Kuwawezesha Mikataba ya Akili ya Bitcoin kwenye Kompyuta ya Mtandao: Usanifu na Tathmini

Yaliyomo

1. Utangulizi

Bitcoin, ingawa inaongoza kwa thamani ya soko, inakabiliwa na uwezo mdogo wa programu kutokana na lugha yake ya uandishi yenye vikwazo. Karatasi hii inashughulikia changamoto ya kuwezesha mikataba ya akili yenye ukamilifu wa Turing kwa Bitcoin kwa kutumia mnyororo wa bloku ya Kompyuta ya Mtandao (IC). Usanifu unaopendekezwa unapita mifumo ya jadi ya madaraja yenye udhaifu, na lengo la kutoa ufikiaji wa programu salama, wenye ufanisi, na wa moja kwa moja kwa thamani ya Bitcoin.

Motisha kuu inatokana na kutoweza kwa suluhisho zilizopo—zilizojengwa juu ya Bitcoin au kutumia madaraja—kufikia wakati mmoja usalama, ufanisi, na uwezo wa moja kwa moja wa kusoma/kuandika. Uvamizi unaohusishwa na madaraja, unaosababisha hasara zaidi ya mamia ya mamilioni, unasisitiza hitaji la dharura la mbinu ya kupunguza imani.

2. Muhtasari wa Usanifu

Usanifu huu unawezesha mikataba ya akili ya IC (vikasha) kuingiliana kiasili na mtandao wa Bitcoin. Mashine za nodi za IC zinachukua moja kwa moja bloku za Bitcoin na kuzipitisha kupitia safu ya itifaki ya ICP hadi kwenye kikasha maalum cha Bitcoin. Kikasha hiki hutumika kama chanzo kinachoweza kuthibitishwa na cha kuaminika cha hali ya mnyororo wa bloku ya Bitcoin kwa vikasha vingine kwenye IC.

Uelewa Muhimu: Kuondoa Eneo la Shambulio la Daraja

Uamuzi muhimu zaidi wa usanifu ni kuondoa daraja lolote la mtu wa tatu. Badala ya kutegemea mpatanishi kushuhudia hali ya Bitcoin, nodi za IC zinakuwa wateja wadogo au nodi kamili, zikipata data moja kwa moja kutoka kwa mtandao wa Bitcoin wa ushirika kati ya wenza. Hii inapunguza eneo la shambulio hadi kwenye mawazo ya usalama ya mitandao ya msingi ya Bitcoin na IC wenyewe.

2.1. Ujumuishaji wa Moja kwa Moja dhidi ya Madaraja

Madaraja ya jadi ya mnyororo mwingine hufanya kazi kama wadhamini au mashahidi waliokatikati au wasio katika katikati. Wanaanzisha dhana mpya ya imani na hatua moja ya kushindwa. Mbinu ya DFINITY inajumuisha kazi hii: itifaki ya IC yenyewe ndiyo inawajibika kuthibitisha na kukamilisha data ya Bitcoin. Hii inalingana na falsafa pana ya mnyororo wa bloku ya kupunguza vipengele vinavyotegemewa, kanuni iliyosisitizwa katika kazi ya msingi ya usalama wa mifumo isiyo katika katikati.

2.2. Kikasha cha Bitcoin & Usimamizi wa Hali

Kikasha cha mfumo kwenye IC, kikasha cha Bitcoin, kinadumisha sehemu ndogo iliyothibitishwa ya mnyororo wa bloku ya Bitcoin. Vikasha vingine vinaweza kuuliza kikasha hiki kusoma hali ya Bitcoin (mfano, uthibitishaji wa manunuzi, seti za UTXO). Ili kuandika, kikasha kinachoshikilia bitcoins kinaweza kuwaamuru mashine za nodi za IC kusaini na kutangaza manunuzi kwa niaba yake kwenye mtandao wa Bitcoin, kwa kutumia mipango ya saini ya kizingiti kwa usalama.

