Tóm lại

Decentralized State Machine (DSM) giới thiệu một lớp tin cậy được thực thi về mặt toán học cho internet, loại bỏ các cơ chế đồng thuận, trình xác thực của bên thứ ba và cơ sở hạ tầng tập trung. DSM cho phép chuyển đổi trạng thái xác định, chống lượng tử cho danh tính kỹ thuật số và trao đổi giá trị với tính chất cuối cùng ngay lập tức, khả năng ngoại tuyến và tiến trình trạng thái chỉ chuyển tiếp chống giả mạo thông qua việc cô lập trạng thái song phương và chuyển đổi trạng thái được xác minh bằng mật mã.

Lý lịch

Internet hiện đại phụ thuộc rất nhiều vào các hệ thống tin cậy tập trung do các tập đoàn, chính phủ và trung gian kiểm soát để quản lý xác thực, danh tính và chuyển giao giá trị. Các mô hình này đưa ra các lỗ hổng cơ bản:

• Kiểm soát của bên thứ ba : Chính phủ và các tập đoàn đóng vai trò là người gác cổng để truy cập vào hệ thống nhận dạng và cơ sở hạ tầng tài chính
• Rủi ro bảo mật : Kho dữ liệu tập trung và hệ thống dựa trên mật khẩu vẫn dễ bị vi phạm và gian lận
• Kiểm duyệt và loại trừ : Các tổ chức có thể tùy ý thu hồi quyền truy cập vào danh tính, tiền hoặc dịch vụ
• Chi phí đồng thuận : Blockchain yêu cầu các cơ chế đồng thuận tốn nhiều năng lượng (ví dụ: khai thác, đặt cược) để thiết lập tính hợp lệ của giao dịch toàn cầu

Ngay cả Bitcoin, đồng tiền phi tập trung, cũng không bao giờ đạt được hoàn toàn tầm nhìn của Satoshi về một hệ thống ngang hàng thuần túy vì:

• Sự phụ thuộc vào thợ đào : Giao dịch yêu cầu xác thực thông qua Proof-of-Work, tạo ra tình trạng tắc nghẽn
• Yêu cầu đồng thuận toàn cầu : Một sổ cái chung mà tất cả các nút phải đồng ý sẽ hạn chế khả năng mở rộng
• Sự chậm trễ cuối cùng : Nhiều xác nhận tạo ra thời gian chờ đợi khiến các giao dịch nhỏ trở nên không thực tế
• Khả năng ngoại tuyến hạn chế : Các giao dịch phải được chuyển tiếp qua mạng trực tuyến

Các giải pháp lớp thứ hai như Lightning Network cũng có những hạn chế riêng:

• Hạn chế thanh khoản : Các kênh được tài trợ trước hạn chế sự tự do giao dịch
• Vấn đề định tuyến : Thanh toán yêu cầu đường dẫn định tuyến thành công giữa các đối tác
• Rủi ro tập trung hóa : Các trung tâm lớn trở thành nhà cung cấp thanh khoản thống trị

Đề xuất

DSM đại diện cho sự thay đổi cơ bản từ mô hình bảo mật dựa trên phê duyệt sang mô hình bảo mật dựa trên bằng chứng. Thay vì yêu cầu quyền truy cập và chờ phê duyệt của bên thứ ba, người dùng sẽ trình bày trạng thái hợp lệ tiếp theo, có thể xác minh ngay lập tức bằng mật mã xác định.

