A Model for Fast Mining Blockchains
تقدم هذه الورقة نموذجاً ماركوفياً لتعدين البلوكشين، والذي يتقارب في حد التعدين اللانهائي إلى ملف موجة مسافرة تصفه معادلات تفاضلية عادية مقترنة ومعادلة فيشر-KPP، مع اشتقاق تصحيحات لوغاريتمية صريحة لسرعة التعدين لكل من الوقت وتجمعات المعدنين المحدودة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلف ولم يصادق عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في العالم الرقمي، يمثل "البلوكشين" (سلسلة الكتل) دفتر حسابات مشترك يسجل المعاملات عبر شبكة واسعة من أجهزة الكمبيوتر. وللحفاظ على أمان هذا الدفتر وتحديثه، يتنافس مشاركون مستقلون يُطلق عليهم "المعدّنون" لحل ألغاز رياضية معقدة. وعندما ينجح أحد المعدّنين، فإنه يضيف كتلة جديدة من البيانات إلى السلسلة، والتي يتم بعد ذلك بثها إلى بقية الشبكة. ولكي يعمل النظام، يجب أن يتفق الجميع على الترتيب الدقيق لهذه الكتل. هذا الاتفاق، المعروف باسم "الإجماع"، يعتمد على قدرة الشبكة على التواصل ونشر الكتل الجديدة بسرعة أكبر من سرعة إنشاء كتل جديدة. وإذا كانت الشبكة بطيئة في مشاركة المعلومات، يمكن للنظام التعامل مع هذا التأخير؛ أما إذا كانت سريعة، فإن الديناميكيات تتغير تماماً، مما قد يؤدي إلى انقسام الشبكة إلى نسخ متنافسة من التاريخ.
قام فريق من الباحثين ببناء نموذج رياضي لفهم ما يحدث بالضبط عندما يكون التعدين سريعاً جداً لدرجة أن الوقت المستغرق لإنشاء كتلة جديدة يقارب الوقت الذي تستغرقه تلك الكتلة للانتقال عبر الشبكة. في هذه البيئة عالية السرعة، قد يجد أحد المعدّنين كتلة جديدة في اللحظة ذاتها التي يتلقى فيها معدّن آخر كتلة مختلفة. وهذا يخلق وضعاً فوضوياً حيث يعمل معدّنون مختلفون على نسخ مختلفة من "البلوكشين"، مما يثير التساؤل عما إذا كان بإمكانهم الاتفاق مجدداً. أراد الباحثون معرفة ما إذا كانت الشبكة، في هذا السيناريو سريع الوتيرة، ستستقر في النهاية على تاريخ واحد موحد، أم أنها ستظل منقسمة بشكل دائم.
ولاستقصاء ذلك، صاغ المؤلفون نموذجاً يحاكي سلوك مجموعة كبيرة من المعدّنين. لقد تخيلوا سيناريو بوجود عدد لا نهائي من المعدّنين لرؤية النمط العام للسلوك، ثم بحثوا في كيفية تصرف عدد محدود من المعدّنين بالمقارنة. وأظهر تحليلهم أنه حتى في بيئة التعدين السريعة هذه، لا تنهار الشبكة للأبد. بدلاً من ذلك، يصل المعدّنون في النهاية إلى حالة يتفقون فيها على نفس تسلسل الكتل في الغالبية العظمى من السلسلة، لكن نسخهم المحلية قد تتباين عند الطرف الأخير فقط. وتحديداً، تضمن سلاسل الكتل المحلية العودة إلى إجماع كامل في وقت متوقع محدد، ولكن في حدّ كثرة المعدّنين، فإنهم عادةً ما يتفقون على جميع الكتل باستثناء تلك التي تقع ضمن مسافة محدودة من رأس أطول سلسلة. وهذا يعني أنه بينما قد تظل أحدث الكتل محل نزاع لفترة قصيرة، فإن الغالبية العظمى من "البلوكشين" تظل مستقرة ومتفقاً عليها من قبل الجميع.
اكتشف الباحثون أن شكل هذا الاتفاق يتبع نمطاً يمكن التنبؤ به مع مرور الوقت. ووجدوا أن "جبهة" البلوكشين — وهي النقطة التي يعمل عليها المعدّنون حالياً — تتحرك للأمام بسرعة ثابتة. ومع ذلك، فإن هذه السرعة ليست ثابتة تماماً؛ فهي أبطأ قليلاً مما قد يتنبأ به حساب بسيط. والفرق هو تصحيح صغير ينمو لوغاريتمياً مع الوقت. وبعبارة أبسط، كلما زادت سرعة التعدين، تباطأت تقدم الشبكة بسبب الوقت الذي يستغرقه انتقال المعلومات، لكن هذا التباطؤ يتبع قاعدة رياضية دقيقة تمكن الفريق من اشتقاقها.
علاوة على ذلك، بحثت الدراسة فيما يحدث عندما يكون عدد المعدّنين محدوداً، وليس لانهائياً. ففي الشبكة الواقعية، يوجد دائماً عدد محدود من أجهزة الكمبيوتر. ووجد الباحثون أن سرعة تقدم "البلوكشين" في الشبكة المحدودة هي أيضاً أبطأ من الحالة المثالية اللانهائية. هذا الفرق، أو التصحيح، يعتمد على العدد الإجمالي للمعدّنين. وتحديداً، تتباطأ السرعة بمقدار يرتبط بلوغاريتم عدد المعدّنين. وهذا يعني أنه كلما أضفت المزيد من المعدّنين إلى الشبكة، اقتربت السرعة من السرعة المثالية اللانهائية، لكنها تفعل ذلك ببطء شديد، متبعةً منحنى رياضياً محدداً.
ولفهم هذه الأنماط المعقدة، قارن الفريق نتائجهم بمعادلة معروفة تُستخدم في الفيزياء وعلم الأحياء لوصف كيفية انتشار الأشياء، مثل انتشار حريق في غابة أو انتشار نوع من الكائنات عبر منظر طبيعي. ووجدوا أنه بالنسبة لاختيار محدد من المعايير، فإن شكل نمو "البلوكشين" في نموذجهم يطابق حلاً دقيقاً ومشهوراً لمعادلة الانتشار هذه. وقد سمح هذا الارتباط لهم بوصف شكل نمو "البلوكشين" بدقة عالية، مما أكد توقعاتهم النظرية من خلال المحاكاة الحاسوبية.
تقدم الدراسة صورة واضحة لكيفية سلوك شبكات "البلوكشين" ذات التعدين السريع. فهي تثبت أنه حتى عندما تتعرض الشبكة لضغط شديد بسبب سرعة الكتل الجديدة، فإنها لا تنهار في فوضى دائمة. بدلاً من ذلك، تقوم بتصحيح نفسها، وتحافظ على تاريخ طويل من الاتفاق، بينما تظل الكتل الأحدث فقط في حالة من عدم الاستقرار. لقد حدد الباحثون بدقة مدى سرعة هذا النظام وكيف يؤثر عدد المشاركين على هذه السرعة، مما يوفر أساساً رياضياً صارماً لفهم حدود السرعة في الشبكات اللامركزية. ويشير عملهم إلى أنه بينما تفرض السرعة تعقيداً، فإن الهيكل الأساسي لـ "البلوكشين" قوي بما يكفي للحفاظ على النظام، طالما لم ينقطع التواصل بين المعدّنين تماماً.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.