Bitcoin Sebagai Piawai Kewangan Antara Planet dengan Penanda Masa Bukti Transit

Kandungan

1. Pengenalan

Kertas kerja ini meneroka kebolehgunaan Bitcoin sebagai piawai kewangan bersama antara Bumi dan Marikh, menangani cabaran besar yang ditimbulkan oleh komunikasi antara planet. Masa cahaya sehala (OWLT) antara kedua-dua planet berjulat dari 3 hingga 22 minit, dengan sambungan berselang dan gangguan. Kekangan fizikal ini menjadikan perlombongan Bitcoin yang disegerakkan tidak praktikal tetapi meninggalkan ruang untuk pengesahan tak segerak, pembayaran tempatan, dan penyelesaian. Karya ini memperkenalkan primitif kriptografi baharu, Penanda Masa Bukti Transit (PoTT), untuk mencipta jejak audit yang jelas terhadap pengubahsuaian untuk data Bitcoin yang merentasi pautan berlatensi tinggi dan mudah terganggu ini.

2. Sumbangan Teras

Sumbangan utama kertas kerja ini adalah:

• Seni Bina Bitcoin Antara Planet: Reka bentuk yang mengambil kira fizik yang mengekalkan parameter lapisan asas Bitcoin (masa blok 10 minit, had 21 juta) sambil membolehkan operasi yang boleh dipercayai merentasi unit astronomi (AU).
• Penanda Masa Bukti Transit (PoTT): Primitif baharu yang menyediakan bukti kriptografi dan tidak boleh dinafikan tentang bila data memasuki dan keluar dari pautan berlatensi tinggi, mencipta jejak audit untuk akauntabiliti.
• Replikasi Kepala-Dahulu: Pengoptimuman di mana kepala blok diberi keutamaan untuk penyebaran, membolehkan pengesahan hujung rantaian yang lebih pantas sebelum data blok penuh tiba.
• Polisi Kilat Sedar Latensi: Parameterisasi `cltv_expiry_delta` Rangkaian Kilat dan kunci masa lain untuk mengambil kira masa perjalanan pergi-balik antara planet (RTT), mencegah penutupan saluran pramatang.
• Landasan Penyelesaian: Analisis dua model untuk penyelesaian muktamad: 1) federasi kuat (dipercayai, jangka pendek) dan 2) rantaian komit dilombong-gabung-buta (BMM) (minim kepercayaan, jangka panjang).

3. Keadaan Semasa & Asas

Karya ini dibina berdasarkan beberapa bidang utama:

• Rangkaian Toleran Lengah/Gangguan (DTN): Khususnya Protokol Bundle Versi 7 (BPv7) dan sambungan keselamatannya (BPSec), direka untuk komunikasi tak segerak, simpan-dan-hantar dalam persekitaran mencabar.
• Rangkaian Internet Angkasa: Kerangka seperti LunaNet NASA dan Moonlight ESA, yang menyediakan cetak biru seni bina untuk komunikasi bulan, diperluaskan di sini ke skala antara planet.
• Teori Bitcoin & Kilat: Karya terdahulu mengenai keselamatan kunci masa dan saluran pembayaran, yang mesti dinilai semula di bawah latensi berbilang minit.
• Analisis Bitcoin Relativistik: Cadangan awal mencadangkan penskalaan selang blok global Bitcoin dengan jarak untuk mengekalkan keadilan perlombongan. Kertas kerja ini menolak pendekatan itu, memilih untuk mengekalkan konsensus lapisan asas tidak berubah.

4. Model Sistem & Andaian

Model ini mengandaikan komunikasi dalam zon boleh didiami keliling bintang (CHZ), dengan Bumi-Mars sebagai kes kanonikal. Parameter utama termasuk:

• OWLT: 3-22 minit (berubah-ubah).
• Sambungan berselang disebabkan putaran planet, mekanik orbit, dan konjungsi suria.
• Penggunaan buruj jejaring orbit rendah-Bumi (LEO) optik sebagai geganti data yang boleh dipercayai.
• Nod geganti dalam DTN yang jujur-tapi-ingin-tahu atau bersifat permusuhan sederhana.
• Peraturan konsensus Bitcoin kekal suci dan tidak diubah.

5. Penanda Masa Bukti Transit (PoTT)

PoTT adalah inovasi teras. Ia adalah resit kriptografi yang dijana apabila bundle data (cth., transaksi Bitcoin atau kepala blok) memasuki pautan berlatensi tinggi. Resit ini termasuk:

• Hash muatan data.
• Penanda masa masuk (dari pancang masa yang dipercayai, cth., isyarat satelit GPS atau jam atom berasaskan Bumi).
• Tandatangan digital dari nod masuk.
• Komitmen masa transit jangkaan atau penanda masa keluar.

