آلية إجماع هجينة مستقبلية لمشروع PAI: التحليل الفني والتوصيات

جدول المحتويات

المقدمة

عملة PAI هي عملة مشفرة قائمة على نموذج UTXO مشتقة من Bitcoin Core، وتستخدم آلية إجماع إثبات العمل (PoW) مع دالة التجزئة المزدوجة SHA-256. بينما يضمن ذلك التوافق مع بنية التعدين الحالية للبيتكوين، فإنها ترث قابلية البيتكوين لهجمات 51%، حيث يمكن لكيان يتحكم في غالبية قوة التجزئة إنفاق العملة مرتين أو إعادة تنظيم السلسلة. تقترح هذه الورقة التحول إلى نموذج إجماع هجين يجمع بين إثبات العمل وإثبات الحصة (PoW/PoS)، مستوحى من عملات مشفرة مثل Decred (DCR)، لتعزيز أمن الشبكة ولا مركزيتها بشكل كبير.

1. آليات الإجماع العملية

يقدم هذا القسم تحليلاً أساسياً لنماذج الإجماع المنفردة والهجينة.

1.1 إثبات العمل (PoW)

يؤمن إثبات العمل الشبكة من خلال مطالبة المعدنين بحل ألغاز حسابية صعبة. احتمالية تعدين كتلة تتناسب مع العمل الحسابي المُساهم به.

1.1.1 المزايا

• أمن مثبت: تكلفة عالية للهجوم بسبب متطلبات الأجهزة والطاقة.
• لا مركزية (نظرياً): تسمح لأي شخص يمتلك أجهزة بالمشاركة.
• تنفيذ بسيط: مفهوم جيداً وتم اختباره عملياً (البيتكوين).

1.1.2 نواقل الهجوم والثغرات الأمنية

• هجوم الأغلبية (51%): الخطر الرئيسي لعملة PAI. يمكن لمهاجم يمتلك أكثر من 50% من معدل التجزئة إنفاق العملة مرتين واستبعاد المعاملات.
• التعدين الانتقائي (Strip Mining): يحول المعدنون قوة التجزئة إلى سلاسل أكثر ربحية، مما يقلل من أمن عملة PAI.
• هجوم سايبيل: إنشاء العديد من العقد الوهمية لتعطيل اتصال الشبكة (يتم التخفيف منه بواسطة PoW ولكن ليس القضاء عليه).
• عدم كفاءة الطاقة: تكلفة بيئية عالية.

1.2 إثبات الحصة (PoS)

يختار إثبات الحصة المدققين بناءً على كمية العملة المشفرة التي "يراهنون" بها أو يحجزونها كضمان.

1.2.1 المزايا

• كفاءة الطاقة: استهلاك طاقة ضئيل مقارنةً بإثبات العمل.
• أمن اقتصادي: ترتبط تكلفة الهجوم بقيمة الرمز المميز الأصلي.
• تقليل خطر المركزية: أقل عرضة للتركيز القائم على الأجهزة.

1.2.2 نواقل الهجوم والثغرات الأمنية

• هجوم لا شيء على المحك (Nothing-at-Stake): لا توجد تكلفة على المدققين للتحقق على سلاسل متعددة أثناء الانقسام، مما قد يعيق الإجماع.
• هجوم المدى الطويل: يمكن لمهاجم يمتلك مفاتيح خاصة قديمة إعادة كتابة التاريخ من نقطة مبكرة.
• تركيز الثروة: ديناميكية "الأغنياء يزدادون ثراءً" قد تؤدي إلى احتكار قلة من المدققين.

1.3 إثبات العمل وإثبات الحصة الهجين (PoW/PoS)

يجمع النموذج المقترح بين الآليتين للتخفيف من نقاط ضعفهما الفردية.

1.3.1 نظرة عامة

في نظام هجين مثل نظام Decred:

1. معدنو إثبات العمل يقترحون كتل جديدة.
2. الناخبون من أصحاب الحصص (Stakeholders) يصوتون بعد ذلك على صحة الكتلة المقترحة. تتطلب الكتلة أغلبية أصوات أصحاب الحصص ليتم تأكيدها وإضافتها إلى السلسلة.

يخلق هذا نظاماً للضوابط والتوازنات حيث يجب على كل من المعدنين وأصحاب الحصص التواطؤ لمهاجمة الشبكة.

1.3.2 المعايير الفنية

يجب تحديد معايير رئيسية لعملة PAI:

• متطلبات الحصة: الحد الأدنى من عملة PAI للمشاركة في التصويت.
• نظام التذاكر: آلية لأصحاب الحصص لقفل العملات والحصول على تذاكر التصويت.
• عتبة التصويت: نسبة الأصوات المؤهلة "نعم" المطلوبة لقبول الكتلة (مثلاً 75%).
• تقسيم مكافأة الكتلة: نسبة المكافآت المخصصة لمعدني إثبات العمل (مثلاً 60%) مقابل الناخبين في إثبات الحصة (مثلاً 30%)، والباقي لصندوق التطوير.

1.3.3 نواقل الهجوم والثغرات الأمنية

• تحليل تكلفة هجوم الأغلبية: يجب على المهاجم الآن التحكم في أكثر من 50% من قوة التجزئة و أكثر من 50% من المعروض المرهون من العملات، مما يجعل الهجوم مكلفاً اقتصادياً بشكل فادح. التكلفة مضاعفة، وليست تراكمية.
• التخفيف من هجوم لا شيء على المحك: يتم قفل عملات أصحاب الحصص (ومصادرتها إذا صوتوا بشكل خبيث)، مما يثنيهم عن التصويت على سلاسل متعددة.
• مركزية مجمعات الحصص (Stakepool): خطر أن يفوض أصحاب الحصص التصويت إلى عدد قليل من المجمعات الكبيرة، مما يخلق نقاط تركيز. يجب إدارته من خلال تصميم البروتوكول والحوافز.

1.3.4 فوائد أخرى

• الحوكمة على السلسلة: يمكن استخدام تصويت أصحاب الحصص لقرارات ترقية البروتوكول.
• انقسامات صلبة أكثر سلاسة: يمكن إضفاء الشرعية على الانقسامات المشروعة من خلال إجماع أصحاب الحصص.
• تعزيز اللامركزية: إشراك حاملي العملة في أمن الشبكة.

2. دوال التجزئة لإثبات العمل

إذا تم الاحتفاظ بإثبات العمل في النموذج الهجين، فإن اختيار خوارزمية التجزئة أمر بالغ الأهمية.

2.1 مقاومة دوائر التطبيقات المتكاملة الخاصة (ASIC)

الالتزام بـ SHA-256 يفضل معدني ASIC، مما يؤدي إلى مركزية محتملة. بدائل مثل RandomX (Monero) أو Ethash (إيثريوم سابقاً) تعتمد على صعوبة الذاكرة، مصممة لتكون فعالة على وحدات المعالجة المركزية للأغراض العامة ومقاومة لتحسينات ASIC، مما يعزز قاعدة تعدين أكثر لامركزية.

3. التوصية والعمل المستقبلي

3.1 التوصية الشاملة

توصي الورقة بشدة بأن ينفذ مشروع PAI آلية إجماع هجينة تجمع بين إثبات العمل وإثبات الحصة (PoW/PoS). الهدف الأساسي هو زيادة تكلفة هجوم 51% بشكل كبير من خلال اشتراط السيطرة المتزامنة على كل من القوة الحسابية والحصة الاقتصادية. يعد نموذج Decred مخططاً عملياً مثبتاً.

3.2 العمل المستقبلي

• النمذجة الاقتصادية التفصيلية ومحاكاة المعايير الهجينة المقترحة.
• تطوير آلية قوية لشراء التذاكر والتصويت داخل محفظة عملة PAI.
• مراجعة أمنية لشفرة الإجماع الهجين، ربما من خلال برنامج مكافأة اكتشاف الثغرات.
• توعية المجتمع وبرامج الحوافز لتشجيع مشاركة أصحاب الحصص.

التحليل الأصلي ورؤى الخبراء

التفاصيل الفنية والبراهين الرياضية

يعتمد أمن النموذج الهجين على جعل هجوم الأغلبية غير عقلاني اقتصادياً. تقدم الورقة تحليلاً للتكلفة حيث يتطلب الهجوم السيطرة على أغلبية كلا الموردين.

صيغة تكلفة الهجوم (مبسطة):
لنفرض أن $H$ هو إجمالي معدل التجزئة للشبكة، و $S$ هو إجمالي المعروض المرهون من العملات، و $P_h$ هو سعر وحدة قوة التجزئة، و $P_c$ هو سعر العملة.
تكلفة الحصول على 51% من قوة التجزئة: $C_h = 0.51 \times H \times P_h$.
تكلفة الحصول على 51% من المعروض المرهون: $C_s = 0.51 \times S \times P_c$.
إجمالي تكلفة الهجوم: $C_{total} = C_h + C_s$.
يجب بعد ذلك موازنة هذه التكلفة مقابل المكافأة المحتملة من هجوم الإنفاق المزدوج، والتي تقيدها سيولة التبادل وأوقات تأكيد الكتل. يظهر النموذج أن $C_{total}$ يصبح بسرعة أكبر بعدة مرات من أي مكافأة ممكنة.

النموذج العشوائي لقبول الكتل:
تصبح احتمالية قبول كتلة مقترحة دالة لكل من موافقة المعدن والناخب. إذا قمنا بنمذجة حصة قوة التجزئة للمعدن كـ $m$ وحصة تصويت أصحاب الحصص كـ $v$، وتطلبنا عتبات $T_m$ و $T_v$ للقبول، فإن احتمالية مرور كتلة خبيثة هي:
$P_{malicious} = P(\text{سيطرة المعدن} > T_m) \times P(\text{سيطرة الناخب} > T_v)$.
بافتراض الاستقلال وبعض توزيعات الموارد، تكون هذه الاحتمالية المشتركة أقل بكثير من مهاجمة أي من النظامين بمفرده.

مثال على إطار التحليل

دراسة حالة: تقييم خطر المركزية في نظام هجين

الهدف: تقييم خطر حصول كيان واحد على نفوذ غير متناسب في شبكة PAI الهجينية المقترحة.

خطوات الإطار:

1. جمع البيانات: جمع البيانات على السلسلة (بعد التنفيذ):
   • توزيع قوة التجزئة بين مجمعات التعدين (من مستكشفي السلسلة).
   • توزيع تذاكر التصويت (الحصص) بين العناوين ومجمعات الحصص.
   • تحليل التداخل: هل يمتلك المعدنون الكبار حصصاً كبيرة أيضاً؟
2. حساب المقاييس:
   • معامل جيني أو مؤشر هيرفيندال-هيرشمان (HHI) لكل من توزيع قوة التجزئة والحصص. يشير مؤشر HHI فوق 2500 إلى تركيز عالٍ.
   • احتمالية السيطرة المشتركة: حساب احتمالية أن تتواطأ أكبر كيانات N للسيطرة على أكثر من 50% من كلا الموردين.
3. المحاكاة: استخدام نموذج قائم على الوكلاء لمحاكاة تأثير الحوافز الاقتصادية على التوزيع بمرور الوقت. تشمل المعايير تقسيم مكافأة الكتلة، وسعر فائدة الحصة، وتقلب سعر العملة.
4. تسجيل المخاطر: دمج المقاييس في "درجة صحة اللامركزية" مركبة. يؤدي انخفاض الدرجة إلى استعراض معايير البروتوكول (مثل تعديل مكافآت الحصة لتشجيع مشاركة أوسع).

النتيجة: يوفر هذا الإطار مراقبة مستمرة قائمة على البيانات للافتراض الأمني الأساسي للشبكة، متجاوزاً الادعاءات النوعية إلى الحوكمة الكمية.

التطبيقات المستقبلية وخارطة طريق التطوير

يفتح التنفيذ الناجح للإجماع الهجين عدة مسارات استراتيجية لمشروع PAI:

• حوكمة الذكاء الاصطناعي على السلسلة: يمكن توسيع آلية تصويت أصحاب الحصص لحوكمة نظام الذكاء الاصطناعي الشخصي نفسه. على سبيل المثال، يمكن لأصحاب الحصص التصويت على:
  • تحديثات معلمات نموذج الذكاء الاصطناعي أو سياسات خصوصية البيانات.
  • تخصيص صندوق خزينة المجتمع لمنح تطوير تطبيقات الذكاء الاصطناعي اللامركزية الجديدة.
  • تسوية المنازعات للمحتوى أو الخدمات المولدة بالذكاء الاصطناعي.
• دمج الرهان كخدمة (SaaS): السماح للمستخدمين برهان عملة PAI مباشرة داخل تطبيقات الذكاء الاصطناعي. يمكن أن تخفض مكافآت الرهان رسوم الاستخدام أو تفتح ميزات ذكاء اصطناعي متميزة، مما يخلق أداة قوية للاحتفاظ بالمستخدمين.
• الأمن عبر السلاسل: بمجرد تأمينها، يمكن أن تقدم سلسلة PAI خدمات تحديد نقاط التفتيش أو النهائية لسلاسل أصغر أخرى في مجال الذكاء الاصطناعي/Web3، مما يدر إيرادات إضافية لأصحاب الحصص.
• مراحل خارطة الطريق:
  1. المرحلة 1 (شبكة الاختبار): تنفيذ واختبار الإجماع الهجين على شبكة اختبار عامة مع مشاركة محفزة.
  2. المرحلة 2 (الإطلاق التجريبي): تفعيل الإجماع الهجين على الشبكة الرئيسية بمعايير محافظة (مثلاً، متطلبات حصة 5%، تقسيم مكافأة 60/30/10).
  3. المرحلة 3 (تفعيل الحوكمة): تقديم مقترحات حوكمة غير متعلقة بالإجماع لتصويت أصحاب الحصص.
  4. المرحلة 4 (دمج النظام البيئي): دمج الرهان والتصويت بعمق في الذكاء الاصطناعي الشخصي لشركة ObEN وتطبيقاتها اللامركزية الشريكة.

المراجع

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Buterin, V. (2013). Ethereum White Paper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
3. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
4. Project PAI. (2020). PAI Coin: Technical Overview. ObEN, Inc.
5. Decred. (2020). Decred Documentation: Hybrid Consensus. Retrieved from https://docs.decred.org
6. Bentov, I., Lee, C., Mizrahi, A., & Rosenfeld, M. (2014). Proof of Activity: Extending Bitcoin's Proof of Work via Proof of Stake. ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review.
7. Luu, L., Narayanan, V., Zheng, C., Baweja, K., Gilbert, S., & Saxena, P. (2016). A Secure Sharding Protocol For Open Blockchains. Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security.
8. CoinMetrics. (2023). Network Data Charts. Retrieved from https://coinmetrics.io
9. Zohar, A. (2015). Bitcoin: under the hood. Communications of the ACM, 58(9), 104-113.