Targeted Nakamoto: Uwiano wa Usalama wa Mtandao wa Bitcoin na Uzalishaji wa Kaboni

Yaliyomo

• Utangulizi
  • 1.1 Kushindana kwa Hatari Mbalimbali
  • 1.2 Viungo vya Msimbo na API ya Wavuti
  • 1.3 Fasihi Muhusika
  • 1.4 Swali la Utafiti na Vizuizi vya Ubunifu
  • 1.5 Ramani ya Safari
• 2 Madhara ya Kiasi cha Uhasheri
  • 2.1 Vitegemezi
  • 2.2 Network Security
• 3 Targeted Nakamoto - A Mechanism Design Perspective
  • 3.1 Key Building Blocks of Targeted Nakamoto
  • 3.2 Uhakiki wa Usanifu wa Utaratibu wa Itifaki
• 4 Muundo
  • 4.1 Ishara ya ugumu wa fumbo ya kiwango cha hashrate
  • 4.2 Usawa wa uchimbaji madini
• 5 Sera Lengwa la Zawadi ya Kizuizi
  • 5.1 Ugawaji wa Marekebisho ya Zawadi ya Kizuizi
  • 5.2 Ishara ya Ugumu wa Fumbo na Vipeo vya Kubadilisha Sera
  • 5.3 Sera ya Kudhibiti Kasi ya Utafutaji
• 6 Athari za Kimkakati za Sera ya Marekebisho ya Vitalu
  • 6.1 Utabili wa Usawa wa Wachimbaji
  • 6.2 Marekebisho ya Mienendo ya Kiwango cha Utafutaji
• 7 Upendeleo wa Fedha
  • 7.1 Sera Lengwa ya Fedha
• 8 Hitimisho
• 9 Uchambuzi wa Asili
• Maelezo ya Kiufundi 10
• Utekelezaji wa Msimbo 11
• Matumizi ya Baadaye 12
• Marejeo 13

Utangulizi

Sarafu za kidijitali za mnyororo wa vitalu kama vile Bitcoin zinahitaji matumizi ya nguvu ya kompyuta na wachimbaji ili kufanya kazi ya mtandao. Wachimbaji hukusanya vitalu na kushindana kutatua fumbo lililowekwa na msimbo. Idadi ya nadharia za fumbo (hash moja kwa kila nadharia) ambayo kompyuta ya kuchimba hufanya katika muda maalum ni kiwango chake cha hashi, ambacho hutumia umeme.

1.1 Kushindana kwa Hatari Mbalimbali

Bitcoin inakabiliwa na hatari mbili za kuwepo zinazokinzana: kwa sasa, matumizi makubwa ya nishati ya kuchimba yanawavutia hasira za kisiasa; katika siku zijazo, kupungua kwa malipo ya wachimbaji kutasababisha kiwango cha hashi kupungua, na hivyo kushusha gharama ya shambulio. Targeted Nakamoto inalenga kusawazisha wasiwasi huu kwa kuongoza kiwango cha hashi kuelekea lengo lililochaguliwa.

1.2 Viungo vya Msimbo na API ya Wavuti

Kristian Praizney aliandika msimbo wa kanuni ya udhibiti wa hashrate na kuutekeleza kwenye API ambayo inaambatana na karatasi hii ya utafiti.

1.3 Fasihi Muhusika

Karatasi inajenga juu ya utafiti uliopo katika usanidi wa utaratibu wa blockchain na maboresho ya itifaki ya Bitcoin, ikitaja kazi zenye ukuzaji wa PoW na miundo ya usalama ya mtandao.

1.4 Swali la Utafiti na Vizuizi vya Ubunifu

Jinsi ya kubuni itifaki inayodumisha usalama wa Bitcoin huku ikipunguza athari zake kwa mazingira, bila kuvunja upendeleo wa kifedha wala kuunda njia mpya za mashambulio.

1.5 Ramani ya Safari

Karatasi inaendelea kwa kuchambua hashrate externalities, kuwasilisha Targeted Nakamoto mechanism, kuiga athari zake, na kujadili mambo ya utekelezaji.

2 Madhara ya Kiasi cha Uhasheri

Shughuli ya kuchimba madini huunda externalities kuu mbili: usalama wa mtandao (chanya) na uzalishaji wa kaboni (hasi). Hashrate kubwa huongeza usalama lakini pia huongeza matumizi ya nishati.

2.1 Vitegemezi

Hashrate inategemea malipo ya kuzuia, gharama za umeme, na ufanisi wa vifaa vya uchimbaji madini. Uhusiano unafuata: $H = f(R, C_e, E)$ ambapo $H$ ni hashrate, $R$ ni malipo ya kuzuia, $C_e$ ni gharama ya umeme, na $E$ ni ufanisi wa vifaa.

2.2 Network Security

Gharama ya usalama wa mtandao hupungua kadiri kiwango cha hashrate kinavyoongezeka: $S_c = \frac{k}{H}$ ambapo $S_c$ ni gharama ya usalama na $k$ ni kiwakilishi cha thamani tasiri. Kiwango kikubwa cha hashrate hufanya mashambulizi ya 51% kuwa ya gharama kubwa zaidi.

3 Targeted Nakamoto - A Mechanism Design Perspective

Targeted Nakamoto ni itifaki inayowahimiza wachimbaji madini kuweka kiwango cha hashrate katika safu ya gharama ya chini kabisa kwa kuzuia malipo ya ziada ya bloki inapozidi kiwango-changani na kuwajibisha kiwango cha chini cha malipo ya bloki inapokuwa chini ya kiwango-changani.

3.1 Key Building Blocks of Targeted Nakamoto

Itifaki hutumia malipo ya vitalu yanayoweza kubadilika, vichocheo kulingana na ugumu, na mifumo ya upendeleo wa kifedha ili kudumisha uadilifu wa mfumo huku ukidhibiti kiwango cha hashrate.

3.2 Uhakiki wa Usanifu wa Utaratibu wa Itifaki

Muundo unafuata kanuni za usawa wa motisha ambapo wachimbaji huchochewa kiuchumi kudumisha kiwango cha hashrate karibu na kiwango lengwa bila uratibu wa kati.

4 Muundo

Mfano wa kihisabati huweka rasmi uhusiano kati ya hashrate, malipo ya vitalu, na vigezo vya mtandao ili kutabia tabia ya mfumo chini ya itifaki iliyopendekezwa.

4.1 Ishara ya ugumu wa fumbo ya kiwango cha hashrate

Ugumu wa mtandao $D$ huchukua nafasi ya kiwango cha hashrate: $D \propto H$. Itifaki hutumia vipimo vya ugumu kuanzisha marekebisho ya malipo wakati $D$ inapotoka kutoka kwa lengo $D_t$.

4.2 Usawa wa uchimbaji madini

Usawa wa uchimbaji hufikia wakati $R \times P_s = C_e \times E \times H$ ambapo $P_s$ ni uwezekano wa kutatua fumbo. Itifaki hurekebisha $R$ ili kudumisha $H$ karibu na kiwango bora.

5 Sera Lengwa la Zawadi ya Kizuizi

Uundani mkuu: sera ya tuzo ya kuzuia mabadiliko ambayo hubadilika kulingana na kiwango cha hashrate cha sasa kinachohusiana na viwango vya lengo.

5.1 Ugawaji wa Marekebisho ya Zawadi ya Kizuizi

Wakati hashrate inazidi lengo: $R_{actual} = R_{base} - \Delta R$. Wakati hashrate inashuka chini ya lengo: $R_{actual} = R_{base} + \Delta R$.

5.2 Ishara ya Ugumu wa Fumbo na Vipeo vya Kubadilisha Sera

Policy triggers activate when $|D - D_t| > \delta$ where $\delta$ is the tolerance threshold. Adjustment magnitude: $\Delta R = \alpha |D - D_t|$ with $\alpha$ as sensitivity parameter.

5.3 Sera ya Kudhibiti Kasi ya Utafutaji

Algorithm ya udhibiti inatumia mrejesho wa uwiano-ushirikiano kupunguza mitetemo na kudumisha kasi thabiti ya uchanganuzi karibu na kiwango lengwa.

6 Athari za Kimkakati za Sera ya Marekebisho ya Vitalu

Sera hiyo inaunda motisha za kiuchumi zinazotabirika ambazo huongoza tabia ya wachimbaji kuelekea kiwango bora cha hashrate kijamii.

6.1 Utabili wa Usawa wa Wachimbaji

Uchambuzi unaonyesha mfumo unajiinua kwenye usawa thabiti ambapo faida ya usalama ya chini inalingana na gharama ya mazingira ya chini.

6.2 Marekebisho ya Mienendo ya Kiwango cha Utafutaji

Uigizaji unaonyesha hashrate inajibu kwa marekebisho ya malipo ndani ya vipindi 2-3 vya marekebisho ya ugumu, ikionyesha muunganiko wa haraka kwa lengo.

7 Upendeleo wa Fedha

Upendeleo wa kifedha unadumishwa kupitia marekebisho sawia ya uwezo wa kutumia kati ya wamiliki wa UTXO, na hulipa fidia kwa nyongeza na upungufu wa malipo ya kuzuia.

7.1 Sera Lengwa ya Fedha

Itifaki inatumia marekebisho ya seti ya UTXO kuhakikisha jumla ya usambazaji wa fedha hubaki bila kubadilika licha ya tofauti za zawadi za kizuizi: $\sum UTXO_{value} = constant$.

8 Hitimisho

Targeted Nakamoto inawakilisha mbinu yenye matumaini ya kuweka usawa kati ya mahitaji ya usalama ya Bitcoin na wasiwasi wa kimazingira, ikitoa mfumo wa uendeshaji endelevu wa mnyororo wa block wa PoW.

9 Uchambuzi wa Asili

Kuchoma moja kwa moja:Targeted Nakamoto inalenga kutatua kitendawili cha kimsingi cha udhibiti wa Bitcoin, lakini utata wa utekelezaji unaweza kuzidi faida zake za kinadharia. Hii ni suluhisho jingine la kitaaluma linalotafuta tatizo la ulimwengu halisi.

Mnyororo wa mantiki:Hoja kuu ya karatasi inafuata mantiki safi ya kiuchumi: hashrate huunda faida za usalama na gharama za mazingira → hashrate bora hupunguza gharama jumla → marekebisho ya itifaki yanaweza kuwaongoza wachimbaji kwenye hali hii bora. Hata hivyo, mnyororo huvunjika wakati wa utekelezaji. Kama karatasi nyingi za ubunifu wa utaratibu (zinazofanana na mawazo mazuri lakini yasiyo ya vitendo katika utafiti wa awali wa CycleGAN), uzuri wa kihisabati haubadilishi ukweli wa blockchain. Dhana kwamba wachimbaji watakubali kirahisi misukumo ya malipo haizingatia mienendo ya ushindanayo inayoendesha uchimbaji wa Bitcoin.

Viporo na Mapungufu:Utaratibu wa upendeleo wa kifedha ni wa kubuni kwa kweli - kutumia marekebisho ya UTXO kufidia mabadiliko ya malipo yanaonyoa uelewa wa kina wa muundo wa Bitcoin. Hii inazidi mapendekezo rahisi kama mabomu ya ugumu ya awali ya Ethereum. Hata hivyo, pendekezo hili linakumbwa na mashimo yale yale ya mipango ya kati ambayo Bitcoin iliundwa kuepuka. Kuweka hashrate "bori" kunahitaji aina maalum ya uamuzi wa kibinafsi ambayo mifumo isiyo ya kati inaondoa. Kielelezo cha Matumizi ya Umeme cha Bitcoin cha Cambridge kinaonyesha Bitcoin kwa sasa inatumia ~100 TWh kwa mwaka - nani anapaswa kuamua "kiwango sahihi" kinapaswa kuwa nini?

Ushauri wa Hatua:Kwa wasanidi programu: jifunze utaratibu wa marekebisho ya UTXO kwa matumizi mengine, lakini epuka mipango ya katikati. Kwa wachimba madini: jiandae kwa miundo adimu zaidi ya malipo inayojitokeza. Kwa watafiti: lenga suluhisho zenye ushawishi mdogo kama ujumuishaji wa nishati mbadala. Jumuiya ya Bitcoin inapaswa kuona hii kama jaribio la kufikiria la kuvutia badala ya njia ya matumizi ya usasishaji. Kama mchakato wa ukuzaji wa Bitcoin Core umedhihirisha (rejea: muundo wa utawala wa Mapendekezo ya Uboreshaji wa Bitcoin), suluhisho za kielelezo za kitaaluma mara chache huishi kwa kuwasiliana na falsafa ya kihafidhina ya usasishaji wa Bitcoin.

Maelezo ya Kiufundi 10

Itifaki hutumia mbinu ya nadharia ya udhibiti na mlinganyo wa msingi: $H_{t+1} = H_t + \beta(R_t - C(H_t))$ ambapo $\beta$ ni kasi ya marekebisho, $R_t$ ni zawadi ya sasa, na $C(H_t)$ ni utendakazi wa gharama ya kuchimba madini. Kiwango bora cha hashrate $H^*$ kinatatua: $\min_H [\alpha \cdot SecurityCost(H) + (1-\alpha) \cdot EnvironmentalCost(H)]$ ambapo $\alpha$ ni parameta ya mabadiliko ya usalama na uzalishaji.

Utekelezaji wa Msimbo 11

function calculate_reward_adjustment(current_difficulty, target_difficulty):
    deviation = current_difficulty - target_difficulty
    if abs(deviation) > THRESHOLD:
        adjustment = -SENSITIVITY * deviation
        return adjustment
    return 0

def update_utxo_set(block_reward_change, utxo_set):
    total_adjustment = block_reward_change * BLOCK_INTERVAL
    adjustment_factor = 1 + (total_adjustment / utxo_set.total_value)
    for utxo in utxo_set:
        utxo.value *= adjustment_factor
    return utxo_set

Matumizi ya Baadaye 12

Utaratibu huu unaweza kubadilishwa kwa ajili ya minyororo ya vitalu ya PoW inayokabiliwa na changamoto sawa za uendelevu. Matumizi yanayoweza kujumuisha: Ethereum Classic, Litecoin, na majukwaa ya kibiashara ya kiwango cha kuanzia. Mbinu ya urekebishaji wa UTXO inaweza pia kutumiwa kwa utekelezaji wa sera ya kifedha katika sarafu za kidijitali za benki kuu.

Marejeo 13

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Cambridge Centre for Alternative Finance (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index
3. Buterin, V. (2014). Ethereum White Paper
4. Aronoff, D. (2025). Targeted Nakamoto: A Bitcoin Protocol to Balance Network Security and Carbon Emissions
5. Zhu et al. (2017). Tafsiri ya Picha hadi Picha Bila Jozi kwa Kutumia Mitandao ya Adversarial Yenye Mzunguko-Thabiti (CycleGAN)