Chagua Lugha

SoK: Mitazamo ya Utafiti na Changamoto za Bitcoin na Fedha za Kripto

Ufafanuzi wa kimfumo wa Bitcoin na fedha mbadala, ukichanganua vipengele vya muundo, mifumo ya makubaliano, faragha, na itifaki za kutoa wapatanishi.
hashpowercoin.org | PDF Size: 0.3 MB
Ukadiriaji: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
Ukadiriaji Wako
Umekadiria waraka huu tayari
Kifuniko cha Waraka PDF - SoK: Mitazamo ya Utafiti na Changamoto za Bitcoin na Fedha za Kripto
Tazama Waraka PDF Pakua PDF Tafsiri PDF
Nyumbani » Nyaraka » SoK: Mitazamo ya Utafiti na Changamoto za Bitcoin na Fedha za Kripto

1. Kwa Nini Bitcoin Inastahili Utafiti

Karatasi hii inaanza kwa kushughulikia mitazamo miwili tofauti na rahisi kuhusu Bitcoin. Ya kwanza ni mtazamo wa vitendo kwamba "Bitcoin inafanya kazi kivitendo, lakini si kwa nadharia," unaoshikiliwa na jumuiya yake. Ya pili ni kukataa kwa kitaaluma kwamba utulivu wa Bitcoin unategemea mambo magumu ya kijamii na kiuchumi, na kufanya uchambuzi rasmi kuwa bure. Waandishi wanadai kwamba mitazamo yote miwili ina dosari. Ingawa Bitcoin imeonyesha ustahimilivu wa kushangaza, kuelewa kwa nini inafanya kazi na ikiwa itaendelea kufanya hivyo chini ya hali zinazobadilika (ukuaji, mabadiliko ya motisha ya wachimbaji, shinikizo la nje) ni changamoto muhimu ya sayansi ya kompyuta. Kinyume chake, mafanikio ya Bitcoin katika kufikia makubaliano katika mazingira yasiyo na imani na yasiyo na ruhusa—tatizo lililozingatiwa kuwa lisivyowezekana—ni mchango wa msingi wenye athari zaidi ya sarafu tu, ikiwa ni pamoja na utoaji wa majina usio na kituo kimoja, kuweka alama ya wakati, na mikataba mahiri. Kwa hivyo, licha ya ugumu wa kuiga, Bitcoin inastahili umakini mkubwa wa utafiti.

2. Kutenganisha Vipengele Muhimu vya Bitcoin

Mchango muhimu wa karatasi hii ni kutenganisha kwa kimfumo muundo wa Bitcoin kuwa vipengele vitatu vya msingi, vinavyojitegemea. Mfumo huu unawawezesha uchambuzi na uvumbuzi wazi zaidi.

2.1 Mfumo wa Makubaliano (Makubaliano ya Nakamoto)

Hii ni itifati ya kufikia makubaliano kuhusu historia moja ya manunuzi katika mtandao wa wenza bila mamlaka kuu. Inategemea Uthibitisho wa Kazi na kanuni ya mnyororo mrefu zaidi.

2.2 Ugawaji wa Sarafu na Sera ya Fedha

Hii inafafanua jinsi bitcoins mpya zinavyoundwa na kusambazwa (k.m., kwa wachimbaji kama malipo ya kuzuia) na ratiba ya jumla ya usambazaji (imewekwa kikomo kwa milioni 21).

2.3 Kitendawili cha Kihisabati (Uthibitisho wa Kazi)

Hiki ndicho kitendawili maalum cha kriptografia (SHA-256) kinachotumiwa kulinda mfumo wa makubaliano kwa kuweka gharama kwa uundaji wa kuzuia. Inaweza kutenganishwa na mantiki ya makubaliano yenyewe.

3. Uchambuzi wa Kulinganisha wa Marekebisho Yanayopendekezwa

Karatasi hii inachunguza nafasi kubwa ya muundo iliyofunguliwa kwa kutenganisha vipengele vya Bitcoin.

3.1 Mfumo Mbadala wa Makubaliano

Uchambuzi unashughulikia mapendekezo kama vile Uthibitisho wa Hifadhi (PoS), ambapo haki za uthibitishaji zinategemea umiliki wa sarafu, Uthibitisho wa Hifadhi Unaowakilishwa (DPoS), na lahaja zinazotegemea Uvumilivu wa Hitilafu ya Byzantine (BFT). Mabadiliko kati ya ufanisi wa nishati, dhana za usalama (tatizo la "hakuna kitu katika hatari" katika PoS), na utawala usio na kituo kimoja zimewekwa wazi.

3.2 Mapendekezo ya Kuimarisha Faragha na Kutokujulikana

Kutokujulikana kwa jina la Bitcoin kunatathminiwa kuwa dhaifu. Karatasi hii inatoa mfumo wa kuchambua suluhisho za faragha kama vile CoinJoin (kuchanganya manunuzi), Manunuzi ya Siri (kuficha kiasi), na mifumo ya Uthibitisho wa Kutojua (k.m., zk-SNARKs zinazotumiwa katika Zcash), kwa kusawazisha kutokujulikana, uwezo wa kukuza, na uwezo wa ukaguzi.

4. Itifaki na Mikakati ya Kutoa Wapatanishi

Karatasi hii inachunguza jinsi dhana za blockchain zinaweza kuondoa wapatanishi wa kuaminika (kutoa wapatanishi) katika matumizi kama vile mikataba mahiri na masoko yasiyo na kituo kimoja.

4.1 Mikakati Mitatu ya Jumla ya Kutoa Wapatanishi

  1. Maandishi ya kufunga na kufungua: Kutumia mfumo wa maandishi ya Bitcoin kutekeleza masharti ya mkataba.
  2. Mashine za hali zilizorudishwa: Jukwaa kama vile Ethereum ambazo zinakimbia msimbo katika nodi zote.
  3. Minyororo ya upande na mali zilizounganishwa: Kuruhusu mali kusogea kati ya minyororo tofauti ya blockchain.

4.2 Ulinganisho wa kina wa Mikakati

Mikakati hii inalinganishwa kwa vipimo kama vile utata, kubadilika, dhamana za usalama, na uwezo wa kukuza. Karatasi hii inabainisha mvutano wa asili kati ya kuunda lugha zenye nguvu za maandishi, zinazokamilika kwa Turing, na kudumisha usalama na utabiri wa mfumo.

5. Ufahamu Muhimu na Changamoto za Utafiti

Ufahamu wa Msingi

Mafanikio ya Bitcoin sio uchawi; ni mfumo unaoweza kutengenezwa ambao utulivu wake unategemea usawa usio na uhakika lakini unaofanya kazi wa kriptografia, nadharia ya michezo, na kanuni za mifumo iliyosambazwa.

Changamoto Kubwa

Kufanya rasmi muundo wa usalama wa "Makubaliano ya Nakamoto" chini ya mifano ya kweli ya adui inayobadilika na hali zinazobadilika za kiuchumi bado ni tatizo lililowazi.

Nafasi ya Muundo

Kutenganisha vipengele kunafunua nafasi kubwa ya muundo kwa fedha mbadala, lakini uvumbuzi katika mwelekeo mmoja (k.m., makubaliano) mara nyingi huleta udhaifu mpya katika mwelekeo mwingine (k.m., usawa wa motisha).

