Babylon: Mengguna Semula Perlombongan Bitcoin untuk Meningkatkan Keselamatan Bukti-Kepentingan

1.1. Dari Bukti-Kerja ke Bukti-Kepentingan

Keselamatan Bitcoin disokong oleh kuasa hash pengiraan yang amat besar (lebih kurang $1.4 \times 10^{21}$ hash/saat), menjadikan serangan terlalu mahal tetapi dengan kos tenaga yang sangat tinggi. Sebaliknya, rantaian blok Bukti-Kepentingan (PoS) seperti Ethereum 2.0, Cardano, dan Cosmos menjimatkan tenaga dan menawarkan ciri seperti kepastian akhir yang pantas dan akauntabiliti melalui pemotongan kepentingan. Walau bagaimanapun, peralihan ini memperkenalkan cabaran keselamatan baharu.

1.2. Isu Keselamatan Bukti-Kepentingan

Kertas kerja ini mengenal pasti batasan asas dalam mencapai keselamatan kriptoekonomi yang meminimumkan kepercayaan dalam sistem PoS tulen:

• Serangan Jarak Jauh Tidak Boleh Dipotong: Penyerang boleh menggunakan duit syiling lama yang diperoleh dengan murah untuk menulis semula sejarah selepas kepentingan ditarik balik, suatu pencapaian yang mustahil dalam PoW disebabkan kesukaran terkumpul.
• Penapisan & Penghentian Tidak Boleh Dipotong: Sesetengah serangan terhadap kelangsungan hidup tidak boleh dihukum secara ekonomi.
• Masalah Permulaan: Rantaian PoS baharu dengan penilaian token yang rendah kekurangan keselamatan semula jadi.

Penulis berpendapat bahawa tiada protokol PoS boleh menyediakan keselamatan yang boleh dipotong tanpa andaian kepercayaan luaran.

2.1. Seni Bina Teras & Perlombongan Bergabung

Pelombong Babylon melakukan perlombongan bergabung dengan Bitcoin. Mereka menanam data berkaitan Babylon (cth., titik semak rantaian PoS) ke dalam blok Bitcoin yang sedang mereka lombong. Ini memberikan Babylon tahap keselamatan yang sama dengan Bitcoin pada kos tenaga marginal sifar.

2.2. Perkhidmatan Penanda Waktu Data-Tersedia

Perkhidmatan teras yang Babylon sediakan untuk rantaian PoS ialah perkhidmatan penanda waktu data-tersedia. Rantaian PoS boleh menandakan waktu:

• Titik semak blok (untuk kepastian akhir)
• Bukti penipuan
• Transaksi yang ditapis

Setelah data ditandakan waktu pada Bitcoin melalui Babylon, ia mewarisi ketidakubahan dan ketahanan terhadap penapisan Bitcoin, secara efektif menggunakan Bitcoin sebagai sauh yang teguh.

3.1. Teorem Keselamatan Kriptoekonomi

Keselamatan protokol PoS yang dipertingkatkan Babylon ditangkap secara formal oleh teorem keselamatan kriptoekonomi. Teorem ini memodelkan pengesah rasional yang didorong ekonomi dan mentakrifkan keselamatan dari segi kos yang diperlukan untuk melanggar keselamatan atau kelangsungan hidup, dengan mengambil kira penalti pemotongan.

3.2. Keselamatan & Kelangsungan Hidup yang Boleh Dipotong

Analisis formal menunjukkan bahawa Babylon membolehkan:

• Keselamatan yang Boleh Dipotong: Sebarang pelanggaran keselamatan (cth., serangan jarak jauh mencipta titik semak bercanggah) boleh dibuktikan secara kriptografi, dan kepentingan pengesah yang bersalah boleh dipotong. Kos untuk menyerang keselamatan melebihi penalti pemotongan.
• Kelangsungan Hidup yang Boleh Dipotong: Kelas serangan kelangsungan hidup tertentu (cth., penapisan berterusan terhadap permintaan penanda waktu) juga menjadi boleh dikenal pasti dan boleh dihukum.

Ini mengalihkan keselamatan PoS dari andaian "majoriti jujur" kepada andaian ekonomi yang boleh disahkan.

4.1. Analisis Asal: Pandangan Teras & Aliran Logik

Pandangan Teras: Kejeniusan Babylon bukan hanya dalam konsensus hibrid; ia adalah dalam mengenali kuasa hash Bitcoin sebagai aset kos tenggelam yang kurang digunakan. Daripada bersaing dengan atau menggantikan Bitcoin, Babylon secara parasit memanfaatkan bajet keselamatannya yang bernilai $20+ bilion untuk menyelesaikan masalah PoS yang paling sukar. Ini adalah strategi "simbiosis berbanding penggantian" klasik, mengingatkan bagaimana penyelesaian Lapisan 2 seperti Lightning Network memanfaatkan lapisan asas Bitcoin daripada mencipta semula.

Aliran Logik: Hujahnya sangat tajam: 1) PoS tulen tidak boleh mencapai keselamatan yang boleh dipotong sendirian (hasil negatif yang mereka dakwa). 2) Kepercayaan luaran (cth., konsensus sosial) adalah janggal dan perlahan. 3) Bitcoin menawarkan sumber kepercayaan luaran yang paling mahal, terdesentralisasi, dan teguh yang wujud. 4) Oleh itu, tandakan waktu keadaan PoS ke Bitcoin untuk mewarisi sifat keselamatannya. Lompatan logik dari langkah 3 ke 4 adalah di mana inovasi terletak—menjadikan penandaan waktu ini cekap dan kukuh secara kriptoekonomi melalui perlombongan bergabung.