3. Maelezo ya Kiufundi & Mfumo wa Kihisabati

Changamoto kuu ya kiufundi ni kurekebisha ukamilifu wa uwezekano wa Bitcoin na ukamilifu wa uthibitishaji wa IC. IC inatumia utaratibu wa makubaliano unaotoa ukamilifu wa haraka. Kujumuisha Bitcoin kunahitaji mfano wa kushughulikia upangaji upya wa mnyororo.

Mfumo uwezekano unatumia kigezo cha kina cha uthibitishaji $k$. Manunuzi ya Bitcoin yanachukuliwa kuwa "yamekamilika" kwa madhumuni ya IC mara tu yanapofunikwa chini ya bloku $k$. Uwezekano wa upangaji upya wa kina zaidi ya bloku $k$ ni wa kupuuzika na hupungua kwa kasi kwa $k$. Usalama unaweza kuwekwa rasmi kama: $P_{\text{reorg}}(k) \approx \text{exp}(-\lambda k)$ ambapo $\lambda$ ni kigezo kinachohusiana na nguvu ya uchukuzi wa madini ya uaminifu. Sasisho za hali za kikasha za IC zimefungwa kwenye dhamana hii ya uwezekano, na kuunda mfano mseto wa ukamilifu.

Saini za ECDSA za kizingiti zinatumiwa kuruhusu seti isiyo katika katikati ya mashine za nodi za IC kusimamia funguo za siri za Bitcoin kwa niaba ya vikasha. Nguvu ya kusaini imesambazwa, na inahitaji kizingiti cha nodi kushirikiana kusaini manunuzi, na hivyo kuzuia hatua moja za kudhoofika.

4. Matokeo ya Majaribio & Utendaji

Karatasi hii inawasilisha matokeo ya tathmini kutoka kwa mfumo unaoendeshwa kwenye mtandao mkuu wa IC.

Muda wa Ukamilifu

~sekunde 2-3

Kwa ukamilifu wa hali ya IC baada ya uthibitishaji wa manunuzi ya Bitcoin.

Gharama ya Utekelezaji

Sehemu ndogo ya senti

Gharama ya chini kwa utekelezaji wa mikataba ya akili kwenye IC.

Uthibitishaji wa Bitcoin

~dakika 10 + $k$

Kulingana na muda wa bloku ya Bitcoin pamoja na kina cha usalama.

Maelezo ya Chati: Chati ya utendaji ya kinadharia ingeonyesha mistari miwili: 1) Ucheleweshaji kutoka kwa matangazo ya manunuzi ya Bitcoin hadi sasisho la hali ya kikasha cha IC, ikikauka baada ya uthibitishaji $k$ wa Bitcoin. 2) Gharama kwa kila operesheni ya mkataba wa akili kwenye IC, ikibaki chini kwa kadiri kubwa kuliko kutekeleza mantiki changamani moja kwa moja kwenye Bitcoin kupitia suluhisho za Tabaka la 2.

Matokeo yanaonyesha kwamba programu tata zisizo katika katikati (mikataba ya DeFi, mashirika huru yasiyo katika katikati yanayosimamia hazina ya Bitcoin) yanakuwa yanafaa kiuchumi, kwani gharama kubwa na mwendo wa polepole wa utekelezaji kwenye Bitcoin au suluhisho fulani zinazotegemea madaraja zinaepukwa.

5. Uchambuzi wa Kulinganisha & Kazi Inayohusiana

Karatasi hii inajielekeza dhidi ya makundi kadhaa:

