بابلون: ارتقای امنیت اثبات سهام از طریق استفاده مجدد از استخراج بیت‌کوین

فهرست مطالب

• 1 مقدمه
  • 1.1 از اثبات کار به اثبات سهام
  • 1.2 مشکلات امنیتی اثبات سهام
• 2 کارهای مرتبط
• 3 معماری بابلون
  • 3.1 استخراج تلفیقی با بیت‌کوین
  • 3.2 سرویس زمان‌مهر
• 4 تحلیل امنیتی
  • 4.1 نتیجه منفی برای اثبات سهام خالص
  • 4.2 قضیه امنیت رمزاقتصادی
• 5 نتایج آزمایشی
• 6 چارچوب فنی
• 7 کاربردهای آینده
• 8 مراجع
• 9 تحلیل اصلی

1 مقدمه

بابلون با استفاده مجدد از قدرت هش عظیم بیت‌کوین، محدودیت‌های امنیتی اساسی در بلاکچین‌های اثبات سهام (PoS) را برطرف می‌کند. این رویکرد نوآورانه امنیت بیت‌کوین را با کارایی اثبات سهام ترکیب می‌کند در حالی که مصرف انرژی اضافی را در صفر نگه می‌دارد.

1.1 از اثبات کار به اثبات سهام

امنیت بیت‌کوین ناشی از محاسبات تقریبی $1.4 \times 10^{21}$ هش در ثانیه است، اما با هزینه انرژی بسیار زیاد. زنجیره‌های اثبات سهام مانند اتریوم ۲.۰، کاردانو و کازموس کارایی انرژی و پاسخگویی را از طریق کاهش سهام ارائه می‌دهند، اما با چالش‌های امنیتی اساسی مواجه هستند.

1.2 مشکلات امنیتی اثبات سهام

پروتکل‌های اثبات سهام از حملات برد بلند غیرقابل کاهش، آسیب‌پذیری‌های سانسور و مشکلات راه‌اندازی رنج می‌برند. محدودیت اصلی: هیچ پروتکل اثبات سهام خالصی نمی‌تواند بدون فرضیات اعتماد خارجی، ایمنی قابل کاهش ارائه دهد.

2 کارهای مرتبط

روش‌های قبلی شامل نقطه‌گذاری اجماع اجتماعی، دوره‌های قفل‌شدگی طولانی سهام و راه‌حل‌های رمزنگاری مختلف بوده است. با این حال، این روش‌ها یا نقدینگی را کاهش می‌دهند یا فرضیات اعتماد جدیدی معرفی می‌کنند.

3 معماری بابلون

بابلون از طریق مکانیسم‌های نوآورانه استخراج تلفیقی و زمان‌مهر، رابطه همزیستی بین استخراج بیت‌کوین و امنیت اثبات سهام ایجاد می‌کند.

3.1 استخراج تلفیقی با بیت‌کوین

ماینرهای بابلون به طور همزمان بلوک‌های بیت‌کوین و نقاط کنترل بابلون را با استفاده از همان کار محاسباتی استخراج می‌کنند. مدل امنیتی از قدرت هش موجود بیت‌کوین بدون هزینه انرژی اضافی بهره می‌برد.

3.2 سرویس زمان‌مهر

زنجیره‌های اثبات سهام نقاط کنترل، مدارک تقلب و تراکنش‌های سانسور شده خود را روی بابلون زمان‌مهر می‌کنند. پروتکل زمان‌مهر از تعهدات رمزنگاری استفاده می‌کند: $C = H(block\_header || nonce)$ که در آن $H$ یک تابع هش رمزنگاری است.

4 تحلیل امنیتی

4.1 نتیجه منفی برای اثبات سهام خالص

قضیه: هیچ پروتکل اثبات سهام خالصی نمی‌تواند بدون فرضیات اعتماد خارجی، به ایمنی قابل کاهش در برابر حملات برد بلند دست یابد. طرح اثبات بر توانایی کسب سکه‌های قدیمی و ارزان برای اهداف حمله متکی است.

4.2 قضیه امنیت رمزاقتصادی

بابلون از طریق وراثت امنیتی از بیت‌کوین، تضمین‌های ایمنی قابل کاهش ارائه می‌دهد. پارامتر امنیتی $\lambda$ با سختی انباشته بیت‌کوین مقیاس می‌شود: $Security \propto \sum_{i=1}^{n} D_i$ که در آن $D_i$ سختی بلوک بیت‌کوین $i$ است.

5 نتایج آزمایشی

شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند زنجیره‌های اثبات سهام تقویت شده با بابلون به ۹۹.۹٪ ایمنی در برابر حملات برد بلند در مقایسه با ۶۵٪ برای اثبات سهام خالص تحت شرایط اقتصادی مشابه دست می‌یابند. تأخیر زمان‌مهر زیر ۳۰ دقیقه باقی می‌ماند در حالی که امنیت در سطح بیت‌کوین را ارائه می‌دهد.

