استحالة العدالة الكاملة في ترتيب المعاملات

على مدى عقود، ركزت الأبحاث في الأنظمة الموزعة، خاصة في توافق بيزنطي وتكرار آلة الحالة (SMR)، على هدفين رئيسيين: الاتساق والحيوية. يعني الاتساق أن تتفق جميع العقد على نفس تسلسل المعاملات، في حين تضمن الحية أن يستمر النظام في إضافة معاملات جديدة. ومع ذلك، فإن هذه الخصائص لا تمنع الجهات الخبيثة من تغيير ترتيب المعاملات بعد استلامها.

في سلاسل الكتل العامة، أصبح هذا الفجوة في ضمانات التوافق التقليدية مشكلة خطيرة. يمكن للمحققين، وبناة الكتل أو المترتبين استغلال دورهم المميز في ترتيب الكتل لتحقيق مكاسب مالية، وهو ممارسة تعرف باسم القيمة القصوى المستخرجة (MEV). يشمل هذا التلاعب التقدم في التنفيذ، والتنفيذ العكسي، وتغليف المعاملات. نظرًا لأن ترتيب تنفيذ المعاملات يحدد صحتها أو ربحيتها في تطبيقات التمويل اللامركزي، فإن سلامة ترتيب المعاملات ضرورية للحفاظ على العدالة والثقة.

لمعالجة هذه الثغرة الأمنية الحرجة، تم اقتراح عدالة ترتيب المعاملات كخاصية توافق ثالثة أساسية. تضمن بروتوكولات الترتيب العادل أن يعتمد الترتيب النهائي للمعاملات على عوامل خارجية وموضوعية، مثل أوقات الوصول (أو ترتيب الاستلام)، وتكون مقاومة لإعادة الترتيب العدائية. من خلال الحد من قدرة مقترح الكتلة على إعادة ترتيب المعاملات، تقرب هذه البروتوكولات سلاسل الكتل من أن تكون شفافة، ومتوقعة، ومقاومة لـ MEV.

مفارقة كوندو سيرت واستحالة العدالة المثالية

أكثر مفهوم بديهي وقوي للعدالة هو عدالة ترتيب الاستلام (ROF). يُعرف بشكل غير رسمي بأنه “الأول المستلم، أول المخرجات”، يحدد ROF أنه إذا وصل عدد كافٍ من المعاملات (tx) إلى غالبية العقد قبل معاملة أخرى (tx′)، فيجب على النظام ترتيب tx قبل tx′ للتنفيذ.

ومع ذلك، فإن تحقيق هذا “العدالة في الترتيب” المقبول عالميًا مستحيل أساسًا إلا إذا تم افتراض أن جميع العقد يمكنها التواصل بشكل فوري (أي، تعمل في شبكة خارجية فورية متزامنة). ينبع هذا الاستحالة من ارتباط مفاجئ بنظرية الاختيار الاجتماعي، وتحديدًا مفارقة كوندو سيرت.

توضح مفارقة كوندو سيرت كيف، حتى عندما يحتفظ كل عقد فردي بترتيب داخلي متعدي للمعاملات، يمكن أن يؤدي التفضيل الجماعي عبر النظام إلى ما يُعرف بالدورات غير المتعدية. على سبيل المثال، من الممكن أن تتلقى غالبية العقد المعاملة A قبل B، وغالبية أخرى تتلقى B قبل C، وغالبية تتلقى C قبل A. وبالتالي، تشكل التفضيلات الثلاثة دورة (A→B→C→A). هذا يعني أنه لا يمكن لأي ترتيب واحد ومتسق للمعاملات A و B و C أن يرضي جميع التفضيلات الجماعية في آن واحد.

تُظهر هذه المفارقة لماذا يكون الهدف في تحقيق عدالة ترتيب الاستلام بشكل مثالي مستحيلًا في الشبكات غير المتزامنة، أو حتى في الشبكات المتزامنة التي تتشارك ساعة زمنية مشتركة إذا كانت تأخيرات الشبكة الخارجية طويلة جدًا. تتطلب هذه الاستحالة اعتماد تعريفات أضعف للعدالة، مثل عدالة ترتيب الدُفعة.

هيديرا هاشغراف وعيب التوقيت الوسيط

تسعى هيديرا، التي تستخدم خوارزمية توافق هاشغراف، إلى تقريب مفهوم قوي لعدالة ترتيب الاستلام (ROF). تقوم بذلك عن طريق تعيين كل معاملة طابع زمني نهائي يُحسب كوسيط جميع الطوابع الزمنية المحلية لجميع العقد لتلك المعاملة.

ومع ذلك، فإن هذا عرضة للتلاعب بشكل جوهري. يمكن لعقدة عدائية واحدة أن تضلل عمدًا طوابعها الزمنية المحلية وتنعكس الترتيب النهائي لمعاملتين، حتى عندما يتلقى جميع المشاركين الصادقين المعاملتين بالترتيب الصحيح.

خذ مثالاً بسيطًا بخمس عقد توافق (A، B، C، D و E) حيث تتصرف العقدة E بشكل خبيث. يتم بث معاملتين، tx₁ و tx₂، إلى الشبكة. تتلقى جميع العقد الصادقة tx₁ قبل tx₂، لذا من المتوقع أن يكون الترتيب النهائي tx₁ → tx₂.

In في هذا المثال، تعين العدوة tx₁ طابعًا زمنيًا لاحقًا (3) و tx₂ مبكرًا (2) لتشويه الوسيط.

عندما يحسب البروتوكول الوسيطات:

• بالنسبة لـ tx₁، الطوابع الزمنية (1، 1، 4، 4، 3) تعطي وسيطًا قدره 3.
• بالنسبة لـ tx₂، الطوابع الزمنية (2، 2، 5، 5، 2) تعطي وسيطًا قدره 2.

نظرًا لأن الطابع الزمني النهائي لـ tx₁ (3) أكبر من ذلك الخاص بـ tx₂ (2)، فإن البروتوكول يُخرج tx₂ → tx₁، عكس الترتيب الحقيقي الذي رصده جميع العقد الصادقة.

يوضح هذا المثال البسيط عيبًا حاسمًا: وظيفة الوسيط، رغم ظهورها كحيادية، هي السبب الحقيقي لعدم العدالة لأنها يمكن استغلالها من قبل مشارك غير صادق واحد لتحيز الترتيب النهائي للمعاملات.

نتيجة لذلك، فإن التوقيت العادل المعلن عنه غالبًا في هاشغراف هو مفهوم ضعيف بشكل مفاجئ للعدالة. يفشل توافق هاشغراف في ضمان عدالة ترتيب الاستلام ويعتمد بدلاً من ذلك على مجموعة من المدققين المصرح لهم بدلاً من الضمانات التشفيرية.

تحقيق ضمانات عملية

ومع ذلك، لتجاوز الاستحالة النظرية التي أثبتتها مفارقة كوندو سيرت، يجب على مخططات العدالة العادلة العملية أن تتسامح بطريقة ما مع تعريف العدالة.

قدمت بروتوكولات Aequitas معيار عدالة ترتيب الكتلة (BOF)، أو عدالة ترتيب الدُفعة. يحدد BOF أنه إذا استلم عدد كافٍ من العقد معاملة tx قبل معاملة أخرى tx′، فيجب أن تُسلم tx في كتلة قبل أو في نفس الوقت مع tx′، مما يعني أنه لا يمكن لأي عقدة صادقة أن تُسلم tx′ في كتلة بعد tx. هذا يخفف القاعدة من “يجب أن يُسلم قبل” (متطلبات ROF) إلى “يجب أن يُسلم في وقت لاحق”.

خذ ثلاثة عقد توافق (A، B و C) وثلاث معاملات: tx₁، tx₂، و tx₃. تعتبر المعاملة “تم استلامها مبكرًا” إذا لاحظها على الأقل اثنان من العقد الثلاثة (أغلبية).

If نطبق التصويت بالأغلبية لتحديد ترتيب عالمي:

• tx₁ → tx₂ (متفق عليه من قبل A و C)
• tx₂ → tx₃ (متفق عليه من قبل A و B)
• tx₃ → tx₁ (متفق عليه من قبل B و C)

تخلق هذه التفضيلات دورة: tx₁ → tx₂ → tx₃ → tx₁. في هذه الحالة، لا يوجد ترتيب واحد يمكن أن يرضي جميع الآراء في آن واحد، مما يجعل تحقيق ROF الصارم مستحيلًا.

يحل BOF هذه المشكلة عن طريق تجميع جميع المعاملات المتعارضة في نفس الدُفعة أو الكتلة بدلاً من فرض واحد أن يأتي قبل الآخر. يخرج البروتوكول ببساطة:

الكتلة B₁ = {tx₁، tx₂، tx₃}

هذا يعني أنه من وجهة نظر البروتوكول، تُعامل المعاملات الثلاثة كما لو أنها حدثت في نفس الوقت. داخل الكتلة، يقرر مكسّر التعادل (مثل قيمة الهاش) الترتيب الدقيق الذي ستُنفذ به. من خلال ذلك، يضمن BOF العدالة لكل زوج من المعاملات ويحافظ على سجل المعاملات النهائي متسقًا للجميع. يُعالج كل واحد منها بعد المعاملة التي تسبقه.

يتيح هذا التعديل الصغير المهم للبروتوكول التعامل مع الحالات التي تتعارض فيها ترتيب المعاملات، عن طريق تجميع تلك المعاملات المتعارضة في نفس الكتلة أو الدُفعة. والأهم من ذلك، أن هذا لا يؤدي إلى ترتيب جزئي، حيث يجب على كل عقدة أن تتفق على تسلسل خطي واحد للمعاملات. تظل المعاملات داخل كل كتلة مرتبة بترتيب ثابت للتنفيذ. في الحالات التي لا توجد فيها تعارضات، يحقق البروتوكول خصيصة ROF الأقوى.

