

2.1 51% हमले का खतरा

51% हमला केवल सैद्धांतिक नहीं है। शोध पत्र सुरक्षा सीमा स्थापित करने के लिए सातोशी नाकामोटो के मूल द्विपद यादृच्छिक चलन मॉडल का संदर्भ देता है। बहुमत हैश शक्ति पर नियंत्रण एक हमलावर को सिक्कों का दोहरा खर्च करने और लेन-देन की पुष्टि को रोकने की अनुमति देता है, जो मूल रूप से नेटवर्क में विश्वास को तोड़ देता है। केंद्रीकरण की प्रवृत्ति सीधे तौर पर ऐसे हमले की लागत और व्यवहार्यता को कम करती है।

2.2 आर्थिक तर्कसंगतता और शक्ति संकेंद्रण

लेखक तर्कसंगत आर्थिक अभिनेता मान्यताओं का उपयोग करके माइनर व्यवहार का मॉडल बनाता है। एक माइनर i के लिए लाभ फलन को सरलीकृत रूप में इस प्रकार दर्शाया जा सकता है: $\Pi_i = \frac{h_i}{H} \cdot R - C(h_i)$, जहाँ $h_i$ माइनर की हैश दर है, $H$ कुल नेटवर्क हैश दर है, $R$ ब्लॉक इनाम है, और $C$ लागत फलन है। यह एक प्रतिपुष्टि चक्र बनाता है जहाँ उच्च $h_i$ उच्च अपेक्षित इनाम की ओर ले जाता है, पुनर्निवेश को सक्षम बनाता है और $h_i$ को और बढ़ाता है, जिससे केंद्रीकरण होता है।

3. प्रस्तावित नया प्रूफ-ऑफ-वर्क तंत्र

इसका मुकाबला करने के लिए, शोध पत्र एक नए PoW तंत्र का प्रस्ताव रखता है जिसे "सभी प्रतिभाओं के लिए खुला कैरियर," "श्रम के अनुसार वितरण," और "सभी मनुष्य समान पैदा हुए हैं" जैसे सिद्धांतों पर आधारित किया गया है।

3.1 मूल सिद्धांत

• प्रवेश में कम बाधा: यह तंत्र अधिक ASIC-प्रतिरोधी होने का लक्ष्य रखता है, जिससे हार्डवेयर (जैसे, उपभोक्ता GPU का कुशल उपयोग) के व्यापक समूह से भागीदारी संभव हो सके।
• बड़े पैमाने पर घटती प्रतिफल: प्रस्तावित एल्गोरिदम इनाम फलन को गैर-रैखिकताएँ प्रस्तुत करने के लिए संशोधित करता है, ताकि तेजी से बढ़ती हैश शक्ति के सीमांत लाभ को कम किया जा सके।
• सिबिल हमले का प्रतिरोध: यह डिज़ाइन कई नकली पहचान (सिबिल हमले) बनाने वाले हमलावरों के प्रति प्रतिरोध बनाए रखता है, साथ ही एकल इकाई के वर्चस्व को हतोत्साहित करता है।

3.2 तकनीकी डिज़ाइन एवं गणितीय आधार

हालाँकि PDF में विस्तृत एल्गोरिदमिक विवरण का अभाव है, प्रस्तावित तंत्र एक संशोधित इनाम फलन का संकेत देता है। सिद्धांतों से प्रेरित एक संभावित सूत्रीकरण इस प्रकार हो सकता है: $R_i = R \cdot \frac{f(h_i)}{\sum_{j=1}^{N} f(h_j)}$, जहाँ $f(h_i)$ एक उप-रैखिक फलन है (उदाहरण के लिए, $f(h_i) = \log(1 + h_i)$ या $f(h_i) = \sqrt{h_i}$)। यह बिटकॉइन के रैखिक इनाम $\frac{h_i}{H}$ के विपरीत है। उप-रैखिक $f(h_i)$ अत्यधिक बड़े $h_i$ के लाभ को सीमित करता है।

