ساناز موسوی | 1397.10.15

مقدمه ای بر علم اقتصاد رمزنگاری یا Cryptoeconomics برای همه (۴)

در مقاله اول به علل نیاز ما به علم اقتصاد رمزنگاری و فواید استفاده از آن و انواع مدل های امنیتی پرداخته ایم. در مقاله ی دوم  به بحث فنی رمزنگاری و کاربرد آن در سیستم اقتصادی پرداخته ایم. در مقاله سوم مبانی اقتصادی مورد نیاز برای درک علم اقتصاد رمزنگاری را بررسی کرده و به انگیزه ها، مجازات ها و نحوه ی کارکرد آنها در اقتصاد پرداختیم. در این مقاله با ذکر مثال به بررسی کاربردهای مفاهیم اقتصادی تعریف شده در مقالات قبل در بلاک چین می پردازیم و نحوه کارکرد آنها را شرح می دهیم.

نظریه ی بازی بلاک چین و رمز ارز ها

بلاک چین مجموعه ای از بلاک هاست و هر بلاک شامل تعدادی تراکنش می شود. هر بلاک شامل هشِ بلاک قبلی نیز هست که موجب پیوند بازگشتی و ایجاد زنجیره ای از بلاک ها می شود.

intro to cryptoeconomics 4

برخی اصطلاحات:

  • بلاک آغازین: اولین بلاک بلاک چین.
  • اثبات کار (PoW): مقدار کار محاسباتی مورد نیاز برای ایجاد بلاک.
  • بلاک والد: بلاک قبلی هر بلاک، والد آن است. برای مثال، در شکل بالا بلاک ۵۰ والد بلاک ۵۱ است.

هر بلاک در بلاک چین، یک تابع رتبه بندی دارد.

  • رتبه (بلاک آغازین) = 0
  • رتبه (بلاک) = رتبه (بلاک والد) + PoW

در هر زمان، رتبه ی بلاک چین معادل بالاترین رتبه اش است.

در سیستم مبتنی بر بلاک چینِ بیت کوین، دو بازیکن داریم:

  • کاربران
  • استخراج کنندگان

در بیت کوین، کاربران فقط دو کار می توانند انجام دهند:

  • ارسال کوین
  • دریافت کوین

برای انجام این دو کار به دو کلید عمومی و خصوصی نیاز است. کاری که استخراج کنندگان انجام می دهند تایید معاملات و انجام پروسه ی استخراج است. استخراج کردن یعنی حل بلاک و اضافه کردن آن به بلاک چین.

استخراج بلاک

استخراج کنندگان، بلاک ها را از طریق یک سری محاسبات پیدا می کنند و آن بلاک را به بلاک چین اضافه کرده و مقداری رمز ارز می گیرند. استخراج کنندگان قدرت زیادی در سیستم بلاک چین دارند و اگر تقلب کنند سیستم تخریب می شود.

برای پیشگیری از چنین اتفاقی، بلاک چین از مکانیزم نظریه ی بازی ها استفاده می کند. برای درک اینکه چگونه نظریه بازی ها موجب صادق ماندن استخراج کنندگان می شود، به سیستم همتا به همتای دیگری که به کاربران اجازه ی تقلب می دهد و با آن کنار آمده است، نگاهی می اندازیم.

شبکه ی تور یکی از شناخته شده ترین سیستم های همتا به همتای جهان است. کاربران شبکه ی تور دو نقش را ایفا می کنند: دانلودکننده و seeding. بعد از دانلود یک فایل، آن را با روشی به نام Seeding در شبکه به اشتراک می گذارند. کاربران در قبال اینکار پاداشی دریافت نمی کنند و بنابراین اغلب از انجام چنین کاری سر باز می زنند. بیشتر کاربران شبکه ی تور «متقلب» هستند چون فایل هایشان را seed نمی کنند. آنها متقلب می مانند چون سیستم «مدل مجازات» ندارد، ولی بلاک چین دارد.

استخراج کننده ها چطور تقلب می کنند؟ نظریه ی بازی رمز ارز ها

  • می توانند تراکنش های نامعتبر را تایید کنند و کوین های اضافه دریافت کنند.
  • می توانند بدون نگرانی درمورد اثبات کار (PoW) بلاک ها را به طور تصادفی به شبکه اضافه کنند.
  • می توانند بلاک های نامعتبر را برای به دست آوردن کوین بیشتر استخراج کنند.
  • می توانند بلاک هایی که به حد نصاب امتیاز لازم نرسیده اند را استخراج کنند.

