Что такое Тьюринг завершенное в Крипто?

Тьюринг завершенность, понятие, заложенное в информатике, относится к способности системы имитировать любую другую компьютерную систему или машину Тьюринга при наличии достаточного времени и ресурсов. Этот термин приобрел значение в области криптовалют из-за его связи со смарт-контрактами и блокчейн-платформами. Тьюринг-полный блокчейн, такой как Ethereum, может выполнять любую мыслимую программу или смарт-контракт, независимо от их сложности, при наличии достаточной вычислительной мощности и времени. Эта гибкость позволяет создавать сложные децентрализованные приложения (DApps) и многофункциональные смарт-контракты, расширяя потенциальные сферы применения блокчейна.

Однако с этой мощью возникают проблемы. Тьюринг-полные системы в крипто могут непреднамеренно попадать в бесконечные циклы, что приводит к проблемам, таким как "проблема остановки". Это создает потенциальные уязвимости, поскольку ошибки или зловредный код могут использовать эти циклы, вызывая нарушения безопасности или потребляя избыточные вычислительные ресурсы. Более того, чем более обширной и гибкой является система, тем выше риск непредвиденных уязвимостей, что делает ее двойным мечом.

В общем, Тьюринг завершенность в крипто-контексте означает способность блокчейна обрабатывать любую вычислительную задачу, открывая путь для продвинутых приложений и смарт-контрактов. Хотя это предлагает огромный потенциал, оно также вызывает вызовы в области безопасности и эффективности, с которыми разработчики и крипто-сообщество постоянно пытаются справиться.

История и концепция

В теории вычислений термин «Тьюринг завершен» назван в честь британского математика и логика Алана Тьюринга. Тьюринг представил концепцию универсальной машины, известной сегодня как машина Тьюринга, в 1936 году. Эта машина является математической моделью, которая манипулирует символами на ленте на основе набора правил. Несмотря на свою абстрактную природу, машина Тьюринга была революционной, поскольку она могла имитировать логику любого компьютерного алгоритма при наличии достаточного времени и ресурсов.

Работа Тьюринга заложила основу для понимания пределов и возможностей вычислений. Его идея заключается в том, что если система или язык является Тьюринг-завершенным, то он может выполнять любые вычисления, которые можно описать алгоритмически. Теоретически такая система может вычислить все, что вычислительно возможно, при наличии необходимого времени и памяти.

Значимость полноты Тьюринга выходит далеко за рамки только теоретических вычислений. Многие современные языки программирования и системы, от Python до Java, а также архитектуры аппаратных средств, такие как x86, считаются Тьюринг-полными. Эта классификация указывает на их потенциал решать любую вычислительную проблему.

Другая ключевая концепция, связанная с работой Тьюринга, - это тезис Чёрча-Тьюринга. Эта гипотеза, названная в честь Алана Тьюринга и Алонзо Чёрча, утверждает, что функция является вычислимой только в том случае, если ее можно вычислить на машине Тьюринга. И Тьюринг, и Чёрч, работая независимо друг от друга, представили модели - машину Тьюринга и лямбда-исчисление, соответственно, которые позже были доказаны имеющими эквивалентную вычислительную мощность. Этот тезис дополнительно укрепил основополагающую роль тьюринг-полноты в понимании природы и границ вычислений.

Умные контракты

Смарт-контракты - это цифровые протоколы, предназначенные для облегчения, верификации или принудительного выполнения достоверных транзакций без участия третьих сторон. Эти контракты работают на платформах блокчейн, и их выполнение регулируется встроенным в них кодом. Тьюринг-завершенность играет ключевую роль в потенциале и универсальности этих смарт-контрактов. Тьюринг-полный блокчейн, такой как Ethereum, обладает вычислительной способностью выполнять любую мыслимую программу или смарт-контракт, независимо от их сложности. Это означает, что диапазон операций, условий и функций, которые могут быть закодированы в смарт-контракт на такой платформе, практически неограничен.

Врожденная гибкость Тьюринг-полных систем позволяет разработчикам создавать смарт-контракты, способные обрабатывать сложные операции и многоэтапные процессы. Например, помимо простых транзакций, смарт-контракт на платформе, обладающей Тьюринг-полнотой, может управлять сложными финансовыми деривативами, управлять децентрализованными автономными организациями или даже запускать целые игры. Код может быть разработан для реагирования на множество условий, входов или триггеров, что делает эти контракты динамичными и адаптивными.