6. Uchambuzi wa Asili na Mtazamo wa Mtaalamu

Ufahamu wa Msingi: Karatasi hii sio tu uchunguzi; ni mwongozo wa msingi wa kuvunja mfumo wa mazingira ya fedha za kripto. Thamani yake kubwa zaidi iko katika mfumo wa "kutenganisha" (Sehemu ya 2), ambao ulivunja mtazamo wa awali wa Bitcoin kama kitu kimoja. Kabla ya hili, uchambuzi mwingi ulitazama Bitcoin kama kisanduku cha mweusi—ama mafanikio ya mapinduzi au udanganyifu wa shaka. Bonneau na wenzake walitoa zana za kiakili za kuiona kama seti ya mifumo ndogo inayoweza kubadilishana, mara nyingi inayopingana: makubaliano, sera ya fedha, na hesabu. Hii inafanana na mchango wa muundo wa OSI kwa mitandao; iliunda lugha ya kawaida ya ukosoaji na uvumbuzi. Tumeona hii ikichezwa moja kwa moja: Ethereum ilidumisha Uthibitisho wa Kazi lakini ilibadilisha motisha ya makubaliano na kuongeza mashine ya hali; baadaye, ilitenganisha zaidi kwa kuhamia kwenye Uthibitisho wa Hifadhi (Muunganiko), ikithibitisha mtazamo wa moduli wa karatasi hii.

Mtiririko wa Kimantiki: Mantiki ya karatasi hii ni ya upasuaji. Kwanza inaifanya Bitcoin iwe kitu cha msingi cha utafiti kwa kuvunja uhamasishaji wa kimapenzi na kukataa kwa kitaaluma. Kisha inafanya operesheni kuu ya kutenganisha, na kuweka mihimili ya uchambuzi. Kwa mfumo huu uliowekwa, kuchunguza marekebisho (Sehemu ya 3) na mikakati ya kutoa wapatanishi (Sehemu ya 4) inakuwa zoezi la kulinganisha lenye muundo badala ya orodha ya vipengele. Mtiririko unahama kutoka Bitcoin ni nini, hadi tunawezaje kufikiria kuhusu sehemu zake, hadi tunaweza kujenga nini kwa kuchanganya tena sehemu hizo kwa njia tofauti.

Nguvu na Dosari: Nguvu yake kuu ni mfumo huu wa uchambuzi unaodumu, ambao bado una umuhimu baada ya muongo mmoja. Mfumo wa tathmini ya faragha pia una utabiri, ukionyesha mapema mabadiliko katika sarafu za faragha za leo na mabishano ya udhibiti. Hata hivyo, dosari yake kuu, inayoonekana kwa mtazamo wa nyuma, ni kudharau umuhimu wa changamoto ya kukuza. Karatasi hii inagusa kuhusu kiasi cha manunuzi kinachokua lakini hauiweki trilemma ya uwezo wa kukuza (utawala usio na kituo kimoja, usalama, uwezo wa kukuza) katikati ya uchambuzi wake wa nafasi ya muundo. Trilemma hii, iliyoelezwa baadaye na watafiti kama Vitalik Buterin, imekuwa lenzi kuu ya kutathmini uvumbuzi wa makubaliano na safu ya 2 (k.m., rollups, minyororo ya upande). Zaidi ya hayo, ingawa inataja "mambo ya kijamii na kiuchumi," enzi ya 2017-2024 imeonyesha kwamba thamani ya mchimbaji/mtoaji (MEV), upatanishi wa udhibiti, na hatari za muundo wa fedha zisizo na kituo kimoja (DeFi) ni nguvu za kijamii na kiuchumi ambazo zinabadilisha kabisa mandhari ya usalama na matumizi kwa njia ambazo karatasi ya 2015 haikuweza kutabiri kikamilifu.