6 چارچوب فنی

مثال چارچوب تحلیل: یک زنجیره اثبات سهام با ۱۰ میلیون دلار سهام کل در نظر بگیرید. یک مهاجم می‌تواند سکه‌های قدیمی به ارزش ۱۰۰ هزار دلار را برای راه‌اندازی یک حمله برد بلند به دست آورد. با بابلون، مهاجم باید بر زیرساخت ۲۰ میلیارد دلاری استخراج بیت‌کوین نیز غلبه کند که حملات را از نظر اقتصادی غیرممکن می‌سازد.

پایه ریاضی: اثبات امنیت از مدل‌های نظریه بازی استفاده می‌کند که در آن سود مهاجم باید شرایط زیر را برآورده کند: $Profit = Attack\_Value - (Stake\_Loss + Mining\_Cost) < 0$

7 کاربردهای آینده

بابلون ارتباطات بین زنجیره‌ای امن، کاهش دوره‌های قفل‌شدگی سهام از ۲۱ روز به ساعت‌ها و مدل‌های اقتصادی جدید برای زنجیره‌های اثبات سهام را امکان‌پذیر می‌سازد. کاربردها شامل امور مالی غیرمتمرکز، انتقال دارایی‌های بین زنجیره‌ای و راه‌حل‌های بلاکچین سازمانی است.

8 مراجع

1. Buterin, V., & Griffith, V. (2019). Casper the Friendly Finality Gadget.
2. Kwon, J. (2014). Tendermint: Consensus without Mining.
3. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
4. Buterin, V. (2021). Why Proof of Stake.
5. Buchman, E. (2016). Tendermint: Byzantine Fault Tolerance in the Age of Blockchains.

9 تحلیل اصلی

بینش اصلی: نبوغ بابلون در تشخیص این است که امنیت بیت‌کوین فقط در مورد پروتکل نیست - بلکه در مورد بیش از ۲۰ میلیارد دلار زیرساخت تخصصی است که قبلاً پرداخت شده و در حال اجراست. این یک بهبود تدریجی نیست؛ این یک آربیتراژ معماری است که می‌تواند تعریف ما از پشته‌های امنیتی بلاکچین را بازتعریف کند.

جریان منطقی: این مقاله به طور سیستماتیک افسانه امنیت اثبات سهام خالص را از بین می‌برد، مشابه نحوه‌ای که مقاله CycleGAN محدودیت‌های اساسی در ترجمه تصویر بدون نظارت را آشکار کرد. با اثبات این که هیچ اثبات سهام خالصی نمی‌تواند بدون فرضیات خارجی به ایمنی قابل کاهش دست یابد، نویسندگان پایه کامل برای راه‌حل ترکیبی خود ایجاد می‌کنند. دقت ریاضی مرا به یاد مقالات اولیه بیت‌کوین می‌اندازد - بدون کلی‌گویی، فقط اثبات‌های رمزنگاری و مشوق‌های اقتصادی همسو با کارایی بی‌رحمانه.

نقاط قوت و ضعف: پیشنهاد انرژی اضافی صفر، موقعیت‌یابی بازار درخشانی است، اما من در مورد تأخیر زمان‌مهر شک دارم. سی دقیقه ممکن است برای نقطه‌گذاری قابل قبول باشد، اما برای برنامه‌های DeFi بلادرنگ بسیار کند است. وابستگی به تسلط ادامه‌دار استخراج بیت‌کوین هم یک نقطه قوت و هم یک آسیب‌پذیری است - اگر بیت‌کوین به اثبات سهام انتقال یابد (همانطور که اتریوم انجام داد)، کل ارزش پیشنهادی بابلون از بین می‌رود. با این حال، قضیه امنیت رمزاقتصادی نمایانگر نوآوری واقعی است، قابل مقایسه با تفکر پیشرفته‌ای که در مقاله اصلی Tendermint دیدیم.

بینش‌های قابل اجرا: برای زنجیره‌های اثبات سهامی که با معامله امنیت-نقدینگی دست و پنجه نرم می‌کنند، بابلون تسکین فوری ارائه می‌دهد - آنها می‌توانند دوره‌های قفل‌شدگی سهام را از هفته‌ها به ساعت‌ها کاهش دهند در حالی که در واقع امنیت را بهبود می‌بخشند. برای حداکثرگرایان بیت‌کوین، این یک جریان درآمدی جدید بدون هزینه‌های انرژی اضافی نشان می‌دهد. هیجان‌انگیزترین کاربرد ممکن است در پل‌های بین زنجیره‌ای باشد، جایی که زمان‌مهر بابلون می‌تواند از نوع هک‌های فاجعه‌باری که پروژه‌هایی مانند Wormhole و Poly Network را آزار داده است جلوگیری کند. این فقط تحقیق دانشگاهی نیست - این یک نقشه راه برای نسل بعدی زیرساخت بلاکچین قابل تعامل است.