ده مانع برتر در امتداد مسیر توزیع شده Ledgers برای فرزندخواندگی

در ژانویه 2009 ، بیت کوین توسط بنیانگذار نامطلوب خود ، ساتوشی ناکاموتو به جهان آزاد شد. در سالهای بعد ، این رمزنگاری و فناوری اساسی آن ، به نام blockchain ، به یک سوار غلتکی رفته است که کمتر کسی می توانست در زمان استقرار آن پیش بینی کند. این مورد توسط دولت های سراسر جهان مورد ستایش قرار گرفته است ، و مردم پیش بینی کرده اند که "blockchain" روزی مانند "اینترنت" خواهد بود. این دولت توسط دولت های سراسر جهان ممنوع شده است ، و مردم آن را "adrift" و "مرده" اعلام کرده اند.

پس از سالها که بحث ها کاملاً روی بیت کوین متمرکز شده بود ، مردم شروع به تحقق پتانسیل انتزاعی تر از blockchain کردند و سیستم عامل های "نسل بعدی" مانند Ethereum ، Steem و Zcash راه اندازی شدند. شرکت های تأسیس شده تر همچنین ارزش را در ویژگی های انتزاعی تر blockchain - انعطاف پذیری ، صداقت و غیره - درک کردند و آن را برای صنایع خاص خود مجدداً ایجاد کردند تا یک کلاس حتی گسترده تر از فناوری ها به نام Ledgers توزیع شده ایجاد کنند و کنسرسیوم های صنعتی مانند R3 را تشکیل دهندو Hyperledger. این دفترچه های توزیع شده عمومی تر می توانند با توجه به ارتباط خود با شرکای مستقر در صنعت ، به نظر برسند ، تا درجات مختلف ، کاملاً برخلاف blockchains ، و یک مسیر تا حدودی واضح تر (یا حداقل متفاوت) برای پذیرش داشته باشند.

در میان بسیاری از ناشناخته ها ، آنچه به طور فزاینده ای مشخص است این است که ، حتی اگر آنها ممکن است کاملاً مانند "اینترنت" به پایان نرسند ، دفترچه های توزیع شده - به یک شکل یا شکل دیگر - برای ماندن در اینجا هستند. با این وجود ، مسیری طولانی از جایی که اکنون به تصویب گسترده رسیده ایم باقی مانده است و تصمیمات مهم بسیاری گرفته می شود که بر امنیت و قابلیت استفاده هر محصول نهایی تأثیر می گذارد. در آنچه در زیر می آید ، ما ده مانع برتر را در این مسیر ارائه می دهیم و در بعضی موارد هم مشکل و هم آنچه را که ما به عنوان یک جامعه می توانیم انجام دهیم (و انجام داده ایم) برای پرداختن به آنها برجسته می کنیم. به ضرورت ، بسیاری از جنبه های جالب دفترچه های توزیع شده ، چه از نظر مشکلات و چه راه حل ها ، حذف شده اند و تمرکز آن تا حد زیادی فنی است.

10. قابلیت استفاده: چرا از رهبران توزیع شده استفاده می کنید؟

به طور خلاصه مشکل. در صورتی که کاربران نهایی در واقع چه چیزی را از دفترچه های توزیع شده می خواهند؟به عبارت دیگر ، دفترچه های توزیع شده به عنوان راه حل مشکلات در بسیاری از صنایع مورد بحث قرار می گیرند ، اما این امر تأیید کامل عمومی (یا مسئولیت پذیری ، تغییر ناپذیری و غیره) از دفترچه های توزیع شده واقعاً از نظر آنچه کاربران نهایی می خواهند نقشه می گیرند؟

9. حاکمیت: چه کسی قوانین را تنظیم می کند؟

به طور خلاصه مشکل. زیبایی دفترچه های توزیع شده این است که هیچ کس نمی تواند تصمیمات اتخاذ شده توسط شبکه را کنترل کند. در بیت کوین ، به عنوان مثال ، سکه ها فقط در صورتی که اکثریت همسالان شبکه در مورد اعتبار این عمل به توافق برسند ، از یک طرف به طرف دیگر منتقل می شوند. در حالی که این روند تهدید می شود اگر هر یک از همسالان بسیار قدرتمند شود ، یک سؤال بزرگتر در مورد عملکرد این شبکه های غیرمتمرکز وجود دارد: چه کسی تصمیم می گیرد که در وهله اول کدام اقدامات معتبر باشد؟حقیقت این است که همه این شبکه ها مطابق مجموعه ای از قوانین مشخص عمل می کنند ، و "چه کسی قوانین را حداقل به اندازه چه کسی آنها را اجرا می کند ، اهمیت می دهد."

در این فرآیند ساخت قوانین ، حتی غیرمتمرکز ترین شبکه ها به شدت متمرکز می شوند ، همانطور که موضوعات اخیر در حاکمیت رمزنگاری نشان می دهد. این سقوط های فزاینده رایج تهدید به آسیب رساندن به ارزش این ارزهای رمزنگاری شده و موضوعات مرتبط با اشکال موقت حاکمیت را نشان می دهد. بنابراین ، مشکل فقط این نیست که ما نمی دانیم چگونه این فناوری ها را اداره کنیم ، بلکه این - تا حدودی با طعنه آمیز - ما در مورد نحوه عملکرد این ساختارها و چه کسی مسئولیت کدام جنبه های حاکمیت را بر عهده دارد ، به شفافیت بیشتری نیاز داریم.

8. مقایسه معنی دار: کدام یک بهتر است؟

مشکل. بیت کوین اولین cryptocurrency بود که بر اساس معماری است که اکنون از آن به عنوان blockchain یاد می کنیم ، اما مطمئناً آخرین نیست. اکنون هزاران ارز رمزنگاری جایگزین در آنجا وجود دارد که هر کدام نقطه فروش منحصر به فرد خود را دارند. Ethereum یک زبان اسکریپت اکتشافی تر را ارائه می دهد و حالت را حفظ می کند ، Litecoin امکان ایجاد سریعتر بلوک را از بیت کوین فراهم می کند ، و هر ICO جدید (ارائه سکه اولیه) نوید ویژگی براق خود را می دهد. با نگاهی به فراتر از blockchains ، پیشنهادات بی شماری برای ارزهای رمزنگاری شده بر اساس پروتکل های اجماع غیر از اثبات کار و پیشنهادات در تنظیمات غیر ارزی ، مانند شفافیت گواهی ، R3 Corda و پارچه هایپرلر وجود دارد که هنوز در زیر چتر گسترده قرار دارند. از دفترچه های توزیع شده.

مسئله طبیعی که در چنین چشم انداز فزاینده ای شلوغ بوجود می آید ، چگونگی تمایز بین این راه حل ها و انتخاب مواردی است که برای یک برنامه خاص بهتر است. آیا به یک blockchain یا فقط یک پایگاه داده نیاز دارید؟شاید یک صفحه گسترده اکسل برای کاری که شما باید انجام دهید کافی باشد؟مرتبط با مورد 10 ، حتی خواصی که می خواهید برآورده کنید چیست؟حتی اگر کسی بتواند لیستی از این موارد را مشخص کند ، هنوز مشخص نیست که کدام سیستم عامل های فعلی از کدام خصوصیات پشتیبانی می کنند و تا چه حد.

راه حل های بالقوه و در حال توسعه. برخی از تحقیقات اخیر به پارامترهای مختلف انتخاب شده توسط ارزهای مختلف رمزنگاری شده و تأثیر این پارامترها بر امنیت سیستم نگاه کرده است ، به عنوان مثال ، به عنوان مثال ، همان سطح امنیت در برابر حملات به اصطلاح "معدن خودخواه" حاصل می شود 37بلوک های موجود در اتریوم توسط 6 بلوک در بیت کوین (به دلیل نرخ نسبی بلوک بی نظیر دو سیستم عامل). در نظر گرفته شده به عنوان یک کل ، تحقیقات اخیر ، ارتباطات بین خصوصیات امنیتی ارائه شده توسط شفافیت گواهی و بیت کوین را مورد بررسی قرار داده است ، و دریافت که به نظر می رسد مبادله بین این دو از یک طرف و نیاز به یک مجموعه توزیع شده از مقامات و نیاز به آن است.(به طور ناکارآمد) پیام ها را پخش کرده و از طرف دیگر در پروتکل های اجماع مانند اثبات کار شرکت کنید.

7. مدیریت کلیدی: چگونه معامله کنیم؟

مشکل. با گذشت سالها ، بسیاری از کاربران بیت کوین حوادثی را گزارش کرده اند که در آن همه بیت کوین خود را از دست داده اند ، زیرا آنها یک هارد دیسک را دور ریختند ، یک رمز عبور را فراموش کردند ، یا اقدامات مناسبی را برای تأمین کیف پول در رایانه های خود انجام ندادند. در بدترین حادثه گزارش شده عمومی ، یک کاربر 7،500 بیت کوین را از دست داد. در یک مثال بسیار عمومی ، یک قرارداد هوشمند Ethereum به نام DAO (کوتاه برای سازمان خودمختار غیر متمرکز) که به عنوان یک وسیله نقلیه سرمایه گذاری جمعی طراحی شده بود ، توانست بیش از 150 میلیون دلار را در آنچه که بزرگترین کمپین جمع آوری جمعیت در نظر گرفته می شود ، جذب کند. پس از آنكه یك مهاجم از كد قرارداد هوشمند پشت DAO سوءاستفاده كرد ، جامعه اساساً ناتوان بود كه هر كاری را انجام دهد ، مگر اینکه آنها را به سرقت برده اند و همه بودجه ذخیره شده در داخل را سرقت می كنند (یعنی ، برخی از توسعه دهندگان Ethereum كه در مورد 9 مورد بحث قرار گرفته اند. ایجاد و دفاع از یک چنگال سخت برای خنثی کردن خسارت).

در حالی که این حوادث آشکارا پیامدهای مالی جدی برای افراد درگیر در آنها دارند، به نوعی نباید برای این افراد با توجه به دنیای غیرقابل کنترل ارزهای دیجیتال "غرب وحشی" تعجب آور باشند. از آنجایی که مردم استفاده های رایج تری از ارزهای دیجیتال را پیشنهاد می کنند - به عنوان مثال، ادغام کیف پول بیت کوین در توزیع های لینوکس - که این کیف پول ها را در دست کاربران کم تجربه تر قرار می دهد که ممکن است آمادگی کمتری برای این نوع خطرات داشته باشند، با این حال، این منجر به گسترده تر شدن وعواقب جدی تربنابراین ما به راه حل های قوی نیاز داریم که بتوانند هم گم شدن و هم سرقت کلیدها را بهتر تحمل کنند.

6. چابکی: از کدام الگوریتم ها استفاده می کنیم؟

مشکل، به طور خلاصه. به نظر می رسد در بسیاری از ارزهای رمزنگاری شده قوانین از بالا صادر شده اند و تغییر آن آسان نیست. جدای از مسائل حاکمیتی که توسط این مشخصات سفت و سخت مطرح می شود، اصول اولیه رمزنگاری شکسته می شوند و کاربران مختلف ممکن است مایل باشند که هم در مورد افرادی که با آنها معامله می کنند و هم در مورد افرادی که سیستم را حفظ می کنند، مفروضات اعتماد متفاوتی داشته باشند. بنابراین، استدلالی برای ارائه گزینه های متعدد به کاربران در نحوه استفاده از سیستم وجود دارد، اگرچه البته در مورد استفاده از رمزنگاری های اولیه مختلف (همانطور که TLS نشان داده است) باید احتیاط زیادی کرد.

5. قابلیت همکاری: چگونه با یکدیگر صحبت کنیم؟

مشکل، به طور خلاصه. برخی از مردم بر این باورند که آینده شامل یک دفتر کل توزیع شده واحد خواهد بود، اما سناریوی محتمل تر این است که شرکت های مختلف بر اساس نیازهای خاص خود به سمت دفاتر مختلف جذب شوند. برای دستیابی به پتانسیل بسیار مورد بحث دفتر کل توزیع شده برای حذف (یا حداقل به طور قابل توجهی باز کردن) چشم انداز موجود سیلوهای داده اختصاصی، دستیابی به نوعی قابلیت همکاری یا مجموعه ای از روش ها ضروری است که به این دفترهای نامتجانس اجازه صحبت کردن می دهد. به یکدیگر.

4. مقیاس پذیری: چرا هر تراکنش را ذخیره کنید؟

به طور خلاصه مشکل. یکی از جنبه های مقیاس پذیری این است که ، هرچه سیستم محبوب تر شود ، نباید بار ذخیره سازی را که بر روی کاربران سیستم قرار می گیرد ، افزایش دهد ، زیرا این امر باعث مشارکت می شود و مانع ورود را افزایش می دهد. با این حال ، برای اهداف یکپارچگی ، در سیستمهایی که انتظار داریم تأیید کامل عمومی (مورد بحث بیشتر در مورد 1) مهم باشد که ورودی های دفترچه را حذف نکنند. این نتیجه می یابد ، به عنوان مثال ، blockchain بیت کوین که در حال حاضر بیش از 120 گیگابایت برای ذخیره سازی نیاز دارد ، زیرا شامل هر معامله ای است که تاکنون انجام شده است. بنابراین مشکل اصلی در چگونگی ایجاد تعادل بین این دو الزام (به ظاهر متناقض) نهفته است. در برخی از برنامه های خاص ، ممکن است به اندازه کافی مهم باشد که بتوانیم از شنیداری کامل استفاده کنیم که ما نمی توانیم کمک کنیم اما بار ذخیره سازی شرکت کنندگان را افزایش دهیم. به خصوص در برنامه های مصرف کننده ، با این حال ، یک مورد نسبتاً قانع کننده می تواند انجام شود که در واقع برای ذخیره هر معامله ضروری نیست ، زیرا - به عنوان مثال - ما بعید به نظر می رسد که ما بخواهیم یا باید به طور معناداری خریدهای قهوه شخصی را از اوایل سال 2010 بررسی کنیم.، حفظ چنین اطلاعاتی در مدت زمان طولانی به وضوح با حریم خصوصی کاربران مغایرت دارد (مورد 2).

3. مقرون به صرفه بودن: ارزانترین راه چیست؟

مشکل. مردم دوست دارند از بیت کوین و الگوریتم اجماع مبتنی بر اثبات کار بسیار شکایت کنند. آنها برق مورد استفاده را با برق مورد استفاده کشورها یا حداقل توسط نیروگاه های بزرگ مقایسه می کنند. آنها آن را "فاجعه زیست محیطی" می نامند. در حالی که بسیاری از این استدلالها کاملاً سرنگون هستند ، واقعیت این است که اثبات کار در واقع بسیار گران است ، و مطمئناً اگر همان نتیجه را با روشی ارزان تر بدست آورد ، چیز خوبی خواهد بود.

