1. Pengenalan
Kertas kerja ini membincangkan masalah ekonomi asas dalam rangkaian blok rantai terpencar, khususnya dalam kolam perlombongan Bukti Kerja (PoW). Walaupun teknologi blok rantai membolehkan konsensus tanpa kepercayaan, proses perlombongan itu sendiri—menyelesaikan teka-teki kriptografi untuk ganjaran—adalah sangat stokastik. Pelombong individu menghadapi turun naik pendapatan yang ketara disebabkan kuasa pengiraan keseluruhan rangkaian yang amat besar. Ketidakstabilan ini mendorong pembentukan kolam perlombongan, di mana peserta menggabungkan sumber pengiraan mereka (kuasa hash) untuk melicinkan ganjaran. Cabaran teras kemudiannya menjadi mereka bentuk skema perkongsian ganjar yang mengagihkan ganjaran blok kolam secara saksama dan cekap di kalangan penyumbangnya. Kertas kerja ini mencadangkan kerangka konseptual baharu untuk menganalisis kesaksamaan skema sedemikian.
1.1. Protokol Konsensus dan Kolam
Kolam perlombongan adalah akibat langsung daripada insentif ekonomi dalam blok rantai PoW seperti Bitcoin. Kebarangkalian seorang pelombong tunggal menemui blok yang sah ("penyelesaian penuh") adalah berkadar dengan bahagian mereka daripada jumlah kadar hash rangkaian. Bagi pelombong kecil, kebarangkalian ini boleh diabaikan, membawa kepada tempoh yang berpotensi lama tanpa ganjaran. Kolam mengumpulkan kuasa hash, meningkatkan kekerapan penemuan blok. Apabila kolam berjaya, ganjaran mesti dibahagikan. Analisis kertas kerja ini adalah penting kerana pilihan skema perkongsian secara langsung mempengaruhi penyertaan pelombong, kestabilan kolam, dan keseluruhan keselamatan serta penyahpusatan rangkaian blok rantai.
2. Kerangka Konseptual dan Kriteria Kesaksamaan
Penulis mengalihkan fokus analisis daripada pelombong individu kepada saham yang dilaporkan. Saham ialah penyelesaian separa kepada teka-teki kriptografi yang menunjukkan bukti kerja tetapi tidak sendiri membentuk blok yang sah. Urutan dan masa saham-saham ini dalam pusingan ganjaran membentuk asas untuk pengagihan.
Kertas kerja ini memperkenalkan dua aksiom kesaksamaan inovatif:
2.1. Kesaksamaan Pengagihan Semula Mutlak
Kriteria ini memerlukan bahawa apabila saham baharu dihantar ke kolam, ia menjejaskan hak ganjaran semua saham yang dihantar sebelum ini dengan jumlah mutlak yang sama. Secara formal, jika ganjaran saham $i$ berubah sebanyak $\Delta R_i$ apabila saham $j$ dihantar, maka untuk mana-mana saham lain $k$, $\Delta R_k = \Delta R_i$. Ini mengenakan bentuk penambahan dan kebebasan laluan yang kuat pada fungsi ganjaran.
2.2. Kesaksamaan Pengagihan Semula Relatif
Kriteria ini memerlukan bahawa apabila saham baharu dihantar, ia menjejaskan hak ganjaran semua saham sebelumnya dengan nisbah relatif yang sama. Secara formal, $\frac{R_i^{new}}{R_i^{old}} = \frac{R_k^{new}}{R_k^{old}}$ untuk semua saham $i, k$ yang wujud sebelum saham baharu $j$. Ini memberi tumpuan kepada mengekalkan hubungan berkadar antara saham semasa kolam berkembang.
3. Pencirian Skema Perkongsian Ganjar
Sumbangan teori utama adalah mencirikan kelas skema ganjar yang memenuhi setiap kriteria kesaksamaan.
3.1. Skema yang Memenuhi Kesaksamaan Mutlak
Kelas skema yang memenuhi Kesaksamaan Pengagihan Semula Mutlak dicirikan sebagai skema di mana ganjaran untuk saham bergantung hanya pada bilangan saham yang dihantar selepasnya sehingga blok ditemui. Contoh kanonik ialah skema Bayar Setiap N-Saham Terakhir (PPLNS), di mana ganjaran diagihkan antara N saham terakhir sebelum blok ditemui. Ketibaan saham baharu hanya mengalihkan "tetingkap" saham layak, menjejaskan semua saham sebelumnya secara sama rata dalam erti kata mutlak (semuanya bergerak satu langkah lebih dekat untuk keluar dari tetingkap).
3.2. Skema yang Memenuhi Kesaksamaan Relatif
Kelas skema yang memenuhi Kesaksamaan Pengagihan Semula Relatif dicirikan sebagai skema di mana ganjaran untuk saham adalah berkadar dengan fungsi yang bergantung hanya pada bilangan saham yang dihantar sebelumnya. Contoh paling terkenal ialah skema Berkadar (PROP), di mana setiap saham menerima ganjaran berkadar dengan jumlah bilangan saham yang dihantar dalam pusingan tersebut. Apabila saham baharu tiba, ia mencairkan ganjaran untuk semua saham sedia ada dengan faktor relatif yang sama.
