Yaliyomo
1. Utangulizi
Uzinduzi wa Bitcoin uliwakilisha muundo wa kwanza unaoweza kutumika wa fedha za kielektroniki unaoweza kufanya kazi katika mazingira yasiyo na ruhusa bila kushindwa na mashambulio ya Sybil. Ingawa fedha nyingi za kielektroniki zinategemea makubaliano ya uthibitisho wa kazi (PoW), wasiwasi wa matumizi ya nishati umesababisha hamu katika njia mbadala za uthibitisho wa hisa (PoS).
Katika mifumo ya PoS, mashambulio ya Sybil yanazuiliwa kwa kugawa uzito wa ushiriki wa itifaki sawia na hisa ya washiriki iliyorekodiwa kwenye daftari. Hata hivyo, masuala ya usalama huzuia matumizi ya usambazaji wa hisa ulio wa kisasa kabisa, na kusababisha pengo kati ya usambazaji wa hisa unaotumika na itifaki na usambazaji halisi wa sasa.
Ufahamu Muhimu
- Ucheleweshaji wa usambazaji wa hisa huanzia siku kadhaa katika itifaki za PoS zilizopo
- Mabadiliko ya hisa hukua kwa kiwango kidogo zaidi ya mstari na kuongezeka kwa vipindi vya ucheleweshaji
- Vigawanyiko vya ngumu (hard forks) husababisha mwinuko mkubwa wa mabadiliko ya hisa
- Maduka ya kubadilishana fedha za kielektroniki (exchanges) huchangia mabadiliko makubwa ya hisa katika mifumo imara
2. Msingi na Kazi Zinazohusiana
2.1 Misingi ya Uthibitisho wa Hisa
Itifaki za uthibitisho wa hisa huchagua washiriki kwa majukumu muhimu ya usalama kwa uwezekano sawia na sehemu yao ya hisa katika usambazaji wa kumbukumbu $SD_{t-\Lambda}$, ambapo $\Lambda$ inawakilisha ucheleweshaji wa usambazaji wa hisa. Hii inatofautiana na hali bora ambapo uchaguzi ungetegemea usambazaji wa sasa $SD_t$.
2.2 Ucheleweshaji wa Usambazaji wa Hisa
Ucheleweshaji wa usambazaji wa hisa $\Lambda$ upo kwa sababu za usalama, hasa kuzuia mashambulio mbalimbali ikiwemo mashambulio ya masafa marefu na matatizo ya hakuna-hisa. Mapendekezo ya sasa ya PoS yenye usalama thabiti kwa kawaida hutekeleza ucheleweshaji wa siku kadhaa.
3. Mbinu ya Utafiti
3.1 Ukusanyaji wa Data
Tulichambua fedha nne kuu za kielektroniki: Bitcoin (BTC), Bitcoin Cash (BCH), Litecoin (LTC), na Zcash (ZEC). Data ilikusanywa kutoka kwenye minyororo ya vitalu yao kwa muda mrefu ili kuhakikisha umuhimu wa kitakwimu.
3.2 Uhesabuji wa Mabadiliko ya Hisa
Mabadiliko ya hisa hupimwa kwa kutumia umbali wa kitakwimu kati ya usambazaji wa hisa. Kwa usambazaji $P$ na $Q$ juu ya seti sawa ya washiriki, mabadiliko ya hisa $\Delta$ yamefafanuliwa kama:
$$\Delta(P, Q) = \frac{1}{2} \sum_{i} |P(i) - Q(i)|$$
ambapo $P(i)$ na $Q(i)$ zinawakilisha sehemu za hisa za mshiriki $i$ katika usambazaji $P$ na $Q$ mtawalia.
Mabadiliko ya Wastani ya Hisa
2.1% - 8.7%
Masafa kwenye fedha za kielektroniki zilizochunguzwa kwa ucheleweshaji wa siku 1-14
Ukuaji wa Kiwango Kidogo zaidi ya Mstari
$O(\sqrt{\Lambda})$
Ukuaji wa mabadiliko ya hisa na urefu wa kipindi cha ucheleweshaji
4. Matokeo ya Majaribio
4.1 Takwimu za Mabadiliko ya Hisa
Uchambuzi wetu wa kimaumbile unaonyesha kuwa mabadiliko ya hisa huongezeka kwa urefu wa kipindi cha ucheleweshaji $\Lambda$, lakini hufuata muundo wa ukuaji wa kiwango kidogo zaidi ya mstari. Kwa vipindi vya ucheleweshaji kati ya siku 1 na 14, mabadiliko ya wastani ya hisa yanafikia takriban 2.1% hadi 8.7% kwenye fedha za kielektroniki zilizochunguzwa.
4.2 Mwinuko wa Mabadiliko ya Hisa
Tuligundua mwinuko mkubwa wa mabadiliko ya hisa unaohusiana na matukio ya vigawanyiko vya ngumu (hard forks). Zaidi ya hayo, mashirika binafsi—hasa maduka ya kubadilishana fedha za kielektroniki—yaliibuka kama wachangiaji wakuu wa mabadiliko ya hisa katika mifumo imara, wakati mwingine wakichangia mabadiliko yazidi 15% wakati wa vipindi maalum.
Maelezo ya Utekelezaji wa Kiufundi
Algorithm ya kuhesabu mabadiliko ya hisa huchakata data ya mnyororo wa vitalu ili kuhesabu umbali wa kitakwimu kati ya usambazaji wa hisa kwa nyakati tofauti. Utekelezaji hushughulikia kusanyiko ya anwani kutambua mashirika yanayodhibiti anwani nyingi.
5. Utekelezaji wa Kiufundi
Mfano wa Msimbo: Uhesabuji wa Mabadiliko ya Hisa
import numpy as np
def calculate_stake_shift(distribution_t, distribution_t_lag):
"""
Hesabu mabadiliko ya hisa kati ya usambazaji mbili wa hisa
Args:
distribution_t: kamusi yenye hisa za mashirika kwa wakati t
distribution_t_lag: kamusi yenye hisa za mashirika kwa wakati t-Λ
Returns:
stake_shift: nambari ya desimali inayowakilisha umbali wa kitakwimu
"""
# Sanidisha usambazaji
total_stake_t = sum(distribution_t.values())
total_stake_lag = sum(distribution_t_lag.values())
normalized_t = {k: v/total_stake_t for k, v in distribution_t.items()}
normalized_lag = {k: v/total_stake_lag for k, v in distribution_t_lag.items()}
# Pata mashirika yote
all_entities = set(normalized_t.keys()) | set(normalized_lag.keys())
# Hesabu umbali wa kitakwimu
stake_shift = 0.0
for entity in all_entities:
share_t = normalized_t.get(entity, 0.0)
share_lag = normalized_lag.get(entity, 0.0)
stake_shift += abs(share_t - share_lag)
return stake_shift / 2.0
# Mfano wa matumizi
current_stakes = {'entity1': 1000, 'entity2': 2000, 'entity3': 1500}
lagged_stakes = {'entity1': 1200, 'entity2': 1800, 'entity3': 1600, 'entity4': 400}
shift = calculate_stake_shift(current_stakes, lagged_stakes)
print(f"Mabadiliko ya hisa: {shift:.4f}")6. Matumizi ya Baadaye
Matokeo ya utafiti huu yana athari kubwa kwa muundo wa itifaki za baadaye za PoS. Waundaji wa itifaki wanaweza kutumia takwimu za mabadiliko ya hisa kuboresha vigezo vya usalama, hasa ucheleweshaji wa usambazaji wa hisa $\Lambda$. Mifumo ya kubadilika-badilika ya ucheleweshaji inayorekebisha kulingana na hali ya mtandao na mifumo ya mabadiliko ya hisa inaweza kuboresha usalama na utendaji.
Maelekezo ya utafiti wa baadaye ni pamoja na:
- Mifumo ya ufuatiliaji wa mabadiliko ya hisa kwa wakati halisi kwa mitandao ya PoS
- Miundo ya kielimu cha mashine kutabiri mwinuko wa mabadiliko ya hisa
- Uchambuzi wa mabadiliko ya hisa kwenye minyororo mbalimbali kwa itifaki za ushirikiano
- Ujumuishaji na mifumo ya tathmini ya hatari kwa ajili ya fedha za kijamii (DeFi)
Uchambuzi wa Asili
Utafiti huu wa kimaumbile unatoa ufahamu muhimu kuhusu masuala ya kivitendo ya usalama wa fedha za kielektroniki zenye uthibitisho wa hisa, hasa kushughulikia mvutano wa kimsingi kati ya usalama wa itifaki na uhali wa usambazaji wa hisa. Utafiti unaonyesha kuwa mabadiliko ya hisa—umbali wa kitakwimu kati ya usambazaji wa hisa wa sasa na ule unaotumika na itifaki—hufuata mifumo inayotabirika ambayo inaweza kuongoza maamuzi ya muundo wa itifaki.
