Babylon: Riutilizzare il Mining di Bitcoin per Potenziare la Sicurezza del Proof-of-Stake

1.1. Dal Proof-of-Work al Proof-of-Stake

La sicurezza di Bitcoin è sostenuta da un'immensa potenza di hash computazionale (circa $1.4 \times 10^{21}$ hash/sec), rendendo gli attacchi proibitivamente costosi ma a un enorme costo energetico. Al contrario, le blockchain Proof-of-Stake (PoS) come Ethereum 2.0, Cardano e Cosmos sono efficienti dal punto di vista energetico e offrono funzionalità come la finalità rapida e la responsabilità attraverso lo slashing dello stake. Tuttavia, questo passaggio introduce nuove sfide di sicurezza.

1.2. Problemi di Sicurezza del Proof-of-Stake

Il documento identifica limitazioni fondamentali nel raggiungere una sicurezza criptoeconomica a minimizzazione della fiducia nei sistemi PoS puri:

• Attacchi Long-Range Non Slashable: Gli avversari possono utilizzare vecchie monete acquisite a basso costo per riscrivere la storia dopo che lo stake è stato ritirato, un'impresa impossibile nel PoW a causa della difficoltà cumulativa.
• Censura e Blocco Non Slashable: Alcuni attacchi alla liveness non possono essere penalizzati economicamente.
• Problema di Bootstrapping: Le nuove catene PoS con una bassa valutazione del token mancano di sicurezza intrinseca.

Gli autori affermano che nessun protocollo PoS può fornire safety slashable senza assunzioni di fiducia esterne.

2.1. Architettura Core & Merge Mining

I miner di Babylon eseguono il merge mining con Bitcoin. Incorporano dati relativi a Babylon (ad esempio, checkpoint di catene PoS) nei blocchi Bitcoin che stanno già minando. Questo fornisce a Babylon lo stesso livello di sicurezza di Bitcoin a costo energetico marginale zero.

2.2. Servizio di Timestamping con Disponibilità dei Dati

Il servizio principale che Babylon fornisce alle catene PoS è un servizio di timestamping con disponibilità dei dati. Le catene PoS possono apporre un timestamp a:

• Checkpoint dei blocchi (per la finalità)
• Prove di frode
• Transazioni censurate

Una volta che i dati sono timestampati su Bitcoin tramite Babylon, ereditano l'immutabilità e la resistenza alla censura di Bitcoin, utilizzando efficacemente Bitcoin come un'ancora robusta.

3.1. Teorema di Sicurezza Criptoeconomica

La sicurezza di un protocollo PoS potenziato da Babylon è formalmente catturata da un teorema di sicurezza criptoeconomica. Questo teorema modella validatori razionali e guidati economicamente e definisce la sicurezza in termini del costo necessario per violare la safety o la liveness, tenendo conto delle penalità di slashing.

3.2. Safety e Liveness Slashable

L'analisi formale dimostra che Babylon consente:

• Safety Slashable: Qualsiasi violazione della safety (ad esempio, un attacco long-range che crea un checkpoint in conflitto) può essere provata crittograficamente, e lo stake del validatore colpevole può essere slashato. Il costo per attaccare la safety supera la penalità di slashing.
• Liveness Slashable: Anche alcune classi di attacchi alla liveness (ad esempio, la censura persistente delle richieste di timestamping) diventano identificabili e punibili.

Ciò sposta la sicurezza del PoS da un'assunzione di "maggioranza onesta" a una verificabile ed economica.

4.1. Analisi Originale: Insight Principale e Flusso Logico

Insight Principale: Il genio di Babylon non sta solo nel consenso ibrido; sta nel riconoscere la potenza di hash di Bitcoin come un costo irrecuperabile, un asset sottoutilizzato. Invece di competere con o sostituire Bitcoin, Babylon sfrutta parassiticamente il suo budget di sicurezza da oltre 20 miliardi di dollari per risolvere i problemi più intrattabili del PoS. Questa è una classica strategia di "simbiosi anziché sostituzione", che ricorda come le soluzioni di Layer 2 come Lightning Network sfruttano lo strato base di Bitcoin piuttosto che reinventarlo.

Flusso Logico: L'argomentazione è tagliente: 1) Il PoS puro non può raggiungere da solo la safety slashable (un risultato negativo che affermano). 2) La fiducia esterna (ad esempio, consenso sociale) è goffa e lenta. 3) Bitcoin offre la fonte di fiducia esterna più costosa, decentralizzata e robusta esistente. 4) Pertanto, si appone un timestamp allo stato PoS su Bitcoin per ereditare le sue proprietà di sicurezza. Il salto logico dal punto 3 al 4 è dove risiede l'innovazione: rendere questo timestamping efficiente e criptoeconomicamente solido tramite il merge mining.

