İşlem sıralamasında mükemmel adaletin imkânsızlığı

On yıllarca, dağıtık sistemler araştırmaları, özellikle Bizans uzlaşması ve durum makinesi çoğaltma (SMR) alanında, iki ana hedefe odaklanmıştır: tutarlılık ve canlılık. Tutarlılık, tüm düğümlerin aynı işlem dizisi üzerinde anlaşması anlamına gelirken, canlılık sistemin yeni işlemler eklemeye devam etmesini sağlar. Yine de, bu özellikler kötü aktörlerin alınan işlemlerin sırasını değiştirmesini engellemez.

Kamusal blok zincirlerinde, geleneksel uzlaşma garantilerindeki bu boşluk ciddi bir sorun haline gelmiştir. Doğrulayıcılar, blok oluşturucular veya sıralayıcılar, blok sıralamasındaki ayrıcalıklı rollerini finansal kazanç için kullanabilirler; bu uygulama maksimal çıkarılabilir değer (MEV) olarak bilinir. Bu manipülasyon, kâr amaçlı öne geçme, arkadan takip etme ve işlemler arasında sandviçleme gibi yöntemleri içerir. İşlem yürütme sırası, DeFi uygulamalarında geçerlilik veya kârlılığı belirlediği için, işlem sıralamasının bütünlüğü adil ve güvenilirliği korumak açısından hayati öneme sahiptir.

Bu kritik güvenlik açığını gidermek için, işlem sırası adaleti üçüncü temel uzlaşma özelliği olarak önerilmiştir. Adil sıralama protokolleri, nihai işlem sırasının dışsal, nesnel faktörlere, örneğin geliş zamanlarına (veya alma sırasına) bağlı olmasını sağlar ve düşman tarafından yeniden sıralamaya karşı dirençlidir. Bir blok önericisinin işlem sırasını yeniden düzenleme gücünü sınırlayarak, bu protokoller blok zincirlerini daha şeffaf, öngörülebilir ve MEV’ye karşı dayanıklı hale getirir.

Condorcet paradoksu ve ideal adaletin imkânsızlığı

En sezgisel ve güçlü adalet kavramı, Alım-Sıra-Adaleti (ROF) olarak bilinir. “İlk alınan, ilk çıktı” şeklinde tanımlanan ROF, eğer yeterli sayıda işlem (tx) bir çoğunluk düğümüne diğerinden önce ulaşırsa, sistemin tx’yi tx′’den önce sıralaması gerektiğini belirtir.

Ancak, bu evrensel kabul gören “sıra adaleti”nin sağlanması, tüm düğümlerin anlık iletişim kurabildiği varsayılmadıkça (yani, anlık senkron dış ağda çalışıyor) temel olarak imkânsızdır. Bu imkânsızlık sonucu, sosyal seçim teorisiyle, özellikle Condorcet paradoksu ile şaşırtıcı bir bağlantı ortaya çıkar.

Condorcet paradoksu, her bireysel düğümün işlemler üzerinde transitif bir iç sıralama tutmasına rağmen, sistem genelinde kolektif tercihin non-transitif döngüler oluşturabileceğini gösterir. Örneğin, çoğunluk A işlemini B’den önce alırken, başka bir çoğunluk B’yi C’den önce alır ve yine başka bir çoğunluk C’yi A’dan önce alır. Bu durumda, üç çoğunluk tercihi bir döngü oluşturur (A→B→C→A). Bu, A, B ve C işlemlerinin tüm çoğunluk tercihlerini aynı anda karşılayan tek bir tutarlı sıralamasının olamayacağı anlamına gelir.

Bu paradoks, mükemmel Alım-Sıra-Adaleti’nin, asenkron ağlarda veya dış ağ gecikmeleri çok uzun olan senkron ağlarda bile, imkânsız olduğunu gösterir. Bu imkânsızlık, daha zayıf adalet tanımlarını, örneğin toplu sıralama adaleti (BOF) benimsemeyi zorunlu kılar.

Hedera Hashgraph ve medyan zaman damgası kusuru

Hedera, Hashgraph uzlaşma algoritmasını kullanarak, güçlü bir alım sırası adaleti kavramını (ROF) yaklaşık olarak sağlamaya çalışır. Bunu, her işlem için tüm düğümlerin yerel zaman damgalarının medyanını hesaplayarak yapar.

Ancak, bu yöntem doğası gereği manipülasyona açıktır. Bir kötü niyetli düğüm, yerel zaman damgalarını kasıtlı olarak bozabilir ve iki işlemin nihai sırasını tersine çevirebilir; hatta tüm dürüst katılımcılar doğru sırayla almış olsa bile.

