آینده ارزهای رمزنگاری: بیت کوین و فراتر از آن

ارز دیجیتال باعث ایجاد هر تعداد سردرد برای اجرای قانون شده است. اکنون کارآفرینان و دانشگاهیان در تلاشند تا نسخه بهتری بسازند.

هنگامی که بیت کوین ارز دیجیتال در ژانویه 2009 به زندگی رسید ، تقریباً هیچ کس جدا از تعداد انگشت شماری از برنامه نویسان که گروه های بحث و گفتگو رمزنگاری را دنبال می کردند ، مورد توجه قرار نگرفت. منشأ آن سایه دار بود: سال گذشته توسط یک شخص یا گروهی که هنوز هم عظیم است که فقط توسط Alias Satoshi Nakamoto 1 شناخته شده بود ، تصور شده بود. و هدف آن به نظر می رسید کیکسیوتیک است: بیت کوین یک "رمزنگاری" بود ، که در آن الگوریتم های رمزگذاری قوی به روش جدیدی برای تأمین معاملات مورد سوء استفاده قرار گرفتند. هویت کاربران با نام مستعار محافظت می شود. سوابق کاملاً غیر متمرکز خواهند بود. و هیچ کس مسئول نیست - نه دولت ها ، نه بانک ها ، حتی Nakamoto.

با این حال ایده گرفتار شده است. امروز حدود 14. 6 میلیون واحد بیت کوین در گردش وجود دارد. آنها به نام بیت کوین با حروف کوچک "B" ، ارزش بازار جمعی در حدود 3. 4 میلیارد دلار آمریکا دارند. برخی از این رشد مربوط به مجرمان با بهره گیری از ناشناس بودن برای قاچاق مواد مخدر و بدتر است. اما این سیستم همچنین از موسسات مالی مانند JP Morgan Chase علاقه مند است ، که فکر می کند می تواند پردازش پرداخت داخلی آنها را ساده تر کند و هزینه های معاملات بین المللی را کاهش دهد. این الهام بخش ایجاد حدود 700 ارز رمزنگاری شده دیگر است. و در 15 سپتامبر ، بیت کوین با راه اندازی لجر ، اولین ژورنال اختصاص داده شده به تحقیقات cryptocurrency ، رسماً در آکادمی به سن خود رسید.

گوش بده

نوح بیکر بررسی می کند که آینده ممکن است برای ارزهای دیجیتال باشد

آنچه دانشگاهیان و کارآفرینان را به طور یکسان مجذوب خود می کند ، نوآوری در هسته بیت کوین است. شناخته شده به عنوان زنجیره بلوک ، به عنوان دفترچه رسمی آنلاین هر معامله بیت کوین ، قدمت آن به ابتدا خدمت می کند. این همچنین ساختار داده ای است که اجازه می دهد تا این سوابق با حداقل خطر هک یا دستکاری به روز شوند - حتی اگر زنجیره بلوک در کل شبکه رایانه هایی که نرم افزار بیت کوین را اجرا می کنند کپی شود ، و صاحبان آن رایانه ها لزوماً نمی دانند یا اعتماد ندارندیکی دیگر.

بسیاری از افراد این معماری زنجیره بلوک را به عنوان الگوی میزبان برنامه های دیگر ، از جمله قراردادهای خودآزمایی و سیستم های ایمن برای رای گیری آنلاین و جمع آوری سرمایه گذاری می دانند. این هدف Ethereum ، یک سیستم مبتنی بر زنجیره بلوک است که در ماه ژوئیه توسط بنیاد غیرانتفاعی اتریوم ، مستقر در Baar ، سوئیس راه اندازی شد. و این برنامه تحقیق ابتکار عمل برای ارزهای رمزپایه و قراردادها (IC3) است ، یک کنسرسیوم دانشگاهی که در ماه ژوئیه نیز راه اندازی شد و به رهبری دانشگاه کرنل در ایتاکا ، نیویورک.

نیکلاس کورتواس ، رمزنگاری در دانشگاه کالج لندن ، می گوید که زنجیره بلوک بیت کوین می تواند "مهمترین اختراع قرن بیست و یکم" باشد-اگر فقط بیت کوین دائماً خود را با پای خود شلیک نمی کرد.

چندین کاستی در اجرای بیت کوین از ایده زنجیره بلوک آشکار شده است. به عنوان مثال ، امنیت به دور از کامل نیست: بیش از 40 سرقت شناخته شده و تشنج بیت کوین وجود داشته است ، که چندین ضرر بیش از 1 میلیون دلار متحمل شده است.

