غیرممکن بودن عدالت کامل در ترتیب ترا transactions

مقدمه

در دنیای بلاکچین، موضوع عدالت در ترتیب تراکنش‌ها به عنوان یکی از چالش‌های اساسی مطرح می‌شود. با توجه به اینکه ترتیب اجرای تراکنش‌ها می‌تواند تأثیر بسزایی بر روی اعتبار و اعتماد در سیستم‌های مالی غیرمتمرکز (DeFi) داشته باشد، ضرورت وجود مکانیزم‌هایی برای حفظ شفافیت و پیش‌بینی‌پذیری در این زمینه بیش از پیش احساس می‌شود. در حالی که پروتکل‌های توافقی سنتی بر دو اصل اساسی، یعنی سازگاری و زنده ماندن، تمرکز دارند، اما این ویژگی‌ها به تنهایی نمی‌توانند از دستکاری ترتیب تراکنش‌ها توسط بازیگران بد جلوگیری کنند. در این مقاله، به بررسی پیچیدگی‌های مربوط به عدالت در ترتیب تراکنش‌ها و چالش‌های مرتبط با آن می‌پردازیم.

پارادوکس کاندورسه و عدم امکان دستیابی به عدالت ایده‌آل

عدالت در ترتیب تراکنش‌ها، به ویژه مفهوم “عدالت دریافت-ترتیبی” (Receive-Order-Fairness یا ROF)، به معنای این است که هر تراکنش که زودتر دریافت می‌شود، باید قبل از تراکنش‌های بعدی پردازش شود. اما این ایده در عمل به دلیل محدودیت‌های موجود در شبکه‌های توزیع‌شده و به‌ویژه در شرایط عدم همزمانی، غیرممکن به نظر می‌رسد. این موضوع به پارادوکس کاندورسه مرتبط است که نشان می‌دهد حتی اگر هر گره در شبکه ترتیب داخلی خود از تراکنش‌ها را حفظ کند، ممکن است جمع‌بندی این ترجیحات منجر به ایجاد چرخه‌های غیرانتقالی شود. به عنوان مثال، ممکن است اکثریت گره‌ها تراکنش A را قبل از B دریافت کنند، اکثریت دیگری B را قبل از C و اکثریت سوم C را قبل از A دریافت کنند. این چرخه‌های ترجیحی به ما نشان می‌دهند که هیچ ترتیب واحدی نمی‌تواند به طور همزمان تمام ترجیحات اکثریت را برآورده کند.

این پارادوکس به وضوح نشان می‌دهد که دستیابی به عدالت کامل در ترتیب تراکنش‌ها در شبکه‌های غیرهمزمان، یا حتی در شبکه‌های همزمانی که تأخیرهای خارجی وجود دارد، غیرممکن است. بنابراین، نیاز به تعاریف ضعیف‌تر از عدالت، مانند “عدالت ترتیب بلوکی” (Block-Order-Fairness یا BOF) احساس می‌شود.

هیدرا هاش‌گراف و نقص زمان‌بندی میانه

هیدرا، که از الگوریتم توافق هاش‌گراف استفاده می‌کند، سعی در نزدیک شدن به مفهوم قوی‌تری از عدالت دریافت-ترتیبی دارد. این کار را با اختصاص زمان نهایی به هر تراکنش، که به عنوان میانه زمان‌های محلی تمام گره‌ها محاسبه می‌شود، انجام می‌دهد. اما این رویکرد به راحتی قابل دستکاری است. یک گره مخرب می‌تواند زمان‌های محلی خود را تغییر دهد و ترتیب نهایی دو تراکنش را معکوس کند، حتی اگر تمام گره‌های صادق آن‌ها را به ترتیب صحیح دریافت کرده باشند.

به عنوان یک مثال ساده، فرض کنید پنج گره توافقی (A، B، C، D و E) وجود دارند که یکی از آن‌ها (E) به طور مخرب عمل می‌کند. دو تراکنش، tx₁ و tx₂، به شبکه ارسال می‌شوند. تمام گره‌های صادق tx₁ را قبل از tx₂ دریافت می‌کنند، بنابراین انتظار می‌رود ترتیب نهایی tx₁ → tx₂ باشد. اما گره مخرب زمان tx₁ را بالاتر از tx₂ تنظیم می‌کند تا میانه را تغییر دهد.

زمان‌ها به صورت زیر محاسبه می‌شوند:

• برای tx₁، زمان‌ها (1، 1، 4، 4، 3) میانه 3 را نشان می‌دهند.
• برای tx₂، زمان‌ها (2، 2، 5، 5، 2) میانه 2 را نشان می‌دهند.

در نتیجه، زمان نهایی tx₁ (3) بیشتر از زمان tx₂ (2) می‌شود و پروتکل خروجی را به صورت tx₂ → tx₁ اعلام می‌کند و ترتیب واقعی مشاهده شده توسط تمام گره‌های صادق را معکوس می‌کند. این مثال کوچک نواقص جدی را در رویکرد زمان‌بندی میانه نشان می‌دهد. در واقع، این تابع به ظاهر بی‌طرفانه، به طور پارادوکسیکالی خود باعث ناعدالتی می‌شود زیرا می‌تواند توسط حتی یک شرکت‌کننده dishonest مورد سوءاستفاده قرار گیرد.

