विषय-सूची
1. परिचय
यह शोध पत्र पारंपरिक प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) योजना में एक परिष्कार प्रस्तावित करता है, जिसमें आमतौर पर एक नॉन्स (nonce) ढूंढना शामिल होता है जिसके परिणामस्वरूप क्रिप्टोग्राफ़िक हैश आउटपुट में आवश्यक संख्या में अग्रणी शून्य (leading zeros) प्राप्त होते हैं। मूल नवाचार एक सहकारी प्रूफ-ऑफ-वर्क योजना है, जिसे कई स्वायत्त उपयोगकर्ताओं को अपने स्वयं के लेन-देन के लिए प्रमाण उत्पन्न करने में सहयोग करने की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह सहयोग केंद्रीकृत माइनिंग पूलों पर निर्भर हुए बिना, एक वितरित लेजर के भीतर लेन-देन के क्रम पर सहमति स्थापित करने का लक्ष्य रखता है।
प्रस्तावित योजना मानक PoW में निहित समस्याओं, जैसे कि माइनिंग पूलों में प्रोत्साहन का गलत संरेखण और खनिकों (miners) के बीच प्रतिस्पर्धी, ऊर्जा-गहन दौड़ को संबोधित करने का प्रयास करती है। प्रत्यक्ष सहयोग को सक्षम करके, यह लेन-देन शुल्कों (जो खनिकों को दिए जाते हैं) को लेन-देन करों (जो लेन-देन करने वाले उपयोगकर्ता स्वयं भरते हैं) से प्रतिस्थापित करने की परिकल्पना करती है। यह बदलाव प्रतिस्पर्धी खनन से जुड़े "बिजली उपयोग पर मुद्रास्फीतिकारी प्रभाव" को कम करने और अधिक मितव्ययी, सहकारी रणनीतियों को बढ़ावा देने की क्षमता रखता है।
रूपरेखित संभावित लाभों में शामिल हैं:
- लेन-देन खनिकों द्वारा उपयोगकर्ताओं के भेदभाव के विरुद्ध बेहतर सुरक्षा।
- खनिकों के बीच प्रतिस्पर्धा कम होने के कारण सिस्टम थ्रूपुट में वृद्धि।
- डिनायल-ऑफ-सर्विस (DoS) हमलों के विरुद्ध अधिक निवारक प्रभाव, क्योंकि हमलों पर लेन-देन कर की लागत आएगी।
2. सहमति
यह पत्र समस्या को पीयर-टू-पीयर (P2P) नेटवर्कों के संदर्भ में प्रस्तुत करता है जिन्हें एक वितरित लेजर की आवश्यकता होती है। सभी पीयरों को किसी केंद्रीय प्राधिकरण या पूर्व-निर्धारित नेता चुनाव के बिना लेजर की स्थिति पर सहमत होना चाहिए।
मौलिक चुनौती संदेश प्रसार विलंब है। एक आदर्श, कम-आवृत्ति वाले लेन-देन वातावरण में, नेटवर्क ट्रैफ़िक में एक विराम—एक "पूर्ण रुकावट"—का अवलोकन करके सहमति प्राप्त की जा सकती थी, जो यह संकेत देता कि सभी पीयरों ने संभवतः संदेशों के समान सेट को देख लिया है। इन संदेशों को तब विहित रूप से क्रमबद्ध किया जा सकता था (उदाहरण के लिए, हैश द्वारा) और लेजर में जोड़ा जा सकता था।
हालाँकि, वास्तविक दुनिया में लेन-देन की आवृत्तियाँ इस सरल योजना के लिए बहुत अधिक हैं। यहीं पर प्रूफ-ऑफ-वर्क महत्वपूर्ण हो जाता है। कम्प्यूटेशनल प्रयास (एक क्रिप्टोग्राफ़िक पहेली को हल करना) की आवश्यकता करके, PoW कृत्रिम रूप से उस प्रभावी दर को कम करता है जिस पर कोई भी एकल पीयर नई लेजर प्रविष्टियाँ प्रस्तावित कर सकता है। पहेली की कठिनाई को लेन-देन आवृत्ति की एक ऊपरी सीमा निर्धारित करने के लिए अंशांकित किया जा सकता है, जिससे वास्तविक सहमति उभरने के लिए आवश्यक "शांत अवधियाँ" बनती हैं।