شرکت ها و محققان Cryptocurrency با ابزارهایی مانند تئوری بازی و روشهای رمزنگاری پیشرفته به مشکل حمله می کنند. آری جولز ، مدیر عامل IC3 می گوید: "ارزهای رمزنگاری برخلاف بسیاری از سیستم های دیگر هستند ، به این دلیل که اشکالات ریاضی بسیار ظریف می تواند عواقب فاجعه بار داشته باشد.""و من فکر می کنم وقتی نقاط ضعف در سطح وجود داشته باشد ، نیاز به جذابیت به جامعه دانشگاهی در جایی که تخصص مربوطه در آن ساکن است ، خواهد بود."

علاقه دانشگاهی به ارزهای رمزنگاری شده و پیشینیان آنها حداقل دو دهه برمی گردد ، و بیشتر کارهای اولیه به سرپرستی دیوید چوم ، رمزنگار ، هدایت می شود. در حین کار در انستیتوی ملی تحقیقات ریاضیات و علوم کامپیوتر در آمستردام ، هلند ، Chaum می خواست به خریداران حریم خصوصی و ایمنی را بدهد. بنابراین در سال 1990 او یکی از اولین ارزهای دیجیتال ، Digicash را تأسیس کرد که به کاربران ناشناس بودن از طریق پروتکل های رمزنگاری شده از ابداع خود را ارائه می داد.

Digicash در سال 1998 ورشکسته شد - تا حدودی به دلیل داشتن یک سازمان متمرکز شبیه به یک بانک سنتی ، اما هرگز نتوانست با صنعت مالی و مقررات آن مطابقت داشته باشد. اما جنبه های فلسفه آن ده سال بعد در طراحی ناکاموتو برای بیت کوین دوباره ظاهر شد. این طرح همچنین شامل شلوغی و شبکه های همتا به همسالان شده است-هر دو به جلوگیری از کنترل متمرکز کمک می کنند. هرکسی از شرکت در شرکت استقبال می کند: این فقط مسئله آنلاین و اجرای نرم افزار بیت کوین منبع باز است. رایانه های کاربران شبکه ای را تشکیل می دهند که در آن هر دستگاه یک نسخه کپی مرتباً به روز شده از زنجیره بلوک است.

چالش اصلی ناکاموتو با این سیستم گسترده ، نیاز به اطمینان از اینکه هیچ کس نمی تواند راهی برای بازنویسی دفترچه و خرج کردن همان بیت کوین ها دو بار-در واقع ، سرقت بیت کوین ها پیدا کند. راه حل وی این بود که افزودن معاملات جدید به دفترچه را به یک رقابت تبدیل کند: فعالیتی که به عنوان معدن شناخته می شود (به "بازی بیت کوین" مراجعه کنید).

معدن با معاملات ورودی بیت کوین شروع می شود ، که به طور مداوم به هر رایانه ای در شبکه پخش می شوند. اینها توسط "معدنچیان" - گروه ها یا افرادی که شرکت می کنند - که شروع به رقابت برای حق استفاده از معاملات در یک بلوک جدید می کنند ، جمع آوری می شود. برنده اولین کسی است که یک "اثبات کار" را پخش می کند - راه حلی که نشان می دهد او یک پازل ریاضی در غیر این صورت بی معنی را که شامل داده های رمزگذاری شده از بلوک قبلی است ، و تعداد زیادی آزمایش و خطای رایانه ای حل کرده است. بلوک برنده از طریق شبکه بیت کوین پخش می شود و به زنجیره بلوک اضافه می شود و اثبات کار یک پیوند همه غیرقابل شکست را فراهم می کند. زنجیره بلوک در حال حاضر تقریباً 400000 بلوک طول دارد.

در اصل ، این رقابت زنجیره بلوک را ایمن نگه می دارد زیرا این معما برای حل هر زمان برای هر یک از معدنچی ها بسیار سخت است. این بدان معنی است که هیچ کس هرگز به پیوندهای رمزگذاری شده در زنجیره بلوک و امکان بازنویسی دفترچه دسترسی پیدا نمی کند.

معدن همچنین راهی برای افزایش مداوم عرضه بیت کوین است: معدنچی که هر بلوک برنده می شود ، پاداش می گیرد ، در حال حاضر 25 بیت کوین جدید. این قیمت تقریباً 6000 دلار در قیمت های امروز است. طراحی ناکاموتو با تنظیم خودکار دشواری پازل ، افزایش عرضه را کنترل می کند تا یک بلوک جدید تقریباً در هر ده دقیقه اضافه شود. علاوه بر این ، پاداش ایجاد یک بلوک تقریباً هر چهار سال یکبار کاهش می یابد. هدف محدود کردن عرضه به حداکثر 21 میلیون بیت کوین است.

