كيف حل ساتوشي ناكاموتو مشكلة الجنرالات البيزنطيين

المقال الأصلي : https://news.bitcoin.com/triple-entry-bookkeeping-how-satoshi-nakamoto-solved-the-byzantine-generals-problem/

في عام 2008 ، حل ساتوشي ناكاموتو بشكل أساسي مشكلة حسابية سيئة السمعة تسمى “مشكلة الجنرالات البيزنطيين” أو “الصدع البيزنطي”.

على مدار تاريخ الإنسان ، استخدم الناس دفاتر الأستاذ لتسجيل المعاملات الاقتصادية وملكية الممتلكات. غالبًا ما يُشار إلى دفتر الأستاذ باسم “الكتاب الرئيسي” ، ويمكن تسجيل الإدخالات بالحجر والرق والخشب والمعدن والبرامج أيضًا. تم استخدام دفاتر الأستاذ لعدة قرون.

في بلاد ما بين النهرين ، التي كانت قبل حوالي 5000 عام ، اكتشف العلماء أن بلاد ما بين النهرين تستخدم دفاتر محاسبة ذات قيد واحد. كان الكثير منها معقدًا وكانت هذه الدفاتر مسؤولة عن أشياء مثل الممتلكات والمال. ولكن مع دفتر الأستاذ ذي القيد المفرد ، كل ما يتعين على أي شخص فعله هو إزالة سطر إدخال واحد أو بضعة أسطر ، وستختفي الأموال أو تختفي من السجلات.

خلال عصر النهضة ، اكتشف الأشخاص الأذكياء مسك الدفاتر مزدوج القيد ، والذي غيّر حرفياً كل شيء في عالم المحاسبة. يعتمد نظامنا المالي الحديث على نظام القيد المزدوج الذي تم إنشاؤه منذ أكثر من ستمائة عام. نمت أنظمة القيد المزدوج لأن التجارة تضخمت خارج الحدود ، لذلك احتاج الناس إلى طريقة للاحتفاظ بسجلات أكثر موثوقية بكثير من دفاتر الأستاذ المحاسبية ذات القيد الفردي. لن تعمل الاستفادة من محاسبة القيد الفردي بشكل جيد عند التعامل مع أشخاص على بعد آلاف الأميال.

تم توثيق نظام القيد المزدوج لأول مرة منذ قرون من قبل لوكا باسيولي (1446-1517) ، وهو عالم رياضيات وراهب فرنسيسكاني. في الجزء الأخير من القرن الخامس عشر ، أصبح هذا النظام شائعًا للغاية ، حيث تم الاستفادة منه من قبل التجار والتجار في كل مكان. الآن ليس من الضروري أن تكون مسك الدفاتر ذات القيد المزدوج شفافة ويمكن أن تكون هذه الأنواع من الكتب خاصة أو مفتوحة. يقوم النظام بعمل أفضل بكثير من محاسبة الإدخال الفردي عندما يتعلق الأمر بالأخطاء واكتشاف الاحتيال والواقع المالي. لكن معظم علماء الرياضيات والاقتصاديين يدركون أنه يمكن التلاعب بنظام القيد المزدوج.

لذا فإن نظام القيد المزدوج يسمح للكيان بتسجيل إجمالي ما هو مستحق وما هو مملوك (الأصول = الخصوم + حقوق الملكية). إلى جانب ذلك ، تحتفظ محاسبة القيد المزدوج بسجل لما أنفقه الكيان وحققه. تقليديًا ، يحتوي هذا النظام على جانبين متطابقين ومتساويين يسميهما الناس “الخصم” و “الائتمان”. 

تاريخيًا ، غالبًا ما يستخدم الأشخاص الجانب الأيسر لإدخالات الخصم والجانب الأيمن للائتمان. واحدة من أكبر المشكلات في نظام القيد المزدوج هي الوثوق بالمحاسب أو المسؤول أو المحاسب البشري وغير معصوم من الخطأ. علاوة على ذلك ، في عالم التمويل النقدي اليوم ، تُستخدم أنظمة القيد المزدوج بانتظام ، لكن البنوك المركزية في العالم بعيدة كل البعد عن الشفافية أو مبنية على الواقع المالي.

في جوهرها ، مشكلة الجنرالات البيزنطيين هي قصة رمزية في مجال علوم الكمبيوتر ، والتي تحكي قصة جنرالين (يمكن أن يكون هناك أكثر من جنرالين) يخططان لمهاجمة مدينة معادية. يطلب الجنرالات من كلا الجيشين الهجوم من كل جانب من قلعة العدو والجانب الشرقي والجانب الغربي. القضية المطروحة هي مشكلة التوقيت أو التزامن مقرونة بالثقة ، لأن كلا الجيشين يحتاجان للهجوم في وقت واحد. الآن قام الجنرالات بتقسيم مجموعة من الرسل ، لكن الطريقة الوحيدة التي يمكن للرسل التواصل من خلالها هي الدخول عبر قلعة العدو. مشكلة الجنرالات البيزنطيين هي عدم القدرة على الوثوق برسالة الرسول ، لأنها قد لا تكون صحيحة أو صادقة.

عندما ظهرت أجهزة الكمبيوتر ، أصبحت أنظمة دفتر الأستاذ أكثر تقدمًا وحاول الناس دفع نظام القيد المزدوج إلى المستوى التالي. تم تصميم المحاسبة ثلاثية القيد لأول مرة في أوائل الثمانينيات ، وناقش مخترع العقد الريكاردي ، إيان جريج ، الطريقة قبل حلها. كانت مشكلة إنشاء شيء أكثر تقدمًا من نظام محاسبة القيد المزدوج هي “مشكلة الجنرالات البيزنطيين” سيئة السمعة.

بشكل أساسي ، عندما تتم مشاركة دفتر الأستاذ الموزع بين أنظمة الحوسبة ، لا يمكن للناس الوثوق في أي نظام أو خادم (عقدة) جدير بالثقة أو تعرض للخطر أو يعمل مع فشل في الكشف. ومع ذلك ، في 31 أكتوبر 2008 ، أصدر شخص (أشخاص) مجهولون ورقة حلت معضلة الصدع البيزنطي.

في ذلك الهالوين ، كتب ناكاموتو بريدًا إلكترونيًا إلى القائمة البريدية للتشفير قال فيه:

    “I’ve been working on a new electronic cash system that’s fully peer-to-peer, with no trusted third party — The main properties: Double-spending is prevented with a peer-to-peer network. No mint or other trusted parties. Participants can be anonymous. New coins are made from Hashcash style proof-of-work. The proof-of-work for new coin generation also powers the network to prevent double-spending.”

الورقة البيضاء الخاصة ببيتكوين والتي تم نشرها في 31 أكتوبر 2008.

في الأساس ، اخترع ناكاموتو نظام المحاسبة الثلاثي أو أعطى أساسًا الحياة النظرية. يعد إمساك الدفاتر ثلاثية القيد أكثر تقدمًا بكثير من أنظمة القيد المزدوج التقليدية التي نعرفها اليوم. يتم التحقق من صحة جميع إدخالات المحاسبة بشكل مشفر من خلال إدخال ثالث عن طريق التجزئة و nonce.

يقول الكتاب الأبيض المشهور من ناكاموتو: “توفر التوقيعات الرقمية جزءًا من الحل ، لكن الفوائد الرئيسية تضيع إذا كان لا يزال هناك حاجة لطرف ثالث موثوق به لمنع الإنفاق المزدوج”. مع نظام مسك الدفاتر الثلاثي ، تكون الإدخالات (المعاملات) متطابقة ، لكن البنية التحتية تضيف أيضًا إدخالًا ثالثًا في عملية التحقق من صحة دفتر الأستاذ ، والتي يتم إغلاقها مرة أخرى بشكل مشفر.

بشكل أساسي ، دالة التجزئة أو دالة التجزئة المشفرة (cryptographic hash function) أو (CHF) هي دالة رياضية ذات حجم عشوائي نسميه “رسالة”. nonce هو رقم عشوائي يتم استخدامه مرة واحدة عندما تكون الرسالة مخفية في نص عادي. في ** الحكاية العامة البيزنطية ، يرسل أحد الجيوش رسالة (فرنك سويسري) إلى الجنرال الآخر بدون مقابل. يجب على الجنرال الآخر بعد ذلك فك شفرة  دالة التجزئة المشفرة  ، بإستخدام معرفته للتشفير الجزئي يطلقون عليه “هدف التجزئة”. كل ما يتعين على الجنرال فعله هو تجزئة  دالة التجزئة المشفرة  و nonce ، وكذلك التأكد من أن كل شيء يتوافق مع هدف التجزئة (معرفة جزئية). إذا كان كل شيء صحيحًا ، فقد تمكن الجنرالات من مزامنة توقيت الهجوم بسهولة ، دون الحاجة إلى الشك في نظام الرسائل أو الرسل.