بنابراین، ادعای هیدرا مبنی بر “زمان‌بندی عادلانه” بسیار ضعیف‌تر از آن چیزی است که به نظر می‌رسد. الگوریتم توافق هاش‌گراف نمی‌تواند عدالت دریافت-ترتیبی را تضمین کند و به جای آن بر یک مجموعه تأییدکننده مجاز متکی است تا بر تضمین‌های رمزنگاری تأکید کند.

دستیابی به تضمین‌های عملی

برای غلبه بر چالش‌های نظری که در نتیجه پارادوکس کوندورسته مطرح می‌شود، پروتکل‌های عادلانه باید تعریف fairness را به نحوی تعدیل کنند. پروتکل‌هایی مانند Aequitas، مفهوم جدیدی به نام «عدالت بلوکی» (Block-Order-Fairness یا BOF) را معرفی کرده‌اند. این مفهوم بیان می‌کند که اگر تعداد کافی از گره‌ها یک تراکنش را قبل از یک تراکنش دیگر دریافت کنند، آن تراکنش باید در یک بلوک قبل یا همزمان با تراکنش دیگر قرار گیرد. این بدین معناست که هیچ گره‌ی صادقی نمی‌تواند تراکنش دیگری را در بلوکی پس از تراکنش اول ارائه دهد.

به عنوان مثال، فرض کنید سه گره توافقی (A، B و C) و سه تراکنش (tx₁، tx₂، و tx₃) داریم. یک تراکنش زمانی «زودتر دریافت شده» محسوب می‌شود که حداقل دو تا از سه گره (اکثریت) آن را اول مشاهده کنند. با این حال، در مواردی که اولویت‌های گره‌ها دچار تناقض می‌شود، پروتکل BOF با گروه‌بندی تمام تراکنش‌های متعارض در یک بلوک واحد، به حل این مشکل می‌پردازد. این عمل به پروتکل اجازه می‌دهد که همه تراکنش‌ها به عنوان اینکه همزمان اتفاق افتاده‌اند، پردازش شوند.

تحول در پروتکل‌ها

پروتکل Themis به منظور حفظ همان ویژگی‌های قوی BOF، با استفاده از تکنیک‌های جدیدی مانند «تفکیک دسته‌ای» و «تضمین‌های قوی درون دسته‌ای» طراحی شده است. این پروتکل با کاهش پیچیدگی ارتباطی و بهبود زمان تحویل تراکنش‌ها، به بهینه‌سازی فرآیند می‌پردازد. به جای انتظار برای حل کامل چرخه‌های کوندورسته، Themis با شناسایی تراکنش‌هایی که در یک مجموعه به شدت مرتبط قرار دارند، به پردازش تراکنش‌های جدید ادامه می‌دهد. این رویکرد به سیستم اجازه می‌دهد که در حین نهایی شدن ترتیب تراکنش‌ها، به فعالیت خود ادامه دهد.

خلاصه:

به نظر می‌رسد که مفهوم عدالت کامل در ترتیب تراکنش‌ها بسیار ساده باشد. به‌طور کلی، هر تراکنشی که زودتر به شبکه برسد، باید زودتر پردازش شود. اما همان‌طور که پارادوکس کوندورسته نشان می‌دهد، دستیابی به این ایده در سیستم‌های توزیع‌شده واقعی غیرممکن است. گره‌های مختلف تراکنش‌ها را در ترتیب‌های متفاوتی مشاهده می‌کنند و زمانی که این دیدگاه‌ها با هم تضاد دارند، هیچ پروتکلی نمی‌تواند یک دنباله‌ی واحد و جهانی «درست» بدون سازش بسازد.

پروتکل‌های جدید مانند Aequitas و Themis با پذیرش این واقعیت که برخی چیزها ممکن نیستند، به جلو می‌روند. به جای اینکه به دنبال دستیابی به عدالت ایده‌آل باشند، آنها مفهوم عدالت را به گونه‌ای دوباره تعریف می‌کنند که هنوز هم یکپارچگی ترتیب را تحت شرایط واقعی شبکه حفظ کند. به این ترتیب، آنچه به وجود می‌آید، رد عدالت نیست، بلکه تکامل آن است. این تکامل مرز روشنی بین عدالت محسوس و عدالت قابل اثبات ترسیم می‌کند و نشان می‌دهد که یکپارچگی واقعی ترتیب تراکنش‌ها در سیستم‌های غیرمتمرکز نمی‌تواند به شهرت، اعتماد به اعتبارسنج‌ها یا کنترل مجوز بستگی داشته باشد، بلکه باید از طریق تأیید رمزنگاری شده در خود پروتکل حاصل شود.