Nguyên tắc xác minh cốt lõi

Mỗi trạng thái mới lưu trữ một tham chiếu đến hàm băm của trạng thái trước đó:

S_{n+1}.prev\_hash = H(S_n) S n + 1 . p r e v _ h a s h = H ( S n )

Để xác thực chuỗi trạng thái từ S_i S i đến S_j S j , DSM xác nhận rằng mỗi trạng thái đều tham chiếu đúng đến trạng thái trước đó của nó:

Xác minh(S_i,S_j) = \bigwedge_{n=i+1}^{j} (S_n.prev\_hash = H(S_{n - 1 } ) ) Xác minh ( S i , S j ) = ⋀ j n = i + 1 ( S n .p r e v _ h a s h = H ( S n − 1 ) )

Chỉ mục thưa thớt để tra cứu hiệu quả

DSM triển khai chỉ mục thưa thớt để đẩy nhanh quá trình tra cứu:

SI = \{S_0, S_k, S_{2k}, ..., S_{nk}\} S I = { S 0 , S k , S 2 k , . . . , S n k }

Trong đó k k là khoảng thời gian kiểm tra. Để lấy trạng thái S_m S m :

GetCheckpoint(m) = \max\{S_ { ik } | ik < m \ } Lấy điểm kiểm tra ( m ) = max { S i k | i k < m }

Sau đó di chuyển về phía trước:

Đi ngang(S_{ik},m) = [S_{ik}, S_{ik+1}, ... , S_m ] T r a v e r s e ( Si k , m ) = [ Si k , Si k + 1 , . . . , Sm ]​

Cô lập song phương

DSM cô lập sự tiến hóa của trạng thái thành các mối quan hệ song phương. Mỗi thực thể E_i E i lưu trữ chuỗi riêng của nó:

Chuỗi_{E_i} = \{S^{E_i}_0, S^{E_i}_1, ..., S^{E_i } _n \ } Chuỗi E i = { S E i 0 , S E i 1 , . . . , S E i n }

Đối với bất kỳ cặp thực thể nào (E_i, E_j) ( E i , E j ) , tương tác của chúng tạo ra cặp trạng thái cụ thể cho mối quan hệ:

Rel_{E_i,E_j} = \{(S^{E_i}_{m_1}, S^{E_j}_{p_1}), (S^{E_i}_{m_2}, S^{E_j}_{p_2}), ... \ } Rel E i , E j = { ( S E i m 1 , S E j ​​p 1 ) , ( S E i m 2 , S E j ​​p 2 ) , . . . }

Sự tiến hóa entropy xác định

Giả sử e_n e n biểu thị hạt giống entropy cho trạng thái S_n S n . Quá trình chuyển đổi sang S_{n+1} S n + 1 bao gồm:

e_{n+1} = H(e_n \| op_{n+1} \| (n+1)) e n + 1 = H ( e n ∥ o p n + 1 ∥ ( n + 1 ) )

Trong đó op_{n+1} o p n + 1 biểu diễn hoạt động chuyển đổi trạng thái.

Luồng công việc giao dịch

Giao dịch song phương (ngoại tuyến)

1. Thực thể A tạo ra cam kết trước về mật mã:

   C_{pre} = H(H(S_n) \| \text{"chuyển 10 token cho Thực thể B"} \| e_{n+1}) C p r e = H ( H ( S n ) ∥ "chuyển 10 token cho Thực thể B" ∥ e n + 1 )

2. Thực thể A và B thiết lập sự gần gũi về mặt vật lý trong một môi trường không kết nối

3. Thực thể A tạo ra trạng thái kế thừa S_{m+1} S m + 1 với các tham số giao dịch

4. Cả hai thực thể cùng ký băm cam kết trước và hoàn thiện trạng thái S_{m+1} S m + 1

5. Giao dịch đạt được tính cuối cùng về mặt mật mã mà không cần kết nối mạng

Giao dịch đơn phương (trực tuyến)

1. Thực thể A truy xuất và xác minh trạng thái khởi tạo của thực thể B
2. Thực thể A tạo ra trạng thái kế thừa S_{n+1} S n + 1 biểu thị việc chuyển mã thông báo sang B
3. Thực thể A gửi S_{n+1} S n + 1 đến thư mục phi tập trung, đạt được tính cuối cùng
4. Thực thể B sau đó lấy và xác minh S_{n+1} S n + 1 từ thư mục

Cam kết thông minh xác định

Không giống như các hợp đồng thông minh hoàn chỉnh của Turing, DSM triển khai các cam kết trước mang tính xác định:

C_{commit} = H(S_n \| P) C c o m m i t = H ( S n ∥ P )

Trong đó P P biểu thị các tham số cam kết. Ví dụ bao gồm:

• Chuyển giao ràng buộc thời gian: C_{time} = H(S_n \| người nhận \| số tiền \| \text { " sau " } \ | T ) C t i m e = H ( S n ∥ người nhận ∥ số tiền ∥ " sau " ∥ T )
• Chuyển khoản có điều kiện: C_{cond} = H(S_n \| người nhận \| số tiền \ | \ text { " nếu " } \ | điều kiện \ | O ) C c o n d = H ( S n ∥ người nhận ∥ số tiền ∥ " nếu " ∥ điều kiện ∥ O )
• Thanh toán định kỳ: C_{recur} = H(S_n \| người nhận \| số tiền \ | \ text { " mỗi " } \ | kỳ \ | ngày kết thúc ) C r e c u r = H ( S n ∥ người nhận ∥ số tiền ∥ " mỗi " ∥ kỳ ∥ ngày kết thúc )

Kho lưu trữ Limbo xác định (DLV)

DLV được định nghĩa chính thức là một bộ dữ liệu có thứ tự:

V = (L, C, H) V = ( L , C , H )

Ở đâu:

• L: \Omega \rightarrow \{0,1\} L : Ω → { 0 , 1 } biểu diễn hàm điều kiện khóa được mã hóa xác định
• C = \{c_1, c_2, ..., c_n\} C = { c 1 , c 2 , . . . , c n } tạo thành tập hợp các điều kiện mật mã
• H: \{0,1\}^* \rightarrow \{0,1\}^\lambda H : { 0 , 1 } ∗ → { 0 , 1 } λ biểu thị một hàm băm chống va chạm

Chìa khóa mở khóa két chỉ được tính khi điều kiện được đáp ứng:

sk_V = H(L \| C \| \sigma) s k V = H ( L ∥ C ∥ σ )

Trong đó \sigma σ biểu diễn bằng chứng hoàn thành mật mã.

Mô hình kinh tế

DSM thiết lập mô hình kinh tế dựa trên đăng ký thay vì phí theo giao dịch:

Tổng = Lưu trữ + Kho bạc + Hệ sinh thái Tổng = Lưu trữ + Kho bạc + Hệ thống tiết kiệm​​​​​​​​​​​​​​

Nơi các nguồn lực được phân bổ cho các nhà khai thác lưu trữ, phát triển giao thức và mở rộng hệ sinh thái.

Thuận lợi

DSM cung cấp một số lợi thế quan trọng so với các hệ thống blockchain truyền thống:

Vượt qua Định lý CAP

DSM bác bỏ ba giả định của định lý CAP:

1. Không đồng bộ hóa trạng thái toàn cầu : DSM xác định trạng thái theo từng mối quan hệ:

   G_{DSM} = \{R_{i,j} : i \neq j\} G D S M = { R i , j : i ≠ j }

2. Yêu cầu về tính nhất quán không đồng nhất : Mỗi mối quan hệ có thể có các quy tắc nhất quán khác nhau:

   \forall (i,j) \neq ( k , l ) , ConsistencyDomain ( R_ { i , j } ) \ cap ConsistencyDomain ( R_ { k , l } ) = \ emptyset ∀ ( i , j ) ≠ ( k , l ) , Miền ổn định ( R i , j ) ∩ Miền ổn định ( R k , l ) = ∅

3. Tránh nguyên tử và liên kết trạng thái : Mỗi giao dịch chỉ ảnh hưởng đến mối quan hệ cục bộ:

   Thực hiện(op, R_{i,j}) \not\Rightarrow Ảnh hưởng(R_{k,l}), \forall ( k , l ) \ neq ( i , j ) Thực hiện ( op , R i , j ) ⇏ Ảnh hưởng ( R k , l ) , ∀ ( k , l ) ≠ ( i , j )

Điều này cho phép DSM đáp ứng cả ba thuộc tính của CAP:

C_{DSM}(S) \wedge A_{DSM}(S) \wedge P_{DSM}(S ) = đúng C D S M ( S ) ∧ A D S M ( S ) ∧ P D S M ( S ) = đúng

Giao dịch ngoại tuyến

DSM cho phép giao dịch hoàn toàn ngoại tuyến với các thuộc tính sau:

1. Không yêu cầu thợ đào, người xác thực hoặc sự đồng thuận toàn cầu
2. Là cuối cùng ngay lập tức thông qua trạng thái mật mã tự xác minh
3. Cho phép giao dịch ngang hàng trực tiếp trong cài đặt ngoại tuyến hoàn toàn
4. Không có ràng buộc về thanh khoản hoặc phụ thuộc vào tuyến đường
5. Được đảm bảo về mặt toán học, loại bỏ các yêu cầu về lòng tin

Quyền riêng tư và bảo mật

DSM tăng cường quyền riêng tư thông qua:

• Không có sổ cái toàn cầu : Các giao dịch được ghi lại theo từng tiểu bang thay vì được ghi lại toàn cầu
• Trao đổi trực tiếp : Giao dịch diễn ra trực tiếp giữa người dùng mà không cần trung gian
• Mật mã chống lượng tử : Nguyên thủy hậu lượng tử (SPHINCS+, Kyber, BLAKE3)

Tiến trình trạng thái chỉ tiến tới

DSM áp dụng một tiến trình bất biến, theo thứ tự thời gian:

S_i \rightarrow S_j \Leftrightarrow \exists \text{liên kết chuỗi hợp lệ } S_i \text{ đến } S_j S i → S j ⇔ ∃ liên kết chuỗi hợp lệ S i đến S j

Xác minh xác định không có sự đồng thuận

Xác minh DSM được chính thức hóa như sau:

V(H, S_n, S_{n+1}, \sigma_C) \rightarrow \ { đúng , sai \ } V ( H , S n , S n + 1 , σ C ) → { đúng , sai }

Điều này cung cấp các đảm bảo bao gồm:

• Tính khả dụng của dữ liệu: \forall s \in S, \forall t \in T, Accept(s, t ) \ Leftrightarrow Complete ( Verification ( s , t ) ) ∀ s ∈ S , ∀ t ∈ T , A c e p t ( s , t ) ⇔ C o c l e t e ( Verification ( s , t ) )
• Tính toàn vẹn tính toán: Pr[V(H, S_n, S'_{n+1}, \sigma_C) = true | S'_{n+1} \neq Tính(S_n, op)] \leq \ varepsilon ( \ lambda ) P r [ V ( H , S n , S ′ n + 1 , σ C ) = t r u e | S ′ n + 1 ≠ Tính ( S n , o p ) ] ≤ ε ( λ )
• Chuỗi ủy quyền: \forall S_i, S_{i+1}, Valid(S_i \rightarrow S_{i+1}) \Rightarrow \exists \sigma_i : Verify(pk_i, H(S_{i + 1 } ) , \ sigma_i ) = true ∀ S i , S i + 1 , Valid ( S i → S i + 1 ) ⇒ ​​∃ σ i : Verification ( p k i , H ( S i + 1 ) , σ i ) = tr u e

Tiêu chuẩn hiệu suất

Hệ thống	TPS ( Theo thiết bị:bangbang:)	Độ trễ (ms)	Byte cho mỗi giao dịch	Năng lượng cho mỗi giao dịch (J)	Khả năng ngoại tuyến (0-10)
DSM (Máy tính để bàn)	220.000-250.000	5	64	1	10
DSM (Di động)	150.000-180.000	5	64	1	10
DSM (Mâm xôi Pi 4)	25.000-30.000	5	64	1	10

• LƯU Ý: những con số này dựa trên một luồng duy nhất trên mỗi thiết bị và thậm chí không có chi phí đồng thuận, chúng ta vẫn có thể mong đợi sự suy giảm so với các chuẩn mực vi mô này. Hãy xem xét sự suy giảm 40%, những con số này vẫn tốt hơn nhiều so với tài liệu hệ thống truyền thống.

Cam kết thông minh của DSM

Ứng dụng

Hệ thống tự động

DSM cho phép các mô hình hoạt động ngang hàng, hoàn toàn tự động cho:

• Khám phá ngoài hành tinh : Các đầu dò và xe tự hành tự phối hợp hoạt động mà không cần sự kiểm soát liên tục trên Trái đất
• Thị trường AI phi tập trung : Các tác nhân AI tự động trao đổi tài nguyên tính toán và tập dữ liệu
• Trí tuệ bầy đàn : Cấu trúc AI tập thể với khả năng ra quyết định phi tập trung
• AI tự chủ : Các mô hình quản lý tài nguyên và sự phát triển của riêng chúng mà không phụ thuộc vào tổ chức

Ứng dụng tài chính

• Thanh toán vi mô : Giao dịch tức thời, không mất phí phù hợp với thanh toán trực tuyến
• Thương mại ngoại tuyến : Thanh toán ngang hàng trực tiếp giữa các thiết bị di động không cần kết nối
• Dịch vụ đăng ký : Cam kết thanh toán định kỳ với xác minh mật mã
• Giao dịch xuyên biên giới : Chuyển giá trị trực tiếp mà không cần trung gian hoặc chậm trễ thanh toán

Nhận dạng và Xác thực

• Danh tính tự chủ : Danh tính được kiểm soát bằng mật mã mà không phụ thuộc vào thể chế
• Xác thực thiết bị : Cấu trúc Merkle phân cấp để xác thực nhiều thiết bị
• Quản lý thông tin xác thực : Tiết lộ có chọn lọc các thuộc tính đã xác minh mà không cần cơ quan trung ương
• Xác thực đa nền tảng : Xác minh danh tính nhất quán trên các dịch vụ không kết nối

Phần kết luận

DSM đại diện cho sự chuyển đổi mang tính chuẩn mực của kiến ​​trúc bảo mật internet bằng cách thay thế các mối phụ thuộc dựa trên sự tin cậy bằng các đảm bảo bảo mật có thể chứng minh được bằng toán học:

• Thông tin xác thực được thay thế bằng bằng chứng nhận dạng mật mã tự xác minh
• Các trung gian tài chính được thay thế bằng việc thực thi quyền sở hữu bằng toán học
• Xác thực dựa trên sự đồng thuận được thay thế bằng các giao dịch chỉ chuyển tiếp, không thể phân nhánh
• Cơ quan cấp chứng chỉ được thay thế bằng xác minh tự động bằng mật mã

Kiến trúc này cho phép tạo ra một mạng internet thực sự phi tập trung, tự chủ, nơi người dùng kiểm soát danh tính kỹ thuật số, tài sản tài chính và tương tác trực tuyến của riêng họ mà không cần phụ thuộc vào các cơ quan có thẩm quyền tập trung hoặc các mối quan hệ tin cậy dễ bị tổn thương.

Bằng cách vượt qua những hạn chế của cả hệ thống tập trung truyền thống và blockchain dựa trên sự đồng thuận, DSM thiết lập một nền tảng mới cho các tương tác kỹ thuật số an toàn, hiệu quả và có khả năng ngoại tuyến với độ tin cậy toán học thay vì các giả định đáng tin cậy.

Để biết thông tin chi tiết về nền tảng lý thuyết, kiến ​​trúc triển khai và bằng chứng bảo mật, vui lòng tham khảo:

• Bài nghiên cứu đầy đủ: Lưu trữ bản in điện tử IACR 2025/592
• Trang web dự án: distributedstatemachine.com
• Tham khảo triển khai: GitHub - DSM v0.1.0-alpha.1