استحالة العدالة الكاملة في طلب المعاملات

لعقود من الزمن، ركزت الأبحاث في الأنظمة الموزعة، وخاصة في الإجماع البيزنطي وتكرار آلة الدولة (SMR)، على هدفين رئيسيين: الاتساق والحيوية. ويعني الاتساق أن جميع العقد تتفق على نفس تسلسل المعاملات، بينما تضمن الحيوية استمرار النظام في إضافة معاملات جديدة. ومع ذلك، فإن هذه الخصائص لا تمنع الجهات الفاعلة السيئة من تغيير ترتيب المعاملات بعد استلامها.

وفي سلاسل الكتل العامة، أصبحت هذه الفجوة في ضمانات الإجماع التقليدية مشكلة خطيرة. يمكن للمدققين أو منشئي الكتل أو أجهزة التسلسل استغلال دورهم المميز في طلب الكتل لتحقيق مكاسب مالية، وهي ممارسة تعرف باسم القيمة القصوى القابلة للاستخراج (MEV). يتضمن هذا التلاعب عمليات التصفية الأولية والخلفية المربحة وحصر المعاملات. نظرًا لأن أمر تنفيذ المعاملة يحدد الصلاحية أو الربحية في تطبيقات DeFi، فإن سلامة طلب المعاملة أمر حيوي للحفاظ على العدالة والثقة.

ولمعالجة هذه الفجوة الأمنية الحرجة، تم اقتراح عدالة أوامر المعاملات باعتبارها خاصية إجماع أساسية ثالثة. تضمن بروتوكولات الطلب العادل أن يعتمد الترتيب النهائي للمعاملات على عوامل خارجية وموضوعية، مثل أوقات الوصول (أو استلام الطلب) ويكون مقاومًا لإعادة الترتيب الخصومي. من خلال الحد من مقدار القوة التي يتمتع بها مقدم الكتلة لإعادة ترتيب المعاملات، تعمل هذه البروتوكولات على تقريب البلوكشين من أن تكون شفافة ويمكن التنبؤ بها ومقاومة MEV.

مفارقة كوندورسيه واستحالة العدالة المثالية

الفكرة الأكثر بديهية والأقوى للعدالة هي عدالة تلقي الأوامر (ROF). يتم تعريف ROF بشكل غير رسمي على أنه “تم الاستلام أولاً، أول إخراج”، وهو ما يفرض أنه إذا كان هناك عدد كافٍ من المعاملات (تكساس) الوصول إلى غالبية العقد قبل معاملة أخرى (تكساس ‘)، ثم النظام مطلوب للنظام tx قبل تكساس ′ للتنفيذ.

ومع ذلك، فإن تحقيق “عدالة النظام” المقبول عالميًا مستحيل بشكل أساسي ما لم يتم افتراض أن جميع العقد يمكنها الاتصال بشكل فوري (أي العمل في شبكة خارجية متزامنة فورية). تنبع نتيجة الاستحالة هذه من الارتباط المفاجئ بنظرية الاختيار الاجتماعي، وتحديدًا مفارقة كوندورسيه.

توضح مفارقة كوندورسيه كيف أنه حتى عندما تحافظ كل عقدة على ترتيب داخلي متعدٍ للمعاملات، فإن التفضيل الجماعي عبر النظام يمكن أن يؤدي إلى ما يعرف بالدورات غير المتعدية. على سبيل المثال، من الممكن أن تتلقى غالبية العقد المعاملة أ قبل ب، الأغلبية تتلقى ب قبل ج، والأغلبية تتلقى ج قبل أ. ومن ثم، فإن تفضيلات الأغلبية الثلاثة تشكل حلقة (أ→ب→ج→أ). وهذا يعني أنه لا يوجد ترتيب واحد ومتسق للمعاملات A وB وC يمكن أن يلبي جميع تفضيلات الأغلبية في وقت واحد.

