تقترح هذه الورقة إعادة تفكير جذرية في العمود الفقري التشفيري لتقنية سلسلة الكتل. حيث يتم إعادة تصوير منصات الحوسبة الكمومية، التي تُنظر إليها تقليديًا على أنها تهديد، كعامل تمكين لبروتوكول جديد لإثبات العمل (PoW) أكثر كفاءة ولامركزية. يجادل المؤلفان، كالينين وبرلوف، لصالح التحول من مخططات إثبات العمل الرقمية المكثفة حسابيًا إلى براهين يتم توليدها بواسطة محسّنات هاميلتون التناظرية — وهي أنظمة فيزيائية تسعى بشكل طبيعي إلى حالات الطاقة المنخفضة. يهدف هذا النهج إلى معالجة نقطتي الضعف الرئيسيتين في سلسلة الكتل: المركزية المفرطة لقوة التعدين وبطء أوقات تأكيد المعاملات.
إثبات العمل المكثف للطاقة والمركزي الذي يقيد قابلية توسع سلسلة الكتل واعتمادها.
الاستفادة من التحسين الفيزيائي (الكمي/التناظري) لتحقيق إجماع أسرع وأكثر لامركزية.
معاملات أسرع، وتقليل البصمة الكربونية للطاقة، وتعزيز أمن الشبكة.
يركز الاقتراح على استبدال لغز التجزئة التشفيري في إثبات العمل التقليدي (مثل SHA-256 في البيتكوين) بمشكلة تحسين يتم حلها بواسطة جهاز فيزيائي متخصص.
في سلاسل الكتل الحالية، يتنافس المعدّنون للعثور على قيمة عشوائية (nonce) تنتج، عند تجزئتها مع بيانات الكتلة، مخرجات أقل من هدف معين. هذه عملية حسابية رقمية تعتمد على القوة الغاشمة ويمكن تنفيذها بشكل متوازٍ على نطاق واسع. تُعرِّف الورقة هذا الأمر باعتباره السبب الجذري لمركزية تجمعات التعدين وزمن الانتقال العالي.
هذه أنظمة فيزيائية يتم وصف ديناميكياتها بواسطة هاميلتوني ($H$) وتتطور لتقليل طاقتها. "الدليل" هو الحالة النهائية منخفضة الطاقة للنظام، والتي يصعب حسابها رقميًا ولكن من الطبيعي أن يجدها النظام التناظري. "العمل" هو الطاقة التي يستهلكها الجهاز الفيزيائي للوصول إلى هذه الحالة.
ستتفق شبكة سلسلة الكتل على مشكلة تحسين صعبة، يتم صياغتها على أنها إيجاد الحالة الأرضية لهاميلتوني معقد. سيستخدم المعدّنون أجهزة تحسين تناظرية معتمدة (مثل مُبرِّد كمومي من D-Wave أو محاكٍ ضوئي) لإيجاد حل. أول حل صالح منخفض الطاقة يتم تقديمه يشكل إثبات العمل للكتلة التالية.
تشير الورقة تحديدًا إلى أنظمة D-Wave. سيتم تحويل مشكلة إثبات العمل لسلسلة الكتل إلى نموذج هاميلتوني إيزينغ: $H_{\text{Ising}} = -\sum_{i وصف الرسم البياني (مفاهيمي): رسم بياني يظهر زمن الحل لمشكلة تحسين تركيبية على المحور الصادي، مقابل تعقيد المشكلة على المحور السيني. يظهر خطان: أحدهما للحوسبة الرقمية الكلاسيكية (منحنى أسي حاد) والآخر لمُبرِّد كمومي (منحنى أقل حدة، يستقر مبكرًا)، مما يوضح ميزة السرعة المحتملة لفئات معينة من المشكلات.
يشير هذا إلى أنظمة تناظرية كلاسيكية ناشئة، مثل شبكات المذبذبات البصرية البارامترية أو مكثفات البولاريتون. يمكن لهذه الأنظمة حل نماذج إيزينغ المتماسكة من خلال استغلال ديناميكيات الموجة الكلاسيكية والتفاعلات غير الخطية. وهي تقدم بديلاً محتملاً أكثر قابلية للتوسع وقابلية للتشغيل في درجة حرارة الغرفة مقارنة بالمُبرِّدات الكمومية.
الأساس هو تحويل البيانات المعاملية للكتلة وقيمة عشوائية مرشحة إلى المعلمات ($J_{ij}$, $h_i$) لمشكلة تحسين هاميلتوني. تتحقق دالة التحقق مما إذا كان الحل المقدم (مثل متجه الدوران $\vec{\sigma}$) ينتج طاقة $E = H(\vec{\sigma})$ أقل من هدف الصعوبة الحالي للشبكة $E_{\text{target}}$. يجب أن تكون الدالة سريعة التحقق رقميًا ولكن يصعب حلها بدون الجهاز التناظري.