Semasa keluar, nod keluar menyediakan tandatangan dan penanda masa yang sepadan. Urutan resit bertandatangan menyediakan jejak audit yang kekal, membuktikan data sedang dalam transit semasa tempoh latensi yang didakwa. Ini mengurangkan masalah akauntabiliti di mana geganti berniat jahat boleh mendakwa kelewatan berlebihan adalah disebabkan "fizik" dan bukan salah laku sendiri.

6. Seni Bina Hujung-ke-Hujung

Seni bina yang dicadangkan menggabungkan pelbagai komponen:

1. Lapisan Pengangkutan: DTN (BPv7/BPSec) dengan sambungan PoTT menyediakan tulang belakang simpan-dan-hantar.
2. Penyebaran Data: Replikasi kepala-dahulu membolehkan nod Martian mengesahkan bukti-kerja blok Bumi baharu dengan pantas, mengemas kini pandangan hujung rantaian mereka sebelum blok penuh (dengan transaksi) tiba.
3. Saluran Pembayaran: Saluran Kilat ditubuhkan dengan nilai `cltv_expiry_delta` yang meningkat secara besar-besaran. Formula ini mengambil kira OWLT maksimum, jitter ($J$), dan margin keselamatan ($\Delta_{extra}^{CLTV}$): $CLTV_{delta} = 2 \times OWLT_{max} + J + \Delta_{extra}^{CLTV}$. Ini ditukar kepada kiraan blok menggunakan masa blok 10 minit Bitcoin.
4. Menara Pengawas: Menara pengawas planet (di Marikh) memantau keadaan saluran untuk mengenakan penalti penipuan, kerana menara pengawas berasaskan Bumi tidak akan berkesan disebabkan latensi.
5. Penyelesaian: Dua model dicadangkan:
   • Federasi Kuat: Federasi multi-tandatangan di Marikh mengamanahkan baki Bitcoin terpaku 1:1, mengeluarkan aset tempatan untuk penyelesaian pantas. Dipercayai tetapi praktikal untuk koloni awal.
   • Rantaian Komit Dilombong-Gabung-Buta (BMM): Rantaian sisi di mana pelombong membuat komitmen kepada blok Bitcoin tanpa melihat data rantaian sisi, menyediakan lapisan penyelesaian minim kepercayaan yang lebih kuat jika teknologi matang.

7. Analisis Keselamatan

Keselamatan PoTT bergantung pada integriti sistem pancang masa. Jika kedua-dua pancang masa sumber (Bumi) dan destinasi (Marikh) dikompromi, PoTT merosot kepada "penegasan pentadbiran" dan bukannya bukti kriptografi. Kertas kerja ini menggariskan profil pengesahan:

• Pengesahan Penuh: Untuk penyelesaian besar, mengesahkan keseluruhan rantaian PoTT dan merujuk silang dengan sumber masa bebas.
• Pengesahan Sampel: Untuk pembayaran kecil, memeriksa subset resit PoTT secara probabilistik untuk menghalang penipuan.

Seni bina ini tidak mengubah model keselamatan teras Bitcoin. Serangan perbelanjaan berganda masih memerlukan 51% kadar hash Bumi. Vektor serangan baharu utama adalah penaklukan sumber masa, yang PoTT buat menjadi jelas.

8. Pelan Operasi

Penempatan dibayangkan dalam fasa:

1. Fasa 1 (Eksperimen): Letakkan nod DTN dengan PoTT pada pautan Bumi-LEO-Bulan untuk menguji protokol dan toleransi latensi.
2. Fasa 2 (Mars Awal): Wujudkan sistem penyelesaian federasi kuat untuk pangkalan Martian kecil. Gunakan replikasi kepala-dahulu dan kontrak berkunci masa mudah.
3. Fasa 3 (Koloni Matang): Beralih kepada rantaian komit BMM untuk penyelesaian jika teknologi terbukti dan diterima pakai di Bumi, bergerak ke arah model yang lebih terdesentralisasi.

9. Kesimpulan

Kertas kerja ini menunjukkan bahawa Bitcoin boleh berfungsi sebagai piawai kewangan antara planet tanpa mengubah peraturan konsensus terasnya. Dengan memperkenalkan Penanda Masa Bukti Transit dan menyesuaikan protokol lapisan lebih tinggi (Kilat, rantaian sisi) untuk mengambil kira latensi, sistem yang boleh digunakan untuk pengesahan, pembayaran, dan penyelesaian antara Bumi dan Marikh adalah boleh dilaksanakan. Asas kewangan L1 Bumi kekal tidak disentuh, mengekalkan kelangkaannya, sementara Marikh mengendalikan ekonomi terpaku tempatan.