شبکه نمی تواند ارزش بیت کوین ها را نسبت به ارزهای استاندارد یا کالاها و خدمات در دنیای واقعی تعیین کند. این امر به نیروهای بازار باقی مانده است و مردم در مبادلات آنلاین بیت کوین را تجارت می کنند. یک نتیجه این است که قیمت بازار به طرز تماشایی - به ویژه در سال 2013 ، هنگامی که قیمت درخواست از 13 دلار در هر بیت کوین در ژانویه به حدود 1200 دلار در ماه دسامبر افزایش یافته است. این امر باعث می شد اولین محصولات دنیای واقعی که تاکنون با Cryptocurrency پرداخت شده است-یک جفت پیتزا پاپا جان ، که در 22 مه 2010 برای 10،000 بیت کوین خریداری شده است-تقریباً 12 میلیون دلار ارزش دارد.

راه حل های معما

طولی نکشید که مشکلات بیت کوین آشکار شد. به عنوان مثال ، از آنجا که به کاربران اجازه داده می شود هویت خود را با نام مستعار نقاب بزنند ، ارز برای غربالگری فعالیت های جنایی مناسب است. این پشت موفقیت جاده آنلاین ابریشم بازار سیاه بود که FBI در سال 2013 تعطیل شد. بنیانگذار آن در ماه مه امسال به حبس ابد محکوم شد. اما بیت کوین همچنین نقش مهمی در تأمین اعتبار وب سایت سوت ویکی لیکس داشت-نتیجه ای که برخی از آنها سودمند می نامند. Arvind Narayanan ، دانشمند رایانه در دانشگاه پرینستون در نیوجرسی می گوید ، کار کردن برای جامعه برای تمایز بین استفاده خوب و بد از این فناوری دشوار است."چگونه می توانید بیت کوین را بدون ممنوعیت فناوری تنظیم کنید؟"او می پرسد.

سایر موارد با روش استخراج بیت کوین ظاهر شد. به عنوان مثال ، با توجه به ارزش این ارز ، رقابت معدنکاری شدیدتر شده است ، و رایانه های فزاینده تخصصی این معماها را سریعتر حل می کنند. کورتوا ، که راه هایی برای ساده سازی روند حل پازل 2 پیدا کرده است ، می گوید که در یک لحظه او با موفقیت 200 دلار در روز از طریق معدن درآمد کسب می کرد. این رقابت باعث ایجاد مراکز بزرگ استخراج بیت کوین در ایسلند شده است ، جایی که خنک کننده برای رایانه ها ارزان است. طبق یک تخمین از سال 2014 ، معدنچیان بیت کوین به طور جمعی به اندازه کل ایرلند 3 قدرت مصرف کردند.

همکاری با یکدیگر

معدن بیت کوین تشدید شده همچنین باعث شده است که معدنچیان انفرادی منابع محاسباتی خود را جمع کنند. سال گذشته ، بزرگترین استخر معدن ، Ghash. io ، به طور خلاصه بیش از 50 ٪ از کل قدرت استخراج بیت کوین - که مشکل ساز است زیرا هرکسی که بیش از نیمی از قدرت معدن را کنترل کند می تواند شروع به ضرب و شتم همه افراد در مسابقه کند تا بلوک ها را اضافه کند. این امر به طور مؤثر به آنها امکان کنترل دفترچه معامله را می دهد و به آنها اجازه می دهد تا بارها و بارها همان بیت کوین را خرج کنند. این فقط یک امکان نظری نیست. حملات موفقیت آمیز '51 ٪ ' - تلاش برای تسلط بر قدرت معدن - در حال حاضر در برابر ارزهای رمزنگاری شده کوچکتر مانند Terracoin و Coililedcoin نصب شده است. دومی آنقدر آسیب دیده بود که کار را متوقف کرد.