Ugunduzi kwamba mabadiliko ya hisa hukua kwa kiwango kidogo zaidi ya mstari na urefu wa kipindi cha ucheleweshaji $\Lambda$ una athari kubwa kwa miundo ya usalama ya PoS. Hii inafanana na kazi ya kinadharia ya Kiayias et al. katika "Ouroboros: A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol" (2017), ambayo ilianzisha dhamana rasmi za usalama chini ya dhana za mabadiliko ya hisa yaliyopunguzwa. Uthibitisho wetu wa kimaumbila wa ukuaji wa kiwango kidogo zaidi ya mstari unatoa vigezo maalum kwa mipaka hii ya kinadharia.
Kwa kushangaza, utambuzi wa maduka ya kubadilishana fedha za kielektroniki kama wachangiaji wakuu wa mabadiliko ya hisa unafanana na matokeo kutoka kwa fasihi ya kifedha ya kitamaduni kuhusu muundo mdogo wa soko, ambapo wapatanishi wakubwa kwa asili hukusanya umiliki mkubwa wa mali. Hii inafanana na jukumu la wafanyabiashara wa soko katika masoko ya kitamaduni ya hisa, kama ilivyorekodiwa katika Nadharia ya Muundo Mdogo wa Soko na O'Hara (1995). Mkusaniko wa hisa kwenye maduka ya kubadilishana unaibua maswali muhimu kuhusu utawala wa kijamii na hatua pekee za kushindwa.
Mbinu iliyotumika katika utafiti huu—kutumia vipimo vya umbali wa kitakwimu kwenye data halisi ya mnyororo wa vitalu—inawakilisha maendeleo muhimu ikilinganishwa na uchambuzi wa kinadharia tu. Mbinu zinazofanana za kimaumbila zimethibitika kuwa na thamani katika nyanja zingine za mnyororo wa vitalu, kama vile uchambuzi wa mifumo ya manunuzi ya Bitcoin na Ron na Shamir (2013). Ugunduzi wa mwinuko wa mabadiliko ya hisa wakati wa vigawanyiko vya ngumu unatoa ushahidi halisi wa jinsi mabadiliko ya itifaki yanaathiri mienendo ya usambazaji wa hisa.
Kwa kuangalia mbele, matokeo haya yanaonyesha kuwa ucheleweshaji unaobadilika-badilika wa usambazaji wa hisa unaweza kuboresha usawazi kati ya usalama na utendaji katika mifumo ya PoS. Itifaki zinaweza kurekebisha $\Lambda$ kwa nguvu kulingana na mabadiliko ya hisa yaliyopimwa, sawa na jinsi algorithm za kurekebisha ugumu hufanya kazi katika mifumo ya PoW. Mbinu hii inaweza kupata msukumo kutoka kwa matumizi ya nadharia ya udhibiti katika mifumo ya kompyuta, kama inavyoonekana katika kazi ya Hellerstein et al. kuhusu "Feedback Control of Computing Systems" (2004).
Upimaji wa kimaumbila wa mifumo ya mabadiliko ya hisa unaweka msingi wa uchambuzi imara zaidi wa usalama wa PoS na inawakilisha hatua muhimu kuelekea kujenga daraja kati ya miundo ya kinadharia ya itifaki na masuala ya kivitendo ya utekelezaji.
7. Marejeo
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
- Kiayias, A., Russell, A., David, B., & Oliynykov, R. (2017). Ouroboros: A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol. CRYPTO 2017
- Bentov, I., Pass, R., & Shi, E. (2016). Snow White: Provably Secure Proofs of Stake. IACR Cryptology ePrint Archive
- David, B., Gaži, P., Kiayias, A., & Russell, A. (2018). Ouroboros Praos: An Adaptively-Secure, Semi-synchronous Proof-of-Stake Blockchain. EUROCRYPT 2018
- Ron, D., & Shamir, A. (2013). Quantitative Analysis of the Full Bitcoin Transaction Graph. Financial Cryptography 2013
- O'Hara, M. (1995). Market Microstructure Theory. Blackwell Publishing
- Hellerstein, J. L., Diao, Y., Parekh, S., & Tilbury, D. M. (2004). Feedback Control of Computing Systems. Wiley-IEEE Press