3. सहकारी प्रूफ-ऑफ-वर्क
यह पत्र सहकारी योजना को औपचारिक रूप देता है लेकिन प्रदत्त अंश यहीं कट जाता है। परिचय के आधार पर, औपचारिकीकरण में संभवतः एक ऐसा तंत्र शामिल है जहाँ:
- एक लेन-देन में योगदान देने वाले उपयोगकर्ता संबंधित PoW पहेली को हल करने के लिए कम्प्यूटेशनल शक्ति का भी योगदान कर सकते हैं।
- सामूहिक प्रयास एकल खनिक के कार्य का स्थान लेता है।
- लेन-देन क्रम पर सहमति इस सहकारी प्रयास से प्राप्त होती है, संभवतः सहयोग करने वाले उपयोगकर्ताओं के समूह से जुड़ी हुई।
- "कर" एक अनिवार्य योगदान (कम्प्यूटेशनल प्रयास या एक व्युत्पन्न लागत के रूप में) है जो लेन-देन करने वाले पक्षों द्वारा भरा जाता है, जो सहमति की लागत को आंतरिक बनाता है।
यह पारंपरिक मॉडल के विपरीत है, जहाँ बाहरी खनिक शुल्कों के लिए PoW हल करने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, जिससे पूल और संभावित केंद्रीकरण होता है।
4. मूल अंतर्दृष्टि एवं विश्लेषक का परिप्रेक्ष्य
मूल अंतर्दृष्टि: कुइजपर का पत्र केवल हैशिंग एल्गोरिदम में एक छेड़छाड़ नहीं है; यह ब्लॉकचेन डिज़ाइन में एक मौलिक आर्थिक और खेल-सिद्धांतिक हस्तक्षेप है। वास्तविक नवाचार सहमति प्रयास को लाभ-खोजी खनन से अलग करना और इसे सीधे लेन-देन उपयोगिता से जोड़ना है। खनिक को शुल्क से उपयोगकर्ता द्वारा कर की ओर बदलाव प्रोत्साहन संरचना को पूरी तरह से बदल देता है, जिसका लक्ष्य नेटवर्क स्वास्थ्य को खनिक प्रतिस्पर्धा के बजाय उपयोगकर्ता सहयोग के साथ संरेखित करना है। यह स्टैनफोर्ड क्रिप्टो इकोनॉमिक्स लैब जैसे संस्थानों के तंत्र डिज़ाइन शोध में देखे गए सिद्धांतों की प्रतिध्वनि है, जो यह पता लगाते हैं कि वांछित सिस्टम परिणाम प्राप्त करने के लिए प्रोत्साहनों को कैसे संरचित किया जाए।
तार्किक प्रवाह: तर्क तार्किक रूप से ठोस है लेकिन एक महत्वपूर्ण, अप्रमाणित धारणा पर टिका है: कि उपयोगकर्ता नए समन्वय ओवरहेड या हमले के वैक्टर पेश किए बिना कुशलतापूर्वक और ईमानदारी से सहयोग करेंगे। यह पत्र बिटकॉइन के PoW में ऊर्जा बर्बादी और केंद्रीकरण दबाव (पूलों के माध्यम से) की सही पहचान करता है, जैसा कि कई अध्ययनों (उदाहरण के लिए, कैम्ब्रिज बिटकॉइन इलेक्ट्रिसिटी कंजम्पशन इंडेक्स) में दर्ज है। यह तब सहयोग को प्रतिकार के रूप में प्रस्तुत करता है। हालाँकि, तार्किक छलांग यह मान रही है कि एक विश्वास-रहित वातावरण में सहयोग का आयोजन प्रतिस्पर्धा की तुलना में सरल है। P2P सिस्टमों का इतिहास दर्शाता है कि सहयोग के लिए अक्सर फ्री-राइडिंग को रोकने के लिए जटिल प्रोटोकॉल (जैसे BitTorrent का टिट-फॉर-टैट) की आवश्यकता होती है—एक समस्या जिसे इस योजना को हल करना चाहिए।
शक्तियाँ एवं दोष: शक्तियाँ: दृष्टि प्रभावशाली है। ऊर्जा मुद्रास्फीति और खनिक-संचालित भेदभाव को कम करना महान लक्ष्य हैं। बाह्यताओं (externalities) को आंतरिक बनाने वाले "लेन-देन कर" की अवधारणा आर्थिक रूप से सुंदर है, जो कम्प्यूटेशनल अपशिष्ट पर लागू कार्बन कर अवधारणाओं के समान है। दोष: यह पत्र "कैसे" पर स्पष्ट रूप से हल्का है। औपचारिकीकरण छोटा किया गया है, लेकिन यहाँ तक कि आधार में भी एक ठोस तंत्र का अभाव है जो सिबिल हमलों (जहाँ एक उपयोगकर्ता अपने उचित हिस्से के कार्य से बचने के लिए कई नकली पहचान बनाता है) को रोक सके। "सहकारी कार्य" को कैसे सत्यापित और आरोपित किया जाता है? इसके बिना, सिस्टम कमजोर हो सकता है, अधिक सुरक्षित नहीं। इसके अलावा, एक ज्ञात, युद्ध-परीक्षित प्रतिस्पर्धी मॉडल को एक नवीन सहकारी मॉडल से प्रतिस्थापित करना महत्वपूर्ण जोखिम और अपनाने की बाधाएँ पेश करता है, एक चुनौती जिसका सामना प्रूफ-ऑफ-स्टेक जैसे अन्य सहमति नवाचारों ने भी अपने प्रारंभिक आलोचना काल के दौरान किया था।
कार्रवाई योग्य अंतर्दृष्टियाँ: शोधकर्ताओं के लिए, यह पत्र अनुवर्ती कार्य के लिए एक स्वर्ण खान है। तत्काल अगला कदम एक विशिष्ट सहकारी PoW खेल को डिज़ाइन और सिमुलेट करना है, इसके नैश संतुलन (Nash equilibria) का विश्लेषण करना है। क्या यह अनिवार्य रूप से सहयोग की ओर ले जाता है, या इसे हेरफेर किया जा सकता है? व्यवसायियों के लिए, मुख्य निष्कर्ष सिद्धांत है, तत्काल कार्यान्वयन नहीं। अपने सिस्टम डिज़ाइन में "सहकारी लागत आंतरिकीकरण" को कैसे लागू किया जाए, इस पर विचार करें। क्या एक संकर मॉडल काम कर सकता है, जहाँ एक आधार लेन-देन कर विकेंद्रीकृत सत्यापनकर्ताओं के एक सेट को निधि देता है, इस पत्र के विचारों को प्रत्यायोजित प्रूफ-ऑफ-स्टेक (delegated proof-of-stake) के विचारों के साथ मिलाता है? मूल विचार—लेन-देन जारीकर्ता को सहमति लागतों के लिए जिम्मेदार बनाना—को लेयर-2 समाधानों या नए लेजर डिज़ाइनों में खोजा जाना चाहिए जहाँ खतरा मॉडल बिटकॉइन के पूर्ण अनुमतिहीन (permissionless) सेटिंग से अलग है।
5. तकनीकी विवरण एवं गणितीय औपचारिकीकरण
हालाँकि पूर्ण औपचारिकीकरण छोटा किया गया है, प्रस्तावित योजना मानक क्रिप्टोग्राफ़िक हैश-आधारित PoW पर निर्मित है। पारंपरिक PoW के लिए एक नॉन्स $n$ ढूंढने की आवश्यकता होती है ताकि ब्लॉक डेटा $B$, हैश फ़ंक्शन $H$, और कठिनाई लक्ष्य $T$ के लिए:
$H(B, n) < T$
एक सहकारी सेटिंग में, यह संभवतः रूपांतरित हो जाता है। मान लीजिए कि उपयोगकर्ताओं के एक समूह $U = \{u_1, u_2, ..., u_k\}$ द्वारा प्रस्तावित एक लेन-देन सेट $\tau$ है। प्रत्येक उपयोगकर्ता $u_i$ एक आंशिक कार्य समाधान $w_i$ का योगदान करता है। सहकारी PoW के लिए आवश्यकता हो सकती है:
$H(\tau, \text{Aggregate}(w_1, w_2, ..., w_k)) < T$
जहाँ $\text{Aggregate}$ व्यक्तिगत योगदानों को संयोजित करने वाला एक फ़ंक्शन है। कर तंत्र का तात्पर्य है कि प्रत्येक $u_i$ को $\tau$ में अपनी हिस्सेदारी या भूमिका के अनुपात में संसाधन खर्च करने होंगे, यह सुनिश्चित करते हुए कि सामूहिक कार्य कठिनाई $T$ को पूरा करता है। सत्यापन को यह पुष्टि करने की आवश्यकता होगी कि प्रत्येक $w_i$ मान्य है और विशिष्ट रूप से योगदान किया गया है, जिससे रीप्ले या जालसाजी हमलों को रोका जा सके।
6. विश्लेषण ढांचा एवं संकल्पनात्मक उदाहरण
परिदृश्य: ऐलिस, बॉब और चार्ली चाहते हैं कि उनके लेन-देन ($tx_a$, $tx_b$, $tx_c$) अगले ब्लॉक में शामिल हों।
पारंपरिक PoW (प्रतिस्पर्धी): खनिक M1, M2, M3 इन लेन-देनों और शुल्कों वाले एक ब्लॉक के लिए $H(block, n) < T$ को हल करने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं। विजेता (उदाहरण के लिए, M2) शुल्क प्राप्त करता है। ऐलिस, बॉब और चार्ली निष्क्रिय हैं।
सहकारी PoW (प्रस्तावित):
- ऐलिस, बॉब और चार्ली अपने लेन-देनों के लिए एक अस्थायी समूह बनाते हैं।
- प्रोटोकॉल उन्हें एक संयुक्त पहेली निर्दिष्ट करता है: इनपुट $(w_a, w_b, w_c)$ ढूंढें जैसे कि $H(tx_a, tx_b, tx_c, w_a, w_b, w_c) < T$।
- वे प्रत्येक स्थानीय रूप से आंशिक समाधानों की गणना करते हैं। ऐलिस $w_a$ ढूंढती है, बॉब $w_b$ ढूंढता है, चार्ली $w_c$ ढूंढता है।
- वे अपने परिणामों को संयोजित करते हैं। संयुक्त कार्य कठिनाई को संतुष्ट करता है।
- वे संयुक्त प्रमाण $(w_a, w_b, w_c)$ के साथ लेन-देनों को प्रसारित करते हैं।
- नेटवर्क हैश और यह सत्यापित करता है कि प्रत्येक $w_i$ अपने संबंधित लेन-देन स्वामी से जुड़ा हुआ है।
- शुल्क भरने के बजाय, उन्होंने प्रत्येक ने अपने कम्प्यूटेशनल प्रयास $w_i$ के रूप में एक "कर" "भुगतान" किया है। उनके लेन-देन जोड़ दिए जाते हैं।
इस ढांचे में प्रमुख चुनौती: चार्ली को आलसी होने और पिछले युग (epoch) से एक समाधान (रीप्ले हमला) का उपयोग करने या बॉब के कार्य की नकल करने से रोकना। प्रोटोकॉल को $w_i$ को $u_i$ की पहचान और विशिष्ट लेन-देन बैच से बांधने के तरीके की आवश्यकता है, संभवतः डिजिटल हस्ताक्षरों का उपयोग करके: $w_i = \text{Sign}_{u_i}(H(tx_i) \, || \, \text{epoch})$। यह जटिलता जोड़ता है।
7. अनुप्रयोग संभावनाएं एवं भविष्य की दिशाएं
तत्काल अनुप्रयोग: यह योजना कंसोर्टियम ब्लॉकचेन या विशेष विकेंद्रीकृत अनुप्रयोगों (dApps) में सबसे व्यवहार्य है जहाँ प्रतिभागियों का पूर्व-मौजूदा, अर्ध-विश्वास संबंध है। उदाहरण के लिए, एक आपूर्ति श्रृंखला कंसोर्टियम जहाँ सभी सदस्य ज्ञात हैं और अपने पारस्परिक लेन-देनों के लिए लेजर रखरखाव का बोझ साझा करने के लिए सहमत हैं।
