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

Orodha ya Yaliyomo

1. Utangulizi

Makala haya yanapendekeza uboreshaji wa mpango wa kawaida wa uthibitishaji-wa-kazi (PoW), ambapo lengo ni kupata nambari ya mara moja (nonce) ili kivunjio cha kriptografia (hash) cha kichwa cha bloki kikidhi lengo fulani la ugumu (k.m., kuanza na idadi fulani ya sifuri). Ubunifu wa msingi ni kubadilisha PoW kutoka kwa mashindano ya wachimbaji wenye mshindi anayechukua yote kuwa juhudi ya ushirikiano ambapo watumiaji wanaweza kuunganisha juhudi za kompyuta kuthibitisha manunuzi yao wenyewe na kufikia makubaliano juu ya upangaji wa manunuzi.

Motisha kuu ni kushughulikia ufanisi wa asili na motisha potofu katika PoW ya jadi, kama vile matumizi makubwa ya nishati kutoka kwa kivunjio cha ushindani na nguvu ya katikati ya vikundi vya uchimbaji. Kwa kuwezesha ushirikiano wa asili, mpango unakusudia kuchukua nafasi ya ada za manunuzi (zinalipwa kwa wachimbaji) na kodi za manunuzi (zinalipwa na wanaoanzisha manunuzi kama gharama ya kazi ya ushirikiano), na hivyo kuunganisha motisha kuelekea urahisi na uthibitishaji wa pamoja.

2. Makubaliano

2.1. Tatizo la Makubaliano Zilizosambazwa

Katika mtandao wa wenza-kwa-wenza bila mamlaka ya kati, kufikia makubaliano juu ya hali ya pamoja (kama daftari la manunuzi) ni changamoto. Suala la msingi ni ucheleweshaji wa uenezi wa ujumbe. Ikiwa vipindi vya manunuzi vina urefu wa takwimu zaidi ya muda wa uenezi wa uvumi wa mtandao, wenza wanaweza kufikia makubaliano ya kweli kwa kuzingatia "kutulia" kwa pamoja katika trafiki. Hata hivyo, katika mazingira ya manunuzi ya mzunguko wa juu, njia hii rahisi inashindwa.

2.2. Jukumu la Uthibitishaji-wa-Kazi

Uthibitishaji-wa-kazi hufanya kazi kama utaratibu wa kudhibiti kiwango. Kwa kuhitaji suluhisho la fumbo la gharama kubwa ya kompyuta, la nguvu kavu (k.m., kupata kivunjio (hash) na $\text{Hash}(\text{data} || \text{nonce}) < \text{Lengo}$), huweka kikomo cha juu juu ya kasi ambayo wenza yeyote anaweza kupendekeza vitalu vipya. Hii inapunguza kwa njia ya bandia mzunguko wa manunuzi unaofaa kwa kiwango ambacho mtandao unaweza kufikia makubaliano kwa uhakika, kama ilivyodhamiriwa awali katika makubaliano ya Nakamoto ya Bitcoin.

3. Uthibitishaji wa Kazi wa Ushirikiano

3.1. Urasimishaji wa Mpango

Makala yanarasimisha mpango ambapo fumbo la uthibitishaji-wa-kazi halihusiani na mpangaji mmoja wa bloki bali linaweza kutatuliwa kwa ushirikiano na kikundi cha watumiaji wanaopendezwa na seti ya manunuzi. Makubaliano juu ya mpangilio wa manunuzi haya yanatokea kutoka kwa mchakato wa usuluhishaji wa ushirikiano yenyewe, badala ya kuamuliwa na mchimbaji anayepata suluhisho kwanza.

3.2. Utaratibu Muhimu: Kutoka Ada hadi Kodi

Mabadiliko muhimu zaidi ya kiuchumi ni kutoka ada hadi kodi. Katika PoW ya jadi, watumiaji hulipa ada kuwahimiza wachimbaji. Katika mfano wa ushirikiano, watumiaji wanaohusika katika manunuzi hulipa "kodi" inayowakilisha sehemu yao ya gharama ya kompyuta inayohitajika kwa uthibitishaji-wa-kazi wa ushirikiano. Hii inabadilisha hali kutoka "kulipa kwa huduma" hadi "kushiriki gharama ya uthibitishaji," ikipunguza uwezekano wa matumizi ya rasilimali kwa jumla.