10. Perspektif Penganalisis

Wawasan Teras: Ini bukan sekadar kertas kerja rangkaian; ia adalah eksperimen pemikiran mendalam tentang kedaulatan kewangan dan ketahanan sistem. Penulis bukan sekadar menyelesaikan masalah latensi—mereka cuba menguji masa depan teras Bitcoin yang "tidak boleh diubah" terhadap realiti fizikal (jarak antara planet) yang pada asasnya memecahkan andaian segeraknya. Inovasi sebenar adalah PoTT, yang membingkai semula latensi daripada kelemahan kepada aset yang boleh disahkan dan diaudit. Ia adalah contoh klasik pepatah "Jangan lawan fizik, alatinya."

Aliran Logik: Hujah ini secara elegan bersifat rekursif. Mulakan dengan peraturan tidak berubah Bitcoin. Hadapi kemustahilan fizikal konsensus segerak merentasi minit cahaya. Daripada memecahkan peraturan (tidak boleh diterima untuk Bitcoiners), bina lapisan akauntabiliti (PoTT) di atas lapisan pengangkutan toleran (DTN). Kemudian, sesuaikan lapisan skalabiliti sedia ada (Kilat, rantaian sisi) untuk beroperasi dalam persekitaran baharu yang boleh dipertanggungjawabkan-tapi-tak-segerak ini. Logiknya ketat: kekalkan asas suci, inovasi secara agresif dalam lapisan lebih tinggi yang fleksibel.

Kekuatan & Kelemahan: Kekuatannya adalah pendekatan berlapis pragmatik yang menghormati realiti politik dan keselamatan Bitcoin. Penggunaan piawaian DTN (BPv7) dan penempatan berfasa jelas menunjukkan pemikiran kejuruteraan dunia sebenar. Walau bagaimanapun, kelemahan ketara adalah andaian kepercayaan pancang masa. Seperti yang diakui penulis, sumber masa yang dikompromi mengurangkan PoTT kepada teater. Cadangan untuk penyegerakan masa terdesentralisasi di angkasa, seperti menggunakan isyarat pulsar, masih baru. Tambahan pula, model "federasi kuat" untuk Mars awal adalah pil pahit untuk maksimalis desentralisasi—ia pada dasarnya adalah bank yang dipercayai, satu keperluan yang menonjolkan ketegangan antara idealisme dan kepraktisan kolonial.

Wawasan Boleh Tindak: Untuk pembangun berasaskan Bumi, konsep replikasi kepala-dahulu dan perakaunan latensi eksplisit dalam Kilat boleh digunakan serta-merta pada pautan berlatensi tinggi terestrial (cth., internet satelit). Pengawal selia harus ambil perhatian taksonomi jelas kertas kerja ini: Bitcoin Bumi tidak berubah, sementara Mars menggunakan sistem terpaku. Ini mencipta pemisahan bidang kuasa dan dasar kewangan yang bersih. Untuk agensi angkasa, ini menyediakan kes penggunaan konkrit dan set keperluan untuk internet angkasa generasi seterusnya (seperti SCaN NASA) melangkaui telemetri, memfokuskan pada aliran data ekonomi. Seruan untuk memiawaikan PoTT dalam kumpulan kerja DTN IETF adalah langkah seterusnya yang penting.

11. Butiran Teknikal & Formula

Parameterisasi utama melibatkan pengiraan kunci masa Rangkaian Kilat. `cltv_expiry_delta` yang diperlukan dalam blok diperoleh daripada masa perjalanan pergi-balik maksimum (RTT):

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

Di mana:

• $\text{OWLT}_{\text{max}}$ = Masa cahaya sehala maksimum (cth., 1320 saat untuk 22 minit).
• $J$ = Elaun jitter rangkaian (cth., 300 saat).
• $\Delta_{\text{extra}}^{\text{CLTV}}$ = Margin keselamatan untuk penyelesaian pertikaian (cth., 144 blok = 1 hari).
• Penyebut 600 saat = Masa blok 10 minit Bitcoin.

Untuk saluran Bumi-Mars konservatif dengan OWLT 22 minit, `cltv_expiry_delta` boleh melebihi 1000 blok (~1 minggu) dengan mudah, mengubah ekonomi kecairan saluran secara asas.

12. Keputusan Eksperimen & Gambarajah

Kertas kerja ini merujuk dua gambarajah konseptual utama:

1. Rajah 3: Penukaran Blok CLTV: Carta ini memetakan secara visual kitaran sinodik Bumi-Mars (OWLT dari 3 hingga 22 minit) ke atas garis masa ketinggian blok Bitcoin. Ia menunjukkan bagaimana delta CLTV yang diperlukan dalam blok mengembang semasa konjungsi unggul (apabila planet berada di sisi bertentangan Matahari). Ini bukan data eksperimen tetapi visualisasi kritikal kekangan reka bentuk.
2. Rajah 4: Lampiran Metadata PoTT: Gambarajah ini memperincikan timbunan protokol, menunjukkan di mana metadata PoTT (penanda masa masuk/keluar, tandatangan) dilampirkan pada bundle BPv7 yang membawa data Bitcoin (kepala, transaksi, kemas kini Kilat). Ia menggambarkan pelapisan: data aplikasi Bitcoin dibalut dalam bundle DTN dipertingkat PoTT untuk pengangkutan antara planet.