برای کاهش تهدید از استخرهای استخراج معادن ، برخی از ارزهای رمزنگاری موجود ، مانند Litecoin ، از معماهایی استفاده می کنند که بیشتر از حافظه رایانه فراخوانی می کنند تا پردازش قدرت - تغییراتی که تمایل دارد برای ساخت نوع رایانه های تخصصی که استخرها از آن استفاده می کنند ، هزینه بیشتری داشته باشد. یک رویکرد دیگر ، که توسط ایلین شیعه و همکارانش 4 توسط کارگردان IC3 ساخته شده است ، نوعی سرقت مفید را به وجود می آورد. شی توضیح می دهد: "ما از نظر رمزنگاری اطمینان می دهیم که اعضای استخر همیشه می توانند پاداش خود را بدون شناسایی به سرقت ببرند."فرض آنها این است که معدنچیان به اندازه کافی به یکدیگر اعتماد نخواهند کرد تا در صورتی که اعضای استخر خود بتوانند به راحتی با پاداش ها بدون به اشتراک بگذارند ، در استخرها تشکیل دهند. آنها نمونه ای از الگوریتم را ساخته اند و امیدوارند که آن را در بیت کوین و سایر ارزهای رمزنگاری آزمایش کنند.

مشکل دیگر مقدار سودمند برق مورد استفاده در استخراج بیت کوین است. برای کاهش ضایعات ، محققان از جمله SHI و Juels ارز به نام Permacoin 5 را پیشنهاد داده اند. اثبات کار آن به معدنچیان نیاز دارد تا برای داده های ارزشمند مانند سوابق پزشکی یا خروجی یک مرکز توالی ژن ، یک بایگانی توزیع شده ایجاد کنند. این باعث صرفه جویی در انرژی نمی شود ، اما حداقل آن را برای استفاده بهتر بیان می کند.

امنیت ارزهای رمزنگاری یکی دیگر از نگرانی های بزرگ است. نارایانان می گوید ، سرقت های بسیاری از بیت کوین ها ناشی از ساختار زنجیره بلوک نیست ، اما از استفاده بیت کوین از فناوری استاندارد امضای دیجیتال است. وی توضیح می دهد ، در امضاهای دیجیتال ، مردم دو کلید عددی دارند: عمومی که آنها را به عنوان آدرس برای ارسال پول به دیگران می دهند ، و یک خصوصی که از آنها برای تأیید معاملات استفاده می کنند. او می گوید ، امنیت آن کلید خصوصی فقط به اندازه امنیت دستگاهی است که آن را ذخیره می کند."اگر به عنوان مثال کسی رایانه شما را هک کند و کلیدهای خصوصی شما را سرقت کند ، در اصل تمام بیت کوین های شما از بین می روند."

امنیت چنان نگرانی برای مصرف کنندگان است که فکر می کند بیت کوین بعید است استفاده گسترده را پیدا کند. بنابراین تیم وی در حال کار بر روی یک طرح امنیتی بهتر است که کلیدهای خصوصی را در چندین دستگاه مختلف مانند رایانه و تلفن هوشمند دسک تاپ یک فرد تقسیم می کند و برای تصویب پرداخت 6 به بخش خاصی از قطعات نیاز دارد. ناریانان می گوید: "هیچکدام سهم خود را از کلید یکدیگر فاش نمی کنند.""اگر یک دستگاه هک شود ، شما هنوز خوب هستید زیرا هکر برای سرقت کلید خصوصی شما نیاز به هک کردن دیگران دارد. امیدوارم متوجه شوید که هک قبل از این فرصت رخ داده است. "

سرقت های دیگر رخ داده است زیرا برای ایجاد امضای معامله ، کلید خصوصی باید با یک شماره تصادفی ترکیب شود. برخی از نرم افزارها - مانند برنامه های بیت کوین که برای تلفن های هوشمند Android تهیه شده اند - به طور نامناسب تعداد تصادفی ایجاد کرده اند و حدس زدن آنها را آسان تر می کند. کورتوا ، که در حال تحقیق در مورد چنین آسیب پذیری های 7 است ، می گوید: این به هکرها اجازه داده است تا جایی بین چندین هزار تا چند میلیون دلار به ارزش بیت کوین سرقت کنند. دیوید شوارتز ، رئیس رمزنگاری در توسعه دهنده Cryptocurrency Ripple Labs در سانفرانسیسکو ، کالیفرنیا ، گفت: "این شرم آور است.""ما به عنوان یک صنعت فقط به نظر می رسد که در حال پیشرفت است."