Tabaka la 2 la Bitcoin (mfano, Lightning, RGB): Hutoa malipo ya haraka/ya bei nafuu lakini kwa utata mdogo wa mikataba ya akili na mara nyingi huhitaji ushiriki mkamilifu.
Minyororo ya Pembeni (mfano, Rootstock, Stacks): Huleta mifumo yao ya usalama na makubaliano, mara nyingi kutegemea muungano au uchukuzi wa madini uliounganishwa, na hivyo kuunda mawazo tofauti ya imani.
Kufunga kwa Msingi wa Daraja (mfano, wBTC kwenye Ethereum): Huhitaji wadhamini wa kuaminika au muungano tata wa saini nyingi, na hivyo katikatisha hatari na kuwa lengo la mara kwa mara la mashambulio.
Ujumuishaji Mwingine wa Moja kwa Moja: Karatasi hii inadai ubora katika kutoa utaratibu wa moja kwa moja wa kusoma/kuandika bila madaraja, kinyume na mbinu ambazo zinaweza kuruhusu misingi ya njia moja tu au kukosa uwezo wa moja kwa moja wa kuandika.

6. Mfumo wa Uchambuzi: Uelewa wa Msingi & Ukosoaji

Uelewa wa Msingi

DFINITY haijengi daraja bora tu; wanajaribu kumwaga Bitcoin kama moduli ndani ya mazingira ya utekelezaji ya IC. Uvumbuzi halisi ni kuchukulia mnyororo wa bloku ya Bitcoin kama tabaka la upatikanaji wa data lenye mwendo wa polepole na salama, huku ukitoa usimamizi wote tata wa hesabu na hali kwa IC. Hii inabadilisha mwelekeo: badala ya kufanya Bitcoin iwe na akili zaidi, wanafanya jukwaa la mikataba ya akili lijue Bitcoin kiasili. Ni utambuzi wa kimazoea kwamba thamani ya msingi ya Bitcoin ni usalama wake na dhamana za malipo, sio wakati wa kukimbia.

Mtiririko wa Kimantiki

Mantiki hii inavutia lakini inategemea ushindani muhimu: unabadilisha hatari ya daraja kwa hatari ya utata wa itifaki. Mfumo wa usalama sasa unategemea usahihi wa msimbo wa ujumuishaji wa Bitcoin wa IC—kipengele kikubwa, kipya, na kisichokaguliwa ndani ya tabaka la makubaliano la IC. Hitilafu hapa inaweza kuwa ya maangamizi. Ingawa madaraja ni lengo dhahiri, utata huu uliojumuishwa ni hatari ya kimfumo isiyo wazi. Karatasi hii inapuuza hili kwa kuitaja usalama wa jumla wa IC, lakini kama uvamizi wa DAO kwenye Ethereum ulivyothibitisha, majukwaa ya mikataba ya akili hayana kinga dhidi ya hitilafu za mantiki katika programu zao za msingi.

Nguvu & Kasoro

Nguvu: Kuondolewa kwa madaraja ya nje ni ushindi mkubwa wa usalama. Vipimo vya utendaji (kasi, gharama) vina vutia kwa kweli kwa kesi ya matumizi na huvunja hoja ya kiuchumi ya mikataba ya Bitcoin kwenye mnyororo. Inawezesha nafasi mpya ya muundo kwa DeFi kwenye mtiririko wa fedha wa Bitcoin.

Kasoro: Usanifu huu unarithi ucheleweshaji wa Bitcoin kwa malipo ya mwisho. Kusubiri dakika 10 (+ kina cha uthibitishaji) kwa ukamilifu wa kweli hakupendezi kwa DeFi ya wakati halisi. Pia huunda utegemezi wa uhai kwenye IC. Ikiwa IC itasimama, ufikiaji wa Bitcoin yako iliyojumuishwa pia utasimama. Hii ni aina ya kufungwa kwa muuzaji iliyo na kina zaidi kuliko daraja. Zaidi ya hayo, kutegemea ECDSA ya kizingiti, ingawa ni ya hali ya juu, huongeza utata wa kisiri ambao usalama wake wa muda mrefu bado unakaguliwa na jamii ya kitaaluma, kama ilivyoelezwa katika machapisho ya hivi karibuni kutoka kwa Chama cha Kimataifa cha Utafiti wa Kisiri (IACR).

