این مقاله بازاندیشی بنیادین در ستون فقرات رمزنگاری فناوری بلاکچین را پیشنهاد میدهد. پلتفرمهای محاسبات کوانتومی که به طور سنتی یک تهدید تلقی میشدند، در اینجا به عنوان توانمندساز یک پروتکل اثبات کار جدید، کارآمدتر و غیرمتمرکز بازتعریف میشوند. نویسندگان، کالینین و برلوف، بر تغییر از طرحهای اثبات کار دیجیتال و پرمصرف محاسباتی به اثباتهای تولیدشده توسط بهینهسازهای آنالوگ همیلتونی استدلال میکنند — سیستمهای فیزیکی که به طور طبیعی به دنبال حالتهای کمانرژی هستند. این رویکرد هدف دارد تا به دو نقطه ضعف اصلی بلاکچین بپردازد: تمرکز بیش از حد قدرت استخراج و زمانهای تأیید کند تراکنش.
اثبات کار پرمصرف و متمرکز که مقیاسپذیری و پذیرش بلاکچین را محدود میکند.
بهکارگیری بهینهسازی فیزیکی (کوانتومی/آنالوگ) برای اجماع سریعتر و غیرمتمرکزتر.
تراکنشهای سریعتر، کاهش ردپای انرژی، افزایش امنیت شبکه.
پیشنهاد متمرکز بر جایگزینی معمای هش رمزنگاری در اثبات کار سنتی (مانند SHA-256 بیتکوین) با یک مسئله بهینهسازی است که توسط یک دستگاه فیزیکی تخصصی حل میشود.
در بلاکچینهای کنونی، استخراجکنندگان برای یافتن یک نانس رقابت میکنند که وقتی با دادههای بلوک هش شود، خروجیای کمتر از یک هدف مشخص تولید کند. این یک محاسبه دیجیتال مبتنی بر نیروی بیرویه و به شدت موازیپذیر است. مقاله این را علت ریشهای تمرکز استخر استخراج و تأخیر بالا شناسایی میکند.
اینها سیستمهای فیزیکی هستند که دینامیک آنها توسط یک همیلتونی ($H$) توصیف میشود و برای کمینه کردن انرژی خود تکامل مییابند. "اثبات"، حالت نهایی کمانرژی سیستم است که محاسبه دیجیتال آن دشوار اما برای سیستم آنالوگ یافتن آن طبیعی است. "کار"، انرژی مصرف شده توسط دستگاه فیزیکی برای رسیدن به این حالت است.
شبکه بلاکچین بر روی یک مسئله بهینهسازی سخت توافق میکند که به صورت یافتن حالت پایه یک همیلتونی پیچیده فرموله شده است. استخراجکنندگان از سختافزارهای بهینهساز آنالوگ تأییدشده (مانند یک آنیلر کوانتومی D-Wave یا یک شبیهساز فوتونیکی) برای یافتن راهحل استفاده میکنند. اولین راهحل معتبر کمانرژی ارسال شده، اثبات کار برای بلوک بعدی را تشکیل میدهد.
مقاله به طور خاص به سیستمهای D-Wave اشاره میکند. مسئله اثبات کار بلاکچین به یک همیلتونی مدل ایزینگ نگاشت میشود: $H_{\text{Ising}} = -\sum_{i توضیح نمودار (مفهومی): نموداری که زمان تا حل یک مسئله بهینهسازی ترکیبیاتی را روی محور y، در مقابل پیچیدگی مسئله روی محور x نشان میدهد. دو خط نمایش داده شده است: یکی برای محاسبات دیجیتال کلاسیک (منحنی نمایی تند) و دیگری برای یک آنیلر کوانتومی (منحنی کمشیبتر، که زودتر به حالت ثابت میرسد)، که مزیت سرعت بالقوه را برای دستهای خاص از مسائل نشان میدهد.
این اشاره به سیستمهای آنالوگ کلاسیک نوظهور دارد، مانند شبکههای نوسانگرهای پارامتری نوری یا چگالشهای پولاریتون. این سیستمها میتوانند مدلهای ایزینگ منسجم را با بهرهگیری از دینامیک موج کلاسیک و برهمکنشهای غیرخطی حل کنند. آنها یک جایگزین بالقوه مقیاسپذیرتر و قابل کار در دمای اتاق برای آنیلرهای کوانتومی ارائه میدهند.
هسته کار، نگاشت دادههای تراکنشی یک بلوک و یک نانس کاندید به پارامترهای ($J_{ij}$, $h_i$) یک مسئله بهینهسازی همیلتونی است. تابع اعتبارسنجی بررسی میکند که آیا راهحل ارسال شده (مانند یک بردار اسپین $\vec{\sigma}$) انرژی $E = H(\vec{\sigma})$ کمتر از هدف سختی کنونی شبکه $E_{\text{target}}$ تولید میکند یا خیر. این تابع باید به صورت دیجیتال سریع قابل تأیید باشد اما بدون سختافزار آنالوگ حل آن دشوار باشد.
