البيتكوين كمعيار نقدي بين الكواكب مع ختم زمني لإثبات العبور

جدول المحتويات

1. المقدمة

تستكشف هذه الورقة البحثية جدوى تأسيس البيتكوين كمعيار نقدي مشترك بين الأرض والمريخ، معالجةً التحديات العميقة التي تفرضها الاتصالات بين الكواكب. يتراوح زمن الضوء في الاتجاه الواحد (OWLT) بين الكوكبين من 3 إلى 22 دقيقة، مع اتصال متقطع وانقطاعات. تجعل هذه القيود الفعلية عملية تعدين البيتكوين المتزامنة غير عملية، لكنها تترك مجالًا للتحقق غير المتزامن، والمدفوعات المحلية، والتسوية. يقدم العمل أداة تشفيرية مبتكرة، وهي ختم زمني لإثبات العبور (PoTT)، لإنشاء مسارات تدقيق قابلة للكشف عن العبث لبيانات البيتكوين التي تعبر هذه الروابط عالية الكمون وعرضة للانقطاع.

2. الإسهامات الأساسية

الإسهامات الأساسية للورقة هي:

• بنية البيتكوين بين الكواكب: تصميم واعٍ للفيزياء يحافظ على معاملات طبقة البيتكوين الأساسية (زمن الكتلة 10 دقائق، الحد الأقصى 21 مليون) مع تمكين التشغيل الموثوق عبر الوحدات الفلكية (AU).
• ختم زمني لإثبات العبور (PoTT): أداة مبتكرة توفر دليلًا تشفيريًا غير قابل للإنكار على وقت دخول البيانات وخروجها من رابط عالي الكمون، مما يخلق مسار تدقيق للمساءلة.
• التكرار بالأولوية للرؤوس: تحسين يتم فيه إعطاء الأولوية لنشر رؤوس الكتل، مما يسمح بالتحقق من طرف السلسلة بشكل أسرع قبل وصول بيانات الكتلة الكاملة.
• سياسة شبكة البرق الواعية بالكمون: تحديد معلمات `cltv_expiry_delta` في شبكة البرق وأقفال الوقت الأخرى لمراعاة أوقات الذهاب والإياب بين الكواكب (RTTs)، ومنع إغلاق القنوات قبل الأوان.
• قنوات التسوية: تحليل لنموذجين للتسوية النهائية: 1) اتحاد قوي (موثوق، على المدى القريب) و 2) سلاسل التزام مُعدَّنة بالدمج الأعمى (BMM) (تقليل الثقة، على المدى الطويل).

3. أحدث التقنيات والأسس

يستند العمل إلى عدة مجالات رئيسية:

• شبكات متسامحة مع التأخير/الانقطاع (DTN): تحديدًا بروتوكول الحزم الإصدار 7 (BPv7) وامتداده الأمني (BPSec)، المصمم للاتصال غير المتزامن والتخزين والإعادة في البيئات الصعبة.
• التشبيك الفضائي: أطر عمل مثل LunaNet التابع لناسا وMoonlight التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي توفر مخططات معمارية للاتصالات القمرية، تم توسيعها هنا إلى نطاق بين الكواكب.
• نظرية البيتكوين وشبكة البرق: أعمال سابقة حول أمان أقفال الوقت وقنوات الدفع، والتي يجب إعادة تقييمها في ظل كمونات تمتد لعدة دقائق.
• تحليل البيتكوين النسبي: اقترحت مقترحات مبكرة قياس الفاصل الزمني العالمي للكتلة في البيتكوين مع المسافة للحفاظ على عدالة التعدين. ترفض هذه الورقة هذا النهج، وتختار الحفاظ على إجماع الطبقة الأساسية دون تغيير.

4. نموذج النظام والافتراضات

يفترض النموذج الاتصال داخل المنطقة الصالحة للسكن حول النجم (CHZ)، مع اعتبار حالة الأرض والمريخ هي الحالة النموذجية. تشمل المعلمات الرئيسية:

• OWLT: 3-22 دقيقة (متغير).
• اتصال متقطع بسبب دوران الكواكب، وميكانيكا المدارات، والاقترانات الشمسية.
• استخدام مجموعات الأقمار الصناعية الضوئية في المدار الأرضي المنخفض (LEO) كمرحلات بيانات موثوقة.
• عُقد إعادة توجيه صادقة لكن فضولية أو معتدلة العدائية داخل شبكة DTN.
• قواعد إجماع البيتكوين تظل مقدسة وغير معدلة.

