Karatasi hii inawasilisha itifaki mpya ya sarafu ya kidijitali inayotumia Uthibitishaji wa Kazi (PoW) inayoshughulikia vikwazo muhimu vya Bitcoin na lahaja yake ya hivi karibuni, Tailstorm. Uvumbuzi wa msingi upo katika kuchanganya makubaliano ya Uthibitishaji Sambamba wa Kazi (PPoW) na upigaji kura wa mtindo wa DAG na mpango wa upunguzaji wa malipo unakolenga. Itifaki hii inalenga kutoa dhamana bora zaidi za uthabiti, uwezo wa juu wa kuhimili mzigo wa shughuli, ucheleweshaji wa chini wa uthibitishaji, na ukinzani ulioimarishwa dhidi ya mashambulizi yanayotegemea motisha, kama vile uchimbaji wa kujihini.
Kazi hii imechochewa na utegemezi wa duara katika mifumo ya PoW kati ya algoriti za makubaliano na mipango ya motisha. Ingawa sifa za Bitcoin zimeeleweka vyema, itifaki nyingi mpya hazina uchambuzi wa kina wa uthabiti na motisha. Tailstorm iliboresha Bitcoin lakini ilikuwa na mapungufu: upigaji kura wake ulio na muundo wa mti uliacha baadhi ya kura zisithibitishwe, na upunguzaji wake wa malipo ulio sawa uliwatesa wachimbaji wasio na hatua pamoja na wale waliofanya makosa.
PPoW, kama ilivyoletwa katika kazi ya awali, inahitaji idadi inayoweza kusanidiwa $k$ ya "kura" (au mablocku) za PoW kuchimbwa kabla ya bloku kuu inayofuata kuweza kuongezwa. Hii huunda muundo sambamba wa mablocku. Kila kura ina shughuli. Usanidi huu kwa asili hutoa dhamana za uthabiti zenye nguvu zaidi kuliko mnyororo wa mstari wa Bitcoin kwa sababu kukamilisha bloku kunahitaji uthibitisho mbalimbali unaounga mkono.
Tailstorm iliunda kura hizi $k$ kama mti, ambapo kila kura mpya inarejelea mzazi mmoja. Hii huleta shida: wachimbaji wanapaswa kuchagua tawi gani kupanua, na kuacha matawi mengine—na shughuli zao—zisithibitishwe hadi bloku inayofuata.
Itifaki inayopendekezwa inaunda kura kama Grafu Isiyo na Mzunguko Iliyoelekezwa (DAG). Kura mpya inaweza kurejelea kura kadhaa zilizopita kama wazazi. Hii huongeza muunganisho na huruhusu kura zaidi kujumuishwa katika seti ya makubaliano kwa bloku fulani, na kuboresha viwango vya uthibitishaji wa shughuli na kupunguza ucheleweshaji.
Tailstorm ilipunguza malipo kwa uwiano na kina cha mti wa kura, na kuwatesa wachimbaji wote katika mti mrefu (usio na mstari) sawasawa. Itifaki mpya inatekeleza mpango wa upunguzaji unakolenga. Malipo ya kura ya mchimbaji yanahesabiwa kulingana na jukumu lake maalum katika DAG:
$Reward_v = MalipoYaMsingi \times (1 - \alpha \cdot C_v)$
Ambapo $C_v$ ni kipimo cha mchango wa kura $v$ kwa kutokuwa na mstari au uundaji wa matawi (mfano, kura ngapi zinazoshindana zinazorejelewa ambazo hazijaunganishwa wenyewe). Kigezo $\alpha$ hudhibiti nguvu ya upunguzaji. Hii inahakikisha tu wachimbaji ambao vitendo vyao vinaumiza moja kwa moja mstari wa makubaliano ndio wanahukumiwa.
Karatasi hii inadai kuwa baada ya muda wa dakika 10 wa uthibitishaji, uwezekano wa shambulio la matumizi mara mbili linalofanikiwa ni takriban mara 50 chini kuliko katika Bitcoin, chini ya mawazo ya kweli ya mtandao. Hii inatokana na hitaji la $k$-kura katika PPoW, ambayo hufanya iwe vigumu kwa kitabiri kwa mshambuliaji kurejesha bloku iliyothibitishwa.
Mchango mkubwa wa kimetodolojia ni matumizi ya Kujifunza kwa Kuimarisha (RL) kutafuta kwa utaratibu mikakati bora ya kushambulia itifaki hiyo. Wakala wa RL hujifunza kuendesha wakati wa kuchapisha kura na uteuzi wa mzazi ili kuongeza faida. Njia hii ni madhubuti zaidi kuliko uchambuzi wa mashambulizi ya kiholela na ilifunua kuwa PPoW ya kawaida (bila upunguzaji) ni dhaifu.
