چگونه سازوکار چک‌پوینت دو-ایپاکی و توجیه، برگشت‌ناپذیری را در بلاک‌چین‌های اثبات سهام تضمین می‌کند

در ۱۵ سپتامبر ۲۰۲۲، مدل امنیتی بنیادین پرکاربردترین بلاک‌چین جهان به‌طور کامل تغییر کرد. زمانی که اتریوم «ادغام» (The Merge) را اجرا کرد، سیستم احتمالی و پرمصرف اثبات کار را که از سال ۲۰۱۵ بر آن حاکم بود، کنار گذاشت. به جای آن، شبکه یک لایه اجماع اثبات سهام را فعال کرد که توسط سازوکاری به نام «ابزار قطعیت دوستانه کسپر» (Casper FFG) اداره می‌شود. این گذار صرفاً نحوه تولید بلاک‌ها را تغییر نداد؛ بلکه مفهومی را معرفی کرد که معماری‌های قبلی بلاک‌چین تنها می‌توانستند به آن نزدیک شوند: قطعیت قطعی.[2]

پیش از این تغییر، برگشت‌ناپذیری بلاک‌چین توهمی از احتمالات بود. در یک سیستم اثبات کار مانند بیت‌کوین، تراکنش‌ها هرگز از نظر ریاضی نهایی نمی‌شوند. در عوض، هرچه بلاک‌های بیشتری روی یک تراکنش اضافه می‌شود، هزینه محاسباتی برای بازنویسی آن تاریخچه به‌طور تصاعدی افزایش می‌یابد. یک کاربر منتظر شش تاییدیه می‌ماند، نه به این دلیل که بلاک ششم زنجیره را قفل می‌کند، بلکه به این دلیل که احتمال سازماندهی مجدد بسیار ناچیز می‌شود. Casper FFG طراحی شد تا این مقیاس لغزانِ اطمینان را با یک قفل مطلق و رمزنگاری‌شده جایگزین کند.[2][3]

معماری این قفل بر یک بازسازی دقیق از زمان استوار است. شبکه اثبات سهام، زمان را به فواصل ۱۲ ثانیه‌ای به نام «اسلات» تقسیم می‌کند و ۳۲ اسلات را در یک واحد بزرگ‌تر به نام «ایپاک» گروه‌بندی می‌کند که دقیقاً ۶.۴ دقیقه طول می‌کشد. در حالی که اعتبارسنج‌های فردی در طول هر اسلات بلاک‌هایی را پیشنهاد می‌دهند، شبکه تلاش نمی‌کند زنجیره را بلاک به بلاک نهایی کند. این کار به سربار پیام‌رسانی بسیار زیادی نیاز دارد. در عوض، پروتکل سازوکار قطعیت خود را منحصراً روی اولین بلاک هر ایپاک متمرکز می‌کند و آن را به عنوان یک «چک‌پوینت» تعیین می‌کند.

برای درک اینکه این چک‌پوینت‌ها چگونه امنیت شبکه را تامین می‌کنند، باید از زبان بازاریابی «تسویه فوری» که اغلب توسط مبلغان بلاک‌چین تبلیغ می‌شود، عبور کرد. واقعیت یک فرآیند رای‌گیری حساب‌شده و چندمرحله‌ای است. در طول یک ایپاک، یک کمیته از اعتبارسنج‌ها که به‌طور تصادفی انتخاب شده‌اند، وظیفه دارند رای‌های خود را که به عنوان «تاییدیه» شناخته می‌شوند، صادر کنند. آن‌ها فقط به وضعیت فعلی زنجیره رای نمی‌دهند؛ بلکه به یک پیوند خاص بین یک چک‌پوینت «مبدا» تاریخی و یک چک‌پوینت «مقصد» فعلی رای می‌دهند.[1]

