1. Utangulizi
Karatasi hii inashughulikia tatizo la msingi la kiuchumi katika mitandao isiyo ya kati ya blockchain, hasa ndani ya vyanzo vya uchimbaji vya Uthibitisho wa Kazi (PoW). Ingawa teknolojia ya blockchain inawezesha makubaliano yasiyo na imani, mchakato wa uchimbaji wenyewe—kusuluhisha fumbo la usimbuaji kwa malipo—una utata mkubwa. Wachimbaji binafsi wanakabiliwa na kutokuwa na uhakika mkubwa wa mapato kwa sababu ya nguvu kubwa ya kompyuta ya mtandao mzima. Kutokuwa na uhakika huku kunahimiza uundaji wa vyanzo vya uchimbaji, ambapo washiriki huchanganya rasilimali zao za kompyuta (nguvu ya hash) ili kupunguza kutokuwa na uhakika wa malipo. Changamoto kuu basi inakuwa kubuni mpango wa kushiriki malipo ambao husambaza malipo ya kizuizi cha kikundi hicho kwa uwiano na ufanisi miongoni mwa wachangiaji wake. Karatasi hii inapendekeza mfumo mpya wa dhana wa kuchambua uwiano wa mipango kama hiyo.
1.1. Itifaki za Makubaliano na Vyanzo
Vyanzo vya uchimbaji ni matokeo ya moja kwa moja ya motisha ya kiuchumi katika blockchain za PoW kama vile Bitcoin. Uwezekano wa mchimbaji mmoja kupata kizuizi halali ("suluhisho kamili") ni sawia na sehemu yao ya kiwango cha jumla cha hash ya mtandao. Kwa wachimbaji wadogo, uwezekano huu ni mdogo sana, na kusababisha kipindi kirefu bila malipo. Vyanzo hukusanya nguvu ya hash, na kuongeza mzunguko wa ugunduzi wa vizuizi. Wakati kikundi kinafanikiwa, malipo lazima yagawanywe. Uchambuzi wa karatasi hii ni muhimu sana kwa sababu uchaguzi wa mpango wa kushiriki unaathiri moja kwa moja ushiriki wa wachimbaji, utulivu wa kikundi, na usalama na utawala usio wa kati wa mtandao wa blockchain.
2. Mfumo wa Dhana na Vigezo vya Uwiano
Waandishi wanabadilisha mwelekeo wa uchambuzi kutoka kwa wachimbaji binafsi hadi sehemu zilizoripotiwa. Sehemu ni suluhisho la sehemu la fumbo la usimbuaji ambalo linaonyesha uthibitisho wa kazi lakini lenyewe halijumuishi kizuizi halali. Mpangilio na wakati wa sehemu hizi ndani ya mzunguko wa malipo ndio msingi wa usambazaji.
Karatasi hii inaanzisha kanuni mbili za uwiano:
2.1. Uwiano Kamili wa Usambazaji Upya
Kigezo hiki kinahitaji kwamba wakati sehemu mpya inapelekwa kwenye kikundi, inaathiri haki ya malipo ya sehemu zote zilizowasilishwa hapo awali kwa kiasi sawa kabisa. Rasmi, ikiwa malipo ya sehemu $i$ yanabadilika kwa $\Delta R_i$ wakati sehemu $j$ inawasilishwa, basi kwa sehemu nyingine yoyote $k$, $\Delta R_k = \Delta R_i$. Hii inalazimisha aina nguvu ya nyongeza na kutokuwa na utegemezi wa njia kwenye utendakazi wa malipo.
2.2. Uwiano wa Jamaa wa Usambazaji Upya
Kigezo hiki kinahitaji kwamba wakati sehemu mpya inawasilishwa, inaathiri haki ya malipo ya sehemu zote zilizopita kwa uwiano sawa wa jamaa. Rasmi, $\frac{R_i^{new}}{R_i^{old}} = \frac{R_k^{new}}{R_k^{old}}$ kwa sehemu zote $i, k$ zilizokuwepo kabla ya sehemu mpya $j$. Hii inalenga kuhifadhi uhusiano wa uwiano kati ya sehemu kadri kikundi kinavyokua.
3. Uainishaji wa Mipango ya Kushiriki Malipo
Mchango mkubwa wa kinadharia ni uainishaji wa aina za mipango ya malipo zinazokidhi kila kigezo cha uwiano.
3.1. Mipango Inayokidhi Uwiano Kamili
Aina ya mipango inayokidhi Uwiano Kamili wa Usambazaji Upya inaainishwa kuwa ile ambapo malipo ya sehemu hutegemea idadi tu ya sehemu zilizowasilishwa baada yake hadi kizuizi kipatikane. Mfano wa kawaida ni mpango wa Lipa-Kwa-Sehemu-Za-Mwisho-N (PPLNS), ambapo malipo husambazwa kati ya sehemu N za mwisho kabla ya kizuizi kupatikana. Kufika kwa sehemu mpya kunabadilisha tu "dirisha" la sehemu zinazostahili, na kuathiri sehemu zote zilizopita kwa usawa kwa maana kamili (zote huhamia hatua moja karibu na kutoka nje ya dirisha).
3.2. Mipango Inayokidhi Uwiano wa Jamaa
Aina ya mipango inayokidhi Uwiano wa Jamaa wa Usambazaji Upya inaainishwa kuwa ile ambapo malipo ya sehemu ni sawia na utendakazi ambao hutegemea idadi tu ya sehemu zilizowasilishwa kabla yake. Mfano maarufu zaidi ni mpango wa Uwiano (PROP), ambapo kila sehemu hupokea malipo yanayolingana na idadi ya jumla ya sehemu zilizowasilishwa katika mzunguko huo. Sehemu mpya inapofika, inapunguza malipo ya sehemu zote zilizopo kwa sababu sawa ya jamaa.
3.3. Makutano na Mpango wa Uwiano
Makutano ya aina hizo mbili—mipango inayokidhi Uwiano Kamili na Uwiano wa Jamaa—inaonyeshwa kuwa ujumuishaji wa kigezo kimoja cha mpango wa Uwiano. Hitimisho la matokeo haya ni uainishaji mpya wa kanuni za mpango wa Uwiano wa kitamaduni lenyewe: ndio mpango wa kipekee unaokidhi vigezo vyote vya uwiano kwa wakati mmoja chini ya hali ya kawaida ya kurekebisha. Hii inatoa uthibitisho thabiti wa kinadharia kwa matumizi mengi ya PROP, licha ya udhaifu wake unaojulikana wa kuruka kati ya vyanzo.
4. Maelezo ya Kiufundi na Muundo wa Hisabati
Acha $S = (s_1, s_2, ..., s_n)$ iwe mfuatano wa sehemu zilizowasilishwa katika mzunguko unaomalizika na suluhisho kamili (kizuizi) kwenye sehemu $s_n$. Mpango wa kushiriki malipo ni utendakazi $R(i, S)$ ambao hupeana malipo kwa sehemu $s_i$.
Uwiano Kamili wa Usambazaji Upya (ARF): Kwa mfuatano wowote $S$ na $S'$ ambapo $S'$ ni $S$ na sehemu ya ziada iliyowekwa katika nafasi $j$, na kwa $i, k < j$ yoyote, tunayo: $$R(i, S') - R(i, S) = R(k, S') - R(k, S)$$
Uwiano wa Jamaa wa Usambazaji Upya (RRF): Kwa $S, S', i, k$ sawa na hapo juu: $$\frac{R(i, S')}{R(i, S)} = \frac{R(k, S')}{R(k, S)}$$
Karatasi hii inathibitisha kwamba ARF inamaanisha $R(i, S) = f(n-i)$ kwa utendakazi fulani $f$, ambapo $(n-i)$ ni idadi ya sehemu baada ya $s_i$. RRF inamaanisha $R(i, S) = g(i) \cdot B$, ambapo $g(i)$ inategemea nafasi ya sehemu na $B$ ni malipo ya jumla ya kizuizi. Makutano yanasababisha $R(i, S) = \frac{c \cdot B}{i^{\alpha}}$ kwa viunga $c, \alpha$, na $\alpha=0$ ikitoa mpango wa Uwiano.