اجازه بدهید مثالی بزنیم. بلوک زیر را در نظر بگیرید:

intro to cryptoeconomics 4

بلوک های آبی، زنجیره ی اصلی هستند. فرض کنید استخراج کننده ای در بلوک ۵۱، بیست بیت کوین می پردازد تا ۵۰۰ لایت کوین بگیرد و قصد دارد یک زنجیره ی موازی با بلاک جدید ۵۱ (رنگ قرمز) بسازد که معامله اش هرگز در آن ثبت نشود. برای سادگی، کار هایی که او انجام می دهد را در گام های زیر نشان می دهیم:

  • در بلاک آبی شماره ۵۱، بیست بیت کوین پرداخت و ۵۰۰ لایت کوین دریافت کرده است.
  • یک بلاک جدید (انشعاب) از بلاک ۵۰ ساخته و در بلاک ۵۱ معامله ی لایت کوین را ثبت نمی کند.
  • در نهایت او ۲۰ بیت کوین و ۵۰۰ لایت کوین دارد.

چیزی که در اینجا اتفاق افتاد «دوبار خرج کردن» نام دارد. از لحاظ تئوری، استخراج کنندگان اکنون می توانند به استخراج زنجیره ی قرمز ادامه دهند و با به رسمیت شناختن دوبار خرج کردن، بیت کوین های بیشتری استخراج کنند. همانطور که ملاحظه می کنید، این کار می تواند سیستم بیت کوین را نابود کند.

خب، چرا استخراج کنندگان چنین کاری انجام نمی دهند؟ آیا چون آدم های بسیار خوب و شریفی هستند دست به چنین اقداماتی نمی زنند؟ نمی توان سیستمی را بر پایه ی اخلاق اشخاص ساخت چون اخلاقیات قابل اندازه گیری نیست. اینجا جاییست که نبوغ اصلی بلاک چین نمایان می شود. بلاک چین طوری طراحی شده که تعادل نش را اجرایی کند؛ بدین صورت که استخراج کردن شامل یک سیستم مجازات بازگشتی می شود.

تعادل نش در استخراج و سیستم مجازات

  • اگر استخراج کننده ای یک بلوک نامعتبر ایجاد کند، بقیه استخراج کنندگان بخاطر وجود قاعده ای که در مکانیزم بلاک چین تعریف شده، آن بلاک را به رسمیت نخواهند شناخت. همچنین، هر بلاکی که بعد از بلاک نامعتبر استخراج شود نیز نامعتبر خواهد بود. با استفاده از این قاعده، استخراج کنندگان به سادگی بلاک های نامعتبر را نادیده خواهند گرفت و به استخراج روی زنجیره اصلی (زنجیره آبی در تصویر) ادامه خواهند داد.
  • همین منطق برای بلاک های به حد نصاب نرسیده هم صادق است. دوباره به تصویر نگاه کنید. هیچ استخراج کننده ای بلاک ۵۲ قرمز را استخراج نخواهد کرد زیرا بلاک ۵۳ آبی امتیاز بالاتری از بلوک قرمز دارد.

هر دوی این سناریو ها باعث می شوند استخراج کنندگان به عنوان یک گروه، پایدار ترین حالت ممکن را با استفاده از تعادل نش انتخاب کنند. واضح است که زنجیره قرمز هم می تواند ادامه پیدا کند و بلاک چین جدید بسازد اما، تعداد استخراج کنندگان به قدری زیاد است که چنین رویدادی به سادگی امکان پذیر نیست (بعدا بیشتر به این موضوع خواهیم پرداخت). همانطور که در بازی هماهنگی بیان شد، اگر اکثریت اعضای گروه وضعیت خود را تغییر ندهند، اقلیت این گروه انگیزه ای برای ماندن در حالت جدید نخواهند داشت. بدین ترتیب، چرا یک استخراج کننده تمام قدرت محاسباتی اش را مصرف کند و ریسک هدر رفت آن را بپذیرد؟

چرا کاربران از زنجیره ی اصلی استفاده می کنند و از دیگر زنجیره ها نه؟

تاکنون دلیل اینکه چرا استخراج کنندگان زنجیره ی آبی را انتخاب می کنند دیدیم. کاربران چه؟ در بازی بلاک چین دو نوع بازیکن استخراج کننده و کاربر داریم. چرا کاربران، زنجیره ی آبی را به زنجیره ی قرمز ترجیح می دهند؟ پاسخ در یکی دیگر از مکانیزم های نظریه بازی نهفته است.

