بیت‌کوین به عنوان استاندارد پولی بین‌سیاره‌ای همراه با زمان‌بندی مبتنی بر اثبات ترانزیت

فهرست مطالب

1. مقدمه

این مقاله امکان‌سنجی برقراری بیت‌کوین به عنوان یک استاندارد پولی مشترک بین زمین و مریخ را بررسی می‌کند و چالش‌های عمیق ناشی از ارتباطات بین‌سیاره‌ای را مورد توجه قرار می‌دهد. زمان یک‌طرفه نور (OWLT) بین دو سیاره از ۳ تا ۲۲ دقیقه متغیر است و با اتصال متناوب و قطعی‌های ارتباطی همراه است. این محدودیت‌های فیزیکی، استخراج همگام بیت‌کوین را غیرعملی می‌سازد، اما فضایی برای تأیید ناهمگام، پرداخت‌های محلی و تسویه باقی می‌گذارد. این کار یک ابتکار رمزنگاری نوین به نام «زمان‌بندی مبتنی بر اثبات ترانزیت» (PoTT) را معرفی می‌کند تا مسیرهای حسابرسی آشکارکننده دستکاری برای داده‌های بیت‌کوینی که از این پیوندهای با تأخیر بالا و مستعد اختلال عبور می‌کنند، ایجاد کند.

2. مشارکت‌های اصلی

مشارکت‌های اصلی مقاله عبارتند از:

• معماری بیت‌کوین بین‌سیاره‌ای: یک طراحی آگاه از فیزیک که پارامترهای لایه پایه بیت‌کوین (زمان بلاک ۱۰ دقیقه‌ای، سقف ۲۱ میلیونی) را حفظ می‌کند و در عین حال عملکرد قابل اطمینان در فواصل نجومی (AU) را ممکن می‌سازد.
• زمان‌بندی مبتنی بر اثبات ترانزیت (PoTT): یک ابتکار نوین که اثبات رمزنگاری‌شده و غیرقابل انکار از زمان ورود و خروج داده به یک پیوند با تأخیر بالا ارائه می‌دهد و یک مسیر حسابرسی برای پاسخگویی ایجاد می‌کند.
• تکثیر اولیه‌سرآیند: یک بهینه‌سازی که در آن سرآیندهای بلاک برای انتشار اولویت‌دار می‌شوند و امکان تأیید سریع‌تر نوک زنجیره قبل از رسیدن داده‌های کامل بلاک را فراهم می‌کنند.
• سیاست لایتنینگ آگاه از تأخیر: پارامترسازی `cltv_expiry_delta` شبکه لایتنینگ و سایر قفل‌های زمانی برای در نظر گرفتن زمان‌های رفت و برگشت بین‌سیاره‌ای (RTTs) و جلوگیری از بسته شدن زودهنگام کانال.
• راه‌های تسویه: تحلیل دو مدل برای تسویه نهایی: ۱) یک فدراسیون قوی (مورد اعتماد، کوتاه‌مدت) و ۲) زنجیره‌های تعهدی استخراج ادغامی کور (BMM) (کاهش‌یافته از اعتماد، بلندمدت).

3. وضعیت فعلی و مبانی

این کار بر چند حوزه کلیدی استوار است:

• شبکه‌بندی تحمل‌پذیر تأخیر/اختلال (DTN): به طور خاص پروتکل بسته نسخه ۷ (BPv7) و افزونه امنیتی آن (BPSec) که برای ارتباط ناهمگام و ذخیره و ارسال در محیط‌های چالش‌برانگیز طراحی شده‌اند.
• اینترنت‌بندی فضایی: چارچوب‌هایی مانند LunaNet ناسا و Moonlight آژانس فضایی اروپا که نقشه‌های معماری برای ارتباطات ماه ارائه می‌دهند و در اینجا به مقیاس بین‌سیاره‌ای گسترش یافته‌اند.
• تئوری بیت‌کوین و لایتنینگ: کارهای قبلی در مورد امنیت قفل‌های زمانی و کانال‌های پرداخت، که باید تحت تأخیرهای چند دقیقه‌ای مجدداً ارزیابی شوند.
• تحلیل نسبیتی بیت‌کوین: پیشنهادات اولیه افزایش فاصله بلاک جهانی بیت‌کوین متناسب با فاصله برای حفظ انصاف استخراج را مطرح کردند. این مقاله آن رویکرد را رد می‌کند و ترجیح می‌دهد اجماع لایه پایه را تغییر ندهد.

4. مدل سیستم و مفروضات

مدل، ارتباط درون منطقه قابل سکونت پیرامون ستاره (CHZ) را با مورد متعارف زمین-مریخ فرض می‌کند. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• OWLT: ۳ تا ۲۲ دقیقه (متغیر).
• اتصال متناوب به دلیل چرخش سیاره‌ای، مکانیک مداری و مقارنه‌های خورشیدی.
• استفاده از صورت‌های فلکی مش مشبک نوری مدار پایین زمین (LEO) به عنوان تکرارکننده‌های داده قابل اطمینان.
• گره‌های تکرارکننده صادق-اما-کنجکاو یا با دشمنی متوسط درون DTN.
• قوانین اجماع بیت‌کوین مقدس و تغییرناپذیر باقی می‌مانند.

5. زمان‌بندی مبتنی بر اثبات ترانزیت (PoTT)

PoTT نوآوری اصلی است. این یک رسید رمزنگاری‌شده است که وقتی یک بسته داده (مثلاً یک تراکنش بیت‌کوین یا سرآیند بلاک) وارد یک پیوند با تأخیر بالا می‌شود، تولید می‌شود. رسید شامل موارد زیر است:

• هش محموله داده.
• برچسب زمان ورود (از یک فانوس زمانی مورد اعتماد، مثلاً یک ماهواره GPS یا سیگنال ساعت اتمی زمینی).
• امضای دیجیتال از گره ورودی.
• زمان ترانزیت مورد انتظار یا تعهد برچسب زمان خروج.

در هنگام خروج، گره خروجی امضا و برچسب زمان متناظر را ارائه می‌دهد. دنباله رسیدهای امضا شده یک مسیر حسابرسی تغییرناپذیر ارائه می‌دهد و ثابت می‌کند که داده در طول دوره تأخیر ادعا شده در حال ترانزیت بوده است. این امر مشکلات پاسخگویی را کاهش می‌دهد که در آن یک تکرارکننده مخرب می‌توانست ادعا کند تأخیر بیش از حد ناشی از «فیزیک» بوده است، نه خطای خودش.

6. معماری سرتاسری

معماری پیشنهادی چندین مؤلفه را یکپارچه می‌کند:

1. لایه انتقال: DTN (BPv7/BPSec) با افزونه‌های PoTT ستون فقرات ذخیره و ارسال را فراهم می‌کند.
2. انتشار داده: تکثیر اولیه‌سرآیند به گره‌های مریخی اجازه می‌دهد تا به سرعت اثبات کار بلاک‌های جدید زمینی را تأیید کنند و دیدگاه نوک زنجیره خود را قبل از رسیدن بلاک کامل (با تراکنش‌ها) به‌روز کنند.
3. کانال‌های پرداخت: کانال‌های لایتنینگ با مقادیر به شدت افزایش یافته `cltv_expiry_delta` برقرار می‌شوند. فرمول حداکثر OWLT، نوسان ($J$) و حاشیه ایمنی ($\Delta_{extra}^{CLTV}$) را در نظر می‌گیرد: $CLTV_{delta} = 2 \times OWLT_{max} + J + \Delta_{extra}^{CLTV}$. این با استفاده از زمان بلاک ۱۰ دقیقه‌ای بیت‌کوین به تعداد بلاک تبدیل می‌شود.
4. برج‌های مراقبت: برج‌های مراقبت سیاره‌ای (در مریخ) وضعیت کانال‌ها را برای جریمه تقلب نظارت می‌کنند، زیرا برج‌های مراقبت زمینی به دلیل تأخیر بی‌اثر خواهند بود.
5. تسویه: دو مدل پیشنهاد شده است:
   • فدراسیون قوی: یک فدراسیون چندامضایی در مریخ موجودی بیت‌کوین با نرخ ثابت ۱:۱ را نگهداری می‌کند و دارایی‌های محلی برای تسویه سریع صادر می‌کند. مورد اعتماد اما عملی برای مستعمرات اولیه.
   • زنجیره تعهدی استخراج ادغامی کور (BMM): یک زنجیره جانبی که در آن استخراج‌کنندگان بدون دیدن داده‌های زنجیره جانبی، به بلاک‌های بیت‌کوین متعهد می‌شوند و در صورت بلوغ فناوری، یک لایه تسویه قوی‌تر با حداقل اعتماد ارائه می‌دهند.