3.3. Persilangan dan Skema Berkadar
Persilangan kedua-dua kelas—skema yang memenuhi kedua-dua Kesaksamaan Mutlak dan Relatif—ditunjukkan sebagai generalisasi satu parameter bagi skema Berkadar. Korolari daripada keputusan ini adalah pencirian aksiomatik baharu bagi skema Berkadar klasik itu sendiri: ia adalah skema unik yang memenuhi kedua-dua kriteria kesaksamaan serentak di bawah keadaan penormalan semula jadi. Ini memberikan justifikasi teori yang kukuh untuk penggunaan PROP yang meluas, walaupun kerentanannya yang diketahui terhadap lompatan kolam.
4. Butiran Teknikal dan Rumusan Matematik
Biarkan $S = (s_1, s_2, ..., s_n)$ menjadi urutan saham yang dihantar dalam pusingan yang berakhir dengan penyelesaian penuh (blok) pada saham $s_n$. Skema perkongsian ganjar ialah fungsi $R(i, S)$ yang memberikan ganjaran kepada saham $s_i$.
Kesaksamaan Pengagihan Semula Mutlak (ARF): Untuk mana-mana urutan $S$ dan $S'$ di mana $S'$ ialah $S$ dengan saham tambahan dimasukkan pada kedudukan $j$, dan untuk mana-mana $i, k < j$, kita ada: $$R(i, S') - R(i, S) = R(k, S') - R(k, S)$$
Kesaksamaan Pengagihan Semula Relatif (RRF): Untuk $S, S', i, k$ yang sama seperti di atas: $$\frac{R(i, S')}{R(i, S)} = \frac{R(k, S')}{R(k, S)}$$
Kertas kerja ini membuktikan bahawa ARF membayangkan $R(i, S) = f(n-i)$ untuk beberapa fungsi $f$, di mana $(n-i)$ ialah bilangan saham selepas $s_i$. RRF membayangkan $R(i, S) = g(i) \cdot B$, di mana $g(i)$ bergantung pada kedudukan saham dan $B$ ialah jumlah ganjaran blok. Persilangan membawa kepada $R(i, S) = \frac{c \cdot B}{i^{\alpha}}$ untuk pemalar $c, \alpha$, dengan $\alpha=0$ menghasilkan skema Berkadar.
5. Kerangka Analisis: Inti Pati & Kritikan
Inti Pati: Kertas kerja ini bukan hanya tentang kolam perlombongan; ia adalah kelas induk dalam mengaplikasikan teori peruntukan sumber aksiomatik (fikirkan kerja seminal tentang kesaksamaan oleh Moulin atau Young) kepada sistem ekonomi kripto dunia sebenar yang kucar-kacir. Langkah genius penulis ialah membingkai semula masalah daripada "bagaimana membayar pelombong" kepada "apakah sifat semula jadi urutan pembayaran yang saksama?" Dengan memusatkan analisis pada saham dan bukannya pelombong, mereka menanggalkan andaian tingkah laku dan mengasingkan logik tulen pengagihan. Teorem pencirian yang terhasil adalah elegan dan berkuasa, menyediakan taksonomi formal untuk skema yang diketahui seperti PPLNS dan PROP.
Aliran Logik: Hujahnya berstruktur dengan sempurna: (1) Kenal pasti unit sumbangan teras (saham). (2) Takrifkan dua prinsip kesaksamaan semula jadi, saling eksklusif berdasarkan cara maklumat baharu (saham baharu) mengemas kini tuntutan sedia ada. (3) Terbitkan bentuk matematik semua skema yang memenuhi setiap prinsip. (4) Periksa persilangan untuk mencari skema yang teguh terhadap kedua-dua tanggapan kesaksamaan. Ini mengingatkan pendekatan aksiomatik dalam kertas kerja sains komputer asas, seperti yang mentakrifkan algoritma konsensus (contohnya, keputusan ketidakmungkinan FLP), di mana sifat yang diingini membawa kepada pencirian penyelesaian yang mungkin.
Kekuatan & Kelemahan: Kekuatan utama adalah keluasan dan ketegasan teori kerangka ini. Ia mewujudkan bahasa sepunya untuk membandingkan mana-mana skema ganjar. Walau bagaimanapun, analisis ini mempunyai titik buta yang ketara dari perspektif reka bentuk mekanisme praktikal. Ia sepenuhnya mengabstrakkan tingkah laku pelombong strategik, seperti lompatan kolam (bertukar kolam untuk mengeksploitasi kelemahan skema), yang merupakan musuh skema mudah seperti PROP. Seperti yang dinyatakan dalam kajian empirikal daripada institusi seperti Pusat Kewangan Alternatif Cambridge, lompatan kolam memberi kesan ketara kepada keuntungan pelombong dan kestabilan kolam. Kerangka ini juga mengabaikan kos operasi dan kependaman maklumat, yang kritikal dalam operasi kolam global masa nyata. Membandingkannya dengan reka bentuk mekanisme serasi insentif dalam teori lelongan tradisional (contohnya, kerja Myerson), kertas kerja ini mentakrifkan "kesaksamaan" dalam vakum, bukan "keserasian insentif" dalam permainan.
Wawasan Boleh Tindak: Bagi pereka bentuk protokol blok rantai dan pengendali kolam, kertas kerja ini adalah rujukan wajib untuk mengaudit kesaksamaan skema ganjar mereka. Pengajaran adalah jelas: anda mesti memilih antara kesaksamaan mutlak atau relatif; anda tidak boleh sepenuhnya mempunyai kedua-duanya tanpa menggunakan skema Berkadar asas. Untuk membina kolam baharu, jika kestabilan dan kesederhanaan adalah utama, kesucian aksiomatik PROP adalah wajar. Jika mengurangkan manipulasi strategik adalah kunci, kelas PPLNS (memenuhi kesaksamaan mutlak) secara teori lebih teguh terhadap serangan tertentu, kerana ganjarannya bergantung pada peristiwa masa depan. Arah penyelidikan yang benar-benar dibuka oleh kertas kerja ini ialah sintesis analisis kesaksamaan ini dengan model teori permainan tingkah laku pelombong. Kejayaan seterusnya akan menjadi skema yang memenuhi aksiom kesaksamaan yang menarik sambil juga terbukti bebas strategi dalam erti kata keseimbangan Bayesian-Nash.
6. Prospek Aplikasi dan Hala Tuju Masa Depan
Kerangka ini melangkaui perlombongan Bitcoin. Ia boleh digunakan secara langsung kepada mana-mana rangkaian terpencar di mana tugas diagihkan, sumbangan boleh disahkan tetapi stokastik, dan ganjaran sepunya mesti dikongsi. Hala tuju masa depan utama termasuk:
- Bukti Kepentingan (PoS) dan Delegasi: Kolam pengesah dalam rangkaian PoS (contohnya, Ethereum 2.0, Cardano) menghadapi masalah pengagihan ganjaran analog apabila pemegang kepentingan mendelegasikan token mereka. "Saham" menjadi peristiwa delegasi kepentingan. Mengaplikasi kriteria kesaksamaan ini boleh membawa kepada reka bentuk kolam staking yang lebih telus dan saksama.
- Rangkaian Infrastruktur Fizikal Terpencar (DePIN): Rangkaian seperti Filecoin (penyimpanan) atau Helium (liputan tanpa wayar) memberi ganjaran kepada peserta untuk menyediakan sumber dunia sebenar. Kerangka ini boleh membantu mereka bentuk skema ganjar yang saksama kepada penyumbang awal dan lewat dalam rangkaian dinamik.
- AI Terpencar & Pasaran Pengiraan: Dalam platform yang mengagihkan tugas latihan ML (contohnya, Gensyn, Render Network), kesaksamaan membayar untuk kerja pengiraan separa adalah penting. Analisis berasaskan saham adalah sangat relevan.
- Integrasi Teori Permainan: Langkah seterusnya paling kritikal ialah menggabungkan pendekatan kesaksamaan aksiomatik ini dengan model tingkah laku pelombong strategik. Ini akan melibatkan mentakrifkan dan mencirikan kriteria Kesaksamaan Serasi Insentif, membawa kepada skema yang kedua-duanya saksama dalam pengagihan dan teguh terhadap manipulasi.
- Analisis Saiz Kolam Dinamik: Model semasa mengandaikan set saham tetap setiap pusingan. Kerja masa depan boleh menganalisis kesaksamaan dalam kolam dengan pelombong yang masuk dan keluar secara dinamik, senario yang lebih realistik.
7. Rujukan
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Moulin, H. (2004). Fair Division and Collective Welfare. MIT Press. (Untuk teori kesaksamaan aksiomatik asas)
- Lewenberg, Y., Bachrach, Y., Sompolinsky, Y., Zohar, A., & Rosenschein, J. S. (2015). Bitcoin mining pools: A cooperative game theoretic analysis. Proceedings of the 2015 International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems. (Untuk analisis teori permainan kolam)
- Cambridge Centre for Alternative Finance. (2020). 2nd Global Cryptoasset Benchmarking Study. (Untuk data empirikal ekonomi dan tingkah laku kolam perlombongan)
- Myerson, R. B. (1981). Optimal auction design. Mathematics of operations research, 6(1), 58-73. (Untuk piawaian dalam reka bentuk mekanisme serasi insentif)
- Fischer, M. J., Lynch, N. A., & Paterson, M. S. (1985). Impossibility of distributed consensus with one faulty process. Journal of the ACM (JACM), 32(2), 374-382. (Sebagai contoh pencirian aksiomatik seminal dalam sistem teragih)
- Eyal, I. (2015). The miner's dilemma. 2015 IEEE Symposium on Security and Privacy. (Untuk analisis tingkah laku strategik, termasuk lompatan kolam)