5. ختم زمني لإثبات العبور (PoTT)

PoTT هو الابتكار الأساسي. إنه إيصال تشفيري يتم إنشاؤه عندما تدخل حزمة بيانات (مثل معاملة بيتكوين أو رأس كتلة) رابطًا عالي الكمون. يتضمن الإيصال:

• تجزئة (Hash) للحِمل المفيد للبيانات.
• ختم زمني للدخول (من منارة زمنية موثوقة، مثل قمر صناعي لنظام GPS أو إشارة ساعة ذرية أرضية).
• توقيع رقمي من عقدة الدخول.
• وقت عبور متوقع أو التزام بختم زمني للخروج.

عند الخروج، توفر عقدة الخروج توقيعًا وختمًا زمنيًا مطابقين. توفر سلسلة الإيصالات الموقعة مسار تدقيق غير قابل للتغيير، مما يثبت أن البيانات كانت في حالة عبور خلال فترة الكمون المزعومة. هذا يخفف من مشاكل المساءلة حيث يمكن لمرحلة إعادة توجيه خبيثة أن تدعي أن التأخير المفرط كان بسبب "الفيزياء" وليس بسبب سوء تصرفها الخاص.

6. البنية من طرف إلى طرف

تدمج البنية المقترحة مكونات متعددة:

1. طبقة النقل: DTN (BPv7/BPSec) مع امتدادات PoTT توفر العمود الفقري للتخزين والإعادة.
2. نشر البيانات: يسمح التكرار بالأولوية للرؤوس للعُقد المريخية بالتحقق بسرعة من إثبات العمل للكتل الأرضية الجديدة، وتحديث رؤيتها لطرف السلسلة قبل وصول الكتلة الكاملة (مع المعاملات).
3. قنوات الدفع: يتم إنشاء قنوات شبكة البرق مع زيادة هائلة في قيم `cltv_expiry_delta`. تأخذ الصيغة في الاعتبار أقصى OWLT، والتذبذب ($J$)، وهامش الأمان ($\Delta_{extra}^{CLTV}$): $CLTV_{delta} = 2 \times OWLT_{max} + J + \Delta_{extra}^{CLTV}$. يتم تحويل هذا إلى عدد كتل باستخدام زمن الكتلة البالغ 10 دقائق في البيتكوين.
4. أبراج المراقبة: تراقب أبراج المراقبة الكوكبية (على المريخ) حالات القنوات لمعاقبة الاحتيال، حيث ستكون أبراج المراقبة الأرضية غير فعالة بسبب الكمون.
5. التسوية: يُقترح نموذجان:
   • الاتحاد القوي: اتحاد متعدد التوقيعات على المريخ يحفظ رصيد بيتكوين مربوط بنسبة 1:1، ويصدر أصولًا محلية للتسوية السريعة. موثوق ولكنه عملي للمستعمرات المبكرة.
   • سلسلة التزام مُعدَّنة بالدمج الأعمى (BMM): سلسلة جانبية حيث يلتزم المعدنون بكتل البيتكوين دون رؤية بيانات السلسلة الجانبية، مما يوفر طبقة تسوية أقوى مع تقليل الثقة إذا نضجت التكنولوجيا.

7. تحليل الأمان

يعتمد أمان PoTT على سلامة نظام المنارة الزمنية. إذا تم اختراق منارة الوقت المصدر (الأرض) والوجهة (المريخ) معًا، فإن PoTT يتحول إلى "ادعاءات إدارية" بدلاً من كونه دليلًا تشفيريًا. تقدم الورقة ملفات تعريف للتحقق:

• التحقق الكامل: للتسويات الكبيرة، التحقق من سلسلة PoTT بأكملها والمقارنة المرجعية مع مصادر زمنية مستقلة.
• التحقق العشوائي: للمدفوعات الأصغر، التحقق الاحتمالي من مجموعة فرعية من إيصالات PoTT لردع الاحتيال.

لا تغير البنية نموذج الأمان الأساسي للبيتكوين. لا تزال هجمات الإنفاق المزدوج تتطلب 51% من معدل التجزئة على الأرض. ناقل الهجوم الجديد الأساسي هو تقويض مصدر الوقت، وهو ما يجعل PoTT واضحًا.

