Mpango wa Ushirikiano wa Uthibitishaji wa Kazi kwa Itifaki za Makubaliano Zilizosambazwa

Yaliyomo

1. Utangulizi

Makala haya yanapendekeza uboreshaji wa mpango wa kawaida wa uthibitishaji-wa-kazi (PoW), ambao kwa kawaida unahusisha kutafuta nambari ya mara moja (nonce) inayotoa pato la kihisabati la kihashili (cryptographic hash) lenye idadi inayohitajika ya sifuri mwanzoni. Ubunifu wa msingi ni mpango wa uthibitishaji-wa-kazi wa ushirikiano ulioundwa kuruhusu watumiaji wengi wenye kujitegemea kushirikiana katika kutengeneza uthibitisho kwa manunuzi yao wenyewe. Ushirikiano huu unalenga kuanzisha makubaliano juu ya mpangilio wa manunuzi ndani ya daftari iliyosambazwa bila kutegemea vikundi vya kujilimia (mining pools) vilivyokolezwa.

Mpango unaopendekezwa unatafuta kushughulikia maswala ya asili katika PoW ya kawaida, kama vile usawa mbaya wa motisha katika vikundi vya kujilimia na mashindano yenye nguvu na matumizi makubwa ya nishati miongoni mwa wajilimia. Kwa kuwezesha ushirikiano wa moja kwa moja, unawazia kubadilisha ada za manunuzi (zinazolipwa kwa wajilimia) na kodi za manunuzi (zinazolipwa na watumiaji wanaofanya manunuzi wenyewe). Mabadiliko haya yana uwezekano wa kupunguza "athari ya mfumuko wa bei kwenye matumizi ya nguvu" inayohusishwa na kujilimia kwa ushindani na kukuza mikakati ya ushirikiano yenye uangalifu zaidi.

Faida zinazoweza kutokea zimeorodheshwa kama ifuatavyo:

• Uimarishaji wa ulinzi dhidi ya ubaguzi wa watumiaji na wajilimia wa manunuzi.
• Kuongezeka kwa uwezo wa mfumo kutokana na kupungua kwa ushindani kati ya wajilimia.
• Kizuizi kikubwa dhidi ya mashambulizi ya Kukataa Huduma (DoS), kwani mashambulizi yangeleta gharama ya kodi ya manunuzi.

2. Makubaliano

Makala yanaweka tatizo hili katika muktadha wa mitandao ya mtandao wa ushirika (P2P) inayohitaji daftari iliyosambazwa. Wote washirika lazima wakubaliane juu ya hali ya daftari hiyo bila mamlaka kuu au uchaguzi wa kiongozi wa awali.

Changamoto ya msingi ni ucheleweshaji wa uenezi wa ujumbe. Katika mazingira bora ya manunuzi yenye mzunguko wa chini, makubaliano yangeweza kufikiwa kwa kutazama pumziko katika trafiki ya mtandao—"kituo kamili"—kinachoonyesha kwamba washirika wote wameona seti sawa ya ujumbe. Ujumbe huu kisha ungeweza kupangwa kwa njia ya kawaida (kwa mfano, kwa kihashili) na kuongezwa kwenye daftari.

Hata hivyo, mzunguko wa manunuzi ulioko ulimwenguni ni wa juu sana kwa mpango huu rahisi. Hapa ndipo uthibitishaji-wa-kazi unapokuwa muhimu. Kwa kuhitaji juhudi za kihesabu (kutatua fumbo la kihisabati), PoW hupunguza kwa njia ya bandia kiwango halisi ambacho mshirika yeyote anaweza kupendekeza maingizo mapya ya daftari. Ugumu wa fumbo unaweza kupimwa ili kuweka kikomo cha juu cha mzunguko wa manunuzi, na hivyo kuunda "vipindi vya utulivu" vinavyohitajika kwa makubaliano ya kweli kujitokeza.