به اتر

گاوین وود، یکی از بنیانگذاران اتریوم و مدیر ارشد فناوری بنیاد آن، می‌گوید زنجیره بلوک یک ایده فوق‌العاده قدرتمند است که می‌تواند در مواردی بیش از سوابق تراکنش‌ها نیز اعمال شود. یکی از کاربردها ممکن است ایجاد قراردادهای کامپیوتری و خوداجرا شونده ای باشد که پس از اتمام کار، پرداخت را به طور خودکار انجام می دهند. سایر موارد ممکن است شامل سیستم های رای گیری، پلتفرم های تامین مالی جمعی و حتی سایر ارزهای دیجیتال باشد. وود می‌گوید که اتریوم در موقعیت‌هایی که کنترل مرکزی یک نقطه ضعف محسوب می‌شود، بهترین استفاده است - برای مثال، زمانی که کاربران لزوماً به یکدیگر اعتماد ندارند. در سال 2014، برای سهولت در توسعه چنین برنامه هایی، وود و برنامه نویس همکار ویتالیک بوترین راهی برای ترکیب زنجیره بلوک با یک زبان برنامه نویسی ابداع کردند. اتریوم 30000 بیت کوین را از طریق تامین مالی جمعی برای تجاری سازی این سیستم جمع آوری کرد.

برای جلوگیری از اشتباهات اساسی مرتبط با رمزنگاری که بیت کوین را آزار داده است، اتریوم کارشناسان دانشگاهی را برای ممیزی پروتکل خود استخدام کرده است. شی و جولز به دنبال راه هایی هستند که اتریوم توسط مجرمان مورد سوء استفاده قرار گیرد 8 . جولز می گوید: «این فناوری به خودی خود از نظر اخلاقی خنثی است، اما ما باید چگونگی شکل دادن به آن را به گونه ای بیابیم که بتواند از سیاست های طراحی شده برای محدود کردن میزان آسیبی که می تواند وارد کند حمایت کند.

وود می گوید، مانند بیت کوین، اتریوم تحت کنترل مستقیم کسی نیست، بنابراین خارج از قوانین ملی عمل می کند. با این حال، او می‌افزاید که فناوری‌هایی مانند ضبط موسیقی و اینترنت نیز در ابتدا غیرقانونی تلقی می‌شدند و برای وضعیت موجود تهدیدکننده به نظر می‌رسیدند. او می‌گوید که چگونه بیت‌کوین، اتریوم و جانشینان آن‌ها به صورت قانونی می‌نشینند، بنابراین «چیزی است که به‌عنوان یک فرهنگ و جامعه، باید برای مقابله با آن کنار هم قرار بگیریم».

جولز مشکوک است که بیت کوین حداقل به عنوان یک موجودیت مستقل و غیرمتمرکز دوام نخواهد آورد. او اشاره می کند که چگونه استریم موسیقی از مدل غیرمتمرکز سرویس اشتراک فایل همتا به همتا Napster به عملیات تجاری مانند Spotify و Apple Music منتقل شده است. او می‌گوید: «می‌توان مسیر مشابهی را برای ارزهای دیجیتال تصور کرد: وقتی بانک‌ها می‌بینند که موفق هستند، می‌خواهند ارزهای رمزپایه خود را ایجاد کنند.

کورتوا مخالف است. او بیت کوین را "میکروسافت ارزهای دیجیتال" می نامد و معتقد است که اندازه و تسلط آن به این معنی است که اینجاست که بماند. او پیشنهاد می کند به محض اینکه هر نوآوری جدیدی به وجود بیاید، بیت کوین می تواند آنها را بپذیرد و موقعیت پیشرو خود را حفظ کند.

آینده بیت کوین هر چه باشد، نارایانان تاکید می کند که جامعه توسعه دهندگان و دانشگاهیان پشت آن منحصر به فرد است."این مجموعه دانش قابل توجهی است، و ما در 20 سال آینده این را در کلاس های علوم کامپیوتر آموزش خواهیم داد، من مطمئن هستم."

منابع

Nakamoto, S. Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System (2008);در http://bitcoin. org/bitcoin. pdf موجود است

کورتوا، N. T.، Grajek، M. &Naik, R. Preprint موجود در http://arxiv. org/abs/1310. 7935 (2013).

O'Dwyer, K. J. &Malone, D. 25th IET Irish Signals &Conf Systems2014 و 2014 بین المللی چین-ایرلند. Conf. در فناوری اطلاعات و جوامع 280-285 (2014).

Miller, A., Shi, E., Kosba, A. &کاتز، J. ACM Conf. امنیت کامپیوتر و ارتباطات (2015);پیش چاپ در http://go. nature. com/2i2sfe موجود است

Miller, A., Juels, A., Shi, E., Parno, B. &Katz، J. IEEE Symp. امنیت و حریم خصوصی 475–490 (2014).

گلدفدر، اس و همکاران. ایمن سازی کیف پول بیت کوین از طریق طرح امضای آستانه جدید DSA/ECDSA (2015). در http://go. nature. com/rnqp4q موجود است

کورتوا، N. T.، Emirdag، P. &Valsorda, F. Cryptology ePrint Archive Report 2014/088 (2014).