4. Uelewa wa Msingi & Mtiririko wa Mantiki

Uelewa wa Msingi: Ujanja wa makala upo katika kutambua kwamba thamani ya msingi ya PoW kwa makubaliano ni sifa yake ya kudhibiti kiwango, sio kipengele chake cha baha ya ushindani. Waandishi wanatambua kwa usahihi baha ya ushindani kama chanzo cha upotevu mkubwa (nishati, mbio za silaha za vifaa) na katikati (vikundi vya uchimbaji). Kuruka kwao kwa mantiki ni kuuliza: "Je, tunaweza kudumisha udhibiti wa kiwango lakini kuacha ushindani?" Mpango wa ushirikiano uliopendekezwa ndio jibu—ni jaribio la makusudi la kubuni sehemu "nzuri" za PoW (zisizo na katikati, zinazostahimili sybil, zinazoweza kurekebishwa ugumu) huku ukiondoa kwa upasuaji sehemu "mbaya" (ushindani wa upotevu).

Mtiririko wa mantiki hauna doa: 1) Tambua tatizo la makubaliano (ucheleweshaji wa ujumbe). 2) Kubali PoW kama suluhisho la kudhibiti kiwango. 3) Tambua kasoro kubwa ya PoW (motisha ya kutoshirikiana). 4) Pendekeza muundo mpya wa motisha (kazi ya ushirikiano inayolipwa kwa kodi) inayounganisha busara ya kibinafsi na afya ya mtandao. Hii ni mawazo ya mifumo katika hali yake bora.

5. Nguvu na Mapungufu

Nguvu:

Uunganishaji wa Motisha Unaovutia: Kuhama kutoka ada hadi kodi ni ubunifu wa kina wa kiuchumi. Inashambulia moja kwa moja "msiba wa rasilimali za pamoja" katika uchimbaji wa PoW, ambapo wachimbaji binafsi wanahimizwa kutumia nishati zaidi kuliko inavyofaa kwa jamii.
Inapunguza Kukatizwa: Kwa muundo, inadhili mantiki ya kiuchumi ya vikundi vya uchimbaji, ambavyo vipo hasa kusawazisha tofauti za baha ya ushindani. Ushirikiano wa asili unaweza kusababisha muundo wa mtandao wenye usawa zaidi na wenye kustahimili.
Uwezekano wa Uzalishaji wa Juu: Ushindani uliopunguzwa kwa zawadi za vitalu unaweza kupunguza ugumu unaohitajika kwa usalama, na kuwezesha manunuzi zaidi kwa kila kitengo cha muda kwa kiwango sawa cha nguvu ya jumla ya kivunjio.

Mapungufu na Maswali Muhimu:

Tatizo la Kuanzisha/Uratibu: Watumiaji wanakutana vipi ili kushirikiana? Makala yanapuuza hili. Kwa vitendo, kuunda mashirika yenye ufanisi, isiyo na imani kwa kila seti ya manunuzi ni changamoto kubwa ya uratibu, inayoweza kuhitaji safu yake ya itifaki ngumu—na kurudisha utata na mzigo wa ziada.
Usalama Chini ya Shambulio la Muungano: Mfano unadhania vikundi vya ushirikiano ni vyema. Ni nini kinazuia muungano mkubwa, wa kudhuru kuundwa ili kutumia pesa mara mbili au kuzuia manunuzi? Uchambuzi wa usalama unahisi kuwa wa juu-juu ikilinganishwa na matibabu madhubuti ya nadharia ya michezo ya PoW ya jadi inayopatikana katika kazi kama uchambuzi wa Itifati ya Msingi ya Bitcoin.
Uchakato wa Kodi & Utekelezaji: Kutekeleza "kodi" katika mazingira yasiyo na katikati, ya kutojulikana sio jambo dogo. Ina hatari ya kuunda mfumo ambapo wasiolipa wanaweza kutumia bure kazi ya ushirikiano ya wengine, tatizo la kitamaduni la motisha ambalo makala yanatafuta kutatua lakini linaweza kujirudia bila kukusudia.

