چارچوب اجماع ترکیبی پیشنهادی برای پروژه PAI: تحلیل فنی و توصیه‌ها

فهرست مطالب

مقدمه

PAI Coin یک ارز رمزنگاری مبتنی بر UTXO است که از هسته بیت‌کوین فورک شده و از مکانیزم اجماع اثبات کار (PoW) با درهم‌سازی دوگانه SHA-256 استفاده می‌کند. در حالی که این امر سازگاری با زیرساخت‌های استخراج موجود بیت‌کوین را تضمین می‌کند، آسیب‌پذیری بیت‌کوین در برابر حملات ۵۱٪ را نیز به ارث می‌برد، جایی که یک نهاد کنترل‌کننده اکثریت قدرت هش می‌تواند خرج مضاعف انجام دهد یا زنجیره را بازآرایی کند. این مقاله انتقال به یک مدل اجماع ترکیبی اثبات کار/اثبات سهام (PoW/PoS) را پیشنهاد می‌دهد که الهام‌گرفته از ارزهای رمزنگاری مانند Decred (DCR) است تا امنیت شبکه و عدم تمرکز را به طور چشمگیری افزایش دهد.

1. مکانیزم‌های اجماع عملی

این بخش تحلیل بنیادینی از مدل‌های اجماع مستقل و ترکیبی ارائه می‌دهد.

1.1 اثبات کار (PoW)

PoW با الزام به استخراج‌کنندگان برای حل معماهای محاسباتی دشوار، شبکه را ایمن می‌کند. احتمال استخراج یک بلاک متناسب با کار محاسباتی ارائه شده است.

1.1.1 مزایا

• امنیت اثبات‌شده: هزینه بالای حمله به دلیل نیازمندی‌های سخت‌افزاری و انرژی.
• عدم تمرکز (نظری): به هر کسی با سخت‌افزار اجازه مشارکت می‌دهد.
• پیاده‌سازی ساده: به خوبی درک شده و در میدان عمل آزموده شده (بیت‌کوین).

1.1.2 بردارهای حمله و آسیب‌پذیری‌ها

• حمله اکثریت (۵۱٪): ریسک اصلی برای PAI Coin. یک مهاجم با نرخ هش بیش از ۵۰٪ می‌تواند خرج مضاعف انجام دهد و تراکنش‌ها را حذف کند.
• استخراج نواری (Strip Mining): استخراج‌کنندگان قدرت هش را به زنجیره‌های سودآورتر هدایت می‌کنند و امنیت PAI Coin را کاهش می‌دهند.
• حمله سیبیل: ایجاد گره‌های جعلی زیاد برای مختل کردن ارتباطات شبکه (توسط PoW کاهش می‌یابد اما حذف نمی‌شود).
• ناکارآمدی انرژی: هزینه زیست‌محیطی بالا.

1.2 اثبات سهام (PoS)

PoS اعتبارسنج‌ها را بر اساس مقدار ارز رمزنگاری‌ای که به عنوان وثیقه «سهام‌گذاری» یا قفل می‌کنند، انتخاب می‌کند.

1.2.1 مزایا

• کارایی انرژی: مصرف انرژی ناچیز در مقایسه با PoW.
• امنیت اقتصادی: هزینه حمله به ارزش توکن بومی گره خورده است.
• کاهش ریسک تمرکز: کمتر مستعد تمرکز مبتنی بر سخت‌افزار.

1.2.2 بردارهای حمله و آسیب‌پذیری‌ها

• حمله Nothing-at-Stake: اعتبارسنج‌ها هیچ هزینه‌ای برای اعتبارسنجی روی چندین زنجیره در طول یک فورک ندارند که ممکن است اجماع را مختل کند.
• حمله برد بلند (Long-Range): یک مهاجم با کلیدهای خصوصی قدیمی می‌تواند تاریخچه را از یک نقطه اولیه بازنویسی کند.
• تمرکز ثروت: پویایی «ثروتمندان ثروتمندتر می‌شوند» می‌تواند منجر به انحصار اعتبارسنج‌ها شود.

1.3 اجماع ترکیبی اثبات کار و اثبات سهام (PoW/PoS)

مدل پیشنهادی هر دو مکانیزم را ترکیب می‌کند تا نقاط ضعف فردی آن‌ها را کاهش دهد.

1.3.1 مرور کلی

در یک سیستم ترکیبی مانند Decred:

1. استخراج‌کنندگان PoW بلاک‌های جدید را پیشنهاد می‌دهند.
2. رای‌دهندگان PoS (ذینفعان) سپس بر روی اعتبار بلاک پیشنهادی رای می‌دهند. یک بلاک برای تایید و افزوده شدن به زنجیره نیازمند اکثریت آرای ذینفعان است.

این یک سیستم کنترل و تعادل ایجاد می‌کند که در آن هم استخراج‌کنندگان و هم ذینفعان باید برای حمله به شبکه تبانی کنند.

1.3.2 پارامترهای فنی

پارامترهای کلیدی برای PAI Coin نیاز به تعریف دارند:

• نیازمندی سهام: حداقل PAI Coin برای مشارکت در رای‌گیری.
• سیستم بلیط: مکانیزمی برای ذینفعان برای قفل کردن سکه‌ها و دریافت بلیط‌های رای.
• آستانه رای: درصد آرای «موافق» مورد نیاز برای پذیرش بلاک (مثلاً ۷۵٪).
• تقسیم پاداش بلاک: نسبت پاداش‌های تخصیص‌یافته به استخراج‌کنندگان PoW (مثلاً ۶۰٪) در مقابل رای‌دهندگان PoS (مثلاً ۳۰٪)، با باقیمانده برای صندوق توسعه.

1.3.3 بردارهای حمله و آسیب‌پذیری‌ها

• تحلیل هزینه حمله اکثریت: یک مهاجم اکنون باید هم بیش از ۵۰٪ قدرت هش و هم بیش از ۵۰٪ عرضه سکه سهام‌گذاری شده را کنترل کند، که یک حمله را از نظر اقتصادی بازدارنده می‌سازد. هزینه ضربی است، نه جمعی.
• کاهش Nothing-at-Stake: سکه‌های ذینفعان قفل شده است (در صورت رای مخرب، سکه‌هایشان ضبط می‌شود)، که انگیزه رای دادن روی چندین زنجیره را از بین می‌برد.
• تمرکز استخر سهام: ریسک اینکه ذینفعان رای‌دهی را به چند استخر بزرگ تفویض کنند و نقاط تمرکز ایجاد کنند. باید از طریق طراحی پروتکل و مشوق‌ها مدیریت شود.

1.3.4 سایر مزایا

• حکمرانی درون‌زنجیره‌ای: رای‌گیری ذینفعان می‌تواند برای تصمیمات ارتقای پروتکل استفاده شود.
• فورک‌های سخت هموارتر: فورک‌های مشروع می‌توانند از طریق اجماع ذینفعان مشروعیت یابند.
• افزایش عدم تمرکز: دارندگان سکه را در امنیت شبکه درگیر می‌کند.

2. توابع درهم‌ساز برای اثبات کار

اگر PoW در مدل ترکیبی حفظ شود، انتخاب الگوریتم درهم‌سازی حیاتی است.

2.1 مقاومت در برابر ASIC

پایبندی به SHA-256 به نفع استخراج‌کنندگان ASIC است و منجر به تمرکز بالقوه می‌شود. جایگزین‌هایی مانند RandomX (Monero) یا Ethash (اتریوم سابق) سخت‌افزاری-حافظه‌ای هستند، که برای کارایی روی CPUهای عمومی طراحی شده و در برابر بهینه‌سازی ASIC مقاومند و پایه استخراج غیرمتمرکزتری را ترویج می‌دهند.