ورد في الورقة البيضاء لساتوشي أيضًا:

    إثبات العمل يحل أيضًا مشكلة تحديد التمثيل في صنع قرار الأغلبية. إذا كانت الأغلبية تعتمد على كل عنوان IP واحد لديه صوت واحد ، فيمكن تخريبه من قبل أي شخص قادر على تخصيص العديد من عناوين IP. إثبات العمل هو في الأساس صوت واحد لكل وحدة معالجة مركزية. يتم تمثيل قرار الأغلبية من خلال أطول سلسلة ، والتي لديها أكبر جهد لإثبات العمل المستثمر فيها. إذا تم التحكم في غالبية طاقة وحدة المعالجة المركزية بواسطة عقد صادقة ، فإن السلسلة الصادقة ستنمو بأسرع ما يمكن وتتفوق على أي سلاسل منافسة.

منشأة تعدين البيتكوين.

يستفيد برنامج Nakamoto من نظام Hashcash ، الذي يعزز أمان البنية التحتية الأساسية من خلال استخدام تجزئات التشفير. يتم استخدام Hashcash لإثبات العمل الخاص بـ Nakamoto (PoW) وهو عبارة عن كتلة من البيانات التي يصعب إنتاجها ومكلفة ومضنية. ومع ذلك ، فإن إثبات العمل يتساهل أيضًا عندما يتعلق الأمر بالتحقق من الاتفاقية والوفاء بها ، طالما أن الجميع يتبع القواعد. هناك عدد من مخططات إثبات العمل المتاحة مثل Quark و Scrypt و Blake-256 و Cryptonight و HEFTY1 ، لكن Bitcoin من Nakamoto يستفيد من SHA256.

من المستحيل أو من الصعب للغاية تزوير أو إتلاف أو تعديل سطر أو بضعة أسطر في نظام دفتر الأستاذ SHA256 الثابت. مع استمرار بناء إثبات العمل ، يصبح الهجوم مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً للغاية. هناك طرق أخرى يمكن للشبكات استخدامها للتوصل إلى إجماع ، مثل أنظمة إجماع إثبات الحصة الشائعة (PoS). ومع ذلك ، لم تثبت PoS نفسها على أنها النظام الأكثر موثوقية (من الناحية الأمنية) حتى الآن من أجل التوصل إلى توافق في الآراء.

إن مزايا مسك الدفاتر ثلاثية القيد هائلة ، ولا حدود لها عندما يتعلق الأمر بهذه التكنولوجيا الجديدة نسبيًا. تقدم المحاسبة ثلاثية القيد مفهومًا “قريبًا” من الثقة ، إذا أزلنا الثقة في النظام المستقل. يتم إعادة النظر في مفاهيم التدقيق والمصالحة والشفافية عندما يتعلق الأمر بـ “الثقة في الكتب”. أخبر ساتوشي الناس في مناسبات عديدة أنه حل مشكلة الجنرالات البيزنطيين. قال ناكاموتو لجيمس دونالد في 13 نوفمبر 2008: “إن سلسلة إثبات العمل هي حل لمشكلة الجنرالات البيزنطيين”.

أكد مخترع Bitcoin أيضًا لدونالد قبل ذلك بعدة أيام أن “سلسلة إثبات العمل هي الحل لمشكلة المزامنة ، ومعرفة وجهة النظر المشتركة عالميًا دون الحاجة إلى الوثوق بأي شخص.”

علاوة على ذلك ، فإن العملة اللامركزية هي شبه مجهولة ، مما يعني أنه يمكن لأي شخص الاستفادة من إخفاء الهوية أو الشفافية كما هو مطلوب. شرح ناكاموتو أسس الشفافية والخصوصية في الورقة البيضاء جيدًا.

“يحقق النموذج المصرفي التقليدي مستوى من الخصوصية من خلال تقييد الوصول إلى المعلومات للأطراف المعنية والطرف الثالث الموثوق به” ، وفقًا لما ورد في المستند التعريفي التمهيدي لـ Bitcoin. “ضرورة الإعلان عن جميع المعاملات علنًا تمنع هذه الطريقة ، ولكن لا يزال من الممكن الحفاظ على الخصوصية من خلال كسر تدفق المعلومات في مكان آخر: عن طريق إبقاء المفاتيح العامة مجهولة.”

واختتم ناكاموتو بالقول:

    مكن للجمهور أن يرى أن شخصًا ما يرسل مبلغًا إلى شخص آخر ، ولكن بدون معلومات تربط المعاملة بأي شخص. وهذا مشابه لمستوى المعلومات الصادرة عن البورصات ، حيث يتم الإعلان عن وقت وحجم الصفقات الفردية ، “الشريط” ، ولكن دون تحديد الأطراف.