6. Uelewa Unaoweza Kutekelezeka na Mwelekeo wa Baadaye

Kwa Watafiti: Usichukue hii kama itifati iliyokamilika. Ichukue kama mfano wa muundo. Wazo la msingi—ushirikiano wa kugawana gharama kwa makubaliano—linatumika zaidi ya PoW yenye msingi wa kivunjio. Chunguza ujumuishaji wake na Uthibitishaji-wa-Hisa (PoS) au Uthibitishaji-wa-Nafasi. Pengo kuu la utafiti ni mfano madhubuti, wa nadharia ya michezo wa uundaji na uthabiti wa muungano katika mazingira haya mapya. Rejelea kazi kuhusu "usawa wa Nash unaothibitisha muungano" kama mahali pa kuanzia.

Kwa Watengenezaji/Makampuni: Hii haija tayari kwa Mtandao Mkuu. Hata hivyo, fikiria kwa blockchain za kibinafsi au za ushirika ambapo utambulisho wa washiriki unajulikana na uratibu ni rahisi. Ahadi ya kuokoa nishati inaonekana zaidi hapa. Anzisha mfumo wa majaribio ambapo vyombo vinavyojulikana (k.m., washirika wa mnyororo wa usambazaji) wanathibitisha kwa ushirikiano manunuzi yao ya pamoja, na kupima kupungua kwa mzigo wa kompyuta ikilinganishwa na usanidi wa jadi wa uchimbaji wenye ushindani.

Kwa Sekta: Makala haya ni maelezo muhimu ya kukabiliana katika ulimwengu wa baada ya kuunganishwa (hamu ya Ethereum kwenda kwa PoS). Yanadai kwamba tatizo la nishati la PoW sio la asili kwa dhana ya uthibitishaji-wa-kazi, bali kwa utekelezaji wake. Kadiri uchunguzi wa udhibiti juu ya matumizi ya nishati ya crypto unavyoongezeka, ubunifu kama PoW ya ushirikiano inastahili kuangaliwa upya kama mbadala inayowezekana ya "PoW ya kijani kibichi," hasa kwa mitandao ambapo mawazo ya imani ya kimwili ya PoS hayatakiwi.

7. Maelezo ya Kiufundi & Urasimishaji wa Kihisabati

Makala yanapendekeza kurasimisha PoW ya ushirikiano kama tatizo la hesabu la vyama vingi. Ingawa hayajaelezewa kikamilifu, fumbo la msingi linaweza kurekebisha lengo la kivunjio la kawaida. Badala ya $\text{Hash}(\text{Bloki}_{\text{mpendekeza}} || \text{nonce}) < T$, linaweza kuhusisha mchango uliounganishwa kutoka kwa washiriki $n$: $\text{Hash}(\text{SetiYaManunuzi} || \text{nonce}_1 || ... || \text{nonce}_n || \text{Kitambulisho}_{\text{muungano}}) < T$.

Lengo la ugumu $T$ linarekebishwa kulingana na kiwango kinachohitajika cha uundaji wa bloki za ushirikiano. "Kazi" inasambazwa ili kila mshiriki $i$ atafute nambari ya mara moja ya sehemu $\text{nonce}_i$, na juhudi zilizounganishwa zikidhi lengo. Mfano rahisi wa kodi unaweza kuwa: $\text{Kodi}_i = \frac{C \cdot w_i}{\sum_{j=1}^{n} w_j}$, ambapo $C$ ni gharama ya jumla ya kompyuta ya fumbo lililotatuliwa, na $w_i$ ni kazi inayoweza kuthibitika iliyochangiwa na mshiriki $i$. Hii inahakikisha kugawanyika kwa gharama kulingana na mchango.

