Bu makale, Bitcoin ve onun son varyantı Tailstorm'ın temel sınırlamalarını ele alan yeni bir İş İspatı (PoW) kripto para protokolü sunmaktadır. Temel yenilik, Paralel İş İspatı (PPoW) mutabakatını DAG tarzı oylama ve bir hedefli ödül indirimi şeması ile birleştirmesinde yatmaktadır. Protokol, bencil madencilik gibi teşvik tabanlı saldırılara karşı üstün tutarlılık garantileri, daha yüksek işlem hacmi, daha düşük onay gecikmesi ve gelişmiş dayanıklılık sağlamayı amaçlamaktadır.
Bu çalışma, PoW sistemlerinde mutabakat algoritmaları ve teşvik şemaları arasındaki döngüsel bağımlılıktan ilham almıştır. Bitcoin'in özellikleri iyi anlaşılmış olsa da, birçok yeni protokol hem tutarlılık hem de teşvikler üzerine kapsamlı bir analizden yoksundur. Tailstorm Bitcoin üzerinde iyileştirmeler yaptı ancak eksiklikleri vardı: ağaç yapılı oylama sistemi bazı oyları onaysız bırakıyordu ve tek tip ödül indirimi, suçlularla birlikte masum madencileri de cezalandırıyordu.
Önceki çalışmalarda tanıtıldığı gibi PPoW, bir sonraki ana bloğun eklenebilmesi için yapılandırılabilir sayıda $k$ adet PoW "oyunun" (veya bloğun) kazılmasını gerektirir. Bu, paralelleştirilmiş bir blok yapısı oluşturur. Her oy işlemler içerir. Bu tasarım, bir bloğun kesinleşmesi için birden fazla destekleyici kanıt gerektirdiğinden, doğası gereği Bitcoin'in doğrusal zincirinden daha güçlü tutarlılık garantileri sağlar.
Tailstorm, bu $k$ oyu, her yeni oyun tek bir ebeveyne referans verdiği bir ağaç olarak yapılandırmıştı. Bu bir ikilem yaratır: madenciler hangi dalı genişleteceklerini seçmek zorundadır, bu da bazı dalları—ve onların işlemlerini—bir sonraki bloğa kadar onaysız bırakır.
Önerilen protokol, oyları bir Yönlendirilmiş Döngüsüz Çizge (DAG) olarak yapılandırır. Yeni bir oy, birden fazla önceki oyu ebeveyn olarak referans gösterebilir. Bu bağlantısallığı artırır ve belirli bir blok için mutabakat kümesine daha fazla oyun dahil edilmesine izin vererek, işlem onay oranlarını iyileştirir ve gecikmeyi azaltır.
Tailstorm, ödülleri oy ağacının derinliğiyle orantılı olarak indiriyor, derin (doğrusal olmayan) bir ağaçtaki tüm madencileri eşit şekilde cezalandırıyordu. Yeni protokol bir hedefli indirim şeması uygular. Bir madencinin oyu için ödül, DAG içindeki spesifik rolüne göre hesaplanır:
$Ödül_v = TemelÖdül \times (1 - \alpha \cdot C_v)$
Burada $C_v$, $v$ oyunun doğrusallığa veya çatallanma yaratmaya katkısının bir ölçüsüdür (örneğin, kendileri bağlantılı olmayan kaç rakip oya referans verdiği). $\alpha$ parametresi indirim gücünü kontrol eder. Bu, yalnızca eylemleri doğrudan mutabakat doğrusallığına zarar veren madencilerin cezalandırılmasını sağlar.
Makale, gerçekçi ağ varsayımları altında, 10 dakikalık bir onay penceresinden sonra başarılı bir çift harcama saldırısı olasılığının Bitcoin'den yaklaşık 50 kat daha düşük olduğunu iddia etmektedir. Bu, PPoW'daki $k$-oy gereksiniminden kaynaklanır; bu, bir saldırganın onaylanmış bir bloğu tersine çevirmesini istatistiksel olarak zorlaştırır.
Önemli bir metodolojik katkı, protokole karşı optimal saldırı stratejilerini sistematik olarak aramak için Pekiştirmeli Öğrenme'nin (RL) kullanılmasıdır. RL ajanı, kârı maksimize etmek için oy yayınlama zamanlamasını ve ebeveyn seçimini manipüle etmeyi öğrenir. Bu yaklaşım, gelişigüzel saldırı analizinden daha titizdir ve indirimsiz saf PPoW'nin savunmasız olduğunu ortaya çıkarmıştır.
DAG oylama ve hedefli indirimin kombinasyonu, bencil madencilik için güçlü bir caydırıcılık yaratır. Blokları gizlemeyi veya çatallanma yaratmayı içeren saldırılar daha az kârlı hale gelir çünkü saldırganın ödülleri doğrudan indirilir. RL tabanlı analiz, önerilen protokolün hem Bitcoin'e hem de Tailstorm'a kıyasla üstün dayanıklılığını doğrulamaktadır.
İşlemleri blok başına $k$ oyun her birine paketleyerek, protokol Bitcoin'in aralık başına tek blok modelinden daha yüksek işlem hacmi elde eder. DAG yapısı, daha fazla oyun (ve dolayısıyla onların işlemlerinin) ertelenmek yerine mevcut blokta onaylanmasına izin vererek gecikmeyi daha da azaltır.
Makale, Tailstorm'ın iki kusuruna doğrudan değinmektedir: 1) Onaysız Oylar: DAG, birden fazla ebeveyn referansına izin vererek bunu hafifletir. 2) Toplu Cezalandırma: Hedefli indirim, tek tip ağaç-derinliği cezalandırmasının yerini alır. Sonuç, Tailstorm'ın faydalarını korurken zayıflıklarının üstesinden gelen bir protokoldür.
Ödül indirim fonksiyonu merkezidir. $G$, bir bloğun oylarının DAG'ı olsun. Bir $v \in G$ oyu için, onun "çatışma skoru" $C_v$ tanımlansın. Önerilen bir ölçüt şudur:
$C_v = \frac{|\text{Bağlantısız Ebeveynler}(v)|}{|\text{Toplam Ebeveynler}(v)| + \epsilon}$
Burada "Bağlantısız Ebeveynler", kendileri atasal olarak bağlı olmayan ebeveyn oylardır. Yüksek bir $C_v$, $v$'nin çatışan dallara referans verdiğini, dolayısıyla doğrusallığı artırdığını gösterir. Nihai ödül bu skorla indirilir. RL ajanının amacı, kümülatif indirimli ödül $\sum \gamma^t R_t$'yi maksimize eden bir politika $\pi$ öğrenmektir; burada $R_t$, belirli ebeveyn seçimleriyle $t$ zamanında bir oy yayınlamanın (potansiyel olarak indirimli) ödülüdür.
Makale muhtemelen Bitcoin, Tailstorm, temel PPoW ve önerilen hedefli indirimli DAG-PPoW arasında saldırı başarı oranlarını ve kârlılığı karşılaştıran simülasyonlar içermektedir. Grafiklerde veya tablolarda sunulması beklenen temel sonuçlar şunları gösterecektir:
Kritik Bulgu: Deneyler, makalenin çarpıcı iddiasını muhtemelen doğrulamaktadır: "Ödül indirimi olmadan paralel iş ispatı, bazı gerçekçi ağ senaryolarında Bitcoin'den teşvik saldırılarına karşı daha az dayanıklı olabilir." Bu, yeni mutabakat mekanizmalarının dikkatlice tasarlanmış teşvik şemalarıyla birleştirilmesinin mutlak gerekliliğinin altını çizmektedir.
Senaryo: Bir madenci (M), ağ hash gücünün %25'ini kontrol ediyor ve bencil madencilik saldırısı yürütmek istiyor.
Bitcoin/Tailstorm'da: M, özel bir çatal oluşturmak için bulduğu bir bloğu gizler. Başarılı olursa, M dürüst blokları yetim bırakabilir ve orantısız bir ödül talep edebilir. RL ajanı bu stratejiyi öğrenirdi.
Hedefli İndirimli DAG-PPoW'da:
Bu vaka, protokolün mekaniğinin saldırganın kâr hesabını nasıl doğrudan değiştirdiğini göstermektedir.
Bu makale, sadece İş İspatı üzerinde bir başka artımsal değişiklik değil; blokzincir tasarımını rahatsız eden temel teşvik-mutabakat döngüsüne yönelik cerrahi bir darbedir. Yazarlar, çoğu "geliştirilmiş" protokolün, bu değişikliklerin madenci ekonomisini nasıl bozduğunu göz ardı ederek, canlılık veya işlem hacmini boşlukta optimize ettiği için başarısız olduğunu doğru bir şekilde tespit etmektedir. Onların temel içgörüsü, güvenliğin yalnızca mutabakat algoritmasının bir özelliği olmadığı, aynı zamanda suçu kesin olarak atfedebilen bir ceza sistemiyle sıkı bir şekilde bağlı olduğudur. Tailstorm'ın ağacından DAG'a geçiş verimlilikle ilgili değil—hedefli cezalandırma için gereken adli ayrıntıyı yaratmakla ilgilidir.
Argüman kusursuz bir şekilde inşa edilmiştir: 1) Bitcoin'in sınırları iyi bilinmektedir, 2) Tailstorm ilerleme kaydetmiş ancak yeni sorunlar (kaba cezalandırma, ertelenmiş onaylar) getirmiştir, 3) Dolayısıyla, madenci davranışı üzerine daha ince taneli veri sağlayan bir yapıya (DAG) ihtiyacımız var, ve 4) Bu veriyi cerrahi caydırıcılıklar uygulamak için kullanmalıyız. Öneriyi stres testine tabi tutmak için Pekiştirmeli Öğrenme kullanımı özellikle zariftir. Bu, gerçek dünya saldırganlarının nasıl çalıştığını yansıtır—statik komut dosyalarını takip etmezler, adaptif olarak kâr ararlar—ve bu nedenle geleneksel olasılıksal modellerden daha gerçekçi bir güvenlik değerlendirmesi sağlar. Saf PPoW'nin Bitcoin'den daha az güvenli olabileceği şok edici bulgu, bu yöntemin değerinin bir kanıtıdır; gizli saldırı yüzeylerini ortaya çıkarır.
Güçlü Yönler: Kavramsal çerçeve sağlamdır. DAG+hedefli indirim mekanizması zariftir ve önceki çalışmalardaki açık kusurları ele alır. Metodolojik titizlik (RL tabanlı saldırı arama), kripto-ekonomi değerlendirmesi için yeni bir standart belirler. Makale ayrıca, genellikle abartılan "DAG" terimini, daha spekülatif DAG tabanlı projelerin aksine, PoW bağlamında spesifik, ölçülebilir bir amaç için uygulayarak faydalı bir şekilde demistifiye etmektedir.
Zayıflıklar ve Açık Sorular: Odadaki fil karmaşıklıktır. Protokol, madencilerin ve düğümlerin bir DAG'ı korumasını ve analiz etmesini, çatışma skorlarını hesaplamasını ve özel indirimler uygulamasını gerektirir. Bu, Bitcoin'in güzel basitliğine kıyasla hesaplama ve uygulama yükünü artırır. Ayrıca, indirim parametrelerinin ($\alpha$) bir yönetişim çatışması kaynağı haline gelme riski vardır. Dahası, birçok akademik öneride olduğu gibi, analiz muhtemelen biraz rasyonel, kâr maksimize eden bir madenci varsaymaktadır. Amacı kâr değil, aksama olan Bizans aktörlerini—Castro ve Liskov (1999) gibi geleneksel BFT literatüründe düşünülen bir tehdit modelini—tam olarak ele almamaktadır.
Protokol tasarımcıları için: Teşvik analizi pazarlık konusu değildir. Herhangi bir mutabakat değişikliği, ters teşvikleri ortaya çıkarmak için RL gibi araçlarla modellenmelidir. "PPoW-Bitcoin'den-daha-az-güvenli" bulgusu bir uyanma çağrısı olmalıdır. Geliştiriciler için: Hesap verebilirlik için DAG modeli, belki parçalı mimarilerde veya katman-2 ağlarında bile, diğer mutabakat bağlamlarında keşfedilmeye değer güçlü bir araçtır. Araştırma topluluğu için: Bu çalışma, AI topluluğunun kıyaslama veri setlerine benzer şekilde, kripto-ekonomiye saldırmak için standartlaştırılmış, açık kaynaklı RL çerçevelerine olan acil ihtiyacı vurgulamaktadır. Son olarak, en büyük çıkarım, blokzincir güvenliğinin saf kriptografiden, kriptografi, oyun teorisi ve makine öğreniminin hibrit bir disiplinine doğru ilerlediğidir. Geleceğin güvenli sistemleri bu üçünde de uzmanlık gerektirecektir.