Биткоин как межпланетный денежный стандарт с доказательством транзитного временного штампа

Содержание

1. Введение

В данной работе исследуется возможность установления Биткоина в качестве общего денежного стандарта между Землей и Марсом, с учетом серьезных проблем, создаваемых межпланетной связью. Время односторонней задержки света (OWLT) между двумя планетами составляет от 3 до 22 минут, при этом связь носит прерывистый характер и возможны перерывы. Эти физические ограничения делают синхронный майнинг Биткоина непрактичным, но оставляют пространство для асинхронной верификации, локальных платежей и расчетов. Работа представляет новую криптографическую примитиву — Доказательство транзитного временного штампа (PoTT) — для создания защищенных от несанкционированного изменения журналов аудита для данных Биткоина, проходящих через эти высоколатентные, подверженные сбоям каналы связи.

2. Основные вклады

Основные вклады работы:

Межпланетная архитектура Биткоина: Дизайн, учитывающий физические ограничения, который сохраняет базовые параметры Биткоина (10-минутный интервал блока, лимит в 21 млн), обеспечивая при этом надежную работу на расстояниях в астрономические единицы (AU).
Доказательство транзитного временного штампа (PoTT): Новая примитива, предоставляющая криптографическое, неотрицаемое доказательство времени входа и выхода данных из высоколатентного канала, создавая журнал аудита для обеспечения подотчетности.
Репликация с приоритетом заголовков: Оптимизация, при которой заголовки блоков распространяются в первую очередь, позволяя быстрее верифицировать вершину цепи до прибытия полных данных блока.
Политика Lightning с учетом задержек: Параметризация параметра `cltv_expiry_delta` и других временных блокировок в сети Lightning для учета межпланетного времени кругового оборота (RTT), предотвращая преждевременное закрытие каналов.
Расчетные рельсы: Анализ двух моделей для финальных расчетов: 1) сильная федерация (доверенная, краткосрочная) и 2) цепи коммитов со слепым слиянием майнинга (BMM) (с минимизацией доверия, долгосрочная).

3. Современное состояние и основы

Работа основывается на нескольких ключевых областях:

Устойчивые к задержкам/разрывам сети (DTN): В частности, Bundle Protocol версии 7 (BPv7) и его расширение безопасности (BPSec), разработанные для асинхронной связи с промежуточным хранением в сложных условиях.
Межсетевое взаимодействие в космосе: Фреймворки, такие как LunaNet от NASA и Moonlight от ESA, предоставляющие архитектурные схемы для лунной связи, расширенные здесь до межпланетных масштабов.
Теория Биткоина и Lightning: Предыдущие работы по безопасности временных блокировок и платежных каналов, которые необходимо переоценить в условиях задержек в несколько минут.
Релятивистский анализ Биткоина: Ранние предложения предполагали масштабирование глобального интервала блоков Биткоина в зависимости от расстояния для сохранения справедливости майнинга. В данной работе этот подход отвергается в пользу сохранения неизменным консенсуса базового уровня.

4. Модель системы и допущения

Модель предполагает связь в пределах обитаемой зоны звезды (CHZ), с парой Земля-Марс в качестве канонического случая. Ключевые параметры включают:

OWLT: 3-22 минуты (переменная).
Прерывистая связь из-за вращения планет, орбитальной механики и солнечных соединений.
Использование оптических мегасозвездий на низкой околоземной орбите (LEO) в качестве надежных ретрансляторов данных.
Честные, но любопытные или умеренно враждебные узлы-ретрансляторы в DTN.
Правила консенсуса Биткоина остаются неприкосновенными и неизменными.

5. Доказательство транзитного временного штампа (PoTT)

PoTT — это ключевое нововведение. Это криптографическая квитанция, генерируемая при входе пакета данных (например, транзакции Биткоина или заголовка блока) в высоколатентный канал. Квитанция включает:

Хэш полезной нагрузки данных.
Временной штамп входа (от доверенного источника времени, например, спутника GPS или сигнала атомных часов на Земле).
Цифровую подпись от узла входа.
Ожидаемое время транзита или коммитмент временного штампа выхода.

При выходе узел выхода предоставляет соответствующую подпись и временной штамп. Последовательность подписанных квитанций создает неизменяемый журнал аудита, доказывающий, что данные находились в транзите в течение заявленного периода задержки. Это смягчает проблемы подотчетности, когда злонамеренный ретранслятор мог бы утверждать, что чрезмерная задержка вызвана «физикой», а не его собственными злоупотреблениями.

6. Сквозная архитектура

Предлагаемая архитектура интегрирует несколько компонентов:

Транспортный уровень: DTN (BPv7/BPSec) с расширениями PoTT обеспечивает основу для связи с промежуточным хранением.
Распространение данных: Репликация с приоритетом заголовков позволяет марсианским узлам быстро верифицировать доказательство работы новых земных блоков, обновляя представление о вершине цепи до прибытия полного блока (с транзакциями).
Платежные каналы: Каналы Lightning устанавливаются со значительно увеличенными значениями `cltv_expiry_delta`. Формула учитывает максимальное OWLT, джиттер ($J$) и запас безопасности ($\Delta_{extra}^{CLTV}$): $CLTV_{delta} = 2 \times OWLT_{max} + J + \Delta_{extra}^{CLTV}$. Это преобразуется в количество блоков с использованием 10-минутного времени блока Биткоина.
Сторожевые башни: Планетарные сторожевые башни (на Марсе) отслеживают состояния каналов для наказания за мошенничество, так как земные башни неэффективны из-за задержки.
Расчеты: Предлагаются две модели:
- Сильная федерация: Мультисиг-федерация на Марсе хранит баланс Биткоина с паритетом 1:1, выпуская локальные активы для быстрых расчетов. Доверенная, но практичная для ранних колоний.
- Цепь коммитов со слепым слиянием майнинга (BMM): Сайдчейн, где майнеры коммитят блоки Биткоина, не видя данных сайдчейна, обеспечивая более надежный расчетный уровень с минимизацией доверия, если технология созреет.

7. Анализ безопасности

Безопасность PoTT зависит от целостности системы временных маяков. Если скомпрометированы как источник (Земля), так и приемник (Марс) временных маяков, PoTT сводится к «административным утверждениям», а не к криптографическому доказательству. В работе описываются профили верификации:

Полная верификация: Для крупных расчетов — проверка всей цепочки PoTT и перекрестная сверка с независимыми источниками времени.
Выборочная верификация: Для небольших платежей — вероятностная проверка подмножества квитанций PoTT для сдерживания мошенничества.

Архитектура не меняет базовую модель безопасности Биткоина. Атаки двойной траты по-прежнему требуют 51% хешрейта Земли. Основной новый вектор атаки — подмена источника времени, которую PoTT делает очевидной.

8. Операционная дорожная карта

Развертывание планируется поэтапно:

Этап 1 (Экспериментальный): Развертывание узлов DTN с PoTT на каналах Земля-LEO-Луна для тестирования протоколов и устойчивости к задержкам.
Этап 2 (Ранний Марс): Установление системы расчетов на основе сильной федерации для небольшой марсианской базы. Использование репликации с приоритетом заголовков и простых контрактов с временной блокировкой.
Этап 3 (Зрелая колония): Переход к цепи коммитов BMM для расчетов, если технология будет доказана и принята на Земле, движение к более децентрализованной модели.

9. Заключение

Работа демонстрирует, что Биткоин может функционировать как межпланетный денежный стандарт без изменения его основных правил консенсуса. Благодаря введению Доказательства транзитного временного штампа и адаптации протоколов более высокого уровня (Lightning, сайдчейны) для учета задержек, создание работоспособной системы для верификации, платежей и расчетов между Землей и Марсом является осуществимым. Денежная база L1 Земли остается нетронутой, сохраняя свою редкость, в то время как Марс оперирует локальной экономикой с привязкой.