8. Mfumo wa Uchambuzi & Mfano wa Dhana

Mfumo: Mchezo wa Makubaliano ya Ushirikiano

Wachezaji: Seti ya watumiaji $U = \{u_1, u_2, ..., u_k\}$ wenye manunuzi yanayosubiri.
Vitendo: Kila mchezaji anaweza kuchagua: (a) Kufanya kazi peke yake (PoW ya kawaida), (b) Kuunda/kujiunga na muungano $S \subseteq U$, (c) Kujipatia bure (ikiwezekana).
Malipo: Kwa muungano $S$ unaounda kwa mafanikio bloki iliyo na manunuzi yao:
- Faida: Manunuzi yamethibitishwa (thamani $V_i$ kwa mtumiaji $i$).
- Gharama: Kodi iliyolipwa $\text{Kodi}_i$ kulingana na kazi iliyochangiwa.
- Malipo halisi: $V_i - \text{Kodi}_i$.
Dhana ya Usawa: Mfumo unakusudia hali ambapo uundaji wa "muungano mkubwa" $U$ (watumiaji wote wanashirikiana) ni usawa thabiti, wenye ufanisi wa Nash, ukidhibiti gharama ya jumla $\sum \text{Kodi}_i$ huku ukithibitisha manunuzi yote.

Mfano wa Dhana: Fikiria watumiaji watano, A hadi E, kila mmoja anataka kutuma manunuzi. Katika Bitcoin, wanaeneza na kutumaini mchimbaji awajumuishe. Wachimbaji hutumia vitengo 100 vya nishati wakishindana; mshindi hupata ada. Jumla ya nishati: vitengo 100. Katika PoW ya Ushirikiano, A-E huunda kikundi. Wanatumia pamoja vitengo 20 vya nishati (chini kutokana na kutokuwa na ushindani) kutatua fumbo kwa bloki iliyo na manunuzi yote matano. Kila mmoja hulipa kodi inayojumlisha vitengo 20 (k.m., vitengo 4 kila mmoja). Nishati iliyookolewa: vitengo 80. Uthibitishaji unahakikishiwa kwa kikundi, sio kwa uwezekano.

9. Mtazamo wa Utumizi na Maendeleo ya Baadaye

Muda mfupi (Miaka 2-3 ijayo): Utumizi unaowezekana zaidi uko katika DLT za biashara/ushirika. Kwa mfano, kikundi cha benki kinachosuluhisha malipo ya kibenki kinaweza kutumia daftari la PoW ya ushirikiano. Utambulisho unajulikana, uratibu unaweza kudhibitiwa, na lengo ni ufanisi na ukamilifu—sio ushiriki usiojulikana. Utafiti utazingatia algoriti za uundaji wa muungano wenye ufanisi na upimaji wa mchango unaoweza kuthibitika.

Muda wa kati (Miaka 3-5): Ikiwa itafanikiwa katika mazingira ya kufungwa, dhana inaweza kusisimua miundo mseto ya blockchain ya umma. Mnyororo wa umma unaweza kuwa na safu ya msingi inayotumia PoW ya jadi au PoS, na "vipande vya ushirikiano" maalum au minyororo ya upande ambayo hutumia mfano huu kwa manunuzi maalum ya matumizi yenye uzalishaji wa juu, ada ya chini (k.m., malipo madogo, kurekodi data ya IoT).

Utafiti wa Muda mrefu na wa Msingi: Jaribio la mwisho ni ikiwa toleo lililosambazwa kabisa, lisilo na ruhusa linaweza kuwa salama. Hii inahitaji mafanikio makubwa katika uzalishaji wa taa ya nasibu iliyosambazwa (kwa mgawo wa haki wa muungano) na utaratibu wa kiuchumi-kriptografia wa kuwadhibiti wanaojipatia bure bila kuvunja faragha. Pia inafungua uwanja mpya: Utofauti wa Utaratibu wa Makubaliano, ambapo aina tofauti za manunuzi au vikundi vya watumiaji vinaweza kuchagua kujiunga na mifano tofauti ya makubaliano (yenye ushindani, ya ushirikiano, yenye hisa) ndani ya mfumo huo huo, sawa na jinsi mitandao ya kompyuta inavyotumia itifati tofauti (TCP, UDP) kwa mahitaji tofauti.

10. Marejeo

Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
Demers, A., et al. (1987). Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance. Proceedings of the Sixth Annual ACM Symposium on Principles of Distributed Computing.
Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
Garay, J., Kiayias, A., & Leonardos, N. (2015). The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications. Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques.
Buterin, V., et al. (2022). Combining GHOST and Casper. Ethereum Research.
Narayanan, A., Bonneau, J., Felten, E., Miller, A., & Goldfeder, S. (2016). Bitcoin and Cryptocurrency Technologies: A Comprehensive Introduction. Princeton University Press.