7. تحلیل امنیتی

امنیت PoTT به یکپارچگی سیستم فانوس زمانی وابسته است. اگر هم فانوس زمانی مبدأ (زمین) و هم مقصد (مریخ) به خطر بیفتند، PoTT به «ادعاهای اداری» تقلیل می‌یابد، نه اثبات رمزنگاری. مقاله پروفایل‌های تأیید را ترسیم می‌کند:

• تأیید کامل: برای تسویه‌های بزرگ، تأیید کل زنجیره PoTT و ارجاع متقابل با منابع زمانی مستقل.
• تأیید نمونه‌ای: برای پرداخت‌های کوچکتر، بررسی احتمالی زیرمجموعه‌ای از رسیدهای PoTT برای جلوگیری از تقلب.

معماری مدل امنیتی هسته بیت‌کوین را تغییر نمی‌دهد. حملات دوبار خرج کردن هنوز به ۵۱٪ از نرخ هش زمین نیاز دارند. بردار حمله جدید اصلی، زیرپا گذاشتن منبع زمان است که PoTT آن را آشکار می‌سازد.

8. نقشه راه عملیاتی

استقرار در مراحل زیر تصور شده است:

1. فاز ۱ (آزمایشی): استقرار گره‌های DTN با PoTT روی پیوندهای زمین-LEO-ماه برای آزمایش پروتکل‌ها و تحمل تأخیر.
2. فاز ۲ (مریخ اولیه): برقراری یک سیستم تسویه فدراسیون قوی برای یک پایگاه کوچک مریخی. استفاده از تکثیر اولیه‌سرآیند و قراردادهای ساده قفل زمانی.
3. فاز ۳ (مستعمره بالغ): انتقال به یک زنجیره تعهدی BMM برای تسویه در صورتی که فناوری اثبات شده و روی زمین پذیرفته شود، به سمت یک مدل غیرمتمرکزتر حرکت کند.

9. نتیجه‌گیری

مقاله نشان می‌دهد که بیت‌کوین می‌تواند بدون تغییر قوانین اجماع هسته‌ای خود، به عنوان یک استاندارد پولی بین‌سیاره‌ای عمل کند. با معرفی زمان‌بندی مبتنی بر اثبات ترانزیت و تطبیق پروتکل‌های لایه بالاتر (لایتنینگ، زنجیره‌های جانبی) برای در نظر گرفتن تأخیر، یک سیستم عملی برای تأیید، پرداخت و تسویه بین زمین و مریخ امکان‌پذیر است. پایه پولی L1 زمین دست‌نخورده باقی می‌ماند و کمیابی آن حفظ می‌شود، در حالی که مریخ یک اقتصاد ثابت‌شده محلی را اداره می‌کند.

10. دیدگاه تحلیلی

بینش اصلی: این فقط یک مقاله شبکه‌بندی نیست؛ یک آزمایش فکری عمیق در حاکمیت پولی و تاب‌آوری سیستم است. نویسندگان صرفاً یک مشکل تأخیر را حل نمی‌کنند—آنها در تلاش هستند تا هسته «تغییرناپذیر» بیت‌کوین را در برابر یک واقعیت فیزیکی (فاصله بین‌سیاره‌ای) که اساساً مفروضات همگام آن را می‌شکند، آینده‌پذیر کنند. نوآوری واقعی PoTT است که تأخیر را از یک آسیب‌پذیری به یک دارایی قابل تأیید و حسابرسی تبدیل می‌کند. این یک مثال کلاسیک از ضرب‌المثل «با فیزیک نجنگ، آن را ابزار کن» است.

جریان منطقی: استدلال به زیبایی بازگشتی است. با قوانین تغییرناپذیر بیت‌کوین شروع کنید. با غیرممکن بودن فیزیکی اجماع همگام در فواصل چند دقیقه‌ای نور مواجه شوید. به جای شکستن قوانین (که برای بیت‌کوین‌کارها غیرقابل قبول است)، یک لایه پاسخگویی (PoTT) روی یک لایه انتقال تحمل‌پذیر (DTN) بسازید. سپس، لایه‌های مقیاس‌پذیری موجود (لایتنینگ، زنجیره‌های جانبی) را برای کار در این محیط جدید پاسخگو-اما-ناهمگام تطبیق دهید. منطق بی‌نقص است: پایه مقدس را حفظ کنید، در لایه‌های بالاتر انعطاف‌پذیر به شدت نوآوری کنید.