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa

Kwa wasanidi programu: Hii ni uwanja wa kijani. Anza kujenga DeFi changamani ya Bitcoin (mikopo, chaguo, mikakati ya faida) ambayo haikuwezekana hapo awali. Zingatia programu ambapo ucheleweshaji wa malipo wa ~dakika 10 unakubalika (mfano, usimamizi wa hazina, malipo yaliyopangwa).

Kwa wawekezaji na mikataba: Chukulia hii kama kamari yenye uwezo mkubwa na ya majaribio. Tofautisha katika mikakati mingi ya ufikiaji wa Bitcoin. Hadithi ya "hakuna daraja" ina nguvu kwa uuzaji wa usalama, lakini fanya uchunguzi wa kina wa kiufundi juu utekelezaji wa mteja wa Bitcoin wa IC.

Kwa watafiti: Mfumo mseto wa ukamilifu uko tayari kwa uchambuzi rasmi. Tengeneza mifumo ya kupima hasara halisi ya usalama wakati wa kuunganisha mnyororo wa uwezekano (Bitcoin) na ule wa uthibitishaji (IC). Kazi hii inaweza faidika kutokana na kutumia mifumo madhubuti ya uwezo wa kuunganishwa inayotumika katika kuchambua suluhisho zingine za ushirikiano wa mnyororo wa bloku.

7. Matumizi ya Baadaye & Mwelekeo wa Maendeleo

Matumizi ya Muda Mfupi:

Sarafu Thabiti Zinazotegemea Bitcoin Zisizo Katika Katikati: Sarafu thabiti za asili, zilizodhibitiwa kwa algoriti na kuthibitishwa na Bitcoin iliyoshikiliwa kwenye vikasha vya IC, bila mtoaji wa katikati.
Usimamizi wa Hazina Kwenye Mnyororo: DAOs zinaweza kusimamia kwa programu hazina za Bitcoin kwa sheria za saini nyingi, uwekezaji wa otomatiki, au ruzuku zilizolipwa kwa BTC.
DeFi ya Asili ya Bitcoin: Mikakati ya mikopo ambapo Bitcoin ndiyo dhamana kuu, na viwango vya kukopa/kukopesha vinatambuliwa na mantiki kwenye mnyororo.

Mwelekeo wa Kiufundi wa Baadaye:

Ufanisi wa Mteja Mwepesi: Kuboresha mteja wa Bitcoin ndani ya nodi za IC kutumia uthibitishaji mwepesi kama FlyClient ili kupunguza mzigo wa upana wa bendi na hifadhi.
Ujumuishaji wa Minyororo Mingi: Kupanua kiolezo cha usanifu ili kujumuisha minyororo mingine yenye mifumo imara ya usalama (mfano, Ethereum baada ya Kuunganishwa), na kuweka IC kama "kitovu" salama cha hesabu za mnyororo mwingine.
Uthibitishaji wa Sifuri-Ujuzi kwa Faragha: Kujumuisha zk-SNARKs kuruhusu mwingiliano wa faragha na hali ya Bitcoin (mfano, kuthibitisha umiliki wa UTXO bila kufichua ni ipi).
Mwingiliano wa Mikataba Iliyofungwa kwa Muda: Kutumia opcode za asili za uandishi wa Bitcoin kama `CLTV` na `CSV` kutoka kwa vikasha vya IC ili kuunda makubaliano ya wakati uliowekwa kwenye mnyororo mwingine.

8. Marejeo

Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
Zamyatin, A., et al. (2021). SoK: Communication Across Distributed Ledgers. Financial Cryptography and Data Security.
Bonneau, J., et al. (2015). SoK: Research Perspectives and Challenges for Bitcoin and Cryptocurrencies. IEEE Symposium on Security and Privacy.
International Association for Cryptologic Research (IACR). (2023). Advances in Threshold Cryptography - Eurocrypt Proceedings.
Buterin, V. (2014). Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
Lewis, G. (2022). The Bridge Hacking Epidemic: A Systemic Risk Analysis. Journal of Cybersecurity and Blockchain.
DFINITY. (2024). The Internet Computer Protocol Suite Technical Overview. (Official Documentation).