بابلون: تعزيز أمان إثبات الحصة من خلال إعادة استخدام تعدين البيتكوين

جدول المحتويات

• 1 المقدمة
  • 1.1 من إثبات العمل إلى إثبات الحصة
  • 1.2 مشكلات أمان إثبات الحصة
• 2 الأعمال ذات الصلة
• 3 هندسة بابلون
  • 3.1 خدمة الطابع الزمني متاحة البيانات
  • 3.2 التعدين المدمج مع البيتكوين
• 4 تحليل الأمان
  • 4.1 نظرية الأمان القابلة للتجزئة
  • 4.2 ضمانات الاستمرارية
• 5 النتائج التجريبية
• 6 التفاصيل التقنية
• 7 مثال إطار التحليل
• 8 التطبيقات المستقبلية
• 9 المراجع
• 10 التحليل الأصلي

1 المقدمة

توفر آلية إجماع إثبات العمل (PoW) في البيتكوين أمانًا لا مثيل له من خلال قوة تجزئة هائلة، لكنها تستهلك طاقة مفرطة. تقدم سلاسل إثبات الحصة (PoS) كفاءة في استهلاك الطاقة ونهائية سريعة، لكنها تواجه ثغرات أمنية أساسية.

1.1 من إثبات العمل إلى إثبات الحصة

يحسب عمال مناجم البيتكوين حوالي $1.4 \times 10^{21}$ تجزئة في الثانية عالميًا، مما يخلق أمانًا غير مسبوق ولكن بتكلفة طاقة هائلة. تقدم بروتوكولات إثبات الحصة مثل Ethereum 2.0 وCardano وCosmos بدائل موفرة للطاقة مع آليات للمساءلة.

1.2 مشكلات أمان إثبات الحصة

تواجه سلاسل إثبات الحصة ثلاث ثغرات حرجة: هجمات النطاق الطويل غير القابلة للتجزئة، وهجمات الرقابة/التعطيل للمعاملات، وتحديات الانطلاق من تقييم منخفض للعملة. القيد الأساسي هو أن هجمات الأمان غالبًا لا يمكن تجزئتها بشكل فعال.

2 الأعمال ذات الصلة

تشمل الأساليب السابقة لأمان إثبات الحصة وضع نقاط تفتيش بالإجماع الاجتماعي، وافتراضات الذاتية الضعيفة، والنماذج الهجينة. ومع ذلك، تتطلب هذه الحلول فترات تمديد لقفل الحصة (مثل 21 يومًا في Cosmos) أو تقدم افتراضات ثقة جديدة.

3 هندسة بابلون

تعيد بابلون استخدام قوة التجزئة في البيتكوين لتعزيز أمان إثبات الحصة من خلال التعدين المدمج، مما يوفر أمانًا تشفيريًا دون استهلاك طاقة إضافي.

3.1 خدمة الطابع الزمني متاحة البيانات

تمكن بابلون سلاسل إثبات الحصة من وضع طابع زمني لنقاط التفتيش، وإثباتات الاحتيال، والمعاملات الخاضعة للرقابة على سلسلة كتل البيتكوين، مما يخلق مراسي أمان غير قابلة للتغيير.

3.2 التعدين المدمج مع البيتكوين

من خلال الاستفادة من بنية التعدين الحالية للبيتكوين، تحقق بابلون تكلفة طاقة إضافية صفرية مع توفير ضمانات أمان لمستوى البيتكوين لسلاسل إثبات الحصة.

4 تحليل الأمان

4.1 نظرية الأمان القابلة للتجزئة

تثبت نظرية الأمان الاقتصادي التشفيري أن بابلون توفر ضمانات أمان قابلة للتجزئة. يوضح نموذج الأمان أن المهاجم سيحتاج إلى اختراق سلسلة إثبات الحصة وقوة تعدين البيتكوين في وقت واحد.

4.2 ضمانات الاستمرارية

تضمن بابلون استمرارية البروتوكول من خلال منع هجمات التعطيل عبر نقاط التفتيش المؤقتة التي تمكن تقدم السلسلة حتى أثناء محاولات الرقابة.

5 النتائج التجريبية

تظهر المحاكاة أن سلاسل إثبات الحصة المعززة ببابلون تحقق أمانًا مماثلًا لـ $1.4 \times 10^{21}$ تجزئة/ثانية للبيتكوين مع حمل طاقة صفري. تقلل خدمة الطابع الزمني من جدوى هجمات النطاق الطويل بنسبة 99.7% مقارنة بأنظمة إثبات الحصة المستقلة.

6 التفاصيل التقنية

يستخدم نموذج الأمان إطار تحمل الخطأ البيزنطي حيث يتم تحديد احتمالية الهجوم الناجح بـ: $P_{attack} \leq \frac{q}{n} \cdot e^{-\lambda t}$ حيث $q$ هي حصة الخصم، $n$ هي إجمالي الحصة، $\lambda$ هي معدل تجزئة البيتكوين، و $t$ هي فترة نقطة التفتيش.

7 مثال إطار التحليل

لنفترض سلسلة إثبات حصة بإجمالي حصة 10 مليار دولار. يكتسب المهاجم 30% (3 مليار دولار) لكنه لا يستطيع شن هجمات نطاق طويل لأن الطابع الزمني في بابلون يتطلب مهاجمة بنية التعدين بقيمة 15 مليار دولار للبيتكوين في وقت واحد، مما يجعل الهجمات غير مجدية اقتصاديًا.

8 التطبيقات المستقبلية

تمكن بابلون الاتصال الآمن بين السلاسل، وتقليل فترات قفل الحصة من أسابيع إلى ساعات، وأمان الانطلاق لسلاسل إثبات الحصة الجديدة. تدعم الهندسة تطبيقات التمويل اللامركزي (DeFi) التي تتطلب أمانًا بمستوى البيتكوين مع كفاءة إثبات الحصة.

9 المراجع

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. Kannan, S., et al. (2022). Cryptoeconomic Security for Proof-of-Stake.

10 التحليل الأصلي

الفكرة الأساسية: تمثل بابلون تحولًا نمطيًا في هندسة أمان سلسلة الكتل من خلال إدراك أن بنية التعدين الراسخة للبيتكوين تمثل منفعة عامة غير مستغلة بالكامل. البصيرة الأساسية ليست تقنية فحسب - بل اقتصادية: لماذا نعيد بناء الأمان من الصفر عندما يمكننا الاستفادة من بنية تعدين البيتكوين الحالية بقيمة 15 مليار دولار؟ يعكس هذا النهج الفلسفة المعمارية وراء بروتوكولات مثل CycleGAN (Zhu et al., 2017)، والتي أظهرت أنه يمكن إعادة توظيف الهياكل الحالية لأهداف جديدة دون تكاليف تدريب إضافية.

التسلسل المنطقي: يحلل البحث بشكل منهجي الانقسام الزائف بين أمان إثبات العمل وكفاءة إثبات الحصة. من خلال تحديد ثلاث ثغرات أساسية في إثبات الحصة لا يمكن حلها داخل إثبات الحصة نفسه - هجمات النطاق الطويل، ومقاومة الرقابة، ومشاكل الانطلاق - يؤسس المؤلفون ضرورة مراسي الأمان الخارجية. الصياغة الرياضية التي تظهر أنه لا يمكن لأي بروتوكول إثبات حصة خالص تحقيق أمان قابل للتجزئة دون افتراضات ثقة خارجية هي مدمرة بشكل خاص للعقيدة الحالية لإثبات الحصة.

نقاط القوة والضعف: أقوى مساهمة لبابلون هي نظريتها الأنيقة للأمان الاقتصادي التشفيري، والتي توفر ضمانات أمان قابلة للقياس مماثلة لنموذج البيتكوين المثبت. ومع ذلك، يرث النهج قيود البيتكوين - خاصة أوقات الكتلة البالغة 10 دقائق، والتي قد تخلق مشاكل في زمن الوصول للتطبيقات في الوقت الفعلي. يمثل الاعتماد على هيمنة التعدين المستمرة للبيتكوين خطر مركزية يتناقض مع روح اللامركزية للعديد من أنظمة إثبات الحصة.

رؤى قابلة للتطبيق: لمطوري سلسلة الكتل، تقدم بابلون قيمة عملية فورية: يمكن لسلاسل إثبات الحصة الجديدة بدء الأمان دون مشكلة الدجاجة والبيضة التقليدية لجذب حصة كافية. بالنسبة للشركات، يتيح هذا نشر سلاسل كتل آمنة بأمان مثبت بمستوى البيتكوين بتكاليف طاقة إثبات الحصة. التطبيق الأكثر promise يكمن في الأمان بين السلاسل - تخيل مناطق Cosmos أو parachains Polkadot مؤمنة بقوة تجزئة البيتكوين بدلاً من اقتصاديات عملاتها الأصلية. كما لوحظ في بحث مؤسسة Ethereum، تمثل النماذج الهجينة الخطوة التطورية التالية في إجماع سلسلة الكتل، وتوفر بابلون التطبيق الأكثر دقة رياضياً حتى الآن.