Kandungan
1. Mengamankan pengiraan dengan ekonomi
Kriptowangsa berasaskan konsensus Nakamoto seperti Bitcoin dan Ethereum menyediakan lejar awam muktamad untuk transaksi kewangan yang dikenali sebagai rantai blok. Teknologi konsensus ini membolehkan transaksi Bitcoin asas manakala transaksi Ethereum melaksanakan skrip pengiraan lebih kompleks melalui kontrak pintar.
Pelombong tanpa nama menentukan kesahihan transaksi tanpa pihak berkuasa pusat, tetapi integriti rantai blok bergantung pada beban pengesahan minimum. Walaupun mempunyai sumber pengiraan paling berkuasa dalam sejarah, Bitcoin dan Ethereum menawarkan kuasa pengesahan tidak lebih daripada telefon pintar biasa disebabkan oleh Dilema Pengesah.
1.1 Pengiraan luar
Sistem ini membolehkan pengiraan luar yang selamat ke rangkaian Ethereum, membolehkan pengguna menerima jawapan betul untuk pengiraan kompleks sambil mengekalkan keselamatan rantai blok.
1.2 Kesan praktikal
Aplikasi segera termasuk kolam perlombongan terdesentralisasi yang dikendalikan oleh kontrak pintar Ethereum, kriptowangsa dengan throughput transaksi berskala, dan pemindahan mata wang tanpa kepercayaan antara sistem kriptowangsa terpisah.
1.3 Kontrak pintar
Kontrak pintar Ethereum membolehkan operasi kewangan dan pangkalan data kompleks yang bergantung pada penilaian skrip pengiraan, menyediakan asas untuk sistem pengesahan TrueBit.
2. Cara TrueBit berfungsi
TrueBit terdiri daripada lapisan insentif kewangan di atas lapisan penyelesaian pertikaian yang mengambil bentuk "permainan pengesahan" serba boleh. Seni bina dua lapisan ini membolehkan pengiraan berskala pada Ethereum sambil mengekalkan jaminan keselamatan.
2.1 Sifat sistem
Sistem ini menyediakan integriti pengiraan, kelangsungan hidup, dan keserasian insentif melalui mekanisme ekonomi yang direka dengan teliti.
2.2 Andaian
TrueBit mengandaikan pelaku ekonomi rasional dan kewujudan sekurang-kurangnya satu pengesah jujur dalam sistem untuk mengekalkan keselamatan.
2.3 Model penyerang
Protokol ini mempertahankan daripada pelbagai vektor serangan termasuk serangan Sybil, kolam pakatan, dan eksploitasi ekonomi melalui struktur insentif canggih.
3. Lapisan penyelesaian pertikaian
Inovasi teras TrueBit adalah permainan pengesahan, yang membolehkan penyelesaian pertikaian yang cekap untuk hasil pengiraan.
3.1 Hambatan: Dilema Pengesah
Dilema Pengesah berlaku apabila pelombong tidak mempunyai insentif mencukupi untuk mengesahkan pengiraan kompleks, berpotensi membenarkan transaksi tidak sah masuk ke rantai blok. Ini ditunjukkan dalam garpu Bitcoin 4 Julai dan serangan penolakan-perkhidmatan Ethereum 2016.
3.2 Penyelesaian: Permainan pengesahan
Permainan pengesahan menggunakan sistem bukti interaktif dan protokol pembahagian dua untuk mencari ralat pengiraan dengan cekap sambil meminimumkan sumber pada rantai.
3.3 Protokol terperinci
Protokol ini melibatkan pelbagai pusingan di mana pengesah mencabar pengiraan penyelesai, dengan pertikaian diselesaikan melalui pengesahan pelaksanaan langkah demi langkah.
3.4 Analisis masa jalan dan keselamatan
Sistem ini mencapai kerumitan logaritma dalam penyelesaian pertikaian relatif kepada saiz pengiraan, menjadikannya praktikal untuk pengiraan skala besar.