3. توصیه و کارهای آتی

3.1 توصیه کلی

این مقاله به شدت توصیه می‌کند که پروژه PAI یک مکانیزم اجماع ترکیبی PoW/PoS را پیاده‌سازی کند. هدف اصلی افزایش چشمگیر هزینه یک حمله ۵۱٪ با الزام به تسلط همزمان در هر دو قدرت محاسباتی و سهام اقتصادی است. مدل Decred به عنوان یک الگوی عملی و اثبات‌شده عمل می‌کند.

3.2 کارهای آتی

• مدل‌سازی اقتصادی دقیق و شبیه‌سازی پارامترهای ترکیبی پیشنهادی.
• توسعه یک مکانیزم قوی خرید بلیط و رای‌گیری درون کیف پول PAI Coin.
• حسابرسی امنیتی کد اجماع ترکیبی، احتمالاً از طریق یک برنامه جایزه باگ.
• آموزش جامعه و برنامه‌های مشوق برای تشویق مشارکت ذینفعان.

تحلیل اصلی و بینش کارشناسی

جزئیات فنی و اثبات‌های ریاضی

امنیت مدل ترکیبی به غیرمنطقی ساختن یک حمله اکثریت از نظر اقتصادی وابسته است. مقاله یک تحلیل هزینه را ترسیم می‌کند که در آن حمله نیازمند کنترل اکثریت هر دو منبع است.

فرمول هزینه حمله (ساده‌شده):
فرض کنید $H$ کل نرخ هش شبکه، $S$ کل عرضه سکه سهام‌گذاری شده، $P_h$ قیمت هر واحد قدرت هش، و $P_c$ قیمت هر سکه باشد.
هزینه کسب ۵۱٪ قدرت هش: $C_h = 0.51 \times H \times P_h$.
هزینه کسب ۵۱٪ عرضه سهام‌گذاری شده: $C_s = 0.51 \times S \times P_c$.
هزینه کل حمله: $C_{total} = C_h + C_s$.
این هزینه سپس باید در برابر پاداش بالقوه از یک حمله خرج مضاعف سنجیده شود، که توسط نقدینگی صرافی و زمان‌های تایید بلاک محدود می‌شود. مدل نشان می‌دهد $C_{total}$ به سرعت به اندازه‌ای بزرگ می‌شود که از هر پاداش ممکنی بسیار بیشتر است.

مدل تصادفی برای پذیرش بلاک:
احتمال پذیرش یک بلاک پیشنهادی تابعی از تایید هم استخراج‌کننده و هم رای‌دهنده می‌شود. اگر سهم قدرت هش استخراج‌کننده را $m$ و سهم رای ذینفعان را $v$ مدل کنیم، و آستانه‌های $T_m$ و $T_v$ را برای پذیرش نیاز داشته باشیم، احتمال عبور یک بلاک مخرب این است:
$P_{malicious} = P(\text{کنترل استخراج‌کننده} > T_m) \times P(\text{کنترل رای‌دهنده} > T_v)$.
با فرض استقلال و برخی توزیع منابع، این احتمال مشترک به شدت کمتر از حمله به هر یک از سیستم‌ها به تنهایی است.

مثال چارچوب تحلیل

مطالعه موردی: ارزیابی ریسک تمرکز در یک سیستم ترکیبی

هدف: ارزیابی ریسک کسب نفوذ نامتناسب یک نهاد واحد در شبکه ترکیبی پیشنهادی PAI.

مراحل چارچوب:

1. جمع‌آوری داده: جمع‌آوری داده درون‌زنجیره‌ای (پس از پیاده‌سازی):
   • توزیع قدرت هش بین استخرهای استخراج (از کاوشگران بلاک‌چین).
   • توزیع بلیط‌های رای (سهام) بین آدرس‌ها و استخرهای سهام.
   • تحلیل همپوشانی: آیا استخراج‌کنندگان بزرگ سهام بزرگی نیز دارند؟
2. محاسبه معیار:
   • ضریب جینی یا شاخص هرش‌هیرشمن (HHI) برای هر دو توزیع قدرت هش و سهام. یک HHI بالای ۲۵۰۰ نشان‌دهنده تمرکز بالا است.
   • احتمال کنترل مشترک: محاسبه احتمال اینکه N نهاد برتر بتوانند برای کنترل بیش از ۵۰٪ هر دو منبع تبانی کنند.
3. شبیه‌سازی: از یک مدل مبتنی بر عامل برای شبیه‌سازی اثر مشوق‌های اقتصادی بر توزیع در طول زمان استفاده کنید. پارامترها شامل تقسیم پاداش بلاک، نرخ بهره سهام، و نوسان قیمت سکه است.
4. امتیازدهی ریسک: معیارها را در یک «امتیاز سلامت عدم تمرکز» ترکیبی ترکیب کنید. کاهش امتیاز باعث بررسی پارامترهای پروتکل می‌شود (مثلاً تنظیم پاداش‌های سهام برای تشویق مشارکت گسترده‌تر).

نتیجه: این چارچوب نظارت مستمر و مبتنی بر داده از فرضیه امنیت اصلی شبکه را فراهم می‌کند و از ادعاهای کیفی به حکمرانی کمی حرکت می‌کند.

کاربردهای آتی و نقشه راه توسعه

پیاده‌سازی موفق یک اجماع ترکیبی چندین مسیر استراتژیک را برای پروژه PAI باز می‌کند:

• حکمرانی هوش مصنوعی درون‌زنجیره‌ای: مکانیزم رای‌گیری ذینفعان می‌تواند برای حکمرانی خود اکوسیستم هوش مصنوعی شخصی گسترش یابد. به عنوان مثال، ذینفعان می‌توانند در مورد موارد زیر رای دهند:
  • به‌روزرسانی پارامترهای مدل هوش مصنوعی یا سیاست‌های حریم خصوصی داده.
  • تخصیص یک صندوق خزانه جامعه برای اعطای توسعه برای Dappهای جدید هوش مصنوعی.
  • حل اختلاف برای محتوای یا خدمات تولیدشده توسط هوش مصنوعی.
• ادغام سهام‌گذاری-به-عنوان-خدمت (SaaS): به کاربران اجازه دهید مستقیماً درون برنامه‌های هوش مصنوعی PAI Coin را سهام‌گذاری کنند. پاداش‌های سهام‌گذاری می‌توانند هزینه‌های استفاده را یارانه دهند یا ویژگی‌های هوش مصنوعی پریمیوم را باز کنند و یک ابزار قدرتمند حفظ کاربر ایجاد کنند.
• امنیت زنجیره‌متقابل: پس از ایمن‌سازی، زنجیره PAI می‌تواند خدمات نقطه‌گذاری یا قطعیت را به سایر زنجیره‌های کوچکتر در فضای هوش مصنوعی/Web3 ارائه دهد و درآمد اضافی برای ذینفعان ایجاد کند.
• مراحل نقشه راه:
  1. فاز ۱ (تست‌نت): پیاده‌سازی و آزمایش اجماع ترکیبی روی یک تست‌نت عمومی با مشارکت مشوق‌دار.
  2. فاز ۲ (راه‌اندازی نرم): فعال‌سازی اجماع ترکیبی در مین‌نت با پارامترهای محافظه‌کارانه (مثلاً نیازمندی سهام ۵٪، تقسیم پاداش ۶۰/۳۰/۱۰).
  3. فاز ۳ (فعال‌سازی حکمرانی): معرفی پیشنهادات حکمرانی غیراجماعی برای رای‌گیری ذینفعان.
  4. فاز ۴ (ادغام اکوسیستم): ادغام عمیق سهام‌گذاری و رای‌گیری در هوش مصنوعی شخصی ObEN و Dappهای شریک.

منابع

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.