10. Перспектива аналитика

Ключевая идея: Это не просто статья о сетях; это глубокий мысленный эксперимент в области денежного суверенитета и устойчивости систем. Авторы не просто решают проблему задержки — они пытаются защитить «неизменяемое» ядро Биткоина от физической реальности (межпланетного расстояния), которая фундаментально нарушает его синхронные допущения. Настоящее нововведение — это PoTT, который переосмысливает задержку из уязвимости в проверяемый, поддающийся аудиту актив. Это классический пример поговорки «Не борись с физикой, инструментируй ее».

Логический поток: Аргументация элегантно рекурсивна. Начните с неизменных правил Биткоина. Столкнитесь с физической невозможностью синхронного консенсуса на расстоянии световых минут. Вместо того чтобы нарушать правила (что неприемлемо для биткоинеров), постройте уровень подотчетности (PoTT) поверх устойчивого транспортного уровня (DTN). Затем адаптируйте существующие уровни масштабируемости (Lightning, сайдчейны) для работы в этой новой подотчетной, но асинхронной среде. Логика безупречна: сохранить священную базу, агрессивно инноваровать на гибких верхних уровнях.

Сильные стороны и недостатки: Сильная сторона — прагматичный, многоуровневый подход, уважающий политические и безопасностные реалии Биткоина. Использование стандартов DTN (BPv7) и четкое поэтапное развертывание демонстрируют инженерное мышление, ориентированное на реальный мир. Однако явный недостаток — допущение о доверии к временному маяку. Как признают авторы, скомпрометированный источник времени превращает PoTT в театр. Предложения по децентрализованной синхронизации времени в космосе, например, с использованием сигналов пульсаров, находятся в зачаточном состоянии. Более того, модель «сильной федерации» для раннего Марса — горькая пилюля для максималистов децентрализации — это, по сути, доверенный банк, необходимость, которая подчеркивает напряжение между идеализмом и колониальной практичностью.

Практические выводы: Для разработчиков на Земле концепции репликации с приоритетом заголовков и явного учета задержек в Lightning могут быть немедленно применены к наземным высоколатентным каналам (например, спутниковому интернету). Регуляторам следует отметить четкую таксономию статьи: Биткоин Земли неизменен, в то время как Марс использует систему с привязкой. Это создает четкое разделение юрисдикций и денежной политики. Для космических агентств это предоставляет конкретный вариант использования и набор требований для сетей следующего поколения (таких как SCaN от NASA) помимо телеметрии, с фокусом на экономических потоках данных. Призыв к стандартизации PoTT в рабочей группе IETF по DTN — следующий важный шаг.

11. Технические детали и формулы

Ключевая параметризация включает расчет временных блокировок сети Lightning. Требуемое значение `cltv_expiry_delta` в блоках выводится из максимального времени кругового оборота (RTT):

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

Где:

$\text{OWLT}_{\text{max}}$ = Максимальное время односторонней задержки света (например, 1320 секунд для 22 минут).
$J$ = Допуск на сетевой джиттер (например, 300 секунд).
$\Delta_{\text{extra}}^{\text{CLTV}}$ = Запас безопасности для разрешения споров (например, 144 блока = 1 день).
Знаменатель 600 секунд = 10-минутное время блока Биткоина.

Для консервативного канала Земля-Марс с OWLT в 22 минуты значение `cltv_expiry_delta` может легко превысить 1000 блоков (~1 неделя), что фундаментально меняет экономику ликвидности каналов.

