Bitcoin as the Interplanetary Currency Standard: An Architectural Analysis Based on Proof of Transmission Timestamp (PoTT)

Table of Contents

1. Utangulizi

Makala hii inachunguza uwezekano wa kuanzisha Bitcoin kama kiwango cha sarafu ya pamoja kati ya Dunia na Mirihi, kukabiliana na changamoto kali zinazotokana na mawasiliano ya kimondo. Muda wa mwanga wa njia moja (OWLT) kati ya sayari hizi mbili ni kati ya dakika 3 hadi 22, na muunganisho huo una ukosefu wa mwendelezo na kukatika. Vizuizi hivi vya kifizikia hufanya uchimbaji wa Bitcoin wa wakati mmoja kuwa usiowezekana, lakini huacha nafasi kwa uthibitishaji usio wa wakati mmoja, malipo ya ndani, na malipo. Kazi hii inatanguliza dhana mpya ya kisiri - Uthibitisho wa Alama ya Muda ya Usafirishaji (PoTT) - iliyokusudiwa kuunda wimbo wa ukaguzi usioweza kubadilishwa kwa data ya Bitcoin inayopita njia hizi zenye ucheleweshaji mkubwa na zenye kukatika.

2. Mchango Mkuu

Michango mikuu ya makala hii ni pamoja na:

• Usanifu wa Interstellar Bitcoin: A design grounded in physical reality that supports reliable operation across astronomical units (AU) while preserving Bitcoin's base-layer parameters (10-minute block time, 21 million cap).
• Proof of Transmission Timestamp (PoTT): A novel primitive that provides cryptographically undeniable proof of when data enters and leaves a high-latency link, thereby creating an audit trail for accountability.
• Block header-first replication: Mkakati wa uboreshaji unaopendelea kusambaza kichwa cha kizuizi kwanza, kuruhusu uthibitishaji wa ncha ya mnyororo kwa kasi zaidi kabla ya data kamili ya kizuizi kufika.
• Mkakati wa Mtandao wa Umeme Unaotambua Ucheleweshaji: Kufanya vigezo vya `cltv_expiry_delta` ya Mtandao wa Umeme na vigezo vingine vya kufunga kwa muda kuwa vya kigezo, kwa kuzingatia muda wa safari ya pande zote ya sayari (RTT), na kuzuia kufungwa mapema kwa njia.
• Njia ya Urekebishaji: Ilichanganua miundo miwili ya urekebishaji wa mwisho: 1) Muungano wenye nguvu (unaaminika, unafaa kwa muda wa karibuni) na 2) Mnyororo wa kuwasilisha wa Uchimbaji wa Madini wa Kuchanganya Upofu (BMM) (udogo wa uaminifu, unafaa kwa muda mrefu).

3. Hali ya Sasa ya Teknolojia na Msingi

Kazi hii imejengwa juu ya maeneo muhimu yafuatayo:

• Mtandao wenye Uvumilivu wa Ucheleweshaji/Uvunjifu (DTN): Hasa Itifaki ya Bundle toleo la 7 (BPv7) na ugani wake wa usalama (BPSec), zilizoundwa kwa mawasiliano ya kuhifadhi-na-kutuma, yasiyo ya wakati huo huo katika mazingira changamano.
• Mtandao wa Anga: Mfumo kama vile LunaNet ya NASA na Moonlight ya ESA, hutoa mchoro wa usanifu wa mawasiliano ya mwezi, nakala hii inaupanua kwa kiwango cha sayari.
• Nadaria ya Bitcoin na Mtandao wa Umeme: Uchunguzi uliopita kuhusu usalama wa time locks na njia za malipo, uchunguzi huu lazima upimwe upya kwa kuzingatia ucheleweshaji wa dakika kadhaa.
• Uchambuzi wa Bitcoin ya Uhusiano: Mapendekezo ya awali yalipendekeza kurekebisha muda wa jumla wa kuzalisha vitalu vya Bitcoin kulingana na umbali ili kudumisha usawa wa uchimbaji. Makala hii inakataa njia hii na inachagua kudumisha makubaliano ya msingi bila mabadiliko.

4. Mfumo wa Mfumo na Dhana

The model assumes communication occurs within the star's Circumstellar Habitable Zone (CHZ), using Earth-Mars as a typical use case. Key parameters include:

• One-Way Light Time (OWLT): 3-22 minutes (variable).
• Uhusiano usioendelevu unaosababishwa na mzunguko wa sayari, mitambo ya mzingo, na mshikamano wa jua.
• Kutumia LEO ya macho ya nyota kama mrejesho thabiti wa data.
• Kuwepo kwa nodi za mrejesho za DTN zenye uaminifu lakini zinavyotaka kujua au zenye uadui wa kiwango cha kati.
• Kanuni za makubaliano za Bitcoin zinabaki takatifu na hazibadilishwi.

5. Proof of Transmission Timestamp (PoTT)

PoTT ndio uvumbuzi mkuu. Ni risiti ya kriptografia inayotolewa wakati kifungu cha data (kwa mfano, muamala wa Bitcoin au kichwa cha block) kinapoingia kwenye kiungo chenye ucheleweshaji mrefu. Risiti hiyo inajumuisha:

• Thamani ya hash ya mzigo wa data.
• Muda wa kuingia (kutoka kwa alama ya muda inayotegemewa, kwa mfano, ishara ya satelaiti ya GPS au saa ya atomiki ya msingi wa ardhi).
• Sahihi ya kidijitali ya nodi ya kuingia.
• Ahadi ya muda wa usafirishaji unaotarajiwa au muhuri wa muda wa kutoka.

Katika sehemu ya kutoka, nodi ya kutoka hutoa saini na muhuri wa wakati unaolingana. Mfululizo huu wa risiti zilizosainiwa hutoa ufuatiliaji usiobadilika wa ukaguzi, uthibitisho kwamba data ilikuwa katika hali ya usafirishaji kwa muda uliodaiwa wa kucheleweshwa. Hii inapunguza tatizo la uwajibikaji, ambapo risasi mbaya inaweza kudai kuwa kucheleweshwa kupita kiasi kunatokana na "vizuizi vya kimwili" na sio tabia yake isiyofaa.

6. End-to-End Architecture

Usanifu uliopendekezwa unachanganya vipengele mbalimbali:

1. Tabaka la Usafirishaji: DTN (BPv7/BPSec) yenye ugani wa PoTT hutoa mtandao wa msingi wa kuhifadhi na kutuma.
2. Usambazaji wa Data: Nakala ya Kichwa cha Kizuizi Kwanza huruhusu nodi za Mars kuthibitisha haraka uthibitisho wa kazi wa vizuizi vipya kutoka Dunia, na kusasisha mtazamo wao wa ncha ya mnyororo kabla ya kizuizi kizima (kilicho na manunuzi) kufikia.
3. Mfereji wa Malipo: Mfereji wa Lightning yaanzishwa kwa thamani iliyoongezeka sana ya `cltv_expiry_delta`. Fomula inazingatia wakati wa mwanga wa upeo wa mwelekeo mmoja, mtikisiko wa mtandao ($J$) na ukingo wa usalama ($\Delta_{extra}^{CLTV}$): $CLTV_{delta} = 2 \times OWLT_{max} + J + \Delta_{extra}^{CLTV}$. Hii hubadilishwa kuwa idadi ya vizuizi kwa kutumia wakati wa kuzalisha kizuizi cha dakika 10 cha Bitcoin.
4. Watchtower: Planetary Watchtower (on Mars) monitors channel status to penalize fraud, as Earth-based watchtowers fail due to latency.
5. Settlement: Two models were proposed:
   • Strong Federation: A multi-signature federation on Mars custodies a 1:1 pegged Bitcoin balance, issuing local assets for fast settlement. Trusted yet practical for early colonies.
   • Blind Merged Mining (BMM) Commit Chain: A sidechain where miners commit to Bitcoin blocks without seeing the sidechain data, which, if technically mature, could provide a stronger trust-minimized settlement layer.