اولین چیزی که باید در نظر داشته باشید این است که رمز ارز ها دارای ارزش هستند زیرا مردم به آنها ارزش می دهند. خب، چرا یک کاربر عادی برای کوینی در زنجیره ی آبی ارزش قائل می شود و برای کوین های زنجیره قرمز ارزشی قائل نیست؟ پاسخ ساده است. از دیدگاه کاربران زنجیره اصلی یک نقطه ی کانونی (Schelling) است. آنها به زنجیره ی اصلی ارزش می دهند چون به نظرشان طبیعی و ویژه است.

عقلانیت محدود: دلیل دیگری که کاربران برای زنجیره ی اصلی ارزش قائل هستند این است که استفاده از آن برایشان ساده است. طبق قاعده ی عقلانیت محدود، مردم در هر زمان ساده ترین گزینه و راه حل را انتخاب می کنند. جا به جایی غیر ضروری به زنجیره ی جدید تر مسائل را پیچیده می کند.

مشکل تملیک در اثبات کار (PoW) چیست؟

پیش از توضیح این مساله اجازه دهید یکبار دیگر به تصویر قبلی بازگردیم:

intro to cryptoeconomics 4

ویتالیک بوترین با یک مثال عالی این مشکل را توضیح می دهد. فرض کنید شخصی یک قرارداد هوشمند فرضی برای یک فعالیت ایجاد کند. شرایط قرارداد بدین شکل خواهد بود:

  • هر استخراج کننده با سپرده گذاری مبلغ زیادی در قرارداد می تواند به این فعالیت بپیوندد.
  • استخراج کنندگان باید سهام شان در بلوک های نیمه کامل که در حال استخراج آن بوده اند را به قرارداد بفرستند و قرارداد باید سهام و اینکه شما استخراج کننده ای با قدرت هش کافی هستید را تایید کند.
  • پیش از اینکه ۶۰٪ از استخراج کنندگان به این قرارداد بپیوندند، شما می توانید هر زمان که خواستید از قرارداد خارج شوید.
  • بعد از اینکه ۶۰٪ استخراج کنندگان به قرارداد پیوستند، شما باید تا زمانی که ۲۰ بلوک به انشعاب سخت که با زنجیره قرمز مشخص شده است، اضافه می کنید در قرارداد بمانید.

با اینکار نه فقط زنجیره ی قرمز بزرگ تر و طولانی تر می شود چون ۶۰٪ تمام استخراج کنندگان را در اختیار دارد، بلکه به زودی به زنجیره ی اصلی تبدیل می شود و زنجیره ی آبی را از دور خارج می کند. در این سناریو دو بار پرداخت کردن برای همه رسمیت می یابد و ارزش رمز ارز جدید به سرعت رشد خواهد کرد.

ممکن است بپرسید چرا استخراج کنندگان به چنین تملیکی تن می دهند؟

اجازه دهید انگیزه آنها برای پیوستن به قرارداد را بررسی کنیم:

  • پاداش احتمالی در پایان.
  • هیچ خطری برای ملحق شدن آنها به قرارداد وجود ندارد.

انگیزه ی آنها برای پیروی از قرارداد چیست؟

  • مقدار زیادی سپرده گذاری اولیه داشته اند.
  • احتمال پاداش بزرگ.

از لحاظ تئوری، تملیکی این چنینی به خاطر مکانیزم نظریه ی بازی می تواند پایان هر رمز ارزی را رقم بزند.

برهان Grim Trigger برای رهایی!

در قسمت قبل در بحث Grim Trigger گفتیم که اگر پادشاه کشته شود یا بمیرد یک چرخه خونین بی پایان شکل خواهد گرفت و نتیجه گرفتیم برای جلوگیری از چنین اتفاقی نباید پادشاه اول بمیرد.

از همین منطق برای بلاک چین هم می توان استفاده کرد. اگر بلاک چین تملیک و نابود شود و استخراج کنندگان به یک زنجیره ی جدید هدایت شوند، چه چیزی مانع تملیک زنجیره ی جدید توسط اکثریت خواهد شد؟ برای متوقف کردن انشعاب های سخت بی پایان (که به رنگ قرمر در شکل نشان داده شده اند)، مهم است که در مرحله ی اول تملیک را نپذیریم.