Punti di Forza e Debolezze: Il punto di forza principale è l'elegante riutilizzo delle risorse. È un moltiplicatore di forza per la sicurezza del PoS. Anche il modello di sicurezza formale è un contributo significativo, fornendo un framework rigoroso simile a quelli utilizzati nell'analisi di protocolli come Tendermint Core o il consenso di Algorand. Tuttavia, la forza del modello dipende fortemente dall'assunzione del "validatore razionale" e dalla corretta valutazione dei costi di attacco rispetto alle penalità di slashing—un complesso problema di teoria dei giochi. Una debolezza critica è l'introduzione di una dipendenza della liveness da Bitcoin. Se Bitcoin subisce una congestione prolungata o un bug catastrofico, la sicurezza di tutte le catene PoS connesse si degrada. Ciò crea un nuovo vettore di rischio sistemico, centralizzando la liveness attorno alle prestazioni di Bitcoin.

Insight Azionabili: Per investitori e sviluppatori, Babylon crea una nuova tesi di valutazione: Bitcome come piattaforma di sicurezza-as-a-service. Le catene PoS non devono più costruire la sicurezza solo dal loro market cap. Ciò potrebbe abbattere drasticamente la barriera all'ingresso per le nuove catene. Praticamente, i team dovrebbero valutare il compromesso tra ottenere safety slashable e accettare il tempo di blocco di Bitcoin di ~10 minuti come latenza minima per la finalità. La roadmap futura deve affrontare la dipendenza della liveness, forse attraverso meccanismi di fallback o sfruttando più catene PoW, non solo Bitcoin.

4.2. Dettagli Tecnici e Formulazione Matematica

La sicurezza può essere concettualizzata attraverso un'analisi costi-benefici per un avversario. Sia:

• $C_{attack}$ il costo totale per eseguire un attacco alla safety (ad esempio, una revisione long-range).
• $P_{slash}$ il valore dello stake che può essere provatamente slashato come risultato.
• $R$ la potenziale ricompensa dall'attacco.

Un protocollo fornisce sicurezza criptoeconomica se, per qualsiasi attacco fattibile, vale quanto segue:

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

In un attacco long-range PoS puro, $P_{slash} \approx 0$ perché il vecchio stake è stato ritirato. Babylon aumenta $P_{slash}$ consentendo alla catena PoS di apporre un timestamp a una prova di frode su Bitcoin, rendendo la violazione innegabile e lo stake (anche se recentemente ritirato) slashable in base al record immutabile. Il costo $C_{attack}$ ora include il costo di riscrivere sia la storia della catena PoS sia i blocchi Bitcoin contenenti il timestamp incriminante, il che è computazionalmente infattibile.

Il processo di timestamping prevede la creazione di un impegno crittografico (ad esempio, una radice di Merkle) del checkpoint della catena PoS e la sua incorporazione nella blockchain Bitcoin tramite un output OP_RETURN o un metodo simile durante il merge mining.

4.3. Framework di Analisi e Caso Esempio

Scenario: Una nuova blockchain specifica per applicazioni basata su Cosmos ("Zona") vuole lanciarsi ma ha un basso market cap iniziale del token (10 milioni di dollari). È vulnerabile a un attacco long-range economico.

Protocollo Potenziato da Babylon:

1. I validatori della Zona periodicamente (ad esempio, ogni 100 blocchi) creano un checkpoint—un hash del blocco firmato che rappresenta lo stato della catena.Sottomettono questo checkpoint alla rete Babylon.
2. Un miner di Babylon, mentre mina un blocco Bitcoin, include la radice di Merkle del checkpoint nella transazione coinbase.
3. Una volta che il blocco Bitcoin è confermato (ad esempio, a 6 blocchi di profondità), il checkpoint è considerato finalizzato dalla Zona. La sicurezza di questa finalità è ora supportata dalla potenza di hash di Bitcoin.

Mitigazione dell'Attacco: Se un attaccante in seguito tenta di creare una catena in conflitto che si dirama da prima di quel checkpoint, deve anche riscrivere la catena Bitcoin dal blocco contenente il timestamp. Il costo di ciò è di ordini di grandezza superiore al valore dello stake della Zona stessa, rendendo l'attacco economicamente irrazionale. Inoltre, le firme dei validatori originali sul checkpoint forniscono una prova di frode che può essere utilizzata per slashatare il loro bond, anche se nel frattempo hanno slegato lo stake.

Questo framework trasforma la sicurezza da una funzione dello stake proprio della Zona di 10 milioni di dollari a una funzione della sicurezza multimiliardaria di Bitcoin, "affittando" efficacemente la sicurezza di Bitcoin.