7. Security Analysis

The security of PoTT relies on the integrity of the time beacon system. If both the source (Earth) and target (Mars) time beacons are compromised, PoTT degenerates into an "administrative assertion" rather than a cryptographic proof. This paper outlines the verification pattern:

• Uthibitishaji kamili: Kwa malipo makubwa, thibitisha mnyororo wote wa PoTT na ulinganishe na chanzo huru cha wakati.
• Uthibitishaji kwa sampuli: Kwa malipo madogo, angalia kwa uwezekano baadhi ya risiti za PoTT ili kuzuia udanganyifu.

Muundo huu haujabadilisha muundo wa msingi wa usalama wa Bitcoin. Mashambulizi ya matumizi mara mbili bado yanahitaji kudhibiti 51% ya nguvu ya uchanganuzi ya dunia. Vekta mpya kuu ya mashambulizi ni kuvuruga chanzo cha wakati, na PoTT hufanya hili kuwa dhahiri.

8. Ramani ya Utekelezaji

Mpango wa Utekelezaji utafanywa hatua kwa hatua:

1. Awamu ya Kwanza (Ya Majaribio): Deploy DTN nodes with PoTT on the Earth-LEO-Moon link to test protocol and delay tolerance.
2. Phase Two (Early Mars): Establish a strong alliance settlement system for a small Mars base. Use block header-first replication and simple time-lock contracts.
3. Phase Three (Mature Colony): Ikiwa teknolojia hiyo itathibitishwa na kutumiwa Duniani, basi mabadiliko kwenye mnyororo wa kuwasilisha BMM kwa ajili ya malipo, kuelekea muundo wenye utawala usio na kituo zaidi.

9. Hitimisho

Makala hii inathibitisha kuwa Bitcoin inaweza kufanya kazi kama kiwango cha fedha za kimondo bila kurekebisha kanuni zake za msingi za makubaliano. Kwa kuanzisha uthibitisho wa muhuri wa wakati wa usafirishaji (PoTT) na kurekebisha itifaki za ngazi ya juu (mtandao wa umeme, mnyororo wa upande) ili kukabiliana na ucheleweshaji, mfumo unaowezekana wa uthibitisho, malipo, na malipo kati ya Dunia na Mirikhi unaweza kutekelezwa. Msingi wa fedha za L1 za Dunia unabaki bila kubadilika, ukidumisha uhaba wake, huku Mirikhi ikiendesha mfumo wa uchumi wenye nanga ya ndani.

10. Mtazamo wa Mchambuzi

Core Insights: Hii si tu si insha ya mtandaoni tu, bali ni jaribio la kina la mawazo kuhusu utawala wa fedha na uimara wa mfumo. Waandishi hawakutatua tu tatizo la ucheleweshaji – walijaribu kujenga kinga kwa msingi wa "kutobadilika" wa Bitcoin dhidi ya ukweli wa kimwili (umbali wa kimondo) unaovunja dhana yake ya msawazo. Ubunifu wa kweli ni PoTT, ambao hubadilisha ucheleweshaji kuwa mali inayoweza kuthibitishwa na kukaguliwa, badala ya kuwa udhaifu. Hii ni mfano bora wa msemo: "Usipingane na fizikia, bali pima."

Mfuatano wa kimantiki: Mchakato wa uthibitishaji unajirudia kwa ustadi. Unaanzia na kanuni zisizobadilika za Bitcoin. Inakabiliwa na kutowezekana kwa kimwili kwa makubaliano ya msawazo unaovuka dakika kadhaa za mwanga. Badala ya kuvunja kanuni (isiyokubalika kwa wafuasi wa Bitcoin), inajenga safu ya uwajibikaji (PoTT) juu ya safu ya usafirishaji yenye uvumilivu (DTN). Kisha, inarekebisha safu zilizopo za uwezo wa kupanuka (mtandao wa umeme, mnyororo wa upande) ili kufanya kazi katika mazingira mapya haya, yanayoweza kuwajibika lakini yasiyo ya wakati mmoja. Mantiki ni madhubuti: kulinda safu ya msingi takatifu, na kufanya uvumbuzi chanya katika safu za juu zinazobadilika.

Faida na Mapungufu: Faida yake iko katika mbinu yake ya vitendo na ya ngazi, ikistahi ukweli wa kisiasa na usalama wa Bitcoin. Matumizi ya kiwango cha DTN (BPv7) na utekelezaji uliogawanyika katika hatua wazi unaonyesha mawazo ya uhandisi halisi. Hata hivyo, upungufu dhahiri ni dhana ya imani ya alama za wakati. Kama vile waandishi wanavyokiri, chanzo cha wakati kilichovunjwa kingeifanya PoTT kuwa mchezo tu. Mapendekezo kuhusu usawazishaji wa wakati usio na kituo cha katikati angani, kwa mfano kutumia ishara za pulsar, bado yako katika hatua ya mwanzo. Zaidi ya hayo, muundo wa "muungano mkali" wa Mirihi ya awali ni dawa chungu kwa wanaotaka utawala usio na kituo cha katikati kwa kiwango cha juu – kimsingi ni benki inayotegemewa, na hitaji hili linaonyesha mvutano kati ya msimamo wa kukisia na utendaji wa ukoloni.

Ufahamu Unaotumika: Kwa wasanidi programu duniani, uigaji wa kipaumbele cha kichwa cha bloku na kuzingatia wazi wazo la ucheleweshaji katika mtandao wa Lightning, vinaweza kutumika mara moja kwenye viungo vya ardhini vilivyo na ucheleweshaji mkubwa (k.m. intaneti ya satelaiti). Wadhibiti wanapaswa kuzingatia uainishaji wazi wa makala hii: Bitcoin ya Dunia inabaki bila kubadilika, wakati Mirihi inatumia mfumo wa nanga. Hii inatengeneza utofauti wazi wa mamlaka na sera ya fedha. Kwa mashirika ya anga, hii inatoa kesi maalum ya matumizi na seti ya mahitaji kwa intaneti ya anga ya kizazi kijacho (kama SCaN ya NASA) inayozidi telemetri, ikilenga mtiririko wa data ya kiuchumi. Wito wa kuweka kiwango cha PoTT ndani ya kikundi cha kazi cha DTN cha IETF ni hatua muhimu inayofuata.

11. Technical Details and Formulas

Uainishaji muhimu unahusisha kuhesabu time locks za Lightning Network. `cltv_expiry_delta` inayohitajika inayoonyeshwa kwa idadi ya vitalu inatokana na muda wa juu wa safari ya kwenda na kurudi (RTT):

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

Where:

• $\text{OWLT}_{\text{max}}$ = Maximum One-Way Light Time (e.g., 22 minutes corresponds to 1320 seconds).
• $J$ = Network jitter tolerance (e.g., 300 seconds).
• $\Delta_{\text{extra}}^{\text{CLTV}}$ = Safety margin for dispute resolution (e.g., 144 blocks = 1 day).
• Denominator 600 seconds = Bitcoin's 10-minute block time.

For a conservative Earth-Mars channel, assuming a 22-minute one-way light time, the `cltv_expiry_delta` could easily exceed 1000 blocks (approximately one week), which would fundamentally alter the economics of channel liquidity.

12. Experimental Results and Charts

This paper references two key concept diagrams:

1. Figure 3: CLTV Block Conversion: This chart maps the Earth-Mars synodic period (one-way light time from 3 to 22 minutes) onto a Bitcoin block height timeline. It shows how the required CLTV delta in blocks expands dramatically during solar conjunction (when the planets are on opposite sides of the Sun). This is not experimental data but a crucial visualization of design constraints.
2. Mchoro 4: Uongezaji wa Metadata ya PoTT: Mchoro huu unaelezea kwa kina mkusanyiko wa itifaki, ukionyesha mahali ambapo metadata ya PoTT (muhuri wa wakati wa kuingia/kutoka, sahihi) inaongezwa kwenye kifungu cha BPv7 kinachobeba data ya Bitcoin (kichwa cha kizuizi, manunuzi, sasisho la mtandao wa umeme). Unaonyesha muundo wa ngazi: data ya programu ya Bitcoin imefungwa ndani ya kifungu cha DTN kilichoimarishwa na PoTT kwa usafirishaji wa kimondo.