نقاط قوت و ضعف: نقطه قوت آن رویکرد عملی و لایه‌ای است که واقعیت‌های سیاسی و امنیتی بیت‌کوین را محترم می‌شمارد. استفاده از استانداردهای DTN (BPv7) و استقرار مرحله‌ای واضح، تفکر مهندسی دنیای واقعی را نشان می‌دهد. با این حال، ضعف آشکار، مفروضه اعتماد به فانوس زمانی است. همانطور که نویسندگان اعتراف می‌کنند، یک منبع زمان به خطر افتاده، PoTT را به تئاتر تبدیل می‌کند. پیشنهادات برای همگام‌سازی زمان غیرمتمرکز در فضا، مانند استفاده از سیگنال‌های تپ‌اختر، نوپا هستند. علاوه بر این، مدل «فدراسیون قوی» برای مریخ اولیه، یک قرص تلخ برای حداکثرگرایان غیرمتمرکز است—این اساساً یک بانک مورد اعتماد است، یک ضرورت که تنش بین آرمان‌گرایی و عملیات استعماری را برجسته می‌کند.

بینش‌های قابل اجرا: برای توسعه‌دهندگان زمینی، مفاهیم تکثیر اولیه‌سرآیند و محاسبه صریح تأخیر در لایتنینگ بلافاصله برای پیوندهای زمینی با تأخیر بالا (مثلاً اینترنت ماهواره‌ای) قابل اجرا هستند. تنظیم‌کنندگان باید به طبقه‌بندی واضح مقاله توجه کنند: بیت‌کوین زمین تغییر نکرده است، در حالی که مریخ از یک سیستم ثابت‌شده استفاده می‌کند. این یک جدایی پاک قضایی و سیاست پولی ایجاد می‌کند. برای آژانس‌های فضایی، این یک مورد استفاده مشخص و مجموعه الزامات برای اینترنت فضایی نسل بعدی (مانند SCaN ناسا) فراتر از دورسنجی، با تمرکز بر جریان‌های داده اقتصادی ارائه می‌دهد. فراخوان برای استانداردسازی PoTT درون گروه کاری DTN IETF، گام بعدی حیاتی است.

11. جزئیات فنی و فرمول‌ها

پارامترسازی کلیدی شامل محاسبه قفل‌های زمانی شبکه لایتنینگ است. مقدار مورد نیاز `cltv_expiry_delta` در بلاک‌ها از حداکثر زمان رفت و برگشت (RTT) مشتق می‌شود:

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

جایی که:

• $\text{OWLT}_{\text{max}}$ = حداکثر زمان یک‌طرفه نور (مثلاً ۱۳۲۰ ثانیه برای ۲۲ دقیقه).
• $J$ = مجوز نوسان شبکه (مثلاً ۳۰۰ ثانیه).
• $\Delta_{\text{extra}}^{\text{CLTV}}$ = حاشیه ایمنی برای حل اختلاف (مثلاً ۱۴۴ بلاک = ۱ روز).
• مخرج ۶۰۰ ثانیه = زمان بلاک ۱۰ دقیقه‌ای بیت‌کوین.

برای یک کانال محافظه‌کارانه زمین-مریخ با OWLT ۲۲ دقیقه‌ای، `cltv_expiry_delta` می‌تواند به راحتی از ۱۰۰۰ بلاک (~۱ هفته) فراتر رود و اساساً اقتصاد نقدینگی کانال را تغییر دهد.

12. نتایج آزمایشی و نمودارها

مقاله به دو نمودار مفهومی کلیدی اشاره می‌کند:

1. شکل ۳: تبدیل بلاک CLTV: این نمودار به صورت بصری چرخه همنهشتی زمین-مریخ (OWLT از ۳ تا ۲۲ دقیقه) را روی یک جدول زمانی از ارتفاع بلاک‌های بیت‌کوین ترسیم می‌کند. نشان می‌دهد که چگونه دلتای CLTV مورد نیاز در بلاک‌ها در طول مقارنه برتر (وقتی سیارات در دو طرف مخالف خورشید هستند) متورم می‌شود. این داده آزمایشی نیست، بلکه یک تصویرسازی حیاتی از محدودیت طراحی است.
2. شکل ۴: پیوست فراداده PoTT: این نمودار پشته پروتکل را با جزئیات نشان می‌دهد و جایی که فراداده PoTT (برچسب‌های زمان ورود/خروج، امضاها) به بسته‌های BPv7 حاوی داده بیت‌کوین (سرآیندها، تراکنش‌ها، به‌روزرسانی‌های لایتنینگ) پیوست می‌شود را نشان می‌دهد. لایه‌بندی را نشان می‌دهد: داده برنامه بیت‌کوین که در یک بسته DTN تقویت‌شده با PoTT برای انتقال بین‌سیاره‌ای پیچیده شده است.

جنبه «آزمایشی»، تأیید رسمی ویژگی‌های امنیتی پروتکل PoTT و بررسی پارامتر برای مقادیر CLTV تحت شرایط مداری مختلف است.