هرچند، استدلال Grim Trigger گاهی شکست می خورد، اما گاهی اوقات اثر بسیار چشمگیری دارد:

  • این استدلال زمانی که استخراج کنندگان محدودیتی برای کار روی رمز ارز ها ندارند، شکست می خورد. اگر استخراج کنندگان روی چندین رمز ارز کار کنند، به سادگی می توانند گروهی برای تملیک رمز ارز کم حجم تشکیل دهند.
  • این استدلال در صورت وجود تنها یک رمز ارز یا وفاداری تنها به یک رمز ارز صحیح است زیرا، همه می خواهند که ارزش و مشروعیت رمز ارز حفظ شود.
  • اگر رمز ارز نیاز به ASIC های خاص داشته باشد که غیر از استخراج رمز ارز خاص استفاده ای ندارند و به اندازه کافی گران هستند، استدلال Grim Trigger برقرار است. همچنین، اگر رمز ارز فقط با یک نرم افزار خاص استخراج شود، استخراج کنندگان می توانند مطمئن باشند که هیچ اتفاقی که ارزش رمز ارز را کاهش دهد، نمی افتد.
  • استدلال برقرار نیست اگر با استفاده از CPU بتوان استخراج کرد. CPU ها گران نیستند و برای استخراج دیگر رمز ارز ها نیز قابل استفاده اند.
  • با این حال، اگر استخراج کنندگان با CPU در آن رمز ارز سهام داشته باشند، استدلال برقرار خواهد بود زیرا آنها نمی خواهند سهام شان را از دست بدهند. این نوعی از اثبات سهام (PoS) است.

برای ایجاد یک سیستم منصفانه و اطمینان از اینکه استخراج کنندگان بلوک های جدید، تکراری نبوده و تصادفی هستند و نیز برای جمع آوری پاداش در زمان مشخص، سطح سختی استخراج به صورت دوره ای تنظیم می شود. در بلند مدت، استخراج کردن یک بازی جمع صفر است، بدین معنا که سود ناشی از استخراج بلوک های جدید با هزینه استخراج تنظیم می شود.

حمله ی P+Epsilon

یک سیستم اثبات کار (PoW) نسبت به حمله ی P+Epsilon آسیب پذیر است. برای درک نحوه ی کارکرد این حمله نیاز داریم برخی مفاهیم را تعریف کنیم.

مدل انتخاب ناهماهنگ: مدلیست که تمام شرکت کنندگان انگیزه ی کار با یکدیگر را ندارند. شرکت کنندگان می توانند گروه هایی تشکیل دهند اما هیچوقت گروهی آنقدر بزرگ نمی شود که در اکثریت قرار گیرد.

مدل انتخاب هماهنگ: مدلیست که همه ی مشارکت کنندگان انگیزه ی هماهنگ شدن را دارند.

به طور کلی فرض می شود که بلاک چین یک مدل انتخاب غیر هماهنگ است اما اگر انگیزه ای برای استخراج کنندگان برای اقدام علیه یکپارچگی بلاک چین ایجاد شود چه؟ اگر به استخراج کنندگان برای انجام فعالیتی خاص رشوه پیشنهاد شود چه؟ این مدل را «مدل مهاجم رشوه ده» گویند.

مدل مهاجم رشوه ده چیست؟

یک مدل انتخاب ناهماهنگ را تصور کنید. حال اگر یک مهاجم وارد سیستم شود و استخراج کنندگان را با پیشنهاد رشوه با هم هماهنگ کند چه؟ برای موفقیت در سیستم رشوه دهی، مهاجم به دو منبع نیاز دارد:

  • بودجه: پولی که مهاجم برای راضی کردن ماینر ها برای همکاری نیاز دارد.
  • هزینه: پولی که در نهایت به استخراج کننده می پردازد.

با این حال اگر مهاجم تصمیم حمله به بلاک چین را داشته باشد، به یک مساله جالب بر می خوریم و این همان حمله «P+Epsilon» است. جدول زیر را در نظر بگیرید و یک بازی ساده ی انتخاب را تصور کنید.

intro to cryptoeconomics 4

اگر شما به مورد خاصی رای دهید و بقیه هم به همان مورد رای دهند، بازده P خواهید داشت و اگر رای شما با رای دیگران متفاوت باشد بازدهی نخواهید داشت. حال فرض کنید مهاجم وارد سیستم می شود و شرایط رای گیری را به نفع یک مورد تغییر می دهد. اگر شما رای دهید و دیگران رای ندهند، بازده شما P+Epsilon خواهد بود؛ یعنی بازده معمول به علاوه ی رشوه ای که مهاجم می پردازد. پس ماتریس بازده به شکل زیر تغییر می کند:

intro to cryptoeconomics 4

حال این سناریو را در نظر بگیرید: تمام بازیکنان می دانند که اگر در رای گیری شرکت کنند، بازده دریافت خواهند کرد اما اگر شرکت نکنند شانس دریافت بازده برای آنها ۵۰-۵۰ خواهد بود.