برای این منظور ، تعداد زیادی از پروتکل های اجماع جایگزین ارائه شده است ، و حتی در ارزهای رمزپایه جایگزین نیز مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال ، اثبات سهام پروتکل است که در آن ، به جای جلوگیری از حملات سیبیل به فرآیند معدن با نیاز به شرکت کنندگان برای مصرف منابع گران قیمت ، همانطور که در اثبات کار انجام می شود ، به اصطلاح اعتبار سنج ها "سهام خود را اثبات می کنند"در سیستم ، در قالب سرمایه گذاری آنها انجام داده اند که با ایجاد بلوک های بد ، یک ناامید کننده اقتصادی را برای آنها فراهم می کند تا بدرفتاری کنند. Peercoin ، NXT و Blackcoin از نسخه اثبات سهام استفاده می کنند و اتریوم در طی دو سال آینده دارای یک انتقال برنامه ریزی شده (یعنی چنگال سخت) به نسخه خود از اثبات سهام ، کاسپر است. پلت فرم دریاچه Sawtooth Intel از زمان اثبات شده (شاعر) استفاده می کند ، که به معماری SGX خود متکی است. یکی از محبوب ترین پیشنهادات مبتنی بر بیت کوین ، Bitcoin-NG ، پیشنهاد می کند که استفاده از اثبات کار را برای انتخاب یک "رهبر دوره ای" انتخاب کند ، که می تواند به سرعت (یعنی بدون انجام مقادیر زیادی محاسبات) شاهد فرد باشدمعاملات

راه حل های بالقوه و در حال توسعه. در جامعه تحقیقاتی لجر توزیع شده ، به نظر می رسد این موضوعی است که به طور فعال مورد بررسی قرار می گیرد. علاوه بر پروتکل های ذکر شده در بالا ، ده ها مقاله دیگر با پیشنهادات خاص خود وجود دارد ، هم برای پروتکل های ذکر شده در بالا (به ویژه اثبات-استیک ، که به نظر می رسد در حال حاضر نوعی "گریل مقدس" است) و برای جدید و جدید وبه طور فزاینده ای عجیب و غریب.

اگر کسی به سمت دفترچه های توزیع شده عمومی گسترش یابد ، لیست پروتکل های اجماع جایگزین رشد می کند و شروع به پروتکل های اجماع کلاسیک تر می کند: تعهد دو فاز ، PBFT و غیره. این تمایل به طور قابل توجهی کارآمدتر از "اثبات-X" استپروتکل های مورد استفاده در ارزهای رمزپایه ، اما با تجارت که به مجموعه ثابت از شرکت کنندگان شناخته شده نیاز دارند. همانطور که در مورد 8 ، آنچه لازم است راهی برای درک این تجارت ، ارائه مقایسه های معنی دار در این چشم انداز در حال رشد پروتکل های اجماع است و مزایایی را که هر یک در یک تنظیم خاص ارائه می دهند ، درک می کنند.

2. حریم خصوصی: چگونه می توان از داده ها محافظت کرد؟

به طور خلاصه مشکل. در حالی که تحقیقات قابل توجه بر ناشناس بودن کاربران در ارزهای رمزنگاری شده (یعنی محافظت از هویت شرکت کنندگان) متمرکز شده است ، تحقیقات کمی بر حریم خصوصی آنها متمرکز شده است. به عنوان مثال ، کاربران بیت کوین از لحاظ فنی نام مستعار هستند ، زیرا هویت های زنجیره ای آنها ذاتاً با هویت دنیای واقعی خود مرتبط نیستند ، اما جزئیات هر معامله-به عنوان مثال ، میزان بیت کوین ها ارسال می شود-هنوز کاملاً شفاف هستند. یک راه حل ساده و ساده برای سیستم عامل های بیانگر تر (که در آن حریم خصوصی حتی بیشتر از آن نگران کننده است) رمزگذاری این داده ها و ارائه کلیدهای رمزگشایی فقط برای طرفین لازم است ، اما واقعیت این است که طرح های رمزگذاری ، مانند همه بدوی های رمزنگاری ، شکست یابه خطر می افتد ، بنابراین این یک راه حل بلند مدت برای حفظ حریم خصوصی ارائه نمی دهد.