12. Экспериментальные результаты и диаграммы

В работе упоминаются две ключевые концептуальные диаграммы:

Рисунок 3: Преобразование CLTV в блоки: Эта диаграмма визуально отображает синодический цикл Земля-Марс (OWLT от 3 до 22 мин) на временной шкале высот блоков Биткоина. Она показывает, как требуемая дельта CLTV в блоках резко возрастает во время верхнего соединения (когда планеты находятся по разные стороны от Солнца). Это не экспериментальные данные, а критическая визуализация ограничений дизайна.
Рисунок 4: Прикрепление метаданных PoTT: Эта диаграмма детализирует стек протоколов, показывая, где метаданные PoTT (временные штампы входа/выхода, подписи) прикрепляются к пакетам BPv7, несущим данные Биткоина (заголовки, транзакции, обновления Lightning). Она иллюстрирует наслоение: данные приложения Биткоина, обернутые в пакет DTN, дополненный PoTT, для межпланетной транспортировки.

«Экспериментальный» аспект — это формальная верификация свойств безопасности протокола PoTT и перебор параметров для значений CLTV при различных орбитальных условиях.

13. Пример аналитической структуры

Кейс: Оценка риска финальности расчетов для марсианской горнодобывающей заставы.

1. Определение параметров:
- Актив: Ежемесячная заработная плата (эквивалент 10 BTC).
- Модель расчетов: Этап 2, Сильная федерация.
- Угроза: Неплатежеспособность или мошенничество оператора федерации.

2. Применение структуры PoTT:
- Застава получает заявку на транзакцию «peg-in» с Земли.
- Вместо того чтобы доверять заявке, она запрашивает журнал аудита PoTT для соответствующего пакета транзакций BTC, отправленного с Земли.
- Шаги верификации:

Проверить подпись входа от известного шлюза DTN на Земле.
Верифицировать временной штамп входа по независимому сигналу времени от Сети дальней космической связи NASA.
Рассчитать ожидаемое время транзита на основе опубликованных эфемерид на эту дату.
Верифицировать подпись выхода от ретрансляционной станции на Марсе.
Подтвердить, что временной штамп выхода соответствует ожидаемому окну прибытия.

3. Оценка риска:
- Если цепочка PoTT верифицируется и временные штампы соответствуют ожидаемому джиттеру: НИЗКИЙ РИСК. Расчеты могут быть приняты локально.
- Если подписи PoTT действительны, но временные штампы не соответствуют эфемеридам: СРЕДНИЙ РИСК. Пометить для расследования; возможна проблема с временным маяком.
- Если цепочка PoTT отсутствует или подписи недействительны: ВЫСОКИЙ РИСК. Отклонить расчеты; инициировать спор с федерацией.

Эта структура переносит доверие с утверждений федерации на проверяемую физику канала связи.

14. Будущие приложения и направления

Последствия выходят далеко за пределы Марса:

Цислунная экономика: Непосредственный полигон для испытаний. PoTT и Lightning с учетом задержек могут обеспечить платежи в реальном времени между лунными базами, орбитальными станциями и Землей, используя OWLT ~1.3 секунды в качестве управляемого прототипа.
Управление активами в дальнем космосе: Автономные зонды или дроны для добычи в поясе астероидов могут использовать эту систему для микроплатежей за услуги ретрансляции данных или топливо, с расчетами, объединенными в пакеты за длительные периоды.
Устойчивость на Земле: Технология напрямую применима к наземным DTN для восстановления после катастроф, сетей удаленных датчиков или подводной связи, где связь прерывиста.
Децентрализованное время: Самый большой исследовательский рубеж — замена доверенных временных маяков децентрализованным консенсусом о времени. Исследования по использованию квантово-запутанных атомных часов или консенсуса на основе небесных событий (таких как приход импульсов пульсаров) могут в конечном итоге закрыть главную брешь доверия в PoTT. Работа Капицы и др. по византийско-устойчивой синхронизации часов в асинхронных сетях дает теоретическую отправную точку.
Многопользовательские межпланетные каналы: Будущая работа может быть посвящена проектированию фабрик каналов Lightning с участием сторон на Земле, Марсе и космической станции, со сложными многошаговыми HTLC, учитывающими разные задержки на каждом участке.

15. Ссылки

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