5. Mfumo wa Uchambuzi: Uelewa wa Msingi & Ukosoaji
Uelewa wa Msingi: Karatasi hii sio tu kuhusu vyanzo vya uchimbaji; ni mfano bora wa kutumia nadharia ya kanuni za ugawaji wa rasilimali (fikiria kazi ya msingi ya uwiano na Moulin au Young) kwenye mfumo mgumu wa kiuchumi wa siri ulio halisi. Hatua ya wajanja ya waandishi ni kuibadilisha tatizo kutoka "jinsi ya kulipa wachimbaji" hadi "ni sifa gani za asili za mfuatano wa malipo yenye uwiano?" Kwa kuzingatia uchambuzi kwenye sehemu badala ya wachimbaji, wanaondoa dhana za tabia na kutenganisha mantiki safi ya usambazaji. Nadharia za uainishaji zinazotokana zina urembo na nguvu, na zinatoa uainishaji rasmi wa mipango inayojulikana kama vile PPLNS na PROP.
Mtiririko wa Mantiki: Hoja imepangwa vizuri: (1) Tambua kitengo kikuu cha mchango (sehemu). (2) Fafanua kanuni mbili za asili za uwiano, zinazojitenga, kulingana na jinsi habari mpya (sehemu mpya) inavyosasisha madai yaliyopo. (3) Pata aina za hisabati za mipango yote inayokidhi kila kanuni. (4) Chunguza makutano ili kupata mipango thabiti kwa dhana zote mbili za uwiano. Hii inakumbusha mbinu ya kanuni katika karatasi za msingi za sayansi ya kompyuta, kama vile zile zinazofafanua algoriti za makubaliano (mfano, matokeo ya kutowezekana kwa FLP), ambapo sifa zinazohitajika husababisha uainishaji wa suluhisho zinazowezekana.
Nguvu & Kasoro: Nguvu kuu ni ujumla na ukali wa kinadharia wa mfumo huu. Inaunda lugha ya kawaida ya kulinganisha mpango wowote wa malipo. Hata hivyo, uchambuzi una mapungufu makubwa kutoka kwa mtazamo wa vitendo wa kubuni taratibu. Unatenganisha kabisa tabia ya kimkakati ya wachimbaji, kama vile kuruka kati ya vyanzo (kubadilisha vyanzo ili kutumia udhaifu wa mpango), ambayo ndio shida ya mipango rahisi kama PROP. Kama ilivyoelezwa katika masomo ya kimajaribio kutoka taasisi kama Kituo cha Cambridge cha Fedha Mbadala, kuruka kati ya vyanzo kinaathiri sana faida ya wachimbaji na utulivu wa kikundi. Mfumo pia hauzingatii gharama za uendeshaji na ucheleweshaji wa habari, ambavyo ni muhimu katika uendeshaji wa papo hapo wa vyanzo vya kimataifa. Kwa kulinganisha na ubunifu wa taratibu zinazolingana na motisha katika nadharia ya mnada wa kitamaduni (mfano, kazi ya Myerson), karatasi hii inafafanua "uwiano" kwa njia ya utupu, sio "ulinganifu wa motisha" katika mchezo.
Uelewa Unaotumika: Kwa wabunifu wa itifaki za blockchain na waendeshaji wa vyanzo, karatasi hii ni marejeo ya lazima kwa ukaguzi wa uwiano wa mipango yao ya malipo. Hitimisho ni wazi: lazima uchague kati ya uwiano kamili au wa jamaa; hauwezi kuwa na zote mbili kabisa bila kutumia mpango wa msingi wa Uwiano. Kwa ajili ya kujenga kikundi kipya, ikiwa utulivu na unyenyekevu ndio muhimu zaidi, usafi wa kanuni za PROP unahesabika. Ikiwa kupunguza udanganyifu wa kimkakati ndio muhimu, aina ya PPLNS (inayokidhi uwiano kamili) kwa kinadharia ni thabiti zaidi dhidi ya mashambulio fulani, kwa sababu malipo yake yanategemea matukio ya baadaye. Mwelekeo wa utafiti ambao karatasi hii inaufungua kweli ni muunganiko wa uchambuzi huu wa uwiano na mifano ya nadharia ya michezo ya tabia ya wachimbaji. Mafanikio yanayofuata yatakuwa mpango ambao unakidhi kanuni ya uwiano yenye mvuto na pia uthibitisho wa kutokuwa na mkakati kwa maana ya usawa wa Bayesian-Nash.