کالینین و برلوف صرفاً در حال تنظیم بلاکچین نیستند؛ آنها در تلاش برای جایگزینی کامل پرهزینهترین لایه آن هستند. بینش آنها عمیق است: به جای مبارزه با ماهیت آنالوگ فیزیک با گیتهای دیجیتال، آن را به عنوان منبع اعتماد بپذیرید. این، نقش محاسبات کوانتومی را از یک تهدید وجودی به یک متحد بنیادین تغییر میدهد. حرکتی است که یادآور نحوه بازتعریف CycleGAN برای ترجمه تصویر با بهرهگیری از ثبات چرخهای است — یک محدودیت هوشمندانه و خاص دامنه که یک مسئله پیچیده را ساده کرد.
استدلال ظریف است: 1) اثبات کار سنتی یک مسابقه تسلیحاتی دیجیتال است که به تمرکز منجر میشود. 2) ارزش واقعی در انجام "کار" "مفید" است که قابل تأیید اما به راحتی قابل تکرار نیست. 3) سیستمهای فیزیکی آنالوگ به طور طبیعی "کار" بهینهسازی را با قرارگیری در حالتهای کمانرژی انجام میدهند. 4) بنابراین، آن بهینهسازی فیزیکی را به اثبات کار تبدیل کنید. منطق محکم است، اما پل از نظریه به یک شبکه زنده، رقابتی و میلیارد دلاری جایی است که شکافهای واقعی ظاهر میشوند.
نقاط قوت: پتانسیل صرفهجویی چشمگیر انرژی و زمانهای بلوک سریعتر انکارناپذیر است. همچنین یک مانع طبیعی در برابر سلطه ASIC ایجاد میکند و به طور بالقوه استخراج را دموکراتیک میکند. پیوند با فیزیک واقعی میتواند زنجیره را در برابر حملات صرفاً الگوریتمی مقاومتر کند.
نقاط ضعف بحرانی: این بخش آسیبپذیر نظریه است. قابل تأیید بودن و اعتماد: چگونه به خروجی یک دستگاه آنالوگ جعبه سیاه اعتماد میکنید؟ شما به یک تأیید سایهای دیجیتال نیاز دارید که آسان باشد، که ممکن است مسئله اصلی را دوباره ایجاد کند. ریسک انحصار سختافزاری: جایگزینی مزارع ASIC با سختافزار D-Wave یا فوتونیکی سفارشی، صرفاً تمرکز را به یک زنجیره تأمین متفاوت و بالقوه متمرکزتر منتقل میکند. سربار نگاشت مسئله: تأخیر و پیچیدگی فرمولهسازی مداوم دادههای بلوک به نمونههای جدید همیلتونی میتواند مزایای سرعت را خنثی کند. همانطور که در گزارشهای مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در مورد رمزنگاری پساکوانتومی اشاره شده است، پیچیدگی انتقال اغلب قاتل طرحهای نوآورانه است.
برای سرمایهگذاران و توسعهدهندگان: آزمایشگاهها را زیر نظر بگیرید، نه استارتاپها را. پیشرفت واقعی از پیشرفتهای بنیادین در وفاداری آنیلینگ کوانتومی و توسعه ماشینهای ایزینگ آنالوگ سازگار با CMOS و دمای اتاق (مانند آنهایی از استنفورد یا NTT Research) حاصل خواهد شد. این یک بازی با افق ۵ تا ۱۰ ساله است. ابتدا با زنجیرههای خصوصی آزمایش کنید. بلاکچینهای ائتلافی برای زنجیره تأمین یا اینترنت اشیا (مانند مفهوم ADEPT ذکر شده) بستر آزمایشی ایدهآل و کمریسک برای آزمون اجماع مبتنی بر سختافزار بدون اقتصاد وحشی رمزارزهای عمومی هستند. بر تأییدکننده تمرکز کنید. پروتکل برنده، پروتکلی با سریعترین حلکننده نخواهد بود، بلکه پروتکلی با ظریفترین، سبکترین و کماعتمادترین روش برای تأیید یک اثبات آنالوگ خواهد بود. این چالش نرمافزاری است که این ایده را میسازد یا میشکند.
برای ارزیابی انتقادی هر پیشنهاد جدید اثبات کار (آنالوگ یا غیره)، از این چارچوب استفاده کنید:
کاربرد در این مقاله: این پیشنهاد در مورد (۱) و (۳) امتیاز خوبی میگیرد، به طور بالقوه در مورد (۴) اگر سختافزار متنوع شود خوب عمل میکند، اما با سؤالات باز عمده در مورد (۲) و یک چالش قابل توجه در مورد (۵) مواجه است.
کاربرد فوری واضح است: یک رمزارز نسل بعدی. با این حال، پیامدها گستردهتر است. یک بلاکچین اثبات کار آنالوگ موفق میتواند لایه تسویه حساب ایدهآلی برای موارد زیر باشد:
تحقیقات آینده باید به این موارد بپردازد: