Babylon: Kutumia Upya Uchimbaji wa Bitcoin Ili Kuimarisha Usalama wa Uthibitisho wa Hisa

1.1. Kutoka Uthibitisho wa Kazi Hadi Uthibitisho wa Hisa

Usalama wa Bitcoin unategemea nguvu kubwa ya hesabu ya hash (takriban $1.4 \times 10^{21}$ hash/kwa sekunde), ikifanya mashambulizi kuwa ghali sana lakini kwa gharama kubwa ya nishati. Kinyume chake, minyororo ya bloku ya Uthibitisho wa Hisa (PoS) kama vile Ethereum 2.0, Cardano, na Cosmos ni zenye ufanisi wa nishati na zinatoa vipengele kama vile ukamilifu wa haraka na uwajibikaji kupitia kukatwa kwa hisa. Hata hivyo, mabadiliko haya yanaleta changamoto mpya za usalama.

1.2. Changamoto za Usalama katika Uthibitisho wa Hisa

Karatasi hii inabainisha vikwazo vya msingi katika kufikia usalama wa kiuchumi-kriptografia unaopunguza kutegemewa katika mifumo safi ya PoS:

• Mashambulizi ya Muda Mrefu Yasiyoweza Kukatwa: Wadhalimu wanaweza kutumia sarafu za zamani zilizonunuliwa kwa bei rahisi kuandika upya historia baada ya hisa kuvutwa, jambo lisilowezekana katika PoW kwa sababu ya ugumu uliojikunja.
• Kuzuia na Kukwama Kusioweza Kukatwa: Aina fulani za mashambulizi dhidi ya uhai haziwezi kuadhibiwa kiuchumi.
• Tatizo la Kuanzisha: Minyororo mipya ya PoS yenye thamani ya chini ya ishara haina usalama wa asili.

Waandishi wanadai kuwa hakuna itifaki ya PoS inayoweza kutoa usalama unaoweza kukatwa bila mawazo ya imani ya nje.

2.1. Muundo Msingi & Uchimbaji wa Kujumuisha

Wachimbaji wa Babylon hufanya uchimbaji wa kujumuisha na Bitcoin. Wanaingiza data inayohusiana na Babylon (k.m., alama za ukaguzi za mnyororo wa PoS) ndani ya bloku za Bitcoin wanazozichimba tayari. Hii inampa Babylon kiwango sawa cha usalama na Bitcoin kwa gharama sifuri ya ziada ya nishati.

2.2. Huduma ya Kuweka Alama ya Muda ya Data Inayopatikana

Huduma kuu ambayo Babylon inatoa kwa minyororo ya PoS ni huduma ya kuweka alama ya muda ya data inayopatikana. Minyororo ya PoS inaweza kuweka alama ya muda kwa:

• Alama za ukaguzi za bloku (kwa ukamilifu)
• Uthibitisho wa udanganyifu
• Miamala iliyozuiwa

Mara data ikiwekewa alama ya muda kwenye Bitcoin kupitia Babylon, inarithi usiobadilika na upinzani wa kuzuiwa wa Bitcoin, kwa ufanisi ikitumia Bitcoin kama nanga thabiti.

3.1. Nadharia ya Usalama wa Kiuchumi-Kriptografia

Usalama wa itifaki ya PoS iliyoimarishwa na Babylon unafichuliwa kwa namna ya kirasmi na nadhaia ya usalama wa kiuchumi-kriptografia. Nadharia hii inaiga wathibitishaji wenye busara, wanaochochewa kiuchumi, na inafafanua usalama kulingana na gharama inayohitajika kukiuka usalama au uhai, ikizingatia adhabu za kukatwa.

3.2. Usalama na Uhai Unaoweza Kukatwa

Uchambuzi rasmi unaonyesha kuwa Babylon inawezesha:

• Usalama Unaoweza Kukatwa: Ukiukaji wowote wa usalama (k.m., shambulio la muda mrefu linalounda alama ya ukaguzi inayokinzana) unaweza kuthibitishwa kriptografia, na hisa ya mthibitishaji anayekiuka inaweza kukatwa. Gharama ya kushambulia usalama inazidi adhabu ya kukatwa.
• Uhai Unaoweza Kukatwa: Aina fulani za mashambulizi ya uhai (k.m., kuzuia kudumu kwa maombi ya kuweka alama ya muda) pia huwa yanajulikana na yanaweza kuadhibiwa.

Hii inahamisha usalama wa PoS kutoka kwa dhana ya "wengi wa waaminifu" hadi ile inayoweza kuthibitishwa, ya kiuchumi.

4.1. Uchambuzi wa Asili: Uelewa Msingi na Mtiririko wa Mantiki

Uelewa Msingi: Ujanja wa Babylon sio tu katika makubaliano mseto; ni katika kutambua nguvu ya hash ya Bitcoin kama gharama iliyotumika, mali isiyotumiwa vyema. Badala ya kushindana na au kuchukua nafasi ya Bitcoin, Babylon inatumia kwa ufanisi bajeti yake ya usalama ya zaidi ya dola bilioni 20 kutatua matatizo magumu zaidi ya PoS. Hii ni mkakati wa "usaidiano badala ya ubadilishaji", unaokumbusha jinsi suluhisho za Safu ya 2 kama vile Lightning Network zinavyotumia safu ya msingi ya Bitcoin badala ya kuibuni upya.

Mtiririko wa Mantiki: Hoja hii ni nyembamba kabisa: 1) PoS safi haiwezi kufikia usalama unaoweza kukatwa peke yake (matokeo mabaya wanayodai). 2) Imani ya nje (k.m., makubaliano ya kijamii) ni ngumu na polepole. 3) Bitcoin inatoa chanzo kikubwa zaidi, kisicho na kituo kimoja, na kigumu cha imani ya nje kilichopo. 4) Kwa hivyo, weka alama ya muda ya hali ya PoS kwenye Bitcoin ili kurithi sifa zake za usalama. Kuruka kwa mantiki kutoka hatua ya 3 hadi 4 ndiko ubunifu ulipo—kufanya uwekaji huu wa alama ya muda kuwa na ufanisi na wenye mantiki ya kiuchumi-kriptografia kupitia uchimbaji wa kujumuisha.

Nguvu na Kasoro: Nguvu kuu ni matumizi mazuri ya rasilimali tena. Ni kizidishio cha nguvu kwa usalama wa PoS. Mfumo rasmi wa usalama pia ni mchango mkubwa, ukitoa mfumo mkali unaofanana na ule unaotumika kuchambua itifaki kama vile Tendermint Core au makubaliano ya Algorand. Hata hivyo, nguvu ya mfumo hii inategemea sana dhana ya "mthibitishaji mwenye busara" na bei sahihi ya gharama za mashambulizi dhidi ya adhabu za kukatwa—shida ngumu ya nadharia ya michezo. Kasoro muhimu ni kuanzishwa kwa utegemezi wa uhai kwenye Bitcoin. Ikiwa Bitcoin itapata msongamano wa muda mrefu au hitilafu kubwa, usalama wa minyororo yote ya PoS iliyounganishwa unapungua. Hii inaunda vekta mpya ya hatari ya kimfumo, ikilenga uhai kuzunguka utendaji wa Bitcoin.

Uelewa Unaotumika: Kwa wawekezaji na waunda, Babylon inaunda nadharia mpya ya uthamini: Bitcoin kama jukwaa la usalama-kama-huduma. Minyororo ya PoS haihitaji tena kuanzisha usalama kutoka kwa thamani yake ya soko pekee. Hii inaweza kupunguza sana kizingiti cha kuingia kwa minyororo mipya. Kivitendo, timu zinapaswa kutathmini usawazisho kati ya kupata usalama unaoweza kukatwa na kukubali muda wa bloku wa Bitcoin wa takriban dakika 10 kama kiwango cha chini cha ucheleweshaji kwa ukamilifu. Ramani ya maendeleo ya baadaye lazima ishughulikie utegemezi wa uhai, labda kupitia mifumo ya dharura au kutumia minyororo mingi ya PoW, sio Bitcoin tu.