भविष्य के शोध दिशाएं:
- औपचारिक खेल-सिद्धांतिक विश्लेषण: योजना को एक खेल के रूप में मॉडलिंग करना ताकि स्थिर, सहकारी संतुलन और संभावित तोड़फोड़ रणनीतियों की पहचान की जा सके।
- संकर मॉडल: सहकारी PoW को अन्य सहमति तंत्रों (उदाहरण के लिए, अंतिमता के लिए प्रूफ-ऑफ-स्टेक, क्रमबद्धता के लिए सहकारी PoW) के साथ संयोजित करना।
- लेयर-2 एकीकरण: लेयर-2 रोलअप्स पर सहकारी कर मॉडल को लागू करना, जहाँ लेन-देन बैचों को एक मुख्य श्रृंखला (main chain) पर अंतिम रूप दिया जाता है। रोलअप के उपयोगकर्ता अपने बैच की वैधता को सहकारी रूप से सिद्ध कर सकते हैं।
- सत्यापनीय विलंब फ़ंक्शन (VDF) एकीकरण: हैश पहेली को VDF-आधारित कार्य से प्रतिस्थापित या संवर्धित करना। यह सुनिश्चित कर सकता है कि "कार्य" समय-आधारित और गैर-समानांतर है, संभवतः उचित योगदान माप को सरल बनाता है।
- योगदान प्रमाणों का मानकीकरण: एक संयुक्त प्रमाण में व्यक्तिगत योगदान सिद्ध करने के लिए हल्के क्रिप्टोग्राफ़िक प्रोटोकॉल विकसित करना, जो शून्य-ज्ञान प्रमाण (zero-knowledge proof) शोध के समीपस्थ एक समस्या है।
दीर्घकालिक दृष्टि एक ब्लॉकचेन पारिस्थितिकी तंत्र है जहाँ सहमति की पर्यावरणीय और आर्थिक लागतें सीधे उन लोगों द्वारा वहन की जाती हैं जो लेन-देन से लाभान्वित होते हैं, जो स्थिरता और निष्पक्षता को बढ़ावा देता है—पहली पीढ़ी के "विजेता सब कुछ ले जाता है" खनन प्रतिमान से परे एक महत्वपूर्ण कदम।
8. संदर्भ
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Demers, A., et al. (1987). Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance. Proceedings of the Sixth Annual ACM Symposium on Principles of Distributed Computing.
- Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
- Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
- Cambridge Centre for Alternative Finance. (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI). [https://ccaf.io/cbeci/index](https://ccaf.io/cbeci/index)
- Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks (CycleGAN). IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV). [एक ज्ञात समस्या (छवि अनुवाद) के लिए एक नवीन, संरचनात्मक रूप से भिन्न दृष्टिकोण (चक्र स्थिरता) पेश करने वाले पत्र के उदाहरण के रूप में उद्धृत, इस पत्र के PoW के लिए नवीन दृष्टिकोण के अनुरूप]।
- Roughgarden, T. (2020). Transaction Fee Mechanism Design for the Ethereum Blockchain: An Economic Analysis of EIP-1559. Stanford University. [सफल ब्लॉकचेन प्रोत्साहन परिवर्तनों के लिए आवश्यक आर्थिक विश्लेषण की गहराई को उजागर करता है]।