كالينين وبرلوف لا يقومان فقط بتعديل سلسلة الكتل؛ بل يحاولان استبدال كامل لأكثر طبقاتها إهدارًا للطاقة. فكرتهم عميقة: بدلاً من محاربة الطبيعة التناظرية للفيزياء بواسطة البوابات الرقمية، تقبلوها كمصدر للثقة. هذا يقلب السيناريو الخاص بالحوسبة الكمومية من تهديد وجودي إلى حليف أساسي. إنها خطوة تذكرنا بكيفية إعادة CycleGAN صياغة ترجمة الصور من خلال الاستفادة من اتساق الدورة — وهو قيد ذكي ومتخصص ببساطة مشكلة معقدة.
الحجة أنيقة: 1) إثبات العمل التقليدي هو سباق تسلح رقمي يؤدي إلى المركزية. 2) القيمة الحقيقية تكمن في أداء "عمل" مفيد يمكن التحقق منه ولكن ليس من السهل إعادة إنتاجه. 3) الأنظمة الفيزيائية التناظرية تؤدي "عمل" التحسين بشكل طبيعي من خلال الاستقرار في حالات الطاقة المنخفضة. 4) لذلك، اجعل هذا التحسين الفيزيائي هو إثبات العمل. المنطق سليم، ولكن الجسر من النظرية إلى شبكة حية تنافسية بقيمة مليارات الدولارات هو حيث تظهر الفجوات الحقيقية.
نقاط القوة: إمكانية توفير الطاقة بشكل كبير وأوقات كتل أسرع لا يمكن إنكارها. كما أنها تخلق حاجزًا طبيعيًا ضد هيمنة الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC)، مما قد يؤدي إلى ديمقراطية التعدين. الارتباط بالفيزياء الحقيقية يمكن أن يجعل السلسلة أكثر قوة ضد الهجمات الخوارزمية البحتة.
نقاط الضعف الحرجة: هذا هو الجانب الضعيف للنظرية. القدرة على التحقق والثقة: كيف تثق في مخرجات جهاز تناظري صندوق أسود؟ تحتاج إلى تحقق رقمي ظل سهل، مما قد يعيد إنشاء المشكلة الأصلية. خطر احتكار الأجهزة: استبدال مزارع الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) بأجهزة D-Wave أو أجهزة ضوئية مخصصة يحول المركزية فقط إلى سلسلة توريد مختلفة، وربما أكثر تركيزًا. عبء تحويل المشكلة: زمن الانتقال وتعقيد إعادة صياغة بيانات الكتلة باستمرار إلى حالات هاميلتوني جديدة يمكن أن يلغي مكاسب السرعة. كما لوحظ في تقارير المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) حول التشفير ما بعد الكمومي، فإن تعقيد الانتقال غالبًا ما يكون القاتل للمخططات الجديدة.
للمستثمرين والمطورين: راقبوا المختبرات، وليس الشركات الناشئة. التقدم الحقيقي سيأتي من تطورات أساسية في دقة التلدين الكمومي وتطوير آلات إيزينغ تناظرية متوافقة مع أشباه الموصلات المعدنية الأكسيدية التكميلية (CMOS) وقابلة للتشغيل في درجة حرارة الغرفة (مثل تلك من ستانفورد أو NTT Research). هذا استثمار بأفق 5-10 سنوات. ابدأ بالتجريب بسلاسل خاصة أولاً. سلاسل الكتل التابعة للاتحادات لسلسلة التوريد أو إنترنت الأشياء (مثل مفهوم ADEPT المذكور) هي بيئة الاختبار المثالية منخفضة المخاطر لاختبار الإجماع القائم على الأجهزة بدون اقتصاديات التشفير العامة البرية. ركز على المُتحقِّق. البروتوكول الفائز لن يكون الذي يحتوي على أسرع محلل، ولكن الذي يحتوي على الطريقة الأكثر أناقة وخفيفة الوزن وتقليلًا للثقة للتحقق من دليل تناظري. هذا هو التحدي البرمجي الذي سينجح أو يفشل هذه الفكرة.
لتقييم نقدي لأي اقتراح جديد لإثبات العمل (تناظري أو غيره)، استخدم هذا الإطار:
تطبيق على هذه الورقة: يسجل الاقتراح جيدًا في (1) و (3)، وربما جيد في (4) إذا تنوعت الأجهزة، ولكنه يواجه أسئلة مفتوحة رئيسية في (2) وتحديًا كبيرًا في (5).
التطبيق المباشر واضح: عملة مشفرة من الجيل التالي. ومع ذلك، فإن الآثار أوسع. يمكن أن تكون سلسلة الكتل الناجحة القائمة على إثبات العمل التناظري طبقة التسوية المثالية لـ:
يجب أن يتناول البحث المستقبلي: