Що таке Повнота за Тюрінгом в Крипто?

Повнота за Тюрінгом, концепція, що має коріння в інформатиці, посилається на здатність системи імітувати будь-яку іншу комп'ютерну систему або машину Тьюрінга, за умови наявності достатнього часу та ресурсів. Цей термін набув популярності в області криптовалют через його пов'язаність з смарт-контрактами та платформами блокчейну. Блокчейн, що має повноту за Тюрінгом, наприклад Ethereum, може виконати будь-яку уявну програму або смарт-контракт, незалежно від складності, за умови наявності достатньої обчислювальної потужності та часу. Ця гнучкість дозволяє створювати складні децентралізовані додатки (DApps) та багатогранні смарт-контракти, розширюючи потенційні використання блокчейну.

Однак з цією силою постають виклики. Системи, що є повністю за Тюрінгом у криптосистемах, можуть ненавмисно потрапити в нескінченні петлі, що призводить до проблем, подібних до «проблеми зупинки». Це створює потенційні вразливості, оскільки помилки або зловмисний код можуть використовувати ці петлі, що призводить до порушень безпеки або використання надмірних обчислювальних ресурсів. Крім того, чим ширший і гнучкіший система, тим вище ризик непередбачених вразливостей, що робить її двояким мечем.

Узагальнено, повнота за Тюрінгом у криптоконтексті позначає здатність блокчейну виконувати будь-яке обчислювальне завдання, відкриваючи шлях для розвитку передових застосувань та смарт-контрактів. Хоча вона має величезний потенціал, вона також постає виклики у сфері безпеки та ефективності, які розробники та криптоспільнота постійно намагаються вирішити.

Історія та концепція

У теорії обчислень термін «Повнота за Тюрінгом» названий на честь британського математика і логіка Алана Тьюрінга. Тьюрінг ввів поняття універсальної машини, відомої сьогодні як машина Тьюрінга, у 1936 році. Ця машина є математичною моделлю, яка маніпулює символами на стрічці стрічки на основі набору правил. Незважаючи на свою абстрактну природу, машина Тьюрінга була революційною, оскільки вона могла моделювати логіку будь-якого комп'ютерного алгоритму, за умови достатнього часу та ресурсів.

Робота Тьюрінга легла в основу розуміння меж і можливостей обчислень. Його ідея полягала в тому, що якщо система або мова є повною за Тюрінгом, вона може виконати будь-яке обчислення, яке може бути описане алгоритмічно. Теоретично така система може обчислити будь-що, що можливо обчислювати, за необхідного часу та пам'яті.

Значення повноти за Тюрінгом виходить за межі лише теоретичних обчислень. Багато сучасних мов програмування і систем, від Python до Java та навіть архітектур апаратного забезпечення, таких як x86, вважаються повними за Тюрінгом. Ця класифікація вказує на їх потенціал у вирішенні будь-якої обчислювальної проблеми.

Ще одним ключовим поняттям, пов'язаним з роботою Тьюрінга, є теза Черча-Тьюрінга. Ця гіпотеза, названа на честь як Алана Тьюрінга, так і Алонзо Черча, стверджує, що функція є обчислювальною тоді і лише тоді, коли машина Тьюрінга може її обчислити. Як Тьюрінг, так і Черч, працюючи незалежно один від одного, ввели моделі - машину Тьюрінга та лямбда-калькул, відповідно, які пізніше були доведені мати еквівалентну обчислювальну потужність. Ця теза подальше укріпила фундаментальну роль повності за Тьюрінгом у розумінні природи та меж обчислень.

Смарт-контракти

Смарт-контракти - це цифрові протоколи, які призначені для полегшення, підтвердження або забезпечення вірогідних транзакцій без участі сторонніх осіб. Ці контракти працюють на платформах блокчейну, а їх виконання контролюється кодом, вбудованим у них. Повнота за Тюрінгом грає важливу роль у потенціалі та універсальності цих смарт-контрактів. Блокчейн, що є повністю тьюрінг-компліантним, такий як Ethereum, має обчислювальну здатність виконувати будь-яку уявну програму або смарт-контракт, незалежно від складності. Це означає, що діапазон операцій, умов та функціональностей, які можуть бути закодовані в смарт-контракт на такій платформі, практично необмежений.

Вбудована гнучкість повних систем Тьюрінга дозволяє розробникам створювати смарт-контракти, які можуть обробляти складні операції та багатокрокові процеси. Наприклад, окрім простих транзакцій, смарт-контракт на платформі з повнотою за Тюрінгом може управляти витонченими фінансовими похідними, функціонувати в децентралізованих автономних організаціях або навіть запускати цілі ігри. Код може бути розроблений для реагування на множину умов, входів або тригерів, що робить ці контракти