8. خارطة الطريق التشغيلية

يتصور النشر على مراحل:

1. المرحلة 1 (تجريبية): نشر عُقد DTN مع PoTT على روابط الأرض-LEO-القمر لاختبار البروتوكولات وتحمل الكمون.
2. المرحلة 2 (المريخ المبكر): إنشاء نظام تسوية اتحاد قوي لقاعدة مريخية صغيرة. استخدام التكرار بالأولوية للرؤوس وعقود مؤقتة بسيطة.
3. المرحلة 3 (المستعمرة الناضجة): الانتقال إلى سلسلة التزام BMM للتسوية إذا تم إثبات التكنولوجيا واعتمادها على الأرض، والتحول نحو نموذج أكثر لامركزية.

9. الخاتمة

توضح الورقة أن البيتكوين يمكن أن يعمل كمعيار نقدي بين الكواكب دون تعديل قواعد الإجماع الأساسية الخاصة به. من خلال تقديم ختم زمني لإثبات العبور (PoTT) وتكيف بروتوكولات الطبقات العليا (شبكة البرق، السلاسل الجانبية) لمراعاة الكمون، فإن نظامًا عمليًا للتحقق والمدفوعات والتسوية بين الأرض والمريخ أمر ممكن. يظل الأساس النقدي للأرض (L1) دون مساس، مما يحافظ على ندرته، بينما يدير المريخ اقتصادًا مربوطًا محليًا.

10. منظور المحلل

الفكرة الأساسية: هذه ليست مجرد ورقة بحثية عن الشبكات؛ إنها تجربة فكرية عميقة في السيادة النقدية ومرونة النظام. المؤلفون لا يحلون مجرد مشكلة كمون—إنهم يحاولون حماية "جوهر" البيتكوين "غير القابل للتغيير" ضد واقع فيزيائي (المسافة بين الكواكب) يكسر افتراضاته المتزامنة بشكل أساسي. الابتكار الحقيقي هو PoTT، الذي يعيد صياغة الكمون من نقطة ضعف إلى أصل قابل للتحقق والتدقيق. إنه مثال كلاسيكي على المثل القائل "لا تحارب الفيزياء، بل قِسها".

التدفق المنطقي: الحجة متكررة بأناقة. ابدأ بقواعد البيتكوين الثابتة. واجه الاستحالة الفيزيائية للإجماع المتزامن عبر دقائق الضوء. بدلاً من كسر القواعد (وهو أمر غير مقبول لمستخدمي البيتكوين)، قم ببناء طبقة مساءلة (PoTT) فوق طبقة نقل متسامحة (DTN). ثم قم بتكيف طبقات التوسع الحالية (شبكة البرق، السلاسل الجانبية) للعمل داخل هذه البيئة الجديدة الخاضعة للمساءلة ولكن غير المتزامنة. المنطق محكم: احفظ الطبقة الأساسية المقدسة، وابتكر بقوة في الطبقات العليا المرنة.

نقاط القوة والضعف: قوتها تكمن في نهجها العملي الطبقي الذي يحترم الحقائق السياسية والأمنية للبيتكوين. يظهر استخدام معايير DTN (BPv7) والنشر المرحلي الواضح تفكيرًا هندسيًا واقعيًا. ومع ذلك، فإن العيب الصارخ هو افتراض الثقة في المنارة الزمنية. كما يعترف المؤلفون، فإن مصدر الوقت المخترق يحول PoTT إلى مجرد مسرحية. مقترحات مزامنة الوقت اللامركزية في الفضاء، مثل استخدام إشارات النجوم النابضة، لا تزال في مهدها. علاوة على ذلك، فإن نموذج "الاتحاد القوي" للمريخ المبكر هو حبة مريرة لمعظمي اللامركزية—إنه في الأساس بنك موثوق، ضرورة تسلط الضوء على التوتر بين المثالية والواقع العملي الاستعماري.

رؤى قابلة للتنفيذ: بالنسبة لمطوري البرامج على الأرض، فإن مفاهيم التكرار بالأولوية للرؤوس والمحاسبة الصريحة للكمون في شبكة البرق قابلة للتطبيق فورًا على الروابط الأرضية عالية الكمون (مثل الإنترنت عبر الأقمار الصناعية). يجب أن يلاحظ المنظمون التصنيف الواضح للورقة: بيتكوين الأرض لم يتغير، بينما يستخدم المريخ نظامًا مربوطًا. هذا يخلق فصلًا نظيفًا بين الاختصاصات والسياسة النقدية. بالنسبة لوكالات الفضاء، يوفر هذا حالة استخدام ملموسة ومجموعة متطلبات لإنترنت الفضاء من الجيل التالي (مثل SCaN التابع لناسا) تتجاوز القياس عن بُعد، وتركز على تدفقات البيانات الاقتصادية. الدعوة لتوحيد PoTT داخل مجموعة عمل IETF لـ DTN هي الخطوة الحاسمة التالية.

11. التفاصيل والصيغ التقنية

تتضمن المعلمة الرئيسية حساب أقفال الوقت في شبكة البرق. يتم اشتقاق `cltv_expiry_delta` المطلوب بالكتل من أقصى وقت ذهاب وإياب (RTT):

$\text{CLTV}_{\text{blocks}} = \left\lceil \frac{2 \times \text{OWLT}_{\text{max}} + J + \Delta_{\text{extra}}^{\text{CLTV}}}{600 \text{ seconds}} \right\rceil$

حيث:

• $\text{OWLT}_{\text{max}}$ = أقصى زمن ضوء في اتجاه واحد (مثال: 1320 ثانية لـ 22 دقيقة).
• $J$ = بدل التذبذب في الشبكة (مثال: 300 ثانية).
• $\Delta_{\text{extra}}^{\text{CLTV}}$ = هامش أمان لحل النزاعات (مثال: 144 كتلة = 1 يوم).
• المقام 600 ثانية = زمن الكتلة البالغ 10 دقائق في البيتكوين.

لقناة محافظة بين الأرض والمريخ مع OWLT مدته 22 دقيقة، يمكن أن يتجاوز `cltv_expiry_delta` بسهولة 1000 كتلة (~أسبوع)، مما يغير بشكل أساسي اقتصاديات سيولة القناة.

12. النتائج التجريبية والرسوم البيانية

تشير الورقة إلى رسمين بيانيين مفهوميين رئيسيين:

1. الشكل 3: تحويل CLTV إلى كتل: يعرض هذا المخطط بيانيًا دورة الاقتران بين الأرض والمريخ (OWLT من 3 إلى 22 دقيقة) على خط زمني لأطوال كتل البيتكوين. يوضح كيف يتضخم دلتا CLTV المطلوب بالكتل أثناء الاقتران الأعلى (عندما تكون الكواكب على جانبي الشمس المتقابلين). هذه ليست بيانات تجريبية ولكنها تصور حاسم لقيد التصميم.
2. الشكل 4: إرفاق بيانات وصفية لـ PoTT: يوضح هذا الرسم البياني مكدس البروتوكول، ويبين مكان إرفاق البيانات الوصفية لـ PoTT (أختام زمنية للدخول/الخروج، تواقيع) بحزم BPv7 التي تحمل بيانات البيتكوين (رؤوس، معاملات، تحديثات شبكة البرق). يوضح الطبقات: بيانات تطبيق البيتكوين مغلفة في حزمة DTN معززة بـ PoTT للنقل بين الكواكب.

الجانب "التجريبي" هو التحقق الرسمي من خصائص أمان بروتوكول PoTT والمسح الشامل للمعاملات لقيم CLTV تحت ظروف مدارية مختلفة.

13. مثال على إطار التحليل

الحالة: تقييم مخاطر التسوية النهائية لمنشأة تعدين مريخية.

1. تحديد المعلمات:
- الأصل: كشوف المرتبات الشهرية (ما يعادل 10 BTC).
- نموذج التسوية: المرحلة 2 - الاتحاد القوي.
- التهديد: إعسار مشغل الاتحاد أو الاحتيال.

2. تطبيق إطار عمل PoTT:
- تتلقى المنشأة مطالبة بمعاملة "ربط داخلي" من الأرض.
- بدلاً من الوثوق بالمطالبة، تطلب مسار تدقيق PoTT لحزمة معاملة BTC المقابلة المنشأ من الأرض.
- خطوات التحقق:

1. التحقق من توقيع الدخول من بوابة DTN أرضية معروفة.
2. التحقق من ختم وقت الدخول مقابل تغذية مستقلة من إشارة وقت شبكة الفضاء العميق التابعة لناسا.
3. حساب وقت العبور المتوقع بناءً على بيانات التقويم الفلكي المنشورة لذلك التاريخ.
4. التحقق من توقيع الخروج من محطة إعادة توجيه المريخ.
5. تأكيد أن ختم وقت الخروج يتوافق مع نافذة الوصول المتوقعة.

3. تسجيل المخاطر:
- إذا تم التحقق من سلسلة PoTT وتوافقت الأختام الزمنية ضمن التذبذب المتوقع: مخاطر منخفضة. يمكن قبول التسوية محليًا.
- إذا كانت تواقيع PoTT صالحة ولكن الأختام الزمنية غير متسقة مع التقويم الفلكي: مخاطر متوسطة. وضع علامة للتحقيق؛ احتمال وجود مشكلة في المنارة الزمنية.
- إذا كانت سلسلة PoTT مفقودة أو التواقيع غير صالحة: مخاطر عالية. رفض التسوية؛ بدء نزاع مع الاتحاد.

يحول هذا الإطار الثقة من ادعاء الاتحاد إلى الفيزياء القابلة للتحقق لقناة الاتصال.

14. التطبيقات المستقبلية والاتجاهات

تمتد الآثار إلى ما هو أبعد من المريخ:

• الاقتصاد حول القمر: أرض الاختبار الفورية. يمكن لـ PoTT وشبكة البرق الواعية بالكمون تمكين المدفوعات في الوقت الفعلي بين القواعد القمرية والمحطات المدارية والأرض، باستخدام OWLT البالغ ~1.3 ثانية كنموذج أولي يمكن إدارته.
• إدارة الأصول في الفضاء العميق: يمكن للمسبارات المستقلة أو طائرات التعدين بدون طيار في حزام الكويكبات استخدام هذا النظام للمعاملات الصغيرة لدفع ثمن خدمات إعادة توجيه البيانات أو الوقود، مع تسوية مجمعة على فترات طويلة.
• المرونة الأرضية: التكنولوجيا قابلة للتطبيق مباشرة على شبكات DTN الأرضية للتعافي من الكوارث، أو شبكات الاستشعار عن بُعد، أو الاتصالات تحت الماء، حيث يكون الاتصال متقطعًا.
• الوقت اللامركزي: أكبر حدود البحث هو استبدال منارات الوقت الموثوقة بإجماع لامركزي على الوقت. يمكن أن يغلق البحث في استخدام ساعات الجسيمات المتشابكة كميًا أو الإجماع من الأحداث السماوية (مثل وصول نبضات النجوم النابضة) في النهاية الثغرة الرئيسية للثقة في PoTT. يوفر عمل Kapitza et al. حول مزامنة الساعة المتسامحة مع أخطاء بيزنطة في الشبكات غير المتزامنة نقطة انطلاق نظرية.
• قنوات بين كواكبية متعددة الأطراف: يمكن للعمل المستقبلي تصميم مصانع قنوات شبكة البرق التي تشمل أطرافًا على الأرض والمريخ ومحطة فضائية، مع HTLCs معقدة متعددة القفزات تأخذ في الاعتبار كمونات مختلفة في كل مرحلة.

15. المراجع

1. Z. Wilcox, "Blind Merged Mining: A Protocol for Trustless Interoperability between Blockchains," 2021.
2. M. Moser et al., "Sidechains and interoperability," in Blockchain and Cryptocurrencies, 2022.
3. NASA JPL, "Horizons System / SPICE Ephemerides," https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons/.
4. S. Nakamoto, "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System," 2008.
5. J. Garay et al., "The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications," in EUROCRYPT, 2015. (Early work analyzing consensus under delay).
6. IETF, "RFC 2119: Key words for use in RFCs to Indicate Requirement Levels," 1997.
7. IETF, "RFC 8174: Ambiguity of Uppercase vs Lowercase in RFC 2119 Key Words," 2017.
8. CCSDS, "Bundle Protocol Version 7 (BPv7)," CCSDS 734.2-B-1, 2022.
9. P. Kapitza et al., "CheapBFT: Resource-efficient Byzantine Fault Tolerance," in Proceedings of the 7th ACM European Conference on Computer Systems, 2012. (Relevant for decentralized time consensus).
10. J. Poon & T. Dryja, "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments," 2016.