Yaliyomo
1 Utangulizi
Teknolojia ya Blockchain imebadilisha mifumo iliyosambazwa kwa ahadi yake ya imani isiyo na kituo cha udhibiti na rekodi zisizobadilika. Hata hivyo, mifumo ya msingi ya makubaliano inayounga mkono mifumo kama Bitcoin na Ethereum inakabiliwa na mipaka ya msingi katika utekelezaji wa minyororo ya kibinafsi. Ugonjwa wa Blockchain unawakilisha udhaifu muhimu ambapo shughuli tegemezi huwa haiwezekani kutekelezwa kwa uhakika, hivyo kukiuka dhana ya msingi ya kutobadilika kwa blockchain.
Kiwango cha Kushindwa kwa Makubaliano
23%
Iliyozingatiwa katika majaribio ya msongo wa minyororo ya kibinafsi
Hatari ya Utegemezi wa Shughuli
Kubwa
Kwa shughuli za kifedha zenye hatua nyingi
2 Ugonjwa wa Blockchain
2.1 Ufafanuzi wa Tatizo
Ugonjwa wa Blockchain unajitokeza wakati Bob hawezi kutekeleza shughuli kulingana na hali ya sasa ya blockchain, licha ya makubaliano yanayoonekana. Hii hutokea kwa sababu blockchain zilizopo hazina dhamana za uhakiki wa usalama - hakuna uhakika kamili kwamba Alice kwa kwali alimtumia sarafu kwa Bob bila mifumo ya uthibitishaji ya nje.
2.2 Ulinganisho na Ugonjwa wa Paxos
Kufanana na ugonjwa wa Paxos katika nadharia ya mifumo iliyosambazwa, Ugonjwa wa Blockchain huzuia shughuli tegemezi kukamilika kwa uhakika. Hata hivyo, wakati ugonjwa wa Paxos unatokana na matatizo ya kupanga ujumbe, ugonjwa wa blockchain unatokea kutokana na makubaliano ya uwezekano na mifumo ya kutatua matawi.
3 Uchambuzi wa Kiufundi
3.1 Mfumo wa Usalama wa Makubaliano
Makubaliano ya kawaida ya blockchain hufanya kazi kwa usalama wa uwezekano badala ya dhamana za uhakiki. Uwezekano wa makubaliano unategemea uwasilishaji wa ujumbe na usambazaji wa nguvu ya kihisabati, na hivyo kuunda udhaifu asilia katika mazingira ya kibinafsi yaliyodhibitiwa.
3.2 Mfumo wa Kihisabati
Uwezekano wa usalama unaweza kuonyeshwa kwa kutumia mlinganyo ufuatao:
$P_{safe} = 1 - \sum_{k=0}^{\infty} \left(\frac{\lambda t}{\mu}\right)^k \frac{e^{-\lambda t}}{k!} \cdot \Phi(k, t)$
Ambapo $\lambda$ inawakilisha kiwango cha kufika kwa vitalu, $\mu$ usambazaji wa nguvu ya kuchimba, na $\Phi(k, t)$ kazi ya kutatua matawi kwa muda $t$.
4 Matokeo ya Majaribio
4.1 Utekelezaji wa Mnyororo wa Kibinafsi
Utekelezaji wetu huko NICTA/Data61 ulihusisha kupima msongo wa minyororo ya kibinafsi ya Ethereum chini ya hali zilizodhibitiwa. Tuliziona kuwa matawi yanaweza kudumu zaidi kuliko ilivyotabiriwa na miundo ya kinadharia, na kusababisha kutotuliana kwa makubaliano.
4.2 Urejeshaji wa Ugonjwa
Kupitia majaribio ya kimfumo, tulirejesha hali ya Ugonjwa wa Blockchain ambapo utegemezi wa shughuli ulishindwa mara kwa mara chini ya hali maalum za mgawanyiko wa mtandao. Matokeo yalionyesha kuwa:
- Kina cha matawi kilizidi mipaka ya kinadharia kwa 40%
- Uhakika wa makubaliano ulichukua muda mara 3.2 zaidi kuliko minyororo ya umma
- Kushindwa kwa utegemezi wa shughuli kulitokea katika 23% ya kesi za majaribio
5 Uchambuzi wa Kandarasi za Kidijitali
5.1 Kandarasi Zilizo na Udhaifu
Kandarasi za kawaida za njia za malipo na pochi za saini nyingi zilionekana kuwa na udhaifu hasa kwa Ugonjwa wa Blockchain. Utegemezi wa hali ya mnyororo kwa utekelezaji huunda hali za mashindano asilia.
5.2 Miundo Thabiti
Tulitengeneza miundo mbadala ya kandarasi iliyojumuisha ahadi za hali na uthibitishaji wa nje ili kupunguza hatari za ugonjwa. Miundo hii inatumia ahadi za kriptografia kulazimisha utegemezi wa shughuli bila kujali makubaliano ya mnyororo.
Mfumo wa Uchambuzi: Uelewa wa Msingi, Mwendo wa Kimantiki, Nguvu na Kasoro, Uelewa Unaotumika
Uelewa wa Msingi
Ugonjwa wa Blockchain unaonyesha kasoro ya msingi ya kubuni katika mifumo ya sasa ya blockchain: mifumo yao ya makubaliano ya uwezekano huunda kutokuwa na uhakika asilia ambacho huvunja utegemezi wa shughuli. Hili si jambo la kinadharia tu - ni udhaifu wa vitendo unaodhoofisha dhana ya msingi ya thamani ya blockchain kwa matumizi ya kifedha.
Mwendo wa Kimantiki
Ugonjwa hufuata mfuatano unaotabirika: makubaliano ya uwezekano → matawi ya muda → kutokuwa na uhakika wa hali → utegemezi uliovunjika. Tofauti na mifumo ya kawaida iliyosambazwa ambayo inapendelea usalama kuliko uhai, blockchain hujitoa usalama wa uhakiki kwa ajili ya utekelezaji wa vitendo, na hivyo kuunda mshikamano huu wa msingi.
Nguvu na Kasoro
Nguvu: Utafiti huu unatoa ushahidi halisi wa majaribio kutoka kwa utekelezaji halisi wa minyororo ya kibinafsi, na kuendelea zaidi ya uchambuzi wa kinadharia. Ulinganisho na ugonjwa wa Paxos unatoa uelewa muhimu wa kuvuka vikoa.
Kasoro: Karatasi hii haitoi umuhimu wa kimsingi wa tatizo hili - hili si suala la minyororo ya kibinafsi tu bali linaathiri minyororo ya umma wakati wa migawanyiko ya mtandao. Suluhisho za kandarasi za kidijitali zilizopendekezwa huongeza utata ambao unaweza kuanzisha njia mpya za mashambulio.
Uelewa Unaotumika
Makampuni lazima yatekeleze tabaka za ziada za uthibitishaji kwa shughuli tegemezi, na kuchukulia hali ya blockchain kama uwezekano badala ya jambo la uhakika. Watengenezaji wa kandarasi za kidijitali wanapaswa kujumuisha mifumo ya mwisho wa muda na vyombo vya uthibitishaji vya nje kwa shughuli muhimu za kifedha.
6 Matumizi ya Baadaye
Utatuzi wa udhaifu wa Ugonjwa wa Blockchain utawezesha utekelezaji wa kuaminika zaidi wa blockchain ya biashara. Maeneo muhimu ya matumizi ni pamoja na:
- Uwiano wa mnyororo wa usambazaji na utegemezi wa wahusika wengi
- Mifumo ya malipo ya kimataifa
- Kandarasi za kiotomatiki za derivatives
- Itifaki za bima zisizo na kituo cha udhibiti
Utafiti wa baadaye unapaswa kulenga mifumo mseto ya makubaliano inayochanganya mbinu za uwezekano na uhakiki, sawa na maendeleo ya hivi karibuni katika itifaki za Tendermint na HotStuff.
