فهرست مطالب
- 1 مقدمه
- 2 کارهای مرتبط
- 3 معماری بابل
- 4 تحلیل امنیتی
- 5 نتایج تجربی
- 6 جزئیات فنی
- 7 مثال چارچوب تحلیل
- 8 کاربردهای آینده
- 9 مراجع
- 10 تحلیل اصلی
1 مقدمه
اجماع اثبات کار (PoW) بیتکوین از طریق قدرت هش عظیم، امنیتی بینظیر فراهم میکند اما انرژی زیادی مصرف میکند. زنجیرههای اثبات سهام (PoS) بازدهی انرژی و نهاییسازی سریع ارائه میدهند اما با آسیبپذیریهای امنیتی اساسی مواجه هستند.
1.1 از اثبات کار به اثبات سهام
ماینرهای بیتکوین به طور جهانی تقریباً $1.4 \times 10^{21}$ هش در ثانیه محاسبه میکنند که امنیتی بیسابقه ایجاد میکند اما با هزینه انرژی فوقالعاده. پروتکلهای اثبات سهام مانند اتریوم 2.0، کاردانو و کازموس جایگزینهای بهینه انرژی با مکانیسمهای پاسخگویی ارائه میدهند.
1.2 مسائل امنیتی اثبات سهام
زنجیرههای اثبات سهام با سه آسیبپذیری حیاتی مواجه هستند: حملات برد بلند غیرقابل جریمه، حملات سانسور/توقف تراکنش و چالشهای راهاندازی اولیه ناشی از ارزشگذاری پایین توکن. محدودیت اساسی این است که حملات ایمنی اغلب نمیتوانند به طور مؤثر جریمه شوند.
2 کارهای مرتبط
رویکردهای قبلی برای امنیت اثبات سهام شامل نقطهگذاری اجماع اجتماعی، فرضیات ذهنیت ضعیف و مدلهای ترکیبی است. با این حال، این راهحلها به دورههای قفلشدگی طولانی سهام (مثلاً 21 روز در کازموس) نیاز دارند یا فرضیات اعتماد جدیدی معرفی میکنند.
3 معماری بابل
بابل قدرت هش بیتکوین را برای افزایش امنیت اثبات سهام از طریق استخراج ترکیبی مجدداً استفاده میکند و امنیت رمزنگاری بدون مصرف انرژی اضافی فراهم میکند.
3.1 سرویس زمانبندی با قابلیت دسترسی داده
بابل به زنجیرههای اثبات سهام امکان میدهد نقاط کنترل، اثبات تقلب و تراکنشهای سانسور شده را روی زنجیره بلوک بیتکوین زمانبندی کنند و لنگرهای امنیتی تغییرناپذیر ایجاد کنند.
3.2 استخراج ترکیبی با بیتکوین
با استفاده از زیرساخت استخراج موجود بیتکوین، بابل به هزینه انرژی اضافی صفر دست مییابد و در عین حال تضمینهای امنیتی در سطح بیتکوین برای زنجیرههای اثبات سهام فراهم میکند.
4 تحلیل امنیتی
4.1 قضیه امنیت قابل جریمه
قضیه امنیت رمزاقتصادی ثابت میکند که بابل تضمینهای ایمنی قابل جریمه فراهم میکند. مدل امنیتی نشان میدهد که یک مهاجم باید همزمان هم زنجیره اثبات سهام و هم قدرت استخراج بیتکوین را به خطر بیندازد.
4.2 تضمینهای فعالیت
بابل فعالیت پروتکل را از طریق نقاط کنترل زمانبندی شده که پیشرفت زنجیره را حتی در طول سانسور attempted امکانپذیر میکنند، تضمین میکند و از حملات توقف جلوگیری میکند.
5 نتایج تجربی
شبیهسازیها نشان میدهند که زنجیرههای اثبات سهام تقویت شده با بابل به امنیتی comparable با $1.4 \times 10^{21}$ هش/ثانیه بیتکوین با سربار انرژی صفر دست مییابند. سرویس زمانبندی قابلیت اجرای حملات برد بلند را در مقایسه با سیستمهای اثبات سهام مستقل 99.7% کاهش میدهد.
6 جزئیات فنی
مدل امنیتی از یک چارچوب تحمل خطای بیزانس استفاده میکند که در آن احتمال حمله موفق با این فرم محدود میشود: $P_{attack} \leq \frac{q}{n} \cdot e^{-\lambda t}$ که در آن $q$ سهام مهاجم، $n$ کل سهام، $\lambda$ نرخ هش بیتکوین و $t$ فاصله نقطه کنترل است.
7 مثال چارچوب تحلیل
یک زنجیره اثبات سهام با 10 میلیارد سهام کل را در نظر بگیرید. یک مهاجم 30% (3 میلیارد) را به دست میآورد اما نمیتواند حملات برد بلند را راهاندازی کند زیرا زمانبندی بابل نیاز به حمله همزمان به زیرساخت استخراج 15 میلیارد دلاری بیتکوین دارد که حملات را از نظر اقتصادی غیرممکن میکند.
8 کاربردهای آینده
بابل ارتباط بین زنجیرهای امن، کاهش دورههای قفلشدگی سهام از هفتهها به ساعتها و امنیت راهاندازی اولیه برای زنجیرههای اثبات سهام جدید را امکانپذیر میکند. این معماری از برنامههای مالی غیرمتمرکز (DeFi) که به امنیت در سطح بیتکوین با بازدهی اثبات سهام نیاز دارند، پشتیبانی میکند.
9 مراجع
- Buterin, V., & Griffith, V. (2019). Casper the Friendly Finality Gadget.
- Kwon, J. (2014). Tendermint: Consensus without Mining.
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Buterin, V. (2021). Why Proof of Stake.
- Kannan, S., et al. (2022). Cryptoeconomic Security for Proof-of-Stake.
10 تحلیل اصلی
بینش اصلی: بابل نشاندهنده تغییر پارادایم در معماری امنیت زنجیره بلوک است با تشخیص این که زیرساخت استخراج تثبیت شده بیتکوین یک کالای عمومی کماستفاده را نشان میدهد. بینش اساسی فقط فنی نیست - اقتصادی است: چرا امنیت را از ابتدا بازسازی کنیم وقتی میتوانیم از زیرساخت استخراج بیتکوین 15 میلیارد دلاری موجود استفاده کنیم؟ این رویکرد فلسفه معماری پشت پروتکلهایی مانند CycleGAN (Zhu et al., 2017) را منعکس میکند که نشان داد ساختارهای موجود میتوانند برای اهداف جدید بدون هزینههای آموزش اضافی مورد استفاده مجدد قرار گیرند.
جریان منطقی: این مقاله به طور سیستماتیک دوگانگی کاذب بین امنیت اثبات کار و بازدهی اثبات سهام را از بین میبرد. با شناسایی سه آسیبپذیری اساسی اثبات سهام که در خود اثبات سهام قابل حل نیستند - حملات برد بلند، مقاومت در برابر سانسور و مشکلات راهاندازی اولیه - نویسندگان ضرورت لنگرهای امنیتی خارجی را estable میکنند. فرمولبندی ریاضی که نشان میدهد هیچ پروتکل اثبات سهام خالصی نمیتواند بدون فرضیات اعتماد خارجی به ایمنی قابل جریمه دست یابد، به ویژه برای ارتدوکسی فعلی اثبات سهام ویرانگر است.
قوتها و ضعفها: قویترین سهم بابل قضیه امنیت رمزاقتصادی ظریف آن است که تضمینهای امنیتی قابل量化 ارائه میدهد که با مدل اثبات شده بیتکوین قابل مقایسه است. با این حال، این رویکرد محدودیتهای بیتکوین را به ارث میبرد - به ویژه زمان بلوک 10 دقیقهای آن که ممکن است برای برنامههای بلادرنگ مسائل تأخیر ایجاد کند. وابستگی به تسلط ادامهدار استخراج بیتکوین یک ریسک متمرکزسازی را نشان میدهد که با اخلاق غیرمتمرکز بسیاری از سیستمهای اثبات سهام در تضاد است.
بینشهای قابل اجرا: برای توسعهدهندگان زنجیره بلوک، بابل ارزش عملی فوری ارائه میدهد: زنجیرههای اثبات سهام جدید میتوانند امنیت را بدون مشکل مرغ و تخم مرغ سنتی جذب سهام کافی راهاندازی کنند. برای enterprises، این استقرارهای زنجیره بلوک امن را با امنیت اثبات شده در سطح بیتکوین در هزینههای انرژی اثبات سهام امکانپذیر میکند. امیدوارکنندهترین برنامه در امنیت بین زنجیرهای نهفته است - تصور کنید مناطق کازموس یا parachains پولکادات با قدرت هش بیتکوین ایمن شدهاند نه اقتصاد توکن بومی آنها. همانطور که در تحقیقات بنیاد اتریوم اشاره شده، مدلهای ترکیبی مرحله تکاملی بعدی در اجماع زنجیره بلوک را نشان میدهند و بابل ریاضیترین پیادهسازی rigorous تا به امروز را ارائه میدهد.