فکر می کنید بازیکنان چه می کنند؟ مطمئنا آنها در رای گیری شرکت می کنند تا سود خود را تضمین کنند. قسمت جالب ماجرا اینجاست. همانطور که در ماتریس بازده می بینید، مهاجم تنها زمانی رشوه ی Epsilon را پرداخت می کند که شما رای بدهید و دیگران رای ندهند. در این موقعیت چون همه رای می دهند، تعادل نش تغییر می کند:

intro to cryptoeconomics 4

مهاجم نیازی به پرداخت رشوه ندارد!

خب، اجازه دهید مساله را از دیدگاه مهاجم ببینیم:

  • گروه را برای رای دادن متقاعد کن.
  • حتی بدون پرداخت رشوه به هدفت می رسی.

این یک سناریوی برنده برنده برای مهاجم است و پیامد های سنگینی روی بلاک چین مخصوصا در سیستم اثبات کار دارد. بیایید یکبار دیگر بلاک چین فرضی را مرور کنیم:

فرض کنید مهاجم می خواهد زنجیره منشعب شود و اعلام می کند که گروهی از استخراج کنندگان که به عضویت زنجیره ی جدید در بیایند، مقدار Epsilon را دریافت می کنند. این به جامعه استخراج کنندگان انگیزه می دهد که به زنجیره ی جدید بپیوندند. بدیهیست که مهاجم باید برای هر اتفاقی آماده باشد، اما همانطور که در مدل حمله ی مهاجم بالا دیدیم، مهاجم نیازی به پرداخت این مبلغ ندارد. به گفته ی ویتالیک بوترین، یکی از بزرگ ترین مشکلات سیستم اثبات کار (PoW) آسیب پذیری در مقابل حمله ی P+Epsilon است.

اثبات سهام (PoS)

راه حل مشکل حمله مبتنی بر انگیزه در اثبات سهام (PoS) نهفته است. در این سیستم، استخراج کنندگان باید بخشی از ثروتشان را روی بلوک های آینده سرمایه گذاری کنند. به عنوان یک سیستم اقتصادی، این مدل بسیار بهتر است زیرا مجازات در آن بسیار سخت گیرانه تر خواهد بود. در سیستم اثبات سهام (PoS) استخراج کنندگان با احتمال واقعی از دست دادن سهام و ثروت خود روبرو هستند.

خب، اثبات سهام (PoS) چطور جلوی حملات P+Epsilon را می گیرد؟

خودتان را به جای استخراج کنندگان قرار دهید. شما بخشی از ثروت خود را داخل یک بلوک که به زنجیره ی اصلی متصل است قرار داده اید. حال یک مهاجم به شما می گوید که اگر شما از زنجیره اصلی جدا شوید و به شاخه ی انشعاب شده بپیوندید، بازده اضافی به شما پرداخت می کند. اما، اگر زنجیره ی جدید موفق نشود شما با ریسک بسیار بالای از دست دادن ثروت تان که روی بلاک ها سرمایه گذاری کرده اید، روبرو می شوید.

به علاوه، همانطور که دیدیم، در حمله P+Epsilon واقعا بازده اضافه ای پرداخت نخواهد شد. برای یک استخراج کننده ی سهامدار، ادامه دادن زنجیره ی اصلی مهم است و در فعالیت های مخرب شرکت نخواهد کرد.

نتیجه گیری

همانطور که دیدید، نظریه بازی آن چیزیست که بلاک چین را فوق العاده خاص کرده است. فناوری یا مکانیزم جدیدی وجود ندارد بلکه ادغام دو مفهوم شگفت انگیز رمزنگاری و اقتصاد است که رمز ارز ها را در برابر فساد داخلی ایمن کرده است. رشدی که این حوزه در چند سال اخیر تجربه کرده بی نظیر است و این فناوری هر روز بهتر و گسترده تر خواهد شد.

توجه!
مطالب صرفا برای اهداف آموزشی ارائه می شوند و نباید به عنوان مشاوره ی تجاری از طرف کوین ایران و نویسندگانش مورد استفاده قرار گیرند.

Source1 & Source2 & image