Однако именно функция, которая дает смарт-контрактам на платформах с завершенным Тьюрингом их силу, также вносит вызовы. Возможность выполнения любого кода означает риск того, что контракты могут столкнуться с бесконечными циклами или столкнуться с "проблемой остановки". Проблемы могут потреблять огромные объемы вычислительных ресурсов и потенциально нарушать функционирование всего блокчейна. Более того, чем шире и гибче смарт-контракт, тем выше потенциал появления ошибок или уязвимостей, которые злоумышленники могут использовать.

Корреляция между полнотой Тьюринга и смарт-контрактами глубока в мире криптовалют и блокчейна. Полнота Тьюринга предлагает смарт-контрактам беспрецедентную гибкость и потенциал, обеспечивая различные приложения и функциональность. Однако с этим потенциалом приходит ответственность за обеспечение безопасности, эффективности и свободы от уязвимостей контрактов. Непрерывное испытание криптосообщества - использование мощности полноты Тьюринга в смарт-контрактах, обеспечивая их безопасное и надежное выполнение.

Неограниченные вычислительные возможности

Тьюринг завершенность означает, что система может обрабатывать любую вычислительную задачу при наличии достаточного времени и ресурсов. Тьюринг-полная блокчейн может выполнять любую программу или смарт-контракт независимо от их сложности, предлагая огромные возможности для вычислений.

Гибкость в смарт-контрактах

Блокчейны, полностью совместимые с Тьюрингом, такие как Ethereum, могут поддерживать создание высоко сложных смарт-контрактов. Эти контракты могут быть разработаны для управления сложными операциями, многоэтапными процессами и сложными условиями, что позволяет широкий спектр применений за пределами простых транзакций.

Реализация динамической логики

Смарт-контракты на платформах, обладающих свойством Тьюринга, могут быть разработаны для выполнения динамической логики. Это включает условные операторы, циклы и пользовательские функции, что делает эти контракты адаптивными и отзывчивыми на различные входные данные и сценарии.

Расширенные децентрализованные приложения (DApps)

Тьюринг завершенность позволяет разрабатывать DApps с расширенными функциональными возможностями. Эти приложения могут предлагать услуги, модели управления и другие функции, которые используют мощь сложных смарт-контрактов, обеспечивая пользователям разнообразные и инновационные решения.

Потенциал бесконечного цикла

Одной из проблем Тьюринг завершенности является потенциал бесконечных циклов в смарт-контрактах. Это означает, что контракт может работать бесконечно, потребляя ресурсы и потенциально нарушая работу блокчейна. Разработчикам необходимо быть осторожными и внедрять меры безопасности, чтобы предотвратить подобные сценарии.

Широкая свобода разработчика

Платформы с поддержкой Тьюринга завершены предоставляют разработчикам широкие возможности для проектирования и реализации своих решений. Эта свобода способствует инновациям, поскольку возможности платформы не ограничивают разработчиков и позволяют исследовать множество функций и приложений.

Улучшенная интерактивность

Смарт-контракты на Тьюринг-полных блокчейнах могут быть разработаны для взаимодействия с другими контрактами. Эта взаимодействие позволяет создавать сложные экосистемы, где контракты могут запускать, обмениваться информацией с другими контрактами или полагаться на них, что приводит к многофункциональным платформам.

Настраиваемость

Тьюринг завершенность предлагает высокую степень настраиваемости. Разработчики могут создавать пользовательские операции, проектировать пользовательские типы транзакций и даже вводить новые функциональные возможности, адаптированные к конкретным потребностям, что делает платформу адаптивной к различным сценариям использования.

Применение

Сложные умные контракты

Умные контракты - это самовыполняющиеся контракты с условиями, написанными непосредственно в коде. Благодаря тьюринг-полноте, эти контракты могут быть разработаны для выполнения сложных операций, многоэтапных процессов и сложных условий. Это позволяет создавать различные приложения: от простых одноранговых транзакций до сложных финансовых соглашений.

Децентрализованные приложения (DApps)

Тьюринг завершенность позволяет разрабатывать передовые децентрализованные приложения, предлагающие множество услуг. Благодаря огромным возможностям разработчики могут создавать решения, адаптированные под конкретные потребности пользователей, от децентрализованных бирж и платформ для кредитования до игровых приложений.

Децентрализованные автономные организации (DAOs)

DAO - это организации, которые функционируют автономно на основе заранее заданных правил, закодированных в смарт-контракты. Благодаря тьюринг-полноте эти правила могут быть многоаспектными, что позволяет осуществлять динамичные процессы принятия решений, системы голосования и операционные структуры без участия людей.

Финансовые деривативы & Инструменты

Используя смарт-контракты, крипто-пространство может реплицировать традиционные финансовые инструменты, такие как опционы, фьючерсы и свопы. Тьюринг завершенность гарантирует, что эти контракты могут справиться с сложностями таких инструментов, от условного исполнения до многосторонних соглашений.

Создание и настройка токенов

Помимо стандартных токенов криптовалют, Тьюринг завершенность позволяет создавать токены с уникальными особенностями, поведением и правилами. Сюда входят токены с встроенными механизмами стейкинга, функциями сжигания или даже токены, меняющие характеристики в зависимости от внешних факторов.

Платформы совместимые

Платформы, поддерживающие Тьюринг завершенность, могут быть спроектированы для взаимодействия с несколькими блокчейнами или системами. Эта интероперабельность обеспечивает беспрепятственный обмен данными и ценностями между различными сетями, улучшая общую полезность блокчейн-экосистемы.

Протоколы управления

Тьюринг завершенность позволяет реализовать динамические модели управления на блокчейне. Участники могут участвовать в процессах принятия решений, предлагать изменения или голосовать за предложения, все управляемое смарт-контрактами, которые автоматически выполняют результаты на основе заранее определенных условий.

Управление цепочкой поставок

Блокчейн может революционизировать управление цепочкой поставок, обеспечивая прозрачный и защищенный от подделок трекинг. Благодаря тьюринг-полноте, каждый этап пути продукта может быть верифицирован с использованием сложной логики, обеспечивая подлинность и ответственность.

Рынки прогнозирования

Предсказательные рынки позволяют пользователям делать ставки на исходы будущих событий. Тьюринг завершенность обеспечивает возможность этих платформ обрабатывать различные сценарии, от спортивных результатов до движений финансового рынка, с выплатами и условиями, управляемыми смарт-контрактами.

Динамичные NFT (Необменяемые токены)

NFT представляют собой уникальные цифровые активы на блокчейне. Благодаря Тьюринг завершенности NFT можно разработать так, чтобы они изменялись или развивались в зависимости от определенных условий, триггеров или временных рамок, добавляя уровни интерактивности и динамизма к этим цифровым коллекционным предметам.

Биткоин и Тьюринг завершенность

Дискуссия о полноте Тьюринга в мире блокчейна набрала обороты, когда на сцену вышел Ethereum, рекламирующий себя с утверждением, что, в отличие от блокчейна Биткойна, Эфириум является полным по Тьюрингу. Ethereum был разработан как платформа для децентрализованных приложений, что означает, что эти приложения работают на нескольких компьютерах без центрального сервера, что делает их устойчивыми к отключениям. Приложения на Ethereum работают на смарт-контрактах, в основном написанных на языке под названием Solidity. Будучи полным по Тьюрингу, Solidity допускает циклы в своем программировании, функция, которой не хватает языку сценариев Биткойна. Это различие было подчеркнуто основателем Ethereum Виталиком Бутериным, который определил полный по Тьюрингу язык программирования как язык, поддерживающий циклы. В Solidity задача может быть зациклена, но та же самая задача должна быть вручную повторена на языке сценариев Биткойна.

Однако решение Биткоина исключить циклы из своего языка сценариев было преднамеренным. Основная причина заключалась в защите от потенциальных спам-атак. В блокчейн-среде циклы могут быть рискованными. Фрагмент кода, требующий миллионы выполнений, может перегрузить сеть. Эфириум решил этот риск, введя операционные сборы, известные как «газ». Чем больше операций требуется для задачи, тем выше связанный с ней сбор. С другой стороны, Биткоин был создан с учетом простоты, в первую очередь функционируя как криптовалюта для передачи стоимости.

Вопреки распространенному мнению, блокчейн биткоина можно считать Тьюринг завершенным. Тьюринг завершенность не строго означает способность к циклу; скорее это связано с возможностью системы решать любую задачу, независимо от ее сложности. Существует несколько способов достижения Тьюринг завершенности в блокчейне биткоина. Например, хотя язык сценариев биткоина может не поддерживать традиционные циклы, он позволяет повторять группу операторов, имитируя функцию цикла. И хотя теоретически возможен бесконечный цикл, на практике он был бы непрактичен в реальных сценариях из-за ограничений, таких как энергопотребление. Тем не менее, обширная сеть связанных систем биткоина предлагает огромную вычислительную мощность, позволяя ему решать сложные задачи. Другой подход к достижению Тьюринг завершенности в блокчейне биткоина заключается в создании новых платежных каналов, которые используют вывод одного блока в качестве ввода для следующего, что позволяет непрерывно создавать блоки.

Ethereum – первая блокчейн, обладающая функциональностью полного исполнения Тьюринга

Ethereum появился как первоначальная блокчейн с возможностями Тьюринга завершенности, позволяя программировать смарт-контракты и децентрализованные приложения (dApps). Это отличие было достигнуто благодаря уникальному дизайну Ethereum. Его смарт-контракты создаются с использованием Solidity, универсального языка с Тьюринг завершенностью, адаптированного для Ethereum. Во-вторых, Ethereum Virtual Machine (EVM), который запускает эти смарт-контракты, сам по себе является Тьюринг завершенным сущностью. Это означает, что EVM может обрабатывать любую конфигурацию смарт-контракта, даже те, которые еще не были представлены. Это новшество расширило горизонты технологии блокчейн, перенося ее за пределы определенного количества приложений в обширный мир возможностей.

Однако, хотя Ethereum и обладает Тьюринг завершенностью в теории, практические соображения ослабляют это утверждение. Каждое действие на Ethereum, включая выполнение смарт-контрактов, влечет за собой комиссию за газ. Если смарт-контракт попадает в бесконечный цикл, сценарий, возможный в машинах Тьюринга, он исчерпает свои резервы газа. Этот внутренний ограничитель носит преднамеренный характер. Разрешение множеству смарт-контрактов работать бесконечно утомило бы публичную блокчейн-сеть с ограниченной вычислительной мощностью. Каждой транзакции Ethereum назначается предел газа, чтобы смягчить это, определяя максимальное вычислительное усилие, которое она может использовать. Транзакции, превышающие этот предел, приостанавливаются. Следует отметить, что лишь небольшая часть смарт-контрактов Ethereum использует полный потенциал возможностей Тьюринга, такие как рекурсивные циклы.

DAO и недостатки тьюринг-полноты

Полные по Тьюрингу системы, с их безграничной программируемостью, обладают огромным потенциалом. Однако сама эта сила иногда может быть палкой о двух концах, особенно в публичных блокчейнах, где код прозрачен для всех. Такая открытость может подвергнуть код потенциальным сбоям, таким как ошибки смарт-контрактов или непредвиденные случаи использования, которые могут помешать предполагаемой работе протокола. Широкие вычислительные возможности полных по Тьюрингу систем означают, что не каждый результат может быть предсказан.

В централизованных системах владеющая сущность может быстро реагировать на непредвиденные проблемы с помощью патчей. Но в блокчейн-экосистемах устранение непредвиденных проблем может быть более сложным. Это связано с тем, что любые изменения требуют согласия сообщества, что делает процесс более длительным.

Один из примечательных случаев, подчеркивающих этот вызов, было событие The DAO на платформе Ethereum в 2016 году. Задуманный как децентрализованный венчурный фонд, The DAO стал объектом внимания человека, который использовал уязвимость в его коде. Этот человек смог выкачать более 150 миллионов долларов инвестиций. Хотя многие называют это "хаком", это было скорее эксплуатацией ошибки в коде, приведшей к атаке повторного вызова. Последствия этого события были значительными, вызвав спорное решение вернуть блокчейн Ethereum, чтобы вернуть украденные средства, что впоследствии привело к разделению Ethereum Classic.

После краха DAO были внесены улучшения в практику кодирования для предотвращения подобных уязвимостей. Тем не менее, постоянно развивающаяся природа тьюринг-полных систем, с непрерывными инновациями кода, означает, что могут появляться новые уязвимости.

Заключение

Полнота Тьюринга, основополагающая концепция в информатике, нашла значительное значение в мире криптовалют, особенно в дизайне и функциональности блокчейнов, таких как Ethereum. Эта возможность, которая позволяет системе имитировать любую другую вычислительную систему, проложила путь для разработки сложных смарт-контрактов и децентрализованных приложений, расширив горизонты технологии блокчейн. Однако, как показали события, связанные с The DAO, огромный потенциал полных по Тьюрингу систем также несет с собой неотъемлемые проблемы, особенно в области безопасности и непредвиденных уязвимостей. В то время как Ethereum и другие блокчейны, полные по Тьюрингу, предлагают беспрецедентную гибкость и потенциал в криптопространстве, они также подчеркивают важность надежных мер безопасности и постоянной бдительности. По мере того, как криптоландшафт продолжает развиваться, достижение баланса между использованием возможностей полноты Тьюринга и обеспечением безопасности и надежности блокчейн-платформ остается первостепенной задачей для разработчиков и более широкого сообщества.