توضح هذه المفارقة سبب استحالة تحقيق هدف تحقيق عدالة تلقي الطلب بشكل مثالي في الشبكات غير المتزامنة، أو حتى في الشبكات المتزامنة التي تشترك في ساعة مشتركة إذا كانت تأخيرات الشبكة الخارجية طويلة جدًا. وتتطلب هذه الاستحالة اعتماد تعريفات أضعف للعدالة، مثل عدالة أوامر الدُفعات.

Hedera Hashgraph وعيب الطابع الزمني المتوسط

تسعى Hedera، التي تستخدم خوارزمية إجماع Hashgraph، إلى تقريب فكرة قوية عن عدالة تلقي الطلبات (ROF). ويتم ذلك عن طريق تعيين طابع زمني نهائي لكل معاملة يتم حسابه كمتوسط ​​للطوابع الزمنية المحلية لجميع العقد لتلك المعاملة.

ومع ذلك، فإن هذا بطبيعته عرضة للتلاعب. يمكن لعقدة تنافسية واحدة أن تشوه طوابعها الزمنية المحلية عمدًا وتعكس الترتيب النهائي لمعاملتين، حتى عندما يستلمهما جميع المشاركين الصادقين بالترتيب الصحيح.

خذ بعين الاعتبار مثالًا بسيطًا يحتوي على خمس عقد إجماع (A وB وC وD وE) حيث تعمل العقدة E بشكل ضار. يتم بث معاملتين، tx₁ وtx₂، إلى الشبكة. جميع العقد الصادقة تتلقى tx₁ قبل tx₂، لذلك يجب أن يكون الترتيب النهائي المتوقع هو tx₁ → tx₂.

في هذا المثال، يقوم الخصم بتعيين tx₁ طابعًا زمنيًا لاحقًا (3) وtx₂ طابعًا زمنيًا سابقًا (2) لتحريف الوسيط.

عندما يحسب البروتوكول الوسيطات:

• بالنسبة إلى tx₁، فإن الطوابع الزمنية (1، 1، 4، 4، 3) تعطي متوسطًا قدره 3.

• بالنسبة إلى tx₂، فإن الطوابع الزمنية (2، 2، 5، 5، 2) تعطي متوسطًا قدره 2.

نظرًا لأن الطابع الزمني النهائي لـ tx₁ (3) أكبر من ذلك لـ tx₂ (2)، يقوم البروتوكول بإخراج tx₂ → tx₁، وبالتالي عكس الترتيب الحقيقي الذي لاحظته جميع العقد الصادقة.

يوضح مثال اللعبة هذا خللًا خطيرًا: فالوظيفة المتوسطة، على الرغم من أنها تبدو محايدة، إلا أنها على نحو متناقض هي السبب الفعلي للظلم لأنه يمكن استغلالها من قبل مشارك واحد غير أمين للتحيز في أمر المعاملة النهائية.

ونتيجة لذلك، فإن “الطابع الزمني العادل” الذي تروج له هاشغراف في كثير من الأحيان هو فكرة ضعيفة إلى حد مدهش عن العدالة. يفشل إجماع Hashgraph في ضمان عدالة تلقي الطلبات ويعتمد بدلاً من ذلك على مجموعة أدوات التحقق المصرح بها بدلاً من ضمانات التشفير.

تحقيق الضمانات العملية

ومع ذلك، للتحايل على الاستحالة النظرية التي أظهرها كوندورسيه، يجب على مخططات النظام العادل العملية أن تعمل على تخفيف تعريف العدالة بطريقة أو بأخرى.

قدمت بروتوكولات Aequitas معيار عدالة أوامر الكتل (BOF)، أو عدالة أوامر الدُفعات. يفرض BOF أنه إذا تلقت العديد من العقد معاملة tx قبل معاملة أخرى tx ′، فيجب تسليم tx في كتلة قبل أو في نفس الوقت مع tx ′، مما يعني أنه لا يمكن لأي عقدة صادقة تسليم tx ′ في كتلة بعد tx. يؤدي هذا إلى تخفيف القاعدة من “يجب التسليم قبل” (متطلبات ROF) إلى “يجب التسليم في موعد لا يتجاوز”.