Kekuatan & Kelemahan: Kekuatan utama ialah penggunaan semula sumber yang elegan. Ia adalah pengganda kuasa untuk keselamatan PoS. Model keselamatan formal juga merupakan sumbangan penting, menyediakan kerangka yang ketat serupa dengan yang digunakan dalam menganalisis protokol seperti Tendermint Core atau konsensus Algorand. Walau bagaimanapun, kekuatan model ini sangat bergantung pada andaian "pengesah rasional" dan penetapan harga kos serangan berbanding penalti pemotongan yang tepat—masalah teori permainan yang kompleks. Kelemahan kritikal ialah pengenalan kebergantungan kelangsungan hidup pada Bitcoin. Jika Bitcoin mengalami kesesakan berpanjangan atau pepijat katastrofik, keselamatan semua rantaian PoS yang bersambung merosot. Ini mencipta vektor risiko sistemik baharu, memusatkan kelangsungan hidup di sekitar prestasi Bitcoin.

Pandangan Boleh Tindak: Untuk pelabur dan pembina, Babylon mencipta tesis penilaian baharu: Bitcoin sebagai platform keselamatan-sebagai-perkhidmatan. Rantaian PoS tidak lagi perlu memulakan keselamatan dari permodalan pasaran mereka sahaja. Ini boleh menurunkan halangan kemasukan untuk rantaian baharu secara dramatik. Secara praktikal, pasukan harus menilai pertukaran antara mendapatkan keselamatan yang boleh dipotong dan menerima masa blok Bitcoin ~10 minit sebagai latensi asas untuk kepastian akhir. Peta jalan masa depan mesti menangani kebergantungan kelangsungan hidup, mungkin melalui mekanisme sandaran atau memanfaatkan pelbagai rantaian PoW, bukan hanya Bitcoin.

4.2. Butiran Teknikal & Formulasi Matematik

Keselamatan boleh dikonsepsikan melalui analisis kos-faedah untuk penyerang. Biarkan:

• $C_{attack}$ menjadi jumlah kos untuk melaksanakan serangan keselamatan (cth., semakan jarak jauh).
• $P_{slash}$ menjadi nilai kepentingan yang boleh dipotong secara terbukti sebagai hasilnya.
• $R$ menjadi ganjaran potensi dari serangan.

Satu protokol menyediakan keselamatan kriptoekonomi jika, untuk sebarang serangan yang boleh dilaksanakan, yang berikut berlaku:

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

Dalam serangan jarak jauh PoS tulen, $P_{slash} \approx 0$ kerana kepentingan lama ditarik balik. Babylon meningkatkan $P_{slash}$ dengan membenarkan rantaian PoS menandakan waktu bukti penipuan pada Bitcoin, menjadikan pelanggaran itu tidak dapat dinafikan dan kepentingan (walaupun baru ditarik balik) boleh dipotong berdasarkan rekod tidak berubah. Kos $C_{attack}$ kini termasuk kos menulis semula sejarah rantaian PoS dan blok Bitcoin yang mengandungi penanda waktu yang membuktikan kesalahan, yang mustahil secara pengiraan.

Proses penandaan waktu melibatkan penciptaan komitmen kriptografi (cth., akar Merkle) titik semak rantaian PoS dan menanamnya dalam rantaian blok Bitcoin melalui output OP_RETURN atau kaedah serupa semasa perlombongan bergabung.

4.3. Kerangka Analisis & Contoh Kes

Skenario: Satu rantaian blok khusus aplikasi berasaskan Cosmos baharu ("Zon") ingin dilancarkan tetapi mempunyai permodalan pasaran token awal yang rendah ($10 juta). Ia terdedah kepada serangan jarak jauh yang murah.

Protokol Dipertingkatkan Babylon:

1. Pengesah Zon secara berkala (cth., setiap 100 blok) mencipta titik semak—hash blok yang ditandatangani mewakili keadaan rantaian.
2. Mereka menghantar titik semak ini ke rangkaian Babylon.
3. Seorang pelombong Babylon, semasa melombong blok Bitcoin, memasukkan akar Merkle titik semak dalam transaksi coinbase.
4. Setelah blok Bitcoin disahkan (cth., 6 kedalaman), titik semak dianggap dimuktamadkan oleh Zon. Keselamatan kemuktamadan ini kini disokong oleh kuasa hash Bitcoin.

Mitigasi Serangan: Jika penyerang kemudian cuba mencipta rantaian bercanggah bercabang dari sebelum titik semak itu, mereka juga mesti menulis semula rantaian Bitcoin dari blok yang mengandungi penanda waktu. Kos ini adalah berlipat kali ganda lebih tinggi daripada nilai staking Zon sendiri, menjadikan serangan itu tidak rasional secara ekonomi. Tambahan pula, tandatangan pengesah asal pada titik semak menyediakan bukti penipuan yang boleh digunakan untuk memotong bon mereka, walaupun mereka telah membatalkan ikatan.

Kerangka ini mengubah keselamatan dari menjadi fungsi kepentingan $10M Zon sendiri kepada menjadi fungsi keselamatan berbilion dolar Bitcoin, secara efektif "menyewa" keselamatan Bitcoin.