6. Mtazamo wa Utumizi na Mwelekeo wa Baadaye
Mfumo huu unaenea zaidi ya uchimbaji wa Bitcoin. Unatumika moja kwa moja kwa mtandao wowote usio wa kati ambapo kazi husambazwa, michango inathibitishwa lakini ina utata, na malipo ya kawaida lazima ishirikiwe. Mwelekeo muhimu wa baadaye ni pamoja na:
- Uthibitisho wa Hisa (PoS) na Uwakilishi: Vyanzo vya uthibitishaji katika mitandao ya PoS (mfano, Ethereum 2.0, Cardano) vinakabiliwa na matatizo sawa ya usambazaji wa malipo wakati wadau wanawakilisha ishara zao. "Sehemu" inakuwa tukio la uwakilishi wa hisa. Kutumia vigezo hivi vya uwiano kunaweza kusababisha muundo wa uwazi zaidi na wa haki zaidi wa vyanzo vya kushikilia hisa.
- Mitandao ya Miundombinu ya Kimwili Isiyo ya Kati (DePIN): Mitandao kama vile Filecoin (hifadhi) au Helium (ufuniko wa waya bila waya) huwalipa washiriki kwa kutoa rasilimali za ulimwengu halisi. Mfumo unaweza kusaidia kubuni mipango ya malipo ambayo ni ya haki kwa wachangiaji wa mapema na wa baadaye katika mtandao wenye mabadiliko.
- Akili Bandia Isiyo ya Kati na Soko la Kompyuta: Katika majukwaa yanayosambaza kazi za mafunzo ya ML (mfano, Gensyn, Mtandao wa Render), uwiano wa kulipa kwa kazi ya sehemu ya kompyuta ni muhimu sana. Uchambuzi unaozingatia sehemu unafaa sana.
- Muunganiko wa Nadharia ya Michezo: Hatua inayofuata muhimu zaidi ni kuunganisha mbinu hii ya kanuni za uwiano na mifano ya tabia ya kimkakati ya wachimbaji. Hii ingehusisha kufafanua na kuchambua vigezo vya Uwiano Unaolingana na Motisha, na kusababisha mipango ambayo ni ya haki katika usambazaji na thabiti dhidi ya udanganyifu.
- Uchambuzi wa Ukubwa wa Kikundi Unaobadilika: Mfano wa sasa unadhania seti maalum ya sehemu kwa kila mzunguko. Kazi ya baadaye inaweza kuchambua uwiano katika vyanzo vilivyo na wachimbaji wanaoingia na kutoka kwa mabadiliko, hali halisi zaidi.
7. Marejeo
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Moulin, H. (2004). Fair Division and Collective Welfare. MIT Press. (Kwa nadharia ya msingi ya kanuni za uwiano)
- 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. (Kwa uchambuzi wa nadharia ya michezo ya vyanzo)
- Cambridge Centre for Alternative Finance. (2020). 2nd Global Cryptoasset Benchmarking Study. (Kwa data ya kimajaribio ya uchumi na tabia ya vyanzo vya uchimbaji)
- Myerson, R. B. (1981). Optimal auction design. Mathematics of operations research, 6(1), 58-73. (Kwa kiwango cha ubunifu wa taratibu zinazolingana na motisha)
- 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. (Kama mfano wa uainishaji wa kanuni katika mifumo iliyosambazwa)
- Eyal, I. (2015). The miner's dilemma. 2015 IEEE Symposium on Security and Privacy. (Kwa uchambuzi wa tabia ya kimkakati, ikijumuisha kuruka kati ya vyanzo)