4. Lapisan insentif
Lapisan ekonomi memastikan penyertaan jujur melalui ganjaran dan penalti yang ditentukur dengan teliti.
4.1 Jackpot
Ganjaran jackpot rawak menyediakan insentif ekonomi untuk pengesah menyertai secara aktif dalam proses pengesahan.
4.2 Cukai
Cukai transaksi membiayai kolam insentif dan memastikan operasi mampan ekosistem pengesahan.
4.3 Deposit
Deposit keselamatan daripada penyelesai dan pengesah mewujudkan kepentingan ekonomi yang menggalakkan tingkah laku berniat jahat.
4.4 Menjana ralat paksa
Sistem sengaja memperkenalkan ralat paksa untuk menguji kewaspadaan pengesah dan memastikan penyertaan aktif.
4.5 Pemilihan Penyelesai dan Pengesah
Peserta dipilih melalui mekanisme persampelan rawak yang menghalang permainan sistem.
4.6 Gambaran keseluruhan protokol
Protokol lengkap mengintegrasikan penyelesaian pertikaian dengan insentif ekonomi dalam sistem yang padu.
4.7 Semakan kesahihan
Pelbagai mekanisme pengesahan memastikan integriti sistem dan menghalang eksploitasi.
5. Pertahanan
TrueBit menggabungkan pertahanan canggih terhadap pelbagai vektor serangan.
5.1 Serangan Sybil berpasangan
Sistem ini menghalang serangan Sybil melalui halangan ekonomi dan mekanisme pengesahan identiti.
5.2 Trifecta
Tiga mekanisme pertahanan saling melengkapi bekerja bersama untuk menyediakan jaminan keselamatan yang teguh.
5.3 Kolam pakatan
Penghalang ekonomi dan persampelan rawak menghalang pakatan antara peserta.
5.4 Mengenai sasaran mudah
Sistem ini menangani vektor serangan biasa yang biasanya mengeksploitasi sistem pengesahan.
5.5 Masalah kesetaraan tunai
Mekanisme ekonomi memastikan insentif kekal sejajar dengan keselamatan sistem.
6. Pelaksanaan
Pelaksanaan TrueBit termasuk Mesin Maya TrueBit dan integrasi dengan kontrak pintar Ethereum untuk operasi lancar.
7. Aplikasi
Protokol ini membolehkan banyak aplikasi praktikal di luar pengesahan pengiraan asas.
7.1 Perlombongan kolam terdesentralisasi praktikal
Kolam perlombongan terdesentralisasi yang dikendalikan oleh kontrak pintar menghapuskan titik kegagalan pusat.
7.2 Jambatan Dogecoin-Ethereum
Jambatan tanpa kepercayaan antara sistem kriptowangsa membolehkan pemindahan nilai lancar.
7.3 Throughput transaksi berskala
TrueBit membolehkan kriptowangsa dengan kapasiti transaksi lebih tinggi secara signifikan.
7.4 Menuju sistem data besar
Seni bina menyokong pemprosesan data skala besar pada rangkaian rantai blok.
Analisis Asal
TrueBit mewakili kemajuan signifikan dalam kebolehskalaan rantai blok dengan menangani Dilema Pengesah asas yang telah menyekat sistem terdesentralisasi sejak permulaannya. Seni bina dua lapisan inovatif protokol—menggabungkan lapisan penyelesaian pertikaian berdasarkan permainan pengesahan interaktif dengan lapisan insentif ekonomi—mewujudkan rangka kerja teguh untuk pengiraan tanpa kepercayaan yang mengekalkan keselamatan sambil meningkatkan throughput secara dramatik.
Berbanding pendekatan penskalaan rantai blok tradisional seperti sharding (seperti dilaksanakan dalam Ethereum 2.0) atau penyelesaian lapisan-2 seperti Optimistic Rollups, TrueBit mengambil pendekatan asas berbeza dengan memberi tumpuan kepada pengesahan pengiraan bukannya pengoptimuman pemprosesan transaksi. Perbezaan ini penting: manakala penyelesaian seperti zk-Rollups (seperti diterangkan dalam kerja utama oleh Buterin et al.) bergantung pada bukti kriptografi untuk kesahihan, TrueBit menggunakan insentif ekonomi dan mekanisme teori permainan untuk memastikan ketepatan. Mekanisme ralat paksa protokol ini amat bijak, kerana ia secara aktif menguji integriti sistem pengesahan, sama seperti bagaimana sistem integrasi berterusan menguji kebolehpercayaan perisian dalam pengkomputeran tradisional.