13. نمونه چارچوب تحلیل

مورد: ارزیابی ریسک قطعیت تسویه برای یک پایگاه استخراج مریخی.

۱. تعریف پارامترها:
- دارایی: حقوق ماهانه (معادل ۱۰ BTC).
- مدل تسویه: فاز ۲ فدراسیون قوی.
- تهدید: ورشکستگی یا تقلب اپراتور فدراسیون.

۲. اعمال چارچوب PoTT:
- پایگاه یک ادعای تراکنش «ثابت‌شونده» از زمین دریافت می‌کند.
- به جای اعتماد به ادعا، مسیر حسابرسی PoTT برای بسته تراکنش BTC مربوطه با منشأ زمینی را درخواست می‌کند.
- مراحل تأیید:

1. بررسی امضای ورودی از دروازه DTN زمینی شناخته شده.
2. تأیید برچسب زمان ورودی در برابر فید مستقل از سیگنال زمانی شبکه فضای عمیق ناسا.
3. محاسبه زمان ترانزیت مورد انتظار بر اساس داده‌های افمریس منتشر شده برای آن تاریخ.
4. تأیید امضای خروجی از ایستگاه تکرارکننده مریخ.
5. تأیید هم‌راستایی برچسب زمان خروج با پنجره رسید مورد انتظار.

۳. امتیازدهی ریسک:
- اگر زنجیره PoTT تأیید شود و برچسب‌های زمان در نوسان مورد انتظار هم‌راستا باشند: ریسک پایین. تسویه می‌تواند به صورت محلی پذیرفته شود.
- اگر امضاهای PoTT معتبر باشند اما برچسب‌های زمان با افمریس ناسازگار باشند: ریسک متوسط. برای بررسی علامت‌گذاری شود؛ احتمال مشکل فانوس زمانی.
- اگر زنجیره PoTT گم شده باشد یا امضاها نامعتبر باشند: ریسک بالا. تسویه رد شود؛ اختلاف با فدراسیون آغاز شود.

این چارچوب اعتماد را از ادعای فدراسیون به فیزیک قابل تأیید کانال ارتباطی منتقل می‌کند.

14. کاربردها و جهت‌های آینده

پیامدها فراتر از مریخ گسترش می‌یابد:

• اقتصاد پیرامون ماه: زمین آزمایشی فوری. PoTT و لایتنینگ آگاه از تأخیر می‌توانند پرداخت‌های بلادرنگ بین پایگاه‌های ماه، ایستگاه‌های مداری و زمین را با استفاده از OWLT حدود ۱.۳ ثانیه‌ای به عنوان یک نمونه اولیه قابل مدیریت ممکن سازند.
• مدیریت دارایی فضای عمیق: کاوشگرهای خودمختار یا پهپادهای استخراج در کمربند سیارکی می‌توانند از این سیستم برای تراکنش‌های خرد برای پرداخت خدمات تکرار داده یا سوخت استفاده کنند، با تسویه در دوره‌های طولانی دسته‌بندی شده.
• تاب‌آوری زمینی: فناوری مستقیماً برای DTNهای زمینی برای بازیابی از فاجعه، شبکه‌های حسگر دورافتاده یا ارتباطات زیرآبی، جایی که اتصال متناوب است، قابل اجرا است.
• زمان غیرمتمرکز: بزرگترین مرز تحقیقاتی جایگزینی فانوس‌های زمانی مورد اعتماد با اجماع غیرمتمرکز بر روی زمان است. تحقیق در مورد استفاده از ساعت‌های ذره‌ای درهم‌تنیده کوانتومی یا اجماع از رویدادهای نجومی (مانند رسیدن پالس‌های تپ‌اختر) می‌تواند در نهایت شکاف اعتماد اصلی PoTT را ببندد. کار کاپیتزا و همکاران در مورد همگام‌سازی ساعت تحمل خطای بیزانس در شبکه‌های ناهمگام یک نقطه شروع نظری ارائه می‌دهد.
• کانال‌های بین‌سیاره‌ای چندطرفه: کار آینده می‌تواند کارخانه‌های کانال لایتنینگ را طراحی کند که شامل طرف‌هایی در زمین، مریخ و یک ایستگاه فضایی می‌شود، با HTLCهای پیچیده و چندپرشی که تأخیرهای مختلف در هر مرحله را در نظر می‌گیرند.

15. مراجع

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. (کار اولیه تحلیل اجماع تحت تأخیر).
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. (مرتبط با اجماع زمان غیرمتمرکز).
10. J. Poon & T. Dryja, "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments," 2016.