Örneğin, beş uzlaşma düğümünden (A, B, C, D ve E) oluşan bir senaryoda, E düğümü kötü niyetlidir. İki işlem, tx₁ ve tx₂, ağa yayınlanır. Tüm dürüst düğümler tx₁’yi tx₂’den önce alır, bu nedenle beklenen nihai sıralama tx₁ → tx₂’dir.

In Bu örnekte, saldırgan tx₁’e daha geç bir zaman damgası (3) ve tx₂’ye daha erken bir zaman damgası (2) atayarak medyanı çarpıtır.

Protokol medyanları hesapladığında:

• tx₁ için, zaman damgaları (1, 1, 4, 4, 3) medyanı 3 olur.
• tx₂ için, zaman damgaları (2, 2, 5, 5, 2) medyanı 2 olur.

Sonuç olarak, tx₁’in nihai zaman damgası (3), tx₂’nin ise (2) olduğu için, protokol tx₂ → tx₁ sırasını verir ve böylece dürüst düğümler tarafından gözlemlenen gerçek sıralamayı tersine çevirir.

Bu örnek, kritik bir kusuru gösterir: Medyan fonksiyonu, görünüşte nötr olsa da, tek bir sahtekar katılımcı tarafından kullanılarak adaletsizliği besleyebilir. Bu da, Hashgraph’ın sıkça övülen “adil zaman damgası” kavramının zayıf bir adalet anlayışına dayandığını gösterir. Hashgraph uzlaşması, receive-order adaletini garanti etmez ve bunun yerine, kriptografik garantilere dayalı olmayan, izinli doğrulayıcı setine bağlıdır.

Pratik garantilere ulaşmak

Ancak, Condorcet’in gösterdiği teorik imkânsızlığı aşmak için, pratik adil sıralama yöntemleri, adalet tanımını bazı şekillerde gevşetmek zorundadır.

Aequitas protokolleri, Block-Order-Fairness (BOF) veya toplu sıralama adaleti kriterini tanıttı. BOF, yeterli sayıda düğüm bir işlemi tx öncesinde alırsa, tx’nin bir blokta tx′’den önce veya aynı zamanda teslim edilmesini sağlar; yani, dürüst düğüm tx′’yi tx’den sonra bir blokta teslim edemez. Bu, “teslim edilmelidir” kuralını (ROF) gereksiniminden “daha geç olmamak” şeklinde gevşetir.

Örneğin, üç uzlaşma düğümünden (A, B ve C) ve üç işlemden: tx₁, tx₂ ve tx₃. Bir işlem, en az iki düğüm tarafından ilk alınmışsa, “daha erken alınmış” sayılır.

If Bu durumda, çoğunluk oyu ile küresel sıralama belirlenir:

• tx₁ → tx₂ (A ve C tarafından kabul edilir)
• tx₂ → tx₃ (A ve B tarafından kabul edilir)
• tx₃ → tx₁ (B ve C tarafından kabul edilir)

Bu tercihler bir döngü oluşturur: tx₁ → tx₂ → tx₃ → tx₁. Bu durumda, herkesin görüşünü aynı anda karşılayan tek bir sıralama mümkün değildir; bu da katı ROF’nin imkânsız olduğunu gösterir.

BOF, bu durumu, çatışan tüm işlemleri aynı toplama veya blok içine alarak çözer. Protokol, basitçe şunu çıktı verir:

Blok B₁ = {tx₁, tx₂, tx₃}

Bu, protokol açısından, üç işlemin de aynı anda gerçekleşmiş gibi kabul edilmesini sağlar. Blok içindeki işlemler, kesin sıralama ile yürütülecek şekilde, bir hash değeri gibi deterministik bir ayırıcıyla (belirlenir). Bu sayede, BOF, her işlem çifti için adaleti sağlar ve nihai işlem kaydını herkes için tutarlı tutar. Her işlem, kendisinden önce gelen işlemeden en geç sonra işlenir.

Bu küçük ama önemli ayarlama, işlemler sıralaması çatıştığında, bu işlemleri aynı blokta toplamak suretiyle, durumu yönetir. Bu, kısmi sıralama oluşturmaz; çünkü her düğüm, tek bir, doğrusal işlem dizisi üzerinde anlaşmak zorundadır. Her blok içindeki işlemler, yine de, yürütme için belirli bir sıralamada düzenlenir. Çatışma olmayan durumlarda, protokol daha güçlü ROF özelliğini korur.