Permainan pengesahan TrueBit mempunyai persamaan dengan sistem bukti interaktif dalam sains komputer teori, terutamanya kerja Goldwasser, Micali, dan Rackoff mengenai bukti interaktif, tetapi dengan penambahan penting insentif ekonomi berasaskan rantai blok. Gabungan ini mewujudkan apa yang penulis namakan "komputer konsensus" mampu melaksanakan pengiraan sewenang-wenangnya dengan ketepatan boleh disahkan. Keselamatan sistem bergantung pada andaian bahawa sekurang-kurangnya satu pengesah jujur wujud—andaian dikongsi dengan banyak sistem toleransi kesalahan Byzantine tetapi dilaksanakan di sini melalui mekanisme ekonomi novel.
Dari perspektif pelaksanaan, pendekatan TrueBit untuk penyelesaian pertikaian melalui pembahagian dua langkah demi langkah adalah kedua-duanya elegan dan cekap, mengurangkan kerumitan pengesahan daripada O(n) kepada O(log n) untuk pengiraan saiz n. Penskalaan logaritma ini kritikal untuk aplikasi praktikal, kerana ia membolehkan pengesahan pengiraan besar tanpa kos menghalang. Reka bentuk protokol menunjukkan pemahaman mendalam kedua-dua asas sains komputer dan teori permainan ekonomi, mencipta sistem yang kedua-duanya kukuh secara teknikal dan mampan secara ekonomi.
Melihat ke hadapan, seni bina TrueBit mempunyai implikasi di luar pengiraan rantai blok. Prinsip teras boleh digunakan untuk sistem teragih lebih luas, terutamanya dalam senario di mana pengesahan tanpa kepercayaan hasil pengiraan diperlukan. Seperti yang dinyatakan dalam penyelidikan Yayasan Ethereum mengenai penskalaan lapisan-2, penyelesaian seperti TrueBit mewakili arah penting untuk kebolehskalaan rantai blok yang melengkapkan bukannya bersaing dengan pendekatan lain.
Butiran Teknikal
Asas Matematik
Permainan pengesahan menggunakan sistem bukti interaktif dengan sifat berikut:
- Kelengkapan: Jika pernyataan benar, pengesah jujur akan diyakinkan
- Kewajaran: Jika palsu, tiapa pembuktian boleh meyakinkan pengesah jujur kecuali dengan kebarangkalian kecil
Penyelesaian pertikaian menggunakan protokol pembahagian dua dengan kerumitan $O(\\log n)$ di mana $n$ adalah saiz pengiraan:
$$T_{verify} = O(\\log n) \\cdot T_{step}$$
Mekanisme insentif memastikan keselamatan ekonomi melalui:
$$E[reward_{honest}] > E[reward_{malicious}] + cost_{attack}$$
Seni Bina Sistem
Mesin Maya TrueBit (TVM) melaksanakan pengiraan dalam persekitaran deterministik serasi dengan EVM Ethereum tetapi dioptimumkan untuk permainan pengesahan.
Keputusan Eksperimen
Metrik Prestasi
Masa Pengesahan
Penskalaan logaritma dengan saiz pengiraan
Jaminan Keselamatan
Keselamatan ekonomi melalui insentif
Peningkatan Throughput
Banding dengan Ethereum asli
Gambar Rajah Teknikal
Aliran Permainan Pengesahan: Protokol melibatkan pelbagai pusingan cabaran-tindak balas antara penyelesai dan pengesah, dengan pertikaian diselesaikan melalui carian binari sehingga langkah pengiraan salah dikenal pasti. Setiap pusingan mengurangkan saiz masalah separuh, memastikan penyelesaian cekap.