Mchanganyiko wa upigaji kura wa DAG na upunguzaji unakolenga huunda kizuizi chenye nguvu kwa uchimbaji wa kujihini. Mashambulizi yanayohusisha kuzuia mablocku au kuunda matawi huwa na faida ndogo kwa sababu malipo ya mshambuliazi hupunguzwa moja kwa moja. Uchambuzi unaotegemea RL unathibitisha ukinzani bora wa itifaki inayopendekezwa ikilinganishwa na Bitcoin na Tailstorm.
Kwa kujaza shughuli ndani ya kila moja ya kura $k$ kwa kila bloku, itifaki hii inafikia uwezo wa juu wa kuhimili mzigo kuliko mfano wa Bitcoin wa bloku moja kwa kila muda. Muundo wa DAG zaidi hupunguza ucheleweshaji kwa kuruhusu kura zaidi (na hivyo shughuli zao) kuthibitishwa katika bloku ya sasa badala ya kuahirishwa.
Karatasi hii inashughulikia moja kwa moja dosari mbili za Tailstorm: 1) Kura Zisizothibitishwa: DAG hupunguza hili kwa kuruhusu marejeleo mengi ya wazazi. 2) Adhabu ya Pamoja: Upunguzaji unakolenga unachukua nafasi ya adhabu ya kina cha mti ulio sawa. Matokeo yake ni itifaki ambayo huhifadhi faida za Tailstorm huku ikishinda udhaifu wake.
Kazi ya upunguzaji wa malipo ndiyo msingi. Acha $G$ iwe DAG ya kura kwa bloku. Kwa kura $v \in G$, fafanua "alama ya mgogoro" $C_v$. Kipimo kimoja kinachopendekezwa ni:
$C_v = \frac{|\text{Wazazi Wasiounganishwa}(v)|}{|\text{Jumla ya Wazazi}(v)| + \epsilon}$
Ambapo "Wazazi Wasiounganishwa" ni kura za wazazi ambazo wenyewe hazijaunganishwa kwa ukoo. $C_v$ ya juu inaonyesha $v$ inarejelea matawi yanayokinzana, na kuongeza kutokuwa na mstari. Malipo ya mwisho hupunguzwa kwa alama hii. Lengo la wakala wa RL ni kujifunza sera $\pi$ ambayo inaongeza malipo yaliyopunguzwa ya jumla $\sum \gamma^t R_t$, ambapo $R_t$ ni malipo (yaliyowezekana kupunguzwa) kutoka kwa kuchapisha kura kwa wakati $t$ na uteuzi maalum wa wazazi.
Karatasi hii pengine inajumuisha uigaji unaolinganisha viwango vya mafanikio ya mashambulizi na uwezo wa kufaidika kati ya Bitcoin, Tailstorm, PPoW ya msingi, na DAG-PPoW inayopendekezwa na upunguzaji unakolenga. Matokeo muhimu yanayotarajiwa yaliyowasilishwa kwenye chati au jedwali yangeonyesha:
Ugunduzi Muhimu: Majaribio yanadhaniwa kuthibitisha madai makubwa ya karatasi kwamba "uthibitishaji sambamba wa kazi bila upunguzaji wa malipo hauna ukinzani wa mashambulizi ya kimotisha kuliko Bitcoin katika baadhi ya hali za kweli za mtandao." Hii inasisitiza umuhimu kamili wa kuunganisha mbinu mpya za makubaliano na mipango ya motisha iliyosanidiwa kwa uangalifu.
Hali: Mchimbaji (M) anadhibiti 25% ya kiwango cha hash cha mtandao na anataka kutekeleza shambulio la uchimbaji wa kujihini.
Katika Bitcoin/Tailstorm: M anazuia bloku iliyopatikana ili kuunda tawi la kibinafsi. Ikiwa litafanikiwa, M anaweza kuacha mablocku ya uaminifu na kudai malipo yasiyo sawa. Wakala wa RL angejifunza mkakati huu.
Katika DAG-PPoW na Upunguzaji Unakolenga:
Kesi hii inaonyesha jinsi mbinu za itifaki zinavyobadilisha moja kwa moja hesabu ya faida ya mshambuliaji.
Karatasi hii sio tu marekebisho madogo mengine kwenye Uthibitishaji wa Kazi; ni mashambulizi ya upasuaji kwenye kitanzi cha msingi cha motisha-makubaliano kinachowatesa usanidi wa blockchain. Waandishi wamegundua kwa usahihi kwamba itifaki nyingi "zilizoboreshwa" zinashindwa kwa sababu zinaboresha uhai au uwezo wa kuhimili mzigo kwa utupu, na kupuuza jinsi mabadiliko hayo yanavyopotosha uchumi wa wachimbaji. Ufahamu wao muhimu ni kwamba usalama sio sifa ya algoriti ya makubaliano pekee, bali ni ya muunganisho mkali wake na mfumo wa adhabu unaoweza kuhusisha hatia kwa usahihi. Kuhamia kutoka kwa mti wa Tailstorm hadi DAG hakuhusu ufanisi—kulihusu kuunda undani wa uchunguzi unaohitajika kwa adhabu iliyolengwa.
Hoja inajenga kwa usahihi: 1) Vikwazo vya Bitcoin vinajulikana vyema, 2) Tailstorm ilifanya maendeleo lakini ilileta matatizo mapya (adhabu kali, uthibitishaji ulioahirishwa), 3) Kwa hivyo, tunahitaji muundo (DAG) unaotoa data ya kina juu ya tabia ya mchimbaji, na 4) Lazima tutumie data hiyo kutekeleza vizuizi vya upasuaji. Matumizi ya Kujifunza kwa Kuimarisha kujaribu kwa shida pendekezo hilo ni mazuri hasa. Yanafanana na jinsi washambuliaji wa ulimwengu halisi wanavyofanya kazi—sio kufuata hati tuli, bali kutafuta kwa kubadilika faida—na hivyo hutoa tathmini ya usalama ya kweli zaidi kuliko mifano ya kitabiti ya jadi. Ugunduzi wa kushtusha kwamba PPoW ya kawaida inaweza kuwa dhaifu zaidi kuliko Bitcoin ni ushahidi wa thamani ya njia hii; inafunua nyuso zilizofichwa za mashambulizi.
Nguvu: Mfumo wa dhana ni thabiti. Utaratibu wa DAG+upunguzaji unakolenga ni mzuri na unashughulikia dosari wazi katika sanaa ya awali. Ukali wa kimetodolojia (utafutaji wa mashambulizi unaotegemea RL) unaweka kiwango kipya cha kutathmini uchumi wa sarafu ya kidijitali. Karatasi pia inafaa kufafanua neno "DAG" linalotumiwa kupita kiasi mara nyingi, likitumia kwa lengo maalum, linaloweza kupimika ndani ya muktadha wa PoW, tofauti na miradi mingine ya msingi wa DAG ya kubahatisha.
Dosari & Maswali Yaliyo Wazi: Tembo kwenye chumba ni utata. Itifaki inahitaji wachimbaji na nodi kudumisha na kuchambua DAG, kuhesabu alama za mgogoro, na kutumia upunguzaji maalum. Hii huongeza mzigo wa hesabu na utekelezaji ikilinganishwa na urahisi mzuri wa Bitcoin. Pia kuna hatari ya vigezo vya upunguzaji ($\alpha$) kuwa chanzo cha mgogoro wa utawala. Zaidi ya hayo, kama ilivyo kwa mapendekezo mengi ya kitaaluma, uchambuzi unaweza kudhania mchimbaji mwenye busara, anayeongeza faida. Haishughulikii kamili watendaji wa Byzantine ambao lengo lao ni kuvuruga badala ya faida—mtindo wa tishio unaozingatiwa katika fasihi ya jadi ya BFT kama ile ya Castro na Liskov (1999).
Kwa wasanidi wa itifaki: Uchambuzi wa motisha hauwezi kujadiliwa. Mabadiliko yoyote ya makubaliano lazima yatokanwe na zana kama RL ili kugundua motisha potofu. Ugunduzi wa "PPoW-isiyo-salama-kuliko-Bitcoin" unapaswa kuwa wito wa kuamsha. Kwa watengenezaji: Muundo wa DAG-kwa-uwajibikaji ni zana yenye nguvu inayostahili kuchunguzwa katika muktadha mwingine wa makubaliano, labda hata katika usanidi uliogawanywa au mitandao ya tabaka ya 2. Kwa jamii ya utafiti: Kazi hii inaangazia hitaji la haraka la mifumo ya kiwango, ya wazi ya chanzi ya RL kwa kushambulia uchumi wa sarafu ya kidijitali, sawa na jinsi jamii ya AI inavyokuwa na seti za data za kiwango. Hatimaye, ujumbe mkubwa zaidi ni kwamba usalama wa blockchain unasonga kutoka kwa kriptografia safi hadi taaluma mseto ya kriptografia, nadharia ya michezo, na masomo ya mashine. Mifumo salama ya baadaye itahitaji utaalamu katika zote tatu.