1. مقیاس پذیری: آیا ما به توافق کامل نیاز داریم؟

مشکل. مسلماً بزرگترین مانع برای رهبران کاملاً توزیع شده ، اصرار بر این است که هر گره در شبکه باید در مورد وضعیت کامل کل دفتر توافق کند. این بدان معنی است که در نهایت دفترچه های توزیع شده از نظر توانایی آنها در پردازش تعداد رو به رشد معاملات (توان) نمی توانند و مقیاس نمی گیرند ، در حالی که هنوز هم اطمینان حاصل می کنند که کاربران مجبور نیستند منتظر بمانند تا معاملات خود را شامل شود (تأخیر). به عبارت دیگر ، هرچه قدرت محاسباتی بیشتری که به شبکه می پیوندد ، از نظر توان و تأخیر بدتر خواهد شد. این دقیقاً به دلیل این الزام است که هر گره باید در مورد هر معامله توافق کند ، زیرا این بدان معنی است که هرچه معاملات بیشتر در سیستم باشد ، گره ها باید بیشتر منتظر بمانند تا شبکه را سیل کنند.

از آنجایی که این اصرار بر تکرار کامل یکی از اساسی ترین ویژگی های سیستم های توزیع شده را نقض می کند، ممکن است به طور طبیعی از خود بپرسیم: چرا در وهله اول این کار را انجام دهیم؟یکی از مزایای اصلی ارزهای رمزنگاری شده که توسط این الزام فعال می شود، ایده تأییدپذیری کامل عمومی است: هر شرکت کننده می تواند برای خود کارکرد صحیح سیستم را تأیید کند، برای مثال، با پخش مجدد همه تراکنش ها و اطمینان از اینکه قوانین توافق شده پناهگاه هستند. نقض نشده استاگر فقط گره های خاصی در مورد بخش های معینی از دفتر کل به توافق برسند، هیچ شرکت کننده ای وجود ندارد که بتواند این مفهوم تأییدپذیری را برآورده کند. بنابراین، برای افزایش توان عملیاتی و کاهش تأخیر، باید تعادلی بین اجتناب از تکرار کامل ایجاد کرد - که اغلب با استفاده از تکنیکی به نام شاردینگ انجام می شود، که در آن هر شرکت کننده تراکنش ها را فقط در یک قطعه معین پردازش می کند - و حداقل درجاتی از باز بودن را ممکن می سازد. و قابل تایید بودن

راه حل های بالقوه و در حال توسعهاین موضوع توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است، و چندین طرح پیشنهادی نوعی تقسیم بندی را اتخاذ می کنند. در حالی که این رویکردها به مقیاس پذیری بهتری دست می یابند، سؤالاتی را در مورد تأییدپذیری ایجاد می کنند که راه حل های کاملاً غیرمتمرکز چنین نمی کنند. برای مثال، اگر فقط شرکت کنندگان معینی تراکنش های خاص را ببینند، چگونه سایر شرکت کنندگان می توانند بگویند که تراکنش های آنها از مجموعه قوانین جهانی پیروی می کند؟در غیاب چنین مجموعه ای از قوانین جهانی، چه مفاهیم معناداری از صداقت را می توانیم برآورده کنیم؟مانند همه موارد موجود در این لیست، ما دوباره می بینیم که هر پلتفرم یک راه حل منحصر به فرد کامل را ارائه نمی دهد، بلکه مجموعه ای از معاوضه ها را ارائه می دهد که - برای بازگشت کامل به آیتم 10 - در نهایت باید مطابق با مورد استفاده فردی متعادل شوند. که در آن از فناوری استفاده خواهد شد.

این پست یک نسخه فشرده از مقاله ای است که در شماره ویژه بلاکچین مجله IEEE S& P منتشر خواهد شد. برای نسخه کامل لطفاً مشکل را در اوایل سال 2018 بررسی کنید!