О некоторых подходах к решению задачи «Useful Proof-of-work for blockchains»

The blockchain technology is based on the ”Proof-of-work” principles. The essence of this principle is that some event (for example the bill-to-bill money transaction) becomes significant after the confirmation by a certain computer work. So, a demand arose for such computational problems to work on, and we will spend on it about the whole blockchain system computing capacity. Now the main kind of such a problem is a hash-puzzle – the problem to find a bit string with a hash that satisfies some conditions. The important hash-puzzle weakness is the lack of the useful application outside of the blockchain technology. In this work, we offer some approaches to ”Useful Proof-of-work for blockchains” problem, namely, consider some practical variants of the NP-complete problems that could be solved with the help of SAT or LLL-solvers as the Proof-of-Work computational problems. The use of the FPTproblems requires special study. The offered approach allows to provide the following characteristics of the proof-of-work computational problems: usefulness, problems complexity management (through the dimension change, choosing problems of certain kind, the indication of necessary solution precision), mass character. Herewith we admit that not every solved problem can be useful but we consider the opportunity to solve some practical problems with the help of the blockchain technology. Among other things it is also possible to compare the virtual crypto-currency value (through the energy costs spent) and the effective result of the practical problems solution. The most complicated points of the described approach are the realization of the events-problems (providing the computer work for these events) relations and the realization of the problems complexity analysis system. This issue should be viewed as the study program because of many technical details that must be worked out further.Технология блокчейн основана на принципе доказательства работой «Proof-ofwork». Суть данного принципа состоит в том, что некоторое событие (например, перевод денежных средств с одного счета на другой) становится значимым только после того, как оно подтверждено определенным объемом вычислительной работы. Соответственно возникает потребность в вычислительных задачах, над которыми такую работу можно производить, причем на решение этих задач будет тратиться практически вся вычислительная мощность блокчейн-сети. На сегодня в качестве таких задач получили распространение «хэш-головоломки» – задачи поиска битовой строки с хэшем, удовлетворяющим определенным условиям. Существенным недостатком хэш-головоломок является отсутствие у них какого-либо полезного применения за пределами технологии блокчейн. В работе описываются подходы к решению задачи «Useful Proof-of-work for blockchains», а именно предлагается рассматривать в качестве вычислительных задач для доказательства работой возникающие на практике индивидуальные представители NP-полных задач, которые могут решаться, например, SAT- или LLL-решателями. Отдельной проработки требует вопрос об использовании FPT-задач. Предлагаемый подход позволяет обеспечить следующие свойства вычислительных задач для доказательства работой: полезность, управляемость сложностью задач (через изменение размерности, выбор задач определенного вида, указание точности необходимого решения), массовость. При этом допускается, что не каждая решенная задача может оказаться полезной, однако предоставляется возможность решать с помощью технологии блокчейн задачи, возникающие на практике. Кроме прочего, таким образом становится возможным сопоставить стоимость виртуальной криптовалюты через затраты электроэнергии при ее генерации с практическим результатом от решения вычислительных задач. Наиболее трудными вопросами в контексте рассматриваемого подхода являются реализация связи событий и задач, обеспечивающих эти события вычислительной работой, и реализация системы анализа сложности задач. Статью следует воспринимать как программу исследований, поскольку многие технические детали требуют отдельной проработки

К вопросу использования «полезных» задач для обеспечения работой блокчейн систем

This paper is a logical continuation of the paper about possible approaches to solving the “Useful Proof-of-work for blockchains” problem. We suggest some alternative ways for searching useful tasks for Proof-of-work systems. These ways are based on the process of the multiple and independent repetition of a simple experiment. The experiment is to chose an element independently and uniformly from a quite large set and then to check if the chosen element has a specific rare property. In the classic blockchain of Bitcoin this experiment is a so-called hash-puzzle. In these terms the process of solving a hash-puzzle may be replaced by searching rare astronomical objects or Go positions with specific conditions. Moreover, we describe a possible attack on the blockchain systems in which the task instance generation algorithm is replaced by the algorithm of selecting the task instance from the existing database with public access for publication of task instances and discuss the way of protection.Статья является продолжением работы о возможных подходах к решению задачи «UsefulProof-of-workforblockchains». Мы предлагаем некоторые альтернативные направления поиска полезных задач для обеспечения работой, основанные на том, что процесс решения хеш-головоломки близок к многократному независимому повторению следующего эксперимента: пусть задано достаточно большое по мощности множество (например, состоящее из 2" элементов, для достаточно большого п), только незначительная часть элементов которого обладает определенным свойством. Эксперимент состоит в равномерном выборе элемента из этого множества с последующей проверкой наличия у него указанного свойства. Таким образом, процесс решения хеш-головоломки может быть заменен, например, поиском редких астрономических объектов или поиском позиций игры Го, удовлетворяющих определенным условиям. Кроме того, мы описываем возможную атаку на блокчейн-систему, в которой алгоритм генерации индивидуальных представителей задач для обеспечения работой заменен алгоритмом выбора индивидуальных представителей из имеющейся базы данных, со стороны недобросовестных поставщиков индивидуальных представителей задач, в случае их публичного сбора, и обсуждаем некоторые способы защиты от этой атаки