उदाहरण ढाँचा (गैर-कोड): तीन माइनरों के साथ एक सरलीकृत सिमुलेशन पर विचार करें: एलिस (40% हैश शक्ति), बॉब (35%), और कैरोल (25%)। मानक PoW के तहत, उनकी इनाम संभावनाएँ 0.4, 0.35, 0.25 हैं। प्रस्तावित sqrt-आधारित PoW के तहत, प्रभावी भार $\sqrt{0.4}\approx0.63$, $\sqrt{0.35}\approx0.59$, $\sqrt{0.25}=0.5$ हो जाते हैं। सामान्यीकृत करने पर, उनकी संभावनाएँ लगभग 0.37, 0.34, 0.29 हो जाती हैं, जो प्रभावी रूप से प्रभाव को एलिस से कैरोल तक पुनर्वितरित कर देती हैं।

4. विश्लेषण एवं मूल्यांकन

4.1 सामर्थ्य और सैद्धांतिक सुधार

• उन्नत विकेंद्रीकरण: इनाम वक्र को समतल करके, यह तंत्र भौगोलिक और इकाई-विविध माइनिंग परिदृश्य को बढ़ावा दे सकता है।
• कम 51% हमले का क्षेत्र: प्रभावी शक्ति का >51% केंद्रित करना आर्थिक रूप से अतार्किक बनाना, मूल सुरक्षा खतरे को सीधे संबोधित करता है।
• दार्शनिक संरेखण: यह बिटकॉइन को समतावादी सिद्धांतों के साथ पुनः जोड़ने का प्रयास करता है जो उसकी साइफरपंक उत्पत्ति के साथ प्रतिध्वनित होते हैं।

4.2 संभावित दोष और कार्यान्वयन चुनौतियाँ

• सुरक्षा-प्रदर्शन समझौता: PoW में किसी भी परिवर्तन को कठोरता से जाँचा जाना चाहिए। जैसा कि CycleGAN शोध पत्र (Zhu et al., 2017) में उल्लेख किया गया है, नई वास्तुकलाओं को अनपेक्षित विफलता मोडों को उजागर करने के लिए व्यापक परीक्षण की आवश्यकता होती है। एक नया PoW अप्रत्याशित कमजोरियाँ पैदा कर सकता है।
• अपनाने में बाधा: इसे लागू करने के लिए एक हार्ड फोर्क की आवश्यकता है, जिसका मौजूदा माइनिंग समूहों द्वारा जोरदार विरोध होगा जो वर्तमान स्थिति से लाभान्वित होते हैं, यह एक क्लासिक समन्वय समस्या है।
• नए हमले के वैक्टर की संभावना: जटिल इनाम फलनों को अलग तरीके से हेरफेर किया जा सकता है। फेडरल रिजर्व द्वारा वित्तीय प्रणाली स्थिरता पर किए गए विश्लेषण के समान निरंतर विश्लेषण की आवश्यकता होगी।

5. भविष्य के अनुप्रयोग एवं शोध दिशाएँ

रूपरेखित सिद्धांतों के बिटकॉइन से परे निहितार्थ हैं:

• अगली पीढ़ी की क्रिप्टोकरेंसी: नए प्रोजेक्ट (जैसे, Proof-of-Stake प्रकारों का उपयोग करने वाले) "प्रभाव पर घटती प्रतिफल" को एक मूल डिज़ाइन पैरामीटर के रूप में एकीकृत कर सकते हैं।
• विकेंद्रीकृत स्वायत्त संगठन (DAO): DAO में शासन तंत्र समान प्लूटोक्रेटिक जोखिमों का सामना करते हैं। टोकन होल्डिंग्स के आधार पर उप-रैखिक मतदान शक्ति की अवधारणा को व्हेल वर्चस्व को रोकने के लिए लागू किया जा सकता है।
• संकर सहमति मॉडल: भविष्य का शोध प्रस्तावित तंत्र के समतावादी लक्ष्यों को अन्य सुरक्षा सुविधाओं, जैसे सत्यापन योग्य विलंब फलन (VDFs), के साथ जोड़कर वित्त और आपूर्ति श्रृंखला में उच्च-मूल्य अनुप्रयोगों के लिए मजबूत, विकेंद्रीकृत लेजर बनाने का अन्वेषण कर सकता है।
• नियामक विचार: जैसे-जैसे केंद्रीय बैंक CBDC का अन्वेषण करते हैं, ऐसे डिज़ाइन जो स्वाभाविक रूप से केंद्रीकरण को हतोत्साहित करते हैं, निजी नियंत्रण से उत्पन्न प्रणालीगत जोखिम के बारे में चिंतित नियामकों के लिए विकेंद्रीकृत निपटान परतों को अधिक स्वीकार्य बना सकते हैं।

6. संदर्भ

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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).