Kipengele cha "kijaribio" kiko katika uthibitishaji rasmi wa sifa za usalama za itifaki ya PoTT, na uchambuzi wa parameta wa thamani za CLTV chini ya hali tofauti za mzunguko.

13. Mfano wa Mfumo wa Uchambuzi

Kesi: Tathmini ya Hatari ya Ukweli wa Malipo ya Kituo cha Uchimbaji wa Madini Mars.

1. Define parameters:
- Asset: Monthly salary (equivalent to 10 BTC).
- Settlement model: Second-stage strong alliance.
- Threat: Alliance operator insolvency or fraud.

2. Apply the PoTT Framework:
- The outpost receives an "anchor-in" transaction claim from Earth.
- Instead of trusting this claim directly, the outpost requests the PoTT audit trail for the corresponding BTC transaction bundle initiated from Earth.
- Verification steps:

1. Angalia sahani ya kuingia kutoka kwa lango linalojulikana la DTN la Dunia.
2. Thibitisha muhuri wa wakati wa kuingia kulingana na usambazaji huru wa ishara ya wakati ya NASA Deep Space Network.
3. Kokotoa muda unaotarajiwa wa usafirishaji kulingana na data iliyochapishwa ya efemeridi ya tarehe hiyo.
4. Verify the exit signature from the Mars relay station.
5. Confirm that the exit timestamp aligns with the expected arrival window.

3. Risk Score:
- If the PoTT chain verification passes and the timestamps are consistent within the expected jitter range:Low RiskInaweza kupokea malipo ndani ya nchi.
- Ikiwa sahihi ya PoTT ni halali lakini muhuri wa wakati hailingani na data ya efemeridi:Hatari ya wastaniWeka alama kwa ajili ya uchunguzi; kunaweza kuwa na tatizo la beacon ya wakati.
- Ikiwa PoTT chain inakosekana au sahihi ya saini si halali:Hatari kubwa. Kataa kufidia; anzisha mzozo kwa muungano.

Mfumo huu unahamisha imani kutoka kwa tamko la muungano hadi kwa sifa za kimwili zinazoweza kuthibitishwa za njia ya mawasiliano.

14. Matumizi na Mwelekeo wa Baadaye

Its impact extends far beyond Mars:

• Earth-Moon Economic Sphere: Direct testing ground. PoTT and latency-aware Lightning Network can enable real-time payments between lunar bases, orbital stations, and Earth, using the approximately 1.3-second one-way light time as a controllable prototype.
• Deep Space Asset Management: Autonomous probes or mining drones in the asteroid belt can use this system for microtransactions to pay for data relay services or fuel costs, with settlements conducted through long-term batching.
• Ground Resilience: This technology can be directly applied to terrestrial DTNs for post-disaster recovery, remote sensor networks, or underwater communications, where connectivity is intermittent.
• Decentralized Time: The major research frontier is replacing trusted time beacons with decentralized time consensus. Research into consensus utilizing quantum-entangled particle clocks or celestial events (such as pulsar pulse arrivals) may ultimately address the primary trust vulnerability of PoTT.Kazi ya Kapitza et al. kuhusu usawazishaji wa saa wenye uvumilivu wa kosa la Byzantine katika mitandao isiyolinganainatoa mwanzo wa kinadharia.
• Njia za angani za pande nyingi: Kazi za baadaye zinaweza kubuni kiwanda cha njia za umeme kinachohusisha pande za Dunia, Mirihi, na kituo cha anga, ambacho kina mkataba tata wa muda wa hash unaoruka mara nyingi (HTLC), na kuzingatia ucheleweshaji tofauti katika kila sehemu.

15. Marejeo

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 Cryptocurrency, 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. (Related to decentralized time consensus).
10. J. Poon & T. Dryja，《比特币闪电网络：可扩展的链下即时支付》，2016年。