3. Uthibitishaji wa Kazi wa Ushirikiano

Makala yanaunda rasmi mpango wa ushirikiano lakini sehemu iliyotolewa imekatika. Kulingana na utangulizi, uundaji huu unaweza kuhusisha utaratibu ambao:

1. Watumiaji wanaochangia kwenye manunuzi wanaweza pia kuchangia nguvu ya kihesabu ili kutatua fumbo la PoW linalohusishwa.
2. Juhudi za pamoja zinachukua nafasi ya kazi ya mjilimia mmoja.
3. Makubaliano juu ya mpangilio wa manunuzi yanatokana na juhudi hizi za ushirikiano, pengine yakiunganishwa na kundi la watumiaji wanaoshirikiana.
4. "Kodi" ni mchango wa lazima (katika juhudi za kihesabu au gharama inayotokana) unaolipwa na wahusika wa manunuzi, na hivyo kuingiza gharama ya makubaliano ndani yao wenyewe.

Hii inatofautiana na mfano wa kawaida ambapo wajilimia wa nje wanashindana kutatua PoW kwa ajili ya ada, na kusababisha vikundi na uwezekano wa ukolezi.

4. Uelewa wa Msingi & Mtazamo wa Mchambuzi

Uelewa wa Msingi: Makala ya Kuijper sio tu marekebisho ya algoriti za kihashili; ni uingiliaji wa msingi wa kiuchumi na nadharia ya michezo katika muundo wa blockchain. Ubunifu wa kweli ni kutenganisha juhudi za makubaliano na kujilimia inayolenga faida na kuziunganisha moja kwa moja na manufaa ya manunuzi. Mabadiliko kutoka ada-kwa-mjilimia hadi kodi-na-mtumiaji yanageuza muundo wa motisha, kwa lengo la kuunganisha afya ya mtandao na ushirikiano wa watumiaji badala ya ushindani wa wajilimia. Hii inafanana na kanuni zinazoonekana katika utafiti wa muundo wa utaratibu kutoka taasisi kama vile Stanford Crypto Economics Lab, ambazo huchunguza jinsi ya kuunda motisha ili kufikia matokeo yanayotarajiwa ya mfumo.

Mtiririko wa Kimantiki: Hoja hii ni ya kimantiki lakini inategemea dhana muhimu isiyothibitishwa: kwamba watumiaji watashirikiana kwa ufanisi na uaminifu bila kuanzisha mzigo mpya wa uratibu au njia za mashambulizi. Makala yanatambua kwa usahihi upotevu wa nishati na shinikizo la ukolezi (kupitia vikundi) katika PoW ya Bitcoin, kama ilivyorekodiwa katika tafiti nyingi (kwa mfano, Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index). Kisha inaweka ushirikiano kama dawa. Hata hivyo, kuruka kwa kimantiki ni kudhania kwamba ushirikiano ni rahisi kuandaa katika mazingira yasiyo na imani kuliko ushindani. Historia ya mifumo ya P2P inaonyesha kwamba ushirikiano mara nyingi unahitaji itifaki tata (kama vile tit-for-tat ya BitTorrent) ili kuzuia kujichukulia bure—tatizo ambalo mpango huu lazima lisuluhishe.

Nguvu & Kasoro: Nguvu: Dira hii inavutia. Kupunguza mfumuko wa bei wa nishati na ubaguzi unaoendeshwa na wajilimia ni malengo ya heshima. Wazo la "kodi ya manunuzi" linaloingiza athari za nje ni la kiuchumi zuri, sawa na dhana za kodi ya kaboni zinazotumika kwa upotevu wa kihesabu. Kasoro: Makala yanaonekana wazi kuwa nyepesi kuhusu "jinsi gani." Uundaji wa kihisabati umekatika, lakini hata dhana hiyo haina utaratibu maalum wa kuzuia mashambulizi ya sybil ambapo mtumiaji anaunda vitambulisho vingi vya bandia ili kuepuka kuchangia sehemu yao ya haki ya kazi. "Kazi ya ushirikiano" inathibitishwaje na inapeanwaje? Bila hili, mfumo unaweza kuwa na hatari zaidi, sio chini. Zaidi ya hayo, kubadilisha mfano unaojulikana, uliojaribiwa wa ushindani na mfano mpya wa ushirikiano huleta hatari kubwa na vikwazo vya kupitishwa, changamoto pia inayokabiliwa na uvumbuzi mwingine wa makubaliano kama vile Uthibitishaji wa Hisa (Proof-of-Stake) wakati wa vipindi vyake vya mapema vya ukosoaji.

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa: Kwa watafiti, makala haya ni mgodi wa dhahabu kwa kazi ya ufuatao. Hatua inayofuata ya haraka ni kubuni na kuiga mchezo maalum wa PoW wa ushirikiano, na kuchambua usawa wake wa Nash. Je, inasababisha ushirikiano kwa lazima, au inaweza kudanganywa? Kwa watendaji, ujumbe muhimu ni kanuni, sio utekelezaji wa haraka. Fikiria jinsi ya kutumia "kuingiza gharama za ushirikiano" katika muundo wa mfumo wako. Je, mfano mseto unaweza kufanya kazi, ambapo kodi ya msingi ya manunuzi inalipa kundi la wathibitishaji waliosambazwa, na kuchanganya mawazo kutoka kwenye makala haya na uthibitishaji-wa-hisa uliopeanwa (delegated proof-of-stake)? Wazo la msingi—kumfanya mtangazaji wa manunuzi awe na jukumu la gharama za makubaliano—linapaswa kuchunguzwa katika suluhisho za safu ya 2 au miundo mipya ya daftari ambapo mfano wa tishio ni tofauti na mazingira ya Bitcoin yasiyo na ruhusa kabisa.

5. Maelezo ya Kiufundi & Uundaji wa Kihisabati

Ingawa uundaji kamili umekatwa, mpango unaopendekezwa unajengwa juu ya PoW ya kawaida inayotegemea kihashili cha kihisabati. PoW ya kawaida inahitaji kutafuta nambari ya mara moja $n$ kiasi kwamba kwa data ya kizuizi $B$, kitendakazi cha kihashili $H$, na lengo la ugumu $T$:

$H(B, n) < T$

Katika mazingira ya ushirikiano, hii pengine inabadilika. Tuseme seti ya manunuzi $\tau$ inayopendekezwa na kundi la watumiaji $U = \{u_1, u_2, ..., u_k\}$. Kila mtumiaji $u_i$ anachangia suluhisho la sehemu ya kazi $w_i$. PoW ya ushirikiano inaweza kuhitaji:

$H(\tau, \text{Aggregate}(w_1, w_2, ..., w_k)) < T$

Ambapo $\text{Aggregate}$ ni kitendakazi kinachounganisha michango ya kibinafsi. Utaratibu wa kodi unamaanisha kila $u_i$ lazima atumie rasilimali sawia na hisa yao au jukumu katika $\tau$, na kuhakikisha kwamba kazi ya pamoja inakidhi ugumu $T$. Uthibitishaji ungehitaji kuthibitisha kwamba kila $w_i$ ni halali na kimechangwa kipekee, na hivyo kuzuia mashambulizi ya kurudia au ya kubuni.

6. Mfumo wa Uchambuzi & Mfano wa Kifikra

Mazingira: Alice, Bob, na Charlie wanataka manunuzi yao ($tx_a$, $tx_b$, $tx_c$) yaingizwe katika kizuizi kinachofuata.

PoW ya Kawaida (Ya Ushindani): Wajilimia M1, M2, M3 wanashindana kutatua $H(block, n) < T$ kwa kizuizi kilicho na manunuzi haya pamoja na ada. Mshindi (kwa mfano, M2) anapata ada. Alice, Bob, na Charlie ni watu wasiochangia.

PoW ya Ushirikiano (Iliyopendekezwa):

1. Alice, Bob, na Charlie huunda kundi la muda kwa manunuzi yao.
2. Itifaki huwawekea fumbo la pamoja: Tafuta viingilio $(w_a, w_b, w_c)$ kiasi kwamba $H(tx_a, tx_b, tx_c, w_a, w_b, w_c) < T$.
3. Kila mmoja wao hutatua suluhisho la sehemu mahali pake. Alice anapata $w_a$, Bob anapata $w_b$, Charlie anapata $w_c$.
4. Wanaunganisha matokeo yao. Kazi iliyounganishwa inakidhi ugumu.
5. Wanaeneza manunuzi pamoja na uthibitisho wa pamoja $(w_a, w_b, w_c)$.
6. Mtandao unathibitisha kihashili na kwamba kila $w_i$ kimeunganishwa na mmiliki wake anayefaa wa manunuzi.
7. Badala ya kulipa ada, kila mmoja wao "amelipa" kodi kwa njia ya juhudi zao za kihesabu $w_i$. Manunuzi yao yanaongezwa.

Changamoto Kuu katika Mfumo Huu: Kuzuia Charlie asivumilie na kutumia suluhisho kutoka kipindi cha zamani (shambulio la kurudia) au kunakili kazi ya Bob. Itifaki inahitaji njia ya kuunganisha $w_i$ na utambulisho wa $u_i$ na kundi maalum la manunuzi, pengine kwa kutumia saini za kidijitali: $w_i = \text{Sign}_{u_i}(H(tx_i) \, || \, \text{epoch})$. Hii huongeza utata.

7. Matarajio ya Utumizi & Mwelekeo wa Baadaye

Matumizi ya Haraka: Mpango huu una uwezekano mkubwa zaidi katika blockchain za ushirika au programu maalum zilizosambazwa (dApps) ambapo washiriki wana uhusiano wa awali, wenye imani kidogo. Kwa mfano, ushirika wa mnyororo wa usambazaji ambapo wanachama wote wanajulikana na wanakubali kushirikiana mzigo wa udumishaji wa daftari kwa manunuzi yao ya pamoja.

Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:

1. Uchambuzi Rasmi wa Nadharia ya Michezo: Kuiga mpango huu kama mchezo ili kutambua usawa thabiti, wa ushirikiano na mikakati inayoweza kuharibu.
2. Mifano Mseto: Kuchanganya PoW ya ushirikiano na utaratibu mwingine wa makubaliano (kwa mfano, Uthibitishaji wa Hisa (Proof-of-Stake) kwa ukamilifu, PoW ya ushirikiano kwa upangaji).
3. Ujumuishaji wa Safu ya 2: Kutekeleza mfano wa kodi wa ushirikiano kwenye rollups za safu ya 2, ambapo vikundi vya manunuzi vinakamilishwa kwenye mnyororo kuu. Watumiaji wa rollup wanaweza kushirikiana kuthibitisha uhalali wa kundi lao.
4. Ujumuishaji wa Kitendakazi cha Kuchelewesha Kinachothibitika (VDF): Kubadilisha au kuongeza fumbo la kihashili na kazi inayotegemea VDF. Hii inaweza kuhakikisha kwamba "kazi" inategemea wakati na haipatikani sambamba, na hivyo kurahisisha upimaji wa mchango wa haki.
5. Kuweka Viwango vya Uthibitishaji wa Mchango: Kukuza itifati nyepesi za kihisabati za kuthibitisha mchango wa kibinafsi kwa uthibitisho wa pamoja, tatizo karibu na utafiti wa uthibitisho wa kutojua (zero-knowledge proof).

Dira ya muda mrefu ni mfumo wa blockchain ambapo gharama za kimazingira na kiuchumi za makubaliano zinabebwa moja kwa moja na wale wanaofaidika na manunuzi, na hivyo kukuza uendelevu na haki—hatua kubwa zaidi ya mfano wa kwanza wa kujilimia wa "mshindi anachukua yote."

8. Marejeo

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Demers, A., et al. (1987). Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance. Proceedings of the Sixth Annual ACM Symposium on Principles of Distributed Computing.
3. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
4. Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
5. Cambridge Centre for Alternative Finance. (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI). [https://ccaf.io/cbeci/index](https://ccaf.io/cbeci/index)
6. Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks (CycleGAN). IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV). [Imetajwa kama mfano wa makala yanayoanua mbinu mpya, tofauti kimuundo (uthabiti wa mzunguko) kwa tatizo linalojulikana (tafsiri ya picha), sawa na mbinu mpya ya makala haya kwa PoW].
7. Roughgarden, T. (2020). Transaction Fee Mechanism Design for the Ethereum Blockchain: An Economic Analysis of EIP-1559. Stanford University. [Inasisitiza kina cha uchambuzi wa kiuchumi unaohitajika kwa mabadiliko ya motisha ya blockchain yanayofanikiwa].