4.2. Maelezo ya Kiufundi na Uundaji wa Kihisabati

Usalama unaweza kufasiriwa kupitia uchambuzi wa gharama na faida kwa adui. Acha:

• $C_{shambulio}$ iwe gharama ya jumla ya kutekeleza shambulio la usalama (k.m., marekebisho ya muda mrefu).
• $P_{kukatwa}$ iwe thamani ya hisa ambayo inaweza kukatwa kwa uthibitisho kama matokeo.
• $R$ iwe tuzo inayowezekana kutoka kwa shambulio hilo.

Itifaki inatoa usalama wa kiuchumi-kriptografia ikiwa, kwa shambulio lolote linalowezekana, yafuatayo yashikilia:

$C_{shambulio} + P_{kukatwa} > R$

Katika shambulio la muda mrefu la PoS safi, $P_{kukatwa} \approx 0$ kwa sababu hisa ya zamani imevutwa. Babylon huongeza $P_{kukatwa}$ kwa kuruhusu mnyororo wa PoS kuweka alama ya muda ya uthibitisho wa udanganyifu kwenye Bitcoin, na kufanya ukiukaji huo usiweze kukataliwa na hisa (hata ikiwa imevutwa hivi karibuni) iweze kukatwa kulingana na rekodi isiyobadilika. Gharama $C_{shambulio}$ sasa inajumuisha gharama ya kuandika upya historia ya mnyororo wa PoS na bloku za Bitcoin zilizo na alama ya muda ya kosa, ambayo haiwezekani kihesabu.

Mchakato wa kuweka alama ya muda unahusisha kuunda ahadi ya kriptografia (k.m., mzizi wa Merkle) wa alama ya ukaguzi ya mnyororo wa PoS na kuiingiza kwenye mnyororo wa bloku wa Bitcoin kupitia pato la OP_RETURN au njia kama hiyo wakati wa uchimbaji wa kujumuisha.

4.3. Mfumo wa Uchambuzi na Kisa Kielelezo

Hali: Mnyororo mpya wa bloku maalum wa programu unaotegemea Cosmos ("Eneo") unataka kuzinduliwa lakini una thamani ya chini ya soko ya ishara (dola milioni 10). Unaathirika na shambulio la muda mrefu la bei rahisi.

Itifaki Iliyoimarishwa na Babylon:

1. Wathibitishaji wa Eneo huanzisha kwa muda (k.m., kila bloku 100) alama ya ukaguzi—hash ya bloku iliyotiwa sahihi inayowakilisha hali ya mnyororo.
2. Wanawasilisha alama hii ya ukaguzi kwenye mtandao wa Babylon.
3. Mchimbaji wa Babylon, wakati wa kuchimba bloku ya Bitcoin, anajumuisha mzizi wa Merkle wa alama ya ukaguzi kwenye miamala ya msingi wa sarafu.
4. Mara bloku ya Bitcoin ikithibitishwa (k.m., kina cha 6), alama ya ukaguzi inachukuliwa kuwa imekamilika na Eneo. Usalama wa ukamilifu huu sasa unategemea nguvu ya hash ya Bitcoin.

Kupunguza Mashambulio: Ikiwa mdhalimu baadaye atajaribu kuunda mnyororo unaokinzana unaotoka kabla ya alama hiyo ya ukaguzi, lazima pia aandike upya mnyororo wa Bitcoin kutoka kwa bloku iliyo na alama ya muda. Gharama ya hii ni kubwa zaidi kuliko thamani ya kuweka hisa ya Eneo lenyewe, na kufanya shambulio hilo lisije na mantiki kiuchumi. Zaidi ya hayo, sahihi za wathibitishaji wa asili kwenye alama ya ukaguzi hutoa uthibitisho wa udanganyifu ambao unaweza kutumika kukata dhamana yao, hata kama wamevunja dhamana tangu wakati huo.

Mfumo huu hubadilisha usalama kutoka kuwa kazi ya dhamana ya dola milioni 10 ya Eneo lenyewe kuwa kazi ya usalama wa dola mabilioni ya Bitcoin, kwa ufanisi "kukodisha" usalama wa Bitcoin.