Table of Contents
Computational Security Assurance Based on Economics
Cryptocurrencies based on Nakamoto consensus (such as Bitcoin and Ethereum) provide a deterministic public transaction ledger known as blockchain. This consensus technology not only supports basic Bitcoin transactions but also enables Ethereum transactions to execute more complex computational scripts through smart contracts.
Wachimya wagodi bila kujulikana huamua uhalali wa manunuzi pasi ya mamlaka kuu, lakini ukamilifu wa mnyororo wa vitalu unategemea mzigo mdogo wa uthibitishaji. Ingawa wana rasilimali za kompyuta zenye nguvu zaidi kihistoria, kwa sababu ya tatizo la wathibitishaji, uwezo wa uthibitishaji unaotolewa na Bitcoin na Ethereum sio bora zaidi kuliko simu janja ya kawaida.
1.1 Outsourced Computation
Mfumo huu unaunga mkono uwekaji wa hesabu salama kwenye mtandao wa Ethereum, ukiruhusu watumiaji kupata majibu sahihi ya hesabu ngumu huku wakidumia usalama wa mnyororo wa vitalu.
1.2 Practical Impact
Matumizi ya moja kwa moja yanajumuisha mabenki ya madini yasiyokua katikati yanayoendeshwa na kandarasi za Ethereum zenye akili, sarafu za kidijitali zenye uwezo wa mchango wa manunuzi unaoweza kupanuka, na uhamisho wa sarafu usio na umwagimbi kati ya mifumo ya sarafu za kidijitali isiyo na mshikamano.
1.3 Smart Contract
Mikataba ya Kisasa ya Ethereum inasaidia shughuli ngumu za kifedha na za hifadhidata kulingana na tathmini ya hati-skrpti, na kuweka msingi wa mfumo wa uthibitishaji wa TrueBit.
2. TrueBit Operating Principle
TrueBit consists of an incentive layer and a dispute resolution layer, the latter adopting a versatile "verification game" format. This dual-layer architecture enables scalable computation on Ethereum while maintaining security guarantees.
2.1 System Characteristics
Kupitia mifumo ya uchumi iliyobuniwa kwa uangalifu, mfumo hutoa ukamilifu wa hesabu, uhai, na ulikosi wa motisha.
2.2 Dhana za Msingi
TrueBit inadhania uwepo wa washiriki wa kiuchumi wenye akili, na angalau mkaguzi mwaminifu mmoja katika mfumo kudumisha usalama.
2.3 Muundo wa Washambuliaji
Itifaki inakingamia vekta mbalimbali za mashambulio kupitia muundo uliochanganyika wa motisha, ikiwemo mashambulio ya Sybil, mkusanyiko wa ushirikiano na unyonyaji wa kiuchumi.
3. Safu ya Kutatua Migogoro
Uvumbuzi mkuu wa TrueBit ni mchezo wa uthibitishaji, unaoweza kutatua kwa ufanisi migogoro ya matokeo ya hesabu.
3.1 Kikwazo: Shida ya Wahakiki
Mgogoro wa Wahakiki hutokea wakati wachimbaji hapana motisha wa kutosha wa kuthibitisha mahesibu magumu, yanayoweza kusababisha biashara batili kuingia kwenye mnyororo wa bloki. Hali hii ilionekana wakati mgawanyiko wa Bitcoin wa Julai 4 na mashambulio ya kukataa huduma ya Ethereum ya 2016.
3.2 Suluhisho: Mchezo wa Uthibitishaji
Verification game hutumia mfumo wa uthibitishaji wa mwingiliano na itifaki ya umoja-mbili kupata makosa ya hesabu kwa ufanisi, huku ikipunguza matumizi ya rasilimali mnyororo.
3.3 Mkataba wa kina
Itifaki inahusisha mchakato wa raundi nyingi ambapo mthibitishaji hukabili mtafumbuizi kuhusu hesabu, na mzozo unatatuliwa kwa kutekeleza uthibitishaji hatua kwa hatua.
3.4 Uchambuzi wa Muda wa Kuendesha na Usalama
Mfumo unafanikisha utata wa logariti unahusiana na ukubwa wa hesabu katika kutatua migogoro, na hufanya uwezekano kwa hesabu za kiwango kikubwa.
4. Tabaka ya Motisha
The Economic Layer ensures honest participation through carefully calibrated rewards and penalties.
4.1 Utaratibu wa Tuzo Kubwa
Zawadi ya bahati nasibu ya tuzo kubwa hutoa motisha ya kifedha kwa uthibitishaji kushiriki kikamilifu katika mchakato wa uthibitishaji.
4.2 Ushuru wa Biashara
Kodi ya biashara inalisha hazina ya motisha, kuhakikisha utendaji endelevu wa mfumo wa uthibitishaji.
4.3 Amana ya Udhamini
Dhamana za usalama kutoka kwa wasuluhishi na wathibitishaji huunda maslahi kiuchumi, kuzuia tabia mbaya.
4.4 Generate Forced Error
Mfumo unaingiza makosa ya kukokotoa kwa makusudi, ili kuwajaribu wathibitishaji kwa uangalifu na kuhakikisha ushiriki madhubuti.
4.5 Uchaguzi wa Watatuzi na Wakaguzi
Uteuzi wa washiriki unafanyika kupitia mfumo wa uteuzi nasibu ili kuzuia udanganyifu wa mfumo.
4.6 Muhtasari wa Itifaki
Itifaki kamili inaunganua utatuzi wa mizozo na motisha za kiuchumi kuwa mfumo unaofanana.
4.7 Uchunguzi wa Ukamilifu
Mfumo wa uthibitishaji mwingi unahakikisha ukamilifu wa mfumo na kuzuia matumizi mabaya.
5. Mfumo wa Ulinzi
TrueBit inajumuisha hatua tata za ulinzi dhidi ya vekta mbalimbali za mashambulizi.
5.1 Mashambulizi ya Wachawi Waliookotana
Mfumo huzuia mashambulizi ya shetani kupitia vikwazo vya kiuchumi na utambulisho.
5.2 Ulinzi wa Maradufu Tatu
Mifumo mitatu ya ulinzi inayosaidiana hufanya kazi pamoja, ikitoa dhamana thabiti ya usalama.
5.3 Dimu la Ushirikiano
Economic suppression and random sampling prevent collusion among participants.
5.4 Tatizo la Matunda Yanayonata Kwa Urahisi
Mfumo umetatua vekta za mashambulizi za kawaida zinazotumia mifumo ya uthibitisho.
5.5 Tatizo la Vilinganyo Vya Fedha Taslimu
Utaratibu wa kiuchumi unahakikisha motisha zinalingana na usalama wa mfumo.
6. Mpango wa Utekelezaji
TrueBit implementation inajumuisha TrueBit Virtual Machine na ushirikiano na Ethereum smart contracts kwa utendaji bila mwisho.
7. Mandhari ya Matumizi
Itifaki hii inasaidia matumizi mengi ya vitendo yanayozidi uthibitishaji wa msingi wa hesabu.
7.1 Mfumo wa Madini Usiojikita kwa Vitendo
Mfumo wa uchimbaji madini unaoendeshwa na mikataba ya kidijitali umefutilia mbali sehemu kuu zenye uwezo wa kushindwa.
7.2 Daraja la Dogecoin-Ethereum
Daraja zisizo na imani kati ya mifumo ya fedha za kidijitali zinakuwezesha uhamisho wa thamani bila vikwazo.
7.3 Scalable Transaction Throughput
TrueBit inasaidia sarafu za kidijitali zenye uwezo mkubwa wa kuhimili idadi kubwa ya manunuzi.
7.4 Kuelekea kwenye Mfumo wa Big Data
Muundo huu unawezesha usindikaji wa data kwa kiwango kikubwa kwenye mtandao wa blockchain.
Uchambuzi wa Asili
TrueBit inawakilisha mafanikio makubwa ya kuweza kupanuliwa kwa blockchain kwa kutatua tatizo la msingi la uthibitishaji ambalo limekuwa linizuia mifumo isiyo ya katikati tangu kuanzishwa kwake. Muundo wake wa ubunifu wa tabaka mbili—unaounganisha safu ya utatuzi wa mizozo inayotegemea michezo ya uthibitishaji ya kuingiliana na safu ya motisha ya kiuchumi—unaunda mfumo thabiti wa usimbaji fujo wa kompyuta ambao unaboresha sana uvumilivu huku ukidumia usalama.
Ikilinganishwa na mbinu za kawaida za kupanua blockchain (kama vile kugawanya kwa sehemu ndogo kama ilivyotekelezwa katika Ethereum 2.0) au suluhisho za Tabaka ya Pili kama vile Optimistic Rollups, TrueBit inachukua mbinu tofauti kabisa, ikilenga uthibitishaji wa hesabu badala ya uboreshaji wa usindikaji wa shughuli. Tofauti hii ni muhimu sana: wakati suluhisho kama vile zk-Rollups (zilizoelezewa katika kazi ya kivumbuzi ya Buterin na wengine) zinategemea uthibitisho wa kriptografia kuhakikisha uhalali, TrueBit hutumia motisha za kiuchumi na utaratibu wa nadharia ya michezo kuhakikisha usahihi. Utaratibu wake wa kulazimisha makosa ni hasa wa werevu, unaojaribu kikamilifu uadilifu wa mfumo wa uthibitishaji, sawa na jinsi mifumo ya kuunganisha endelevu katika kompyuta za kawaida inavyojaribu uaminifu wa programu.
Mchezo wa uthibitishaji wa TrueBit una mfanano na mifumo ya uthibitishaji ya kuingiliana katika sayansi ya kompyuta ya kinadharia, hasa kazi ya Goldwasser, Micali, na Rackoff kuhusu uthibitishaji wa kuingiliana, lakini kwa nyongeza muhimu ya motisha za kiuchumi zinazotegemea mnyororo wa vitalu. Mchanganyiko huu unaunda kile wandishi wanachokiita "kompyuta ya makubaliano", yenye uwezo wa kutekeleza hesabu yoyote yenye usahihi unaoweza kuthibitishwa. Usalama wa mfumo unategemea dhana ya kuwepo kwa angalau mthibitishaji mmoja mwaminifu - dhana ambayo inashirikiwa na mifumo mingi ya uvumilivu wa Byzantine, lakini hapa inatimizwa kupitia utaratibu mpya wa kiuchumi.
Kutoka kwa mtazamo wa utekelezaji, njia ya TrueBit ya kutatua migogoro kupitia mgawanyiko wa hatua kwa hatua wa nusu ni ya kifahari na yenye ufanisi, ikipunguza ugumu wa uthibitishaji kutoka O(n) hadi O(log n), ambapo n ni ukubwa wa hesabu. Kupunguzwa huu kwa logariti ni muhimu sana kwa matumizi ya vitendo, kwani huruhusu uthibitishaji wa hesabu kubwa bila gharama kubwa mno. Muundo wa itifaki unaonyesha uelewa wa kina wa msingi wa sayansi ya kompyuta na nadharia ya kiuchumi ya michezo, na kuunda mfumo thabiti kitaalamu na endelevu kiuchumi.
Kuangalia mbele, usanidi wa TrueBit unaathiri zaidi ya kompyuta za blockchain. Kanuni za msingi zinaweza kutumika kwa upana zaidi katika mifumo iliyogawanywa, hasa katika hali ambapo inahitajika kuthibitisha matokeo ya hesabu bila kuwa na imani. Kama ilivyoonyeshwa na Ethereum Foundation katika utafiti wa upanuzi wa safu ya pili, suluhisho kama TrueBit zinawakilisha mwelekeo muhimu wa uwezo wa kuongezeka kwa blockchain, zikikamilisha mbinu zingine badala ya kuzipinga.
Mambo ya Kiufundi
Msingi wa hisabati
Mchezo wa Uthibitishaji unatumia mfumo wa uthibitishaji wa kuingiliana unao na sifa zifuatazo:
- Ukamilifu:Ikiwa taarifa ni kweli, uthibitishaji wa uaminifu utashawishi mkaguzi mwaminifu
- Kuaminika:Ikiwa ni uwongo, isipokuwa kwa uwezekano mdogo sana, hakuna mthibitishaji awezaye kumshawishi mkaguzi mwaminifu
Suluhisho la mizozo linatumia itifaki ya binary yenye ugumu wa $O(\\log n)$, ambapo $n$ ni ukubwa wa hesabu:
$$T_{verify} = O(\\log n) \\cdot T_{step}$$
Mkakati wa kuhamasisha unahakikisha usalama wa kiuchumi kwa njia ifuatayo:
$$E[reward_{honest}] > E[reward_{malicious}] + cost_{attack}$$
System Architecture
TrueBit Virtual Machine (TVM) executes computations in a deterministic environment, maintaining compatibility with Ethereum's EVM while being optimized for verification games.
Matokeo ya Kielelezo
Viashiria vya utendaji
Muda wa Uthibitishaji
Kuongeza kwa kiwango cha logarithimu na ukubwa wa hesabu
Uhakika wa Usalama
Kupitia Mfumo wa Motisha Kufikia Usalama wa Kiuchumi
Ongezeko la ufanisi
Ikilinganishwa na Ethereum asili
Mchoro wa Kiufundi
Uthibitishaji wa Mchakato wa Mchezo:Itifaki inahusisha changamoto nyingi na majibu kati ya kisuluhishi na mthibitishaji, mzozo unatatuliwa kwa utafutaji wa nusu hadi hatua ya hesabu iliyo na makosa itambuliwe. Kila raundi hupunguza ukubwa wa tatizo kwa nusu, kuhakikisha utatuzi wenye ufanisi.
Muundo ya Kusisimua Uchumi:Mfumo unadumisha usawa kati ya malipo ya wasuluhishi, motisha ya wathibitishaji na dhamana ya usalama, ukihakikisha ushiriki wa uaminifu wakati huo huo kuzuia vekta mbalimbali za mashambulizi.
Mfano wa msimbo
Uundaji wa Kazi ya TrueBit
// 求解者提交任务
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++;
}
// 验证者挑战结果
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);
}Itifaki ya Mchezo wa Uthibitishaji
// 用于争议解决的二分协议
function performBisection(uint taskId, uint step) public {
Challenge storage challenge = challenges[taskId];
// 执行单步并提供Merkle证明
(bytes32 stateHash, bytes32 proof) = executeStep(
tasks[taskId].code,
tasks[taskId].input,
step
);
// 提交步骤执行以供验证
emit StepExecuted(taskId, step, stateHash, proof);
// 继续二分直到定位错误
if (challenge.round < MAX_ROUNDS) {
challenge.round++;
} else {
resolveFinalStep(taskId, step);
}
}Matumizi ya Baadaye
Matumizi ya Muda Mfupi (Miaka 1-2)
- Wingu la Kompyuta Lisilo na Kituo Kikuu:Utendaji wa Hesabu Ngumu Bila Kumtegemea Mtu
- Kuunganisha Minyororo:Uhamisho Salama wa Mali Kati ya Mitandao ya Blockchain
- DeFi Inayoweza Kupanuka:Vyombo Tata vya Kifedha kwenye Blockchain
Matumizi ya Katikati (miaka 3-5)
- Uthibitishaji wa Mfumo wa AI:Utendaji bila Kuegemea na Uthibitishaji wa Mfumo wa Kujifunza wa Mashine
- Scientific Computing:Reproducible Research Through Verifiable Computation
- Enterprise Blockchain:Suluhisho za Blockchain Binafsi Zinazoweza Kupanuliwa
Dhamira ya Mudra Mrefu (Zaidi ya miaka 5)
- Kompyuta ya Ulimwengu:Mfumo wa kompyuta ulimwenguni wenye utawala usio na kitovu
- Huduma za mtandao zinazoweza kuthibitishwa:Huduma za mtandao zenye kutekelezwa hakika pasi na imani
- Mashirika yanayojitawala:DAO changamano yenye vitendo vinavyothibitishwa
Marejeo
- Teutsch, J., & Reitwießner, C. (2017). 区块链可扩展验证解决方案. arXiv:1908.04756
- Buterin, V., et al. (2021). Kuunganisha GHOST na Casper. Ethereum Foundation.
- Goldwasser, S., Micali, S., & Rackoff, C. (1989). 交互式证明系统的知识复杂性. SIAM计算杂志.
- 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 Decentralized Generalized Transaction Ledger.
- Buterin, V. (2013). Ethereum White Paper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.