Ufahamu Unaoweza Kutekelezwa: Kwa wajenzi na wawekezaji, karatasi hii ni orodha ya ukaguzi ya kutathmini sarafu yoyote mpya ya kripto au itifati. Swali la 1: Inatenganishaje vipengele vitatu vya msingi? Mradi ambao haufafanui wazi haya ni alama nyekundu. Swali la 2: Katika mhimili gani wa nafasi ya muundo (makubaliano, faragha, kutoa wapatanishi) unavumbua hasa, na ni mabadiliko gani yanayojulikana kutoka kwa uchunguzi huu unayokutana nayo? Kwa mfano, mnyororo mpya wa Uthibitisho wa Hifadhi lazima uwe na jibu la kulazimisha kwa "shambulio la masafa marefu" na matatizo ya katikati ya uthibitishaji yaliyoelezwa katika uchambuzi wa kulinganisha. Swali la 3: Je, mkakati wake wa kutoa wapatanishi (ikiwapo) unaongeza utata wa mfumo na eneo la shambulio kwa kasi zaidi kuliko inavyotoa matumizi? Karatasi hii inaonya dhidi ya utata wa "mashine ya hali iliyorudishwa," onyo lililozingatiwa na ukuaji wa polepole na wa makini wa EVM ya Ethereum dhidi ya uvamizi mwingi kwenye minyororo iliyoharakishwa. Kwa muhtasari, tazama karatasi hii sio kama historia, bali kama sarufi inayodumu ya kusoma karatasi nyeupe ya kesho.

7. Maelezo ya Kiufundi na Mfumo wa Kihisabati

Usalama wa Uthibitisho wa Kazi wa Bitcoin unategemea ugumu wa kihisabati wa kubadilisha mwelekeo wa kitendakazi cha kriptografia. Uwezekano wa mshambuliaji kushinda mnyororo wa waaminifu unafanywa kuwa mfano kama mbio za Poisson. Acha $p$ iwe uwezekano mnyororo wa waaminifu upate kuzuia linalofuata, $q$ iwe uwezekano mshambuliaji apate kuzuia linalofuata ($p + q = 1$), na $z$ iwe idadi ya vizuia mshambuliaji anavyokuwa nyuma. Uwezekano mshambuliaji akifika kamwe kutoka nyuma ya vizuia $z$ unakadiriwa kuwa:

\[ P_{\text{shambulia}} \approx \begin{cases} 1 & \text{kama } q > p \\\\ (q/p)^z & \text{kama } q \le p \end{cases} \]

Hii inaonyesha usalama unakua kwa kasi ya kielelezo na uongozi $z$ wakati mshambuliaji ana chini ya 50% ya kiwango cha hash ($q < p$). Mfumo huu, ingawa umeorahishwa, unasaidia kanuni ya "uthibitisho-6" kwa manunuzi ya thamani kubwa.

Maelezo ya Chati (Dhana): Grafu inayopanga $P_{\text{shambulia}}$ (mhimili-y) dhidi ya Nguvu ya Hash ya Mshambuliaji $q$ (mhimili-x), kwa thamani tofauti za $z$ (uthibitisho). Mikunjo inaonyesha kushuka kwa kasi kadiri $q$ inavyoshuka chini ya 0.5, na kwa $q<0.5$ iliyowekwa, $P_{\text{shambulia}}$ inashuka kwa kasi ya kielelezo kadiri $z$ inavyoongezeka kutoka 1 hadi 6. Hii inaonyesha kwa macho kupungua kwa faida ya uwezekano wa shambulio kwa uthibitisho zaidi.

8. Mfumo wa Uchambuzi na Kisa cha Dhana

Kisa cha Utafiti: Kutathmini Sarafu Mbadala Inayolenga Faragha (k.m., dhana za awali za Zcash/Monero)

Kwa kutumia mfumo wa karatasi hii, tunaweza kuvunja sarafu ya faragha inayopendekezwa:

  1. Makubaliano: Kuna uwezekano wa kudumisha Uthibitisho wa Kazi (mwanzoni) lakini inaweza kubadilisha algorithm ya hash (k.m., Equihash kwa upinzani wa ASIC).
  2. Ugawaji wa Sarafu: Inaweza kuwa na mkunjo tofauti wa utoaji (k.m., utoaji wa mkia dhidi ya kikomo kigumu) ili kufadhili maendeleo endelevu au motisha ya wachimbaji.
  3. Kitendawili cha Kihisabati: Imebadilishwa kutoka SHA-256 hadi algorithm ngumu ya kumbukumbu ili kubadilisha mienendo ya katikati ya wachimbaji.
  4. Uimarishaji wa Faragha: Inatekeleza mkakati maalum kutoka Sehemu ya 3.2, k.m., saini za pete (Monero) au zk-SNARKs (Zcash). Chaguo hili linaathiri moja kwa moja uwezo wa kukuza (zk-SNARKs zinahitaji usanidi wa kuaminika na hesabu nzito) na uwezo wa ukaguzi (bwawa lililofunikwa kabisa halionekani).
  5. Mkakati wa Kutoa Wapatanishi: Inaweza kuwa na mipaka ikiwa mikataba mahiri changamano hailingani na mpango uliochaguliwa wa faragha.

Uchambuzi huu wenye muundo unaangazia mara moja mabadiliko: faragha bora inaweza kuja kwa gharama ya kasi ya uthibitisho, ukaguzi wa udhibiti, na hitilafu za utata (kama ilivyoonekana katika udhaifu wa ulimwengu halisi katika mifumo hii).

9. Matumizi ya Baadaye na Mwelekeo wa Utafiti

Changamoto zilizobainishwa na karatasi hii zimekua kuwa mipaka ya msingi ya utafiti wa leo:

  • Uwezo wa Kukuza na Itifati za Safu ya 2: Hitaji la kukuza zaidi ya manunuzi ya kwenye mnyororo kumesababisha utafiti wa kazi kwenye Rollups (Optimistic, ZK), njia za hali, na minyororo ya upande, ikishughulikia moja kwa moja wasiwasi wa kiasi cha manunuzi ulioinuliwa katika Sehemu ya 1.
  • Uthibitisho Rasmi na Usalama: Wito wa mifumo sahihi zaidi umechochea kazi ya kuthibitisha kwa rasmi itifati za makubaliano za blockchain (k.m., kwa kutumia vithibitishaji vya mfano kama TLA+) na mikataba mahiri (k.m., kwa zana kama Certora, Foundry).
  • Uwezo wa Kuingiliana kati ya Minyororo: Mkakati wa kutoa wapatanishi wa "minyororo ya upande" umeongezeka kuwa utafiti changamani wa uwezo wa kuingiliana kwa ujumbe wa kati ya minyororo na uhamisho wa mali (k.m., IBC, LayerZero).
  • Kriptografia ya Baada ya Quantum: Usalama wa vipengele vyote vya kriptografia (saini, hash, uthibitisho-zk) dhidi ya maadui wa quantum ni mwelekeo muhimu wa muda mrefu.
  • Utambulisho usio na Kituo Kimoja na Utawala: Kutumia makubaliano ya blockchain kwa matatizo kama vile utoaji wa majina na mashirika huria (DAO) bado ni eneo la kazi, likishughulikia changamoto za kijamii na kiteknolojia zilizoelezwa kwa kifupi katika karatasi hii.

10. Marejeo

  1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
  2. Buterin, V., et al. (2014). Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform. Ethereum Whitepaper.
  3. Lamport, L., Shostak, R., & Pease, M. (1982). The Byzantine Generals Problem. ACM Transactions on Programming Languages and Systems (TOPLAS).
  4. Ben-Sasson, E., et al. (2014). Zerocash: Decentralized Anonymous Payments from Bitcoin. IEEE Symposium on Security and Privacy.
  5. King, S., & Nadal, S. (2012). PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency with Proof-of-Stake.
  6. Garay, J., Kiayias, A., & Leonardos, N. (2015). The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications. EUROCRYPT.
  7. Narayanan, A., Bonneau, J., Felten, E., Miller, A., & Goldfeder, S. (2016). Bitcoin and Cryptocurrency Technologies: A Comprehensive Introduction. Princeton University Press.