خذ بعين الاعتبار ثلاث عقد إجماع (A وB وC) وثلاث معاملات: tx₁ وtx₂ وtx₃. تعتبر المعاملة “مستلمة مسبقًا” إذا لاحظتها اثنتان على الأقل من العقد الثلاث (الأغلبية) أولاً.

إذا طبقنا تصويت الأغلبية لتحديد النظام العالمي:

• tx₁ → tx₂ (متفق عليه من قبل A وC)

• tx₂ → tx₃ (متفق عليه من قبل A وB)

• tx₃ → tx₁ (متفق عليه من قبل B وC)

تقوم هذه التفضيلات بإنشاء حلقة: tx₁ → tx₂ → tx₃ → tx₁. في هذه الحالة، لا يوجد طلب واحد يمكن أن يرضي وجهة نظر الجميع في وقت واحد، مما يعني أنه من المستحيل تحقيق ROF الصارم.

يحل BOF هذه المشكلة عن طريق تجميع جميع المعاملات المتضاربة في نفس الدفعة أو الكتلة بدلاً من إجبار واحدة على أن تأتي قبل الأخرى. يخرج البروتوكول ببساطة:

الكتلة B₁ = {tx₁، tx₂، tx₃}

وهذا يعني أنه، من وجهة نظر البروتوكول، يتم التعامل مع المعاملات الثلاث كما لو أنها حدثت في نفس الوقت. داخل الكتلة، يقرر عامل فاصل حتمي (مثل قيمة التجزئة) الترتيب الدقيق الذي سيتم تنفيذه به. ومن خلال القيام بذلك، يضمن BOF العدالة لكل زوج من المعاملات ويحافظ على سجل المعاملات النهائي متسقًا للجميع. تتم معالجة كل واحد في موعد لا يتجاوز الذي يسبقه.

يتيح هذا التعديل الصغير ولكن المهم للبروتوكول التعامل مع المواقف التي تتعارض فيها أوامر المعاملات، عن طريق تجميع تلك المعاملات المتعارضة في نفس الكتلة أو الدفعة. والأهم من ذلك، أن هذا لا يؤدي إلى ترتيب جزئي، حيث يجب أن تتفق كل عقدة على تسلسل خطي واحد للمعاملات. لا تزال المعاملات داخل كل كتلة مرتبة بترتيب ثابت للتنفيذ. في الحالات التي لا تحدث فيها مثل هذه التعارضات، يظل البروتوكول يحقق خاصية ROF الأقوى.

على الرغم من نجاح Aequitas في تحقيق BOF، إلا أنها واجهت قيودًا كبيرة، لا سيما أنها كانت تتمتع بتعقيد عالٍ للغاية في الاتصالات ولم يكن بإمكانها سوى ضمان حيوية ضعيفة. يشير ضعف الحيوية إلى أن تسليم المعاملة لا يتم ضمانه إلا بعد اكتمال دورة Condorcet بأكملها التي تعد جزءًا منها. قد يستغرق هذا وقتًا طويلاً بشكل تعسفي إذا كانت الدورات “متسلسلة معًا”.

تم تقديم بروتوكول Themis لفرض نفس خاصية BOF القوية، ولكن مع تحسين تعقيد الاتصال. تحقق Themis ذلك باستخدام ثلاث تقنيات: تفكيك الدُفعات، والطلب المؤجل، وضمانات أقوى بين الدُفعات.

في شكله القياسي، يتطلب Themis من كل مشارك تبادل الرسائل مع معظم العقد الأخرى في الشبكة. يزداد مقدار الاتصال المطلوب مع مربع عدد المشاركين في الشبكة. ومع ذلك، في نسختها المحسنة، SNARK-Themis، تستخدم العقد أدلة تشفير موجزة للتحقق من العدالة دون الحاجة إلى التواصل مباشرة مع كل مشارك آخر. يؤدي هذا إلى تقليل حمل الاتصال بحيث ينمو خطيًا فقط، مما يسمح لـ Themis بالتوسع بكفاءة حتى في الشبكات الكبيرة.