Aspek "eksperimen" adalah pengesahan formal sifat keselamatan protokol PoTT dan sapuan parameter untuk nilai CLTV di bawah keadaan orbit berbeza.

13. Contoh Kerangka Analisis

Kes: Menilai Risiko Kemuktamadan Penyelesaian untuk Pangkalan Perlombongan Martian.

1. Tentukan Parameter:
- Aset: Gaji bulanan (bersamaan 10 BTC).
- Model Penyelesaian: Fasa 2 Federasi Kuat.
- Ancaman: Ketidakmampuan atau penipuan pengendali federasi.

2. Guna Kerangka PoTT:
- Pangkalan menerima tuntutan transaksi "peg-in" dari Bumi.
- Daripada mempercayai tuntutan itu, ia meminta jejak audit PoTT untuk bundle transaksi BTC berasaskan Bumi yang sepadan.
- Langkah Pengesahan:

1. Semak tandatangan masuk dari pintu masuk DTN Bumi yang diketahui.
2. Sahkan penanda masa masuk terhadap suapan bebas dari isyarat masa Rangkaian Angkasa Dalam NASA.
3. Kira masa transit jangkaan berdasarkan data efemeris yang diterbitkan untuk tarikh tersebut.
4. Sahkan tandatangan keluar dari stesen geganti Marikh.
5. Sahkan penanda masa keluar sejajar dengan tetingkat ketibaan jangkaan.

3. Pemarkahan Risiko:
- Jika rantaian PoTT disahkan dan penanda masa sejajar dalam jitter jangkaan: RISIKO RENDAH. Penyelesaian boleh diterima secara tempatan.
- Jika tandatangan PoTT sah tetapi penanda masa tidak konsisten dengan efemeris: RISIKO SEDERHANA. Tanda untuk siasatan; kemungkinan isu pancang masa.
- Jika rantaian PoTT hilang atau tandatangan tidak sah: RISIKO TINGGI. Tolak penyelesaian; mulakan pertikaian dengan federasi.

Kerangka ini mengalihkan kepercayaan daripada tuntutan federasi kepada fizik komunikasi yang boleh disahkan.

14. Aplikasi & Hala Tuju Masa Depan

Implikasi melangkaui Marikh:

• Ekonomi Cislunar: Tapak uji serta-merta. PoTT dan Kilat sedar latensi boleh membolehkan pembayaran masa nyata antara pangkalan bulan, stesen orbit, dan Bumi, menggunakan OWLT ~1.3 saat sebagai prototaip yang boleh diurus.
• Pengurusan Aset Angkasa Dalam: Siasatan autonomi atau dron perlombongan dalam lingkaran asteroid boleh menggunakan sistem ini untuk transaksi mikro untuk membayar perkhidmatan geganti data atau bahan api, dengan penyelesaian dikumpulkan dalam tempoh panjang.
• Ketahanan Terestrial: Teknologi ini boleh digunakan secara langsung pada DTN berasaskan Bumi untuk pemulihan bencana, rangkaian sensor terpencil, atau komunikasi bawah air, di mana sambungan berselang.
• Masa Terdesentralisasi: Sempadan penyelidikan terbesar adalah menggantikan pancang masa yang dipercayai dengan konsensus terdesentralisasi tentang masa. Penyelidikan menggunakan jam zarah terjerat kuantum atau konsensus dari peristiwa cakerawala (seperti ketibaan denyut pulsar) akhirnya boleh menutup lubang kepercayaan utama PoTT. Karya Kapitza et al. mengenai penyegerakan jam toleran kesalahan Byzantine dalam rangkaian tak segerak menyediakan titik permulaan teori.
• Saluran Antara Planet Berbilang Pihak: Karya masa depan boleh mereka bentuk kilang saluran Kilat yang melibatkan pihak di Bumi, Marikh, dan stesen angkasa, dengan HTLC berbilang lompat kompleks yang mengambil kira latensi berbeza pada setiap peringkat.

15. Rujukan

1. Z. Wilcox, "Blind Merged Mining: A Protocol for Trustless Interoperability between Blockchains," 2021.
2. M. Moser et al., "Sidechains and interoperability," dalam 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," dalam EUROCRYPT, 2015. (Karya awal menganalisis konsensus di bawah lengah).
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," dalam Proceedings of the 7th ACM European Conference on Computer Systems, 2012. (Relevan untuk konsensus masa terdesentralisasi).
10. J. Poon & T. Dryja, "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments," 2016.