Aequitas, BOF’yi başarıyla gerçekleştirmiş olsa da, yüksek iletişim karmaşıklığı ve zayıf canlılık garantisi gibi önemli sınırlamaları vardır. Zayıf canlılık, bir işlemin teslim edilmesinin, Condorcet döngüsünün tamamlanmasına bağlıdır ve bu, döngüler “zincirleme” halinde uzun sürebilir.

Themis protokolü, aynı güçlü BOF özelliğini sağlamak için geliştirilmiş olup, iletişim karmaşıklığını azaltır. Themis, üç teknik kullanır: Toplu Çözme, Ertelenmiş Sıralama ve Güçlendirilmiş Toplu Garantiler.

Standart versiyonunda, Themis, katılımcıların çoğu ile mesaj alışverişi yapmasını gerektirir. Bu, iletişim miktarını, katılımcı sayısının karesi oranında artırır. Ancak, optimize edilmiş versiyonu SNARK-Themis, kısa kriptografik kanıtlar kullanarak adaleti doğrular ve doğrudan tüm katılımcılarla iletişime gerek kalmadan, iletişim yükünü doğrusal hale getirir ve büyük ağlarda bile verimli ölçeklenmesini sağlar.

Varsayalım, beş düğüm (A–E) ve üç işlem: tx₁, tx₂ ve tx₃. Ağ gecikmesi nedeniyle, yerel sıralamaları farklıdır:

As Aequitas’ta, bu tercihler Condorcet döngüsü oluşturur. Ancak, döngünün tamamı çözülmeden, Themis sistemi, “toplu çözme” yöntemiyle ilerlemeye devam eder. Döngüye katılan tüm işlemleri tanımlar ve bunları, güçlü bağlı bileşen (SCC) olarak adlandırılan bir kümeye toplar. Bu durumda, üç işlem de aynı SCC’ye aittir ve Themis, bunları bir toplu işlem olarak çıktı verir: Toplu B₁ = {tx₁, tx₂, tx₃}.

Bunu yaparak, Themis, iç sıralama henüz kesinleşmiş olsa bile, yeni işlemlerin işlenmesine devam edilmesine olanak tanır. Bu, sistemin canlı kalmasını sağlar ve durmayı önler.

Genel bakış:

İşlem sıralamasında mükemmel adalet kavramı, basit görünebilir. Ağdaki ilk işlem, önce işlenmelidir. Ancak, Condorcet paradoksu gösterdiği gibi, bu ideal, gerçek, dağıtık sistemlerde mümkün değildir. Farklı düğümler işlemleri farklı sıralarda görür ve bu görüşler çatıştığında, hiçbir protokol, ödün vermeden tek, evrensel “doğru” bir sıralama oluşturamaz.

Hedera Hashgraph, medyan zaman damgalarıyla bu ideale yaklaşmaya çalıştı, ancak bu yaklaşım, güvene dayalıdır ve kanıt içermez. Bir sahtekar katılımcı, medyanı bozabilir ve işlem sırasını tersine çevirebilir; bu da, “adil zaman damgası” kavramının gerçek anlamda adil olmadığını gösterir.

Aequitas ve Themis gibi protokoller, neleri başarabileceğimizi ve neleri başaramayacağımızı kabul ederek, tartışmayı ileri taşır. İmkânsız olanı kovalamak yerine, adaleti, gerçek ağ koşulları altında sıralama bütünlüğünü koruyacak şekilde yeniden tanımlarlar. Ortaya çıkan, adaletin reddi değil, evrimidir. Bu evrim, algılanan adalet ile kanıtlanabilir adalet arasındaki farkı netleştirir. Gerçek işlem sırası bütünlüğü, itibara, doğrulayıcı güvenine veya izinli kontrole dayanamaz; kriptografik doğrulama ve protokol içine gömülü olmalıdır.

Bu makale, yatırım tavsiyesi veya önerisi içermez. Her yatırım ve işlem hareketi risk taşır ve okuyucuların kendi araştırmalarını yapması önemlidir.

Bu makale genel bilgi amaçlıdır ve yasal veya yatırım tavsiyesi olarak alınmamalıdır. Burada ifade edilen görüşler, düşünceler ve fikirler yalnızca yazarına aittir ve Cointelegraph’ın görüş ve düşüncelerini yansıtmayabilir.

Cointelegraph, bu makalenin içeriğini veya burada bahsedilen herhangi bir ürünü onaylamaz. Okuyucular, bahsedilen ürün veya şirketlerle ilgili herhangi bir işlem yapmadan önce kendi araştırmalarını yapmalı ve kararlarından tamamen sorumludur.