افترض أن خمس عقد (A–E) مشاركة في الإجماع تتلقى ثلاث معاملات: tx₁، وtx₂، وtx₃. بسبب زمن وصول الشبكة، تختلف الطلبات المحلية الخاصة بها:

وكما هو الحال في إيكويتاس، فإن هذه التفضيلات تخلق دورة كوندورسيه. ولكن بدلاً من الانتظار حتى يتم حل الدورة بأكملها، يحافظ Themis على تحرك النظام باستخدام طريقة تسمى Batch Unspooling. فهو يحدد جميع المعاملات التي تشكل جزءًا من الدورة ويجمعها في مجموعة واحدة، تسمى مكونًا متصلاً بقوة (SCC). في هذه الحالة، تنتمي جميع المعاملات الثلاثة إلى نفس SCC، والتي يقوم Themis بإخراجها كدفعة قيد التنفيذ، تسمى Batch B₁ = {tx₁, tx₂, tx₃}.

من خلال القيام بذلك، يسمح Themis للشبكة بمواصلة معالجة المعاملات الجديدة حتى أثناء الانتهاء من الطلب الداخلي للدفعة B₁. وهذا يضمن بقاء النظام حيًا ويتجنب التوقف.

ملخص:

قد يبدو مفهوم العدالة الكاملة في طلب المعاملات واضحًا ومباشرًا. من يصل إلى الشبكة أولاً، يجب معالجته أولاً. ومع ذلك، وكما توضح مفارقة كوندورسيه، فإن هذا المثل الأعلى لا يمكن أن يستمر في الأنظمة الحقيقية الموزعة. ترى العقد المختلفة المعاملات بترتيبات مختلفة، وعندما تتعارض وجهات النظر هذه، لا يمكن لأي بروتوكول بناء تسلسل واحد “صحيح” عالميًا دون أي تنازلات.

حاول Hashgraph الخاص بـ Hedera تقريب هذا النموذج باستخدام طوابع زمنية متوسطة، لكن هذا النهج يعتمد على الثقة أكثر من الاعتماد على الإثبات. يمكن لمشارك واحد غير أمين أن يشوه الوسيط ويقلب ترتيب المعاملة، مما يكشف أن “الطابع الزمني العادل” ليس عادلاً حقًا.

تعمل بروتوكولات مثل Aequitas وThemis على دفع المناقشة إلى الأمام من خلال الاعتراف بما يمكن تحقيقه وما لا يمكن تحقيقه. وبدلاً من مطاردة المستحيل، فإنهم يعيدون تعريف العدالة بطريقة تحافظ على سلامة النظام في ظل ظروف الشبكة الحقيقية. وما ينشأ عن ذلك ليس رفض العدالة، بل تطورها. ويرسم هذا التطور خطاً واضحاً بين العدالة المتصورة والعدالة التي يمكن إثباتها. إنه يوضح أن النزاهة الحقيقية لأوامر المعاملات في الأنظمة اللامركزية لا يمكن أن تعتمد على السمعة أو ثقة المدقق أو التحكم المسموح به. يجب أن يأتي من التحقق التشفيري المضمن في البروتوكول نفسه.

لا تحتوي هذه المقالة على نصائح أو توصيات استثمارية. تنطوي كل خطوة استثمارية وتجارية على مخاطر، ويجب على القراء إجراء أبحاثهم الخاصة عند اتخاذ القرار.

هذه المقالة هي لأغراض المعلومات العامة وليس المقصود منها ولا ينبغي أن تؤخذ على أنها نصيحة قانونية أو استثمارية. الآراء والأفكار والآراء الواردة هنا هي آراء المؤلف وحده ولا تعكس بالضرورة أو تمثل وجهات نظر وآراء Cointelegraph.

لا يؤيد Cointelegraph محتوى هذه المقالة ولا أي منتج مذكور هنا. يجب على القراء إجراء أبحاثهم الخاصة قبل اتخاذ أي إجراء يتعلق بأي منتج أو شركة مذكورة وتحمل المسؤولية الكاملة عن قراراتهم.