اینجاست که مفهوم «توجیه» وارد این سازوکار می‌شود. برای اینکه یک چک‌پوینت مقصد به سمت نهایی شدن پیش برود، باید تاییدیه‌هایی از اعتبارسنج‌هایی دریافت کند که نماینده حداقل دو‌سوم از کل رمزارزهای استیک‌شده در شبکه هستند. این رای اکثریت قاطع، اولین مانع است. هنگامی که یک چک‌پوینت به این آستانه دو‌سوم می‌رسد، پروتکل وضعیت آن را به «توجیه‌شده» ارتقا می‌دهد.[2]

با این حال، توجیه به معنای نهایی‌سازی نیست. یک چک‌پوینت توجیه‌شده یک سیگنال اجماع قوی است، اما از نظر تئوری همچنان در برابر شکاف شبکه یا یک حمله هماهنگ گسترده آسیب‌پذیر است. پروتکل برای تضمین برگشت‌ناپذیری، به لایه دوم تایید نیاز دارد. این امر مستلزم آن است که شبکه با موفقیت چک‌پوینت متوالی بعدی را در ایپاک پس از آن توجیه کند.[3]

ماشه نهایی‌سازی به شکلی ظریف و سخت‌گیرانه عمل می‌کند. زمانی که یک چک‌پوینت توجیه می‌شود و چک‌پوینت بلافاصله پس از آن در ایپاک بعدی نیز توجیه می‌گردد، چک‌پوینت اول رسماً «نهایی‌شده» اعلام می‌شود. از آنجا که یک ایپاک ۶.۴ دقیقه طول می‌کشد، این سازوکار دو-ایپاکی به این معناست که دستیابی به قطعیت قطعی واقعی در شرایط عادی شبکه، حدود ۱۳ تا ۱۵ دقیقه زمان می‌برد.[1]

این تاخیر ۱۵ دقیقه‌ای، شکاف بین قابلیت‌های تئوریک و استقرار عملی را برجسته می‌کند. در حالی که برخی شبکه‌های جایگزین ادعای نهایی‌سازی زیر یک ثانیه را دارند، اغلب با متمرکز کردن مجموعه اعتبارسنج‌ها به چند نهاد شناخته‌شده به آن دست می‌یابند. سازوکار دو-ایپاکی، مصالحه ریاضی مورد نیاز برای هماهنگ کردن صدها هزار اعتبارسنج مستقل در سراسر جهان بدون اعتماد به هیچ هماهنگ‌کننده واحدی است.[3][4]

نوآوری واقعی Casper FFG خود رای‌گیری نیست، بلکه جریمه اقتصادی مرتبط با تناقض با یک چک‌پوینت نهایی‌شده است. پروتکل شرایط سخت‌گیرانه «اسلشینگ» را اعمال می‌کند—قوانینی که به‌طور خودکار دارایی‌های استیک‌شده هر اعتبارسنجی را که در حال نقض منطق اجماع دستگیر شود، نابود می‌کند. حیاتی‌ترین قانون دیکته می‌کند که یک اعتبارسنج نمی‌تواند دو رای متناقض برای یک ایپاک مقصد یکسان صادر کند، و همچنین نمی‌تواند رایی بدهد که رای دیگری را که قبلاً داده است «احاطه» کند یا توسط آن احاطه شود.[2]

این شرایط اسلشینگ، تضمین ریاضی برگشت‌ناپذیری را ایجاد می‌کند. اگر یک چک‌پوینت نهایی شود، به این معنی است که دو‌سوم شبکه به آن رای داده‌اند. برای نهایی کردن یک چک‌پوینت متناقض و بازنویسی آن تاریخچه، یک مهاجم باید دو‌سوم شبکه را متقاعد کند که به واقعیت جایگزین رای دهند. به دلیل همپوشانی مورد نیاز، حداقل یک‌سوم از کل اعتبارسنج‌ها باید با صدور آرای متناقض، قوانین اسلشینگ را آشکارا نقض کنند.[3]

پیامدهای چنین حمله‌ای محاسباتی نیستند؛ بلکه صراحتاً مالی هستند. پروتکل بلافاصله آرای متناقض را تشخیص داده و سهام اعتبارسنج‌های متخلف را اسلش (مصادره و نابود) می‌کند. با وجود میلیون‌ها دارایی استیک‌شده، هزینه بازگرداندن یک بلاک نهایی‌شده به میلیاردها دلار سرمایه دائماً نابودشده ترجمه می‌شود. مهاجم فقط شکست نمی‌خورد؛ بلکه توسط خود پروتکل از نظر مالی ویران می‌شود.[2][4]

این امر پارادایم امنیت را از دفاع-با-کار به دفاع-با-نابودی تغییر می‌دهد. در یک شبکه احتمالی، مهاجمی که در یک حمله ۵۱ درصدی شکست می‌خورد، صرفاً برقی را که سوزانده است از دست می‌دهد. در مدل توجیه و نهایی‌سازی دو-ایپاکی، جریمه یک سازماندهی مجدد عمیق، از دست دادن کامل وثیقه مهاجم است.[3][4]

با این حال، این سازوکار بدون موارد استثنایی نیست. اگر شبکه نتواند به اکثریت قاطع دو‌سوم مورد نیاز برای توجیه دست یابد—شاید به دلیل قطعی گسترده اینترنت یا باگی که نرم‌افزار کلاینت اصلی را آفلاین کند—زنجیره متوقف نمی‌شود. در عوض، به تولید بلاک‌ها ادامه می‌دهد اما نهایی کردن آن‌ها را متوقف می‌کند. این تضمین می‌کند که شبکه در دسترس باقی بماند، اما امنیت را موقتاً به یک مدل احتمالی تنزل می‌دهد.

برای حل چنین بن‌بستی، پروتکل از یک «نشت عدم فعالیت» استفاده می‌کند. اگر زنجیره برای بیش از چهار ایپاک نتواند نهایی شود، به آرامی شروع به تخلیه دارایی‌های استیک‌شده اعتبارسنج‌های آفلاین می‌کند. این کار به تدریج قدرت رای نسبی اعتبارسنج‌هایی را که هنوز آنلاین هستند افزایش می‌دهد و در نهایت به اقلیت فعال اجازه می‌دهد تا به آستانه دو‌سوم برسند و نهایی‌سازی را از سر بگیرند.[1]

نشت عدم فعالیت، اولویت نهایی پروتکل را نشان می‌دهد: زنجیره باید زنده بماند و در نهایت نهایی شود، حتی اگر به معنای پاکسازی مشارکت‌کنندگان غیرپاسخگو باشد. این یک سازوکار خشن اما ضروری است تا اطمینان حاصل شود که موتور قطعیت دو-ایپاکی نمی‌تواند توسط یک دشمن منفعل به‌طور دائم متوقف شود. در حالی که مستندات فنی ارائه‌شده توسط بنیاد اتریوم و بایننس آکادمی ریاضیات این پروتکل را تشریح می‌کنند، مواد مرجع حاوی نقل‌قول‌های مستقیم از توسعه‌دهندگان فردی در مورد پیاده‌سازی نیستند، که این امر نشان‌دهنده ماهیت غیرمتمرکز این مشخصات است.[2][5]

سیستم چک‌پوینت دو-ایپاکی نشان‌دهنده یک بلوغ بنیادین در مهندسی سیستم‌های توزیع‌شده است. با جداسازی تولید بلاک از نهایی‌سازی بلاک، و با لنگر کردن آن قطعیت به جریمه‌های اقتصادی فاجعه‌بار، این سازوکار اطمینان مطلق تسویه‌ای را که برای زیرساخت‌های مالی جهانی مورد نیاز است، فراهم می‌کند. برگشت‌ناپذیری دیگر مسئله انتظار برای وزن محاسباتی کافی نیست؛ بلکه یک قفل رمزنگاری‌شده است که با نابودی مالی متقابل تضمین شده است.[3][4]