Struktur Insentif Ekonomi: Sistem mengekalkan keseimbangan antara ganjaran penyelesai, insentif pengesah, dan deposit keselamatan untuk memastikan penyertaan jujur sambil menghalang pelbagai vektor serangan.
Contoh Kod
Penciptaan Tugas TrueBit
// Penyelesai menghantar tugas
function submitTask(bytes memory code, bytes memory input) public payable {
require(msg.value >= MIN_DEPOSIT);
Task memory newTask = Task({
solver: msg.sender,
code: code,
input: input,
deposit: msg.value,
status: TaskStatus.Pending
});
tasks[taskCounter] = newTask;
emit TaskSubmitted(taskCounter, msg.sender);
taskCounter++;
}
// Pengesah mencabar hasil
function challengeResult(uint taskId, bytes memory claimedOutput) public {
require(tasks[taskId].status == TaskStatus.Pending);
challenges[taskId] = Challenge({
verifier: msg.sender,
claimedOutput: claimedOutput,
round: 0
});
initiateVerificationGame(taskId);
}Protokol Permainan Pengesahan
// Protokol pembahagian dua untuk penyelesaian pertikaian
function performBisection(uint taskId, uint step) public {
Challenge storage challenge = challenges[taskId];
// Laksanakan langkah tunggal dan sediakan bukti Merkle
(bytes32 stateHash, bytes32 proof) = executeStep(
tasks[taskId].code,
tasks[taskId].input,
step
);
// Hantar pelaksanaan langkah untuk pengesahan
emit StepExecuted(taskId, step, stateHash, proof);
// Teruskan pembahagian dua sehingga ralat ditentukan
if (challenge.round < MAX_ROUNDS) {
challenge.round++;
} else {
resolveFinalStep(taskId, step);
}
}Aplikasi Masa Depan
Aplikasi Jangka Pendek (1-2 tahun)
- Pengkomputeran Awan Terdesentralisasi: Pelaksanaan tanpa kepercayaan pengiraan kompleks
- Jambatan Rantai Silang: Pemindahan aset selamat antara rangkaian rantai blok
- DeFi Berskala: Instrumen kewangan kompleks pada rantai blok
Aplikasi Jangka Sederhana (3-5 tahun)
- Pengesahan Model AI: Pelaksanaan dan pengesahan tanpa kepercayaan model pembelajaran mesin
- Pengkomputeran Saintifik: Penyelidikan boleh dihasilkan semula melalui pengiraan boleh disahkan
- Rantai Blok Perusahaan: Penyelesaian rantai blok persendirian berskala
Visi Jangka Panjang (5+ tahun)
- Komputer Dunia: Platform pengiraan global terdesentralisasi sebenar
- Perkhidmatan Internet Boleh Disahkan: Perkhidmatan web tanpa kepercayaan dengan pelaksanaan terjamin
- Organisasi Autonomi: DAO kompleks dengan operasi boleh disahkan
Rujukan
- Teutsch, J., & Reitwießner, C. (2017). A scalable verification solution for blockchains. arXiv:1908.04756
- Buterin, V., et al. (2021). Combining GHOST and Casper. Ethereum Foundation.
- Goldwasser, S., Micali, S., & Rackoff, C. (1989). The knowledge complexity of interactive proof systems. SIAM Journal on computing.
- Ethereum Foundation. (2020). Ethereum 2.0 Phase 1--Shard Chains.
- Luu, L., et al. (2016). A secure sharding protocol for open blockchains. ACM CCS.
- Ben-Sasson, E., et al. (2014). Zerocash: Decentralized anonymous payments from bitcoin. IEEE Security & Privacy.
- Szabo, N. (1997). Formalizing and securing relationships on public networks. First Monday.
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system.
- Wood, G. (2014). Ethereum: A secure decentralised generalised transaction ledger.
- Buterin, V. (2013). Ethereum white paper: A next-generation smart contract and decentralized application platform.