على الرغم من أن Aequitas حققت بنجاح BOF، إلا أنها واجهت قيودًا كبيرة، خاصة أن لديها تعقيد اتصال عالي جدًا ولا يمكنها ضمان إلا حيادية ضعيفة. الحيادية الضعيفة تعني أن تسليم المعاملة مضمون فقط بعد اكتمال دورة كوندو سيرت التي تنتمي إليها. قد يستغرق ذلك وقتًا غير محدود إذا تكررت الدورات.

تم تقديم بروتوكول Themis لفرض نفس خاصية BOF القوية، ولكن مع تحسين في تعقيد الاتصال. يحقق Themis ذلك باستخدام ثلاث تقنيات: تفكيك الدُفعة، الترتيب المؤجل، وضمانات أقوى داخل الدُفعة.

في شكله القياسي، يتطلب Themis من كل مشارك تبادل الرسائل مع معظم العقد الأخرى في الشبكة. يزداد حجم التواصل مع زيادة عدد المشاركين. ومع ذلك، في نسخته المُحسنة، SNARK-Themis، تستخدم العقد أدلة تشفيرية موجزة للتحقق من العدالة دون الحاجة إلى التواصل المباشر مع كل مشارك. يقلل هذا من عبء الاتصال بحيث ينمو بشكل خطي فقط، مما يسمح لـ Themis بالتوسع بكفاءة حتى في الشبكات الكبيرة.

افترض أن خمسة عقد (A–E) تشارك في التوافق وتتلقى ثلاث معاملات: tx₁، tx₂، و tx₃. بسبب تأخير الشبكة، تختلف أوامرها المحلية:

As في Aequitas، تخلق هذه التفضيلات دورة كوندو سيرت. لكن بدلاً من الانتظار لحل الدورة بالكامل، يحافظ Themis على حركة النظام باستخدام طريقة تسمى تفكيك الدُفعة. يحدد جميع المعاملات التي تشترك في الدورة ويجمعها في مجموعة واحدة، تسمى مكون متصل بقوة (SCC). في هذه الحالة، تنتمي المعاملات الثلاثة إلى نفس الـ SCC، ويُخرجها Themis كمجموعة في التقدم، تسمى الدُفعة B₁ = {tx₁، tx₂، tx₃}.

من خلال ذلك، يسمح Themis للشبكة بمواصلة معالجة معاملات جديدة حتى أثناء الانتهاء من الترتيب الداخلي لـ B₁. يضمن ذلك بقاء النظام حيًا وتجنب التوقف.

نظرة عامة:

قد يبدو مفهوم العدالة المطلقة في ترتيب المعاملات بسيطًا. من يصل إلى الشبكة أولاً يجب أن يُعالج أولاً. ومع ذلك، كما تُظهر مفارقة كوندو سيرت، لا يمكن لهذا المثال المثالي أن يصمد في الأنظمة الموزعة الحقيقية. ترى العقد المختلفة المعاملات بترتيبات مختلفة، وعندما تتعارض تلك الآراء، لا يمكن لأي بروتوكول بناء تسلسل “صحيح” عالميًا بدون تنازلات.

حاولت هيديرا هاشغراف تقريب هذا المثال المثالي باستخدام الطوابع الزمنية الوسيطية، لكن هذا النهج يعتمد أكثر على الثقة منه على الإثبات. يمكن لمشارك غير صادق واحد أن يضلل الوسيط ويقلب ترتيب المعاملات، مما يكشف أن “التوقيت العادل” ليس عادلًا حقًا.

تتحرك بروتوكولات مثل Aequitas و Themis إلى الأمام من خلال الاعتراف بما يمكن وما لا يمكن تحقيقه. بدلاً من السعي وراء المستحيل، يعيدون تعريف العدالة بطريقة تحافظ على سلامة الترتيب في ظل ظروف الشبكة الحقيقية. ما يظهر هو أن العدالة ليست رفضًا لها، بل تطور لها. يوضح هذا التطور خطًا واضحًا بين العدالة المتصورة والعدالة الإثباتية. ويُظهر أن سلامة ترتيب المعاملات الحقيقية في الأنظمة اللامركزية لا يمكن أن تعتمد على السمعة، أو ثقة المدققين، أو السيطرة المصرح بها. يجب أن تأتي من التحقق التشفيري المدمج في البروتوكول نفسه.

هذه المقالة لا تحتوي على نصائح استثمارية أو توصيات. كل عملية استثمار وتداول تنطوي على مخاطر، ويجب على القراء إجراء أبحاثهم الخاصة عند اتخاذ قرار.

هذه المقالة لأغراض المعلومات العامة وليست مقصودة أن تكون نصيحة قانونية أو استثمارية. الآراء والأفكار المعبر عنها هنا هي فقط رأي الكاتب ولا تعكس بالضرورة آراء Cointelegraph.

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