Yarjejeniyar Nakamoto ta Bitcoin, duk da cewa ta kawo sauyi, ta gabatar da tashin hankali na asali tsakanin haɗa kai (barin kowane ɗan takara ya shiga) da tsaro (hana masu mugunta sarrafa hanyar sadarwa). Wannan rikici yana bayyana a cikin rashin kammalawa—tabbataccen tabbatar da ma'amaloli ba tare da juyawa ba. Hanyoyin blockchain na gargajiya na tabbatar da aiki (PoW) kamar Bitcoin suna ba da daidaiton ƙarshe kawai mai yuwuwa, inda tabbatar da ma'amala ya zama mafi tabbaci a kan lokaci amma ba ya zama cikakke koyaushe. Wannan iyakancewa yana hana amfani da su don aikace-aikace masu daraja da kuma masu mahimmanci na lokaci.
HotPoW ta magance wannan matsala ta asali. Tana ba da shawara sabuwar hanyar haɗi tsakanin yarjejeniyar irin ta Nakamoto (ba tare da izini ba, bisa PoW) da Yarjejeniyar Jurewa Laifin Byzantine (BFT) (wacce ke ba da saurin kammalawa amma tana buƙatar sanannun mahalarta). Ƙa'idar ta cimma wannan ta hanyar sabon tsarin ka'idar: ƙungiyoyin tabbatar da aiki.
Takardar ta gano babbar matsala: don haɗa kai, ƙa'ida dole ta ba da damar shiga cikin sauƙi (ƙarancin juriya ga Sybil), amma don tsaro, dole ta sa hare-haren haɗin gwiwa su yi tsada. Yarjejeniyar Nakamoto tana amfani da PoW na lissafi a matsayin mai iyakance ƙimar sabbin ainihi, ƙirƙirar zaɓen shugaba na bazuwar. Duk da haka, wannan tsari yana da jinkiri kuma yana ba da tsaro mai yuwuwa kawai.
Maganin HotPoW shine amfani da PoW ba don zaɓen shugaba kawai ba, amma don samar da ƙungiyoyin wucin gadi, na bazuwar. Waɗannan ƙungiyoyi ƙungiyoyi ne na nodes waɗanda suka tabbatar da ƙoƙarin lissafi a cikin takamaiman taga na lokaci. Babban fahimta shine cewa ga wani ma'auni na tsaro, ƙungiya mai isasshen girma da aka samu daga tsarin Poisson (samfurin gano mafita na PoW) za ta zama keɓaɓɓu a zahiri. Wannan keɓancewa yana ba da damar ƙungiyar ta zama kwamitin zaɓe mai aminci don zagaye na kammalawa irin na BFT, ba tare da buƙatar sanannun ainihi da aka yi rajista ba.
Yana raba juriya ga Sybil daga kammalawar yarjejeniya. PoW yana ba da samuwar kwamiti mai juriya ga Sybil, yayin da ƙa'idar BFT mai bututu da ke gudana a saman wannan kwamitin ke ba da saurin kammalawa, mai ƙayyadaddun ƙayyadaddun bayanai.
Wannan sashe yana tsara manufar ƙungiyoyin da suka fito daga tsarin bazuwar.
Gano mafita na PoW ("kuri'u") ta nodes ana samfurin su azaman tsarin Poisson tare da ƙima $\lambda$. A cikin tazarar lokaci $\Delta$, adadin mafita da aka samo yana bin rarraba Poisson. An ayyana "ƙungiya" a matsayin saitin nodes waɗanda suka sami mafita a cikin takamaiman taga. Girman wannan ƙungiyar shine mai canzawa $Q$.
Ka'idar ta tabbatar da cewa don girman ƙungiyar da aka yi niyya $k$ da ma'aunin tsaro $\epsilon$, yuwuwar cewa ƙungiyoyi biyu masu zaman kansu na girman $\geq k$ ba su da haɗin kai an iyakance su da $\epsilon$. Wannan shine sifa ta keɓancewar bazuwar. Yana tabbatar da cewa maƙiyi ba zai iya sauƙaƙe rarraba sarkar ta hanyar ƙirƙirar ƙungiya mai inganci, mai gasa don rami ɗaya, saboda yuwuwar tara ƙungiya mai isasshen girma wacce ba ta yi karo da ta gaskiya ba ba ta da muhimmanci. Ana samun ma'auni $k$ daga $\lambda$, $\Delta$, da matakin tsaro da ake so.
HotPoW tana ƙaddamar da ka'idar zuwa ƙa'ida mai aiki.
HotPoW ta ɗauki ƙaddamarwa mai bututu ta matakai uku (Shirya, Kafin Ƙaddamarwa, Ƙaddamarwa) daga HotStuff BFT. Duk da haka, maimakon kwamiti mai tsayayye, masu jefa ƙuri'a a kowane mataki su ne membobin ƙungiyar PoW na wannan zamani. Shugaba yana ba da shawarar toshe. Membobin ƙungiyoyin PoW da aka kafa a jere don matakan Shirya, Kafin Ƙaddamarwa, da Ƙaddamarwa suna jefa ƙuri'a kan shawarar. Da zarar toshe ya sami rinjaye na ƙuri'u daga ƙungiyar matakin Ƙaddamarwa, an kammala shi nan take. Wannan yana ba da kammalawa mai sauri, mai hasashe sabanin zurfin tabbatarwa mai girma na ƙa'idodin sarkar mafi tsayi.
Ƙa'idar ta kasance ba tare da izini ba. Kowa zai iya shiga ta hanyar warware wasanin gwada ilimi na PoW. Samuwar ƙungiya ta daidaita kanta da shiga hanyar sadarwa. Sarƙaƙiyar sadarwa ta layi ce a cikin girman ƙungiyar ($O(k)$), kama da yaduwar blockchain, kuma ya fi ƙa'idodin BFT masu murabba'i girma. Yana guje wa rikitarwa da ɗaukar nauyin mafita na kammalawa na gefen sarkar.
Takardar tana ƙima HotPoW ta hanyar kwaikwayo da jinkirin hanyar sadarwa, canji (nodes suna shiga/barin), da hare-haren da aka yi niyya.
Nazarin Hoto na 1 (Ra'ayi): Hoton PDF ya bambanta rarraba exponential da gamma ga ƙungiyoyi masu rinjaye/ƙanana. Samfurin ƙungiyar HotPoW, kamar tsarin gamma (panel na dama), yana haifar da rarrabuwa mafi bayyananne tsakanin yuwuwar rinjaye na gaskiya da na maharin na samar da ƙungiya mai inganci a kan lokaci, yana ba da "gaban tsaro." Wannan ya fi samfurin exponential mai sauƙi (hagu) da aka yi amfani da shi a cikin PoW na asali, inda wutsiyoyi suka mamaye ƙari, wanda ke haifar da garantin kammalawa mai rauni.
Nazarin tsaro ya dogara da kaddarorin tsarin Poisson. Bari $N(t)$ ya zama adadin mafita na PoW (ƙuri'u) da nodes masu gaskiya suka samo zuwa lokacin $t$, tare da ƙima $\lambda_h$. Maƙiyi yana da ƙima $\lambda_a < \lambda_h$ (zato na rinjaye na gaskiya).
Yuwuwar cewa maƙiyi zai iya ƙirƙirar ƙungiya mai girman $k$ a cikin lokaci $\Delta$ ba tare da yin karo da ƙungiyar gaskiya mai girman $m$ ba an iyakance shi da wutsiyar rarraba Poisson:
$P(\text{ƙungiyar maƙiyi keɓaɓɓu} \geq k) \leq \sum_{i=k}^{\infty} \frac{e^{-\lambda_a \Delta}(\lambda_a \Delta)^i}{i!} \cdot F(m, i)$
Inda $F(m,i)$ wata kalma ce ta haɗawa wacce ke wakiltar yuwuwar sifili. Ta hanyar saita $k$, $m$, da $\Delta$ yadda ya kamata, ana iya sanya wannan yuwuwar ya zama ƙanƙanta sosai ($\epsilon$). Dabaru na HotStuff mai bututu sannan ya tabbatar da cewa idan ƙungiyar ƙaddamarwa keɓaɓɓu ta samu, toshe yana ƙarewa.
Tsarin Kwatanta Hanyoyin Kammalawa:
Misalin Lamari - Yanayin Hare: Maharin da ke da kashi 30% na ƙarfin hash yana ƙoƙarin kashe kuɗi sau biyu. A cikin Bitcoin, suna ƙoƙarin sake fasalin mai zurfi. A cikin HotPoW, dole ne ko dai 1) su mamaye tseren PoW don sarrafa ƙungiyoyi a jere don Shirya, Kafin ƙaddamarwa, Ƙaddamarwa (mai wuya sosai tare da hash <50%), ko 2) ƙirƙirar wata ƙungiya mai ƙaddamarwa mai isasshen girma wacce ba ta yi karo da ta gaskiya ba. Ka'idar keɓancewar bazuwar ta nuna yuwuwar (2) ba ta da muhimmanci ($\epsilon$). Don haka, harin ya gaza, kuma ainihin ma'amalar ta kasance ƙare bayan lokacin ƙaddamarwa ɗaya.
Aikace-aikace masu yuwuwa:
Hanyoyin Bincike na Gaba:
Babban Fahimta: HotPoW ba wani gyara na yarjejeniya kawai ba ce; yana da tsarin sake gina tushen amana a cikin tsarin da ba shi da izini. Takardar ta gano daidai "haɗa kai da tsaro" cutar da ke tsakiyar yarjejeniyar Nakamoto—ciniki wanda ya tilasta masu haɓakawa su zaɓi tsakanin ƙaddamarwar Bitcoin da saurin kammalawa na sarƙoƙin BFT masu izini kamar waɗanda ke ƙarƙashin Diem (tsohon Libra). Maganin su, ƙungiyoyin PoW na bazuwar, yana da kyau a hankali. Yana ɗaukar tabbatar da aiki ba a matsayin tsarin yarjejeniya da kansa ba, amma a matsayin kayan aikin zaɓe na sirri don samar da kwamitocin BFT na wucin gadi. Wannan yana kwatanta sauyin falsafa da aka gani a cikin zaɓen tabbatar da saka hannun jari na Algorand, amma ya kafa shi a cikin duniyar PoW mai gwaji, mai juriya ga ASIC (idan ba mai ingantaccen makamashi ba). Haɗin kai zuwa BFT mai bututu na HotStuff shine hazaka mai amfani, ɗaukar injin kammalawa mai inganci, mai sarƙaƙiya kuma ya jefa shi a kan tushe mai ƙirƙira, mai juriya ga Sybil.
Kwararar Hankali: Hujja ta ci gaba da bayyananniyar haske: 1) Gano gibin kammalawa, 2) Ba da shawarar ka'ida inda aikin lissafi ke siyan zama memba na kwamiti, 3) Tabbatar wannan kwamiti yana da aminci keɓaɓɓe (keɓancewar bazuwar), 4) Sanya ƙa'idar BFT na zamani (HotStuff) a saman. Sakamakon kwaikwayon, duk da cewa ba daga hanyar sadarwa mai rai ba, ya nuna ƙa'idar tana riƙe ƙarƙashin matsin lamba. Kwatanta da kammalawa na tushen gefen sarkar (kamar Bitcoin-NG ko shawarwarin da suka gabata) babban ƙarfi ne—HotPoW ta cimma irin wannan burin ba tare da ɗimbin rikitarwar sarrafa sarƙoƙi masu haɗaka ba, rikitarwa wanda ya addabi ayyuka kamar tsarin tsaro na Cosmos IBC, kamar yadda aka lura a cikin takardunsu kan tsaron tsakanin sarkoki.
Ƙarfi & Kurakurai: Babban ƙarfi shine haɗin kai na ra'ayi. Yana haɗa silos guda biyu na bincike daban. Bayanin aiki—sadarwa $O(n)$, saurin kammalawa—ya fi na gargajiya na BFT da PoW na sarkar mafi tsayi a ka'ida. Duk da haka, kurakurai suna da mahimmanci. Na farko, tambayar amfani da makamashi an kawar da ita, amma a duniyar bayan ESG, kowace sabuwar shawarar PoW tana fafutukar hawa tudu. Na biyu, mahimmanci na ma'auni yana da damuwa. Ma'aunin tsaro $\epsilon$ ya dogara da daidaitattun ƙididdiga na ƙarfin hash na gaskiya da na maƙiyi ($\lambda_h$, $\lambda_a$). Maharin zai iya haɓaka ƙarfin hash na ɗan lokaci ("harin walƙiya" ta kasuwannin haya, kamar yadda aka tattauna a cikin nazarin "Hakar Ma'adinai Mai Son Kai" na Eyal da Sirer) don keta zato na rinjaye na gaskiya a lokacin mahimmin taga samuwar ƙungiya, mai yuwuwa ya karya kammalawa. Wannan haɗari ne mai tsanani fiye da na PoW na gargajiya, inda irin wannan harin ya shafi tubalan kaɗan kawai. Na uku, rayuwa a lokacin ƙarancin shiga ba a sani ba—menene zai faru idan nodes ba su isa su warware wasanin gwada ilimi na PoW don samar da ƙungiya mai girman $k$? Ƙa'idar na iya tsayawa.
Fahimta Mai Aiki: Ga masu bincike, mataki na gaba nan take shine tsara haɗakar samfurin bazuwar/BFT a cikin tsari kamar samfurin Haɗaka Gabaɗaya (UC) don ƙididdige tsaronsa daidai ƙarƙashin lalata daidaitacce. Ga injiniyoyi, ana buƙatar aiwatar da hanyar gwaji don tabbatar da zato na jinkiri na zahiri. Ga masu saka hannun jari da masu gini, HotPoW yana gabatar da cikakken tsari don sabon nau'in rajista na "aiki mai nauyi" don kuɗin lantarki na bankin tsakiya (CBDCs) ko daidaitawar hukumomi, inda kammalawa ba shi da sasantawa amma ana son binciken da ba shi da izini. Duk da haka, ba maye gurbin Ethereum ko Bitcoin ba ce. Yankinta yana cikin aikace-aikacen da a halin yanzu ke komawa ga ƙa'idodin kammalawa masu rikitarwa, masu amana ko sarƙoƙin tarayya. Gwaji na ƙarshe zai kasance ko kyakkyawar ka'idarta za ta iya jure gaskiyar hargitsi na hanyar sadarwa ta duniya, mai adawa—gaskiyar da ta ƙasƙantar da kyawawan ƙirar blockchain da yawa.