Uchambuzi wa Asili: Mipaka ya Msingi ya Makubaliano ya Blockchain
Utafiti wa Ugonjwa wa Blockchain unaonyesha mshikamano muhimu katika ubunifu wa mifumo iliyosambazwa ambao una athari kubwa kwa kupitishwa kwa blockchain ya biashara. Ingawa karatasi hii inalenga minyororo ya kibinafsi, suala la msingi linaathiri mifumo yote ya makubaliano ya uwezekano. Tatizo la msingi linatokana na matokeo ya kutowezekana kwa FLP - katika mitandao isiyolingana hata na mchakato mmoja ulio na hitilafu, makubaliano hayawezi kufikiwa kwa uhakika.
Kinachofanya utafiti huu kuwa wa thamani hasa ni mbinu yake ya kivitendo. Tofauti na karatasi za kinadharia zinazojadili mipaka ya makubaliano kwa njia ya kinadharia, waandishi kwa kweli waliteketeza minyororo ya kibinafsi ya Ethereum na kuipima msongo chini ya hali zilizodhibitiwa. Ugunduzi wao kwamba matawi yanaweza kudumu zaidi ya mipaka ya kinadharia na kwamba utegemezi wa shughuli unashindwa katika 23% ya kesi unapaswa kuwatia wasiwasi biashara yoyote inayozingatia blockchain kwa matumizi ya kifedha.
Kulinganisha hili na ugonjwa wa Paxos kunatoa muktadha muhimu. Kama ilivyoelezewa katika karatasi ya asili ya Paxos ya Lamport na uchambuzi unaofuata na watafiti wa Microsoft na Google, ugonjwa wa Paxos hutokea wakati upangaji wa ujumbe unavuta kutofautiana kwa muda. Hata hivyo, mifumo ya Paxos kwa kawaida hupendelea usalama - wangependa wasiachane na kuamua vibaya. Blockchain huchukua mbinu tofauti, hupendelea uhai na kukubali kutofautiana mara kwa mara ambayo hutatuliwa kupitia sheria za mnyororo mrefu.
Mfumo wa kihisabati uliowasilishwa, ingawa umerahisishwa, unafanana na utafiti wa hivi karibuni kutoka Kikundi cha Blockchain cha Stanford na Mpango wa Sarafu ya Dijiti wa MIT. Mlinganyo wa uwezekano wa usalama unashika mabadiliko muhimu kati ya viwango vya kufika kwa vitalu, usambazaji wa nguvu ya kuchimba, na utatuzi wa matawi. Hata hivyo, utekelezaji halisi wa ulimwengu mara nyingi hufanya kazi duni kuliko miundo ya kinadharia kwa sababu ya ucheleweshaji wa mtandao na mabaki ya utekelezaji.
Kwa kuangalia mbele, suluhisho lazima zihusishe mbinu mseto. Miradi kama mabadiliko ya Ethereum 2.0 kwa uthibitishaji wa hisa na mradi wa Libra ulioachwa na Facebook (sasa Diem) ilichunguza maboresho mbalimbali ya makubaliano. Uelewa muhimu kutoka kwa utafiti huu ni kwamba biashara haziwezi kuchukulia blockchain kama suluhisho la sanduku nyeusi - lazima zielewe mipaka ya makubaliano na zitekeleze ulinzi unaofaa kwa shughuli tegemezi.
7 Marejeo
- Lamport, L. (1998). The Part-Time Parliament. ACM Transactions on Computer Systems.
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Buterin, V. (2014). Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
- Gray, J. (1978). Notes on Data Base Operating Systems. IBM Research Report.
- Fischer, M., Lynch, N., & Paterson, M. (1985). Impossibility of Distributed Consensus with One Faulty Process. Journal of the ACM.
- Wood, G. (2014). Ethereum: A Secure Decentralised Generalised Transaction Ledger.
- Cachin, C., & Vukolić, M. (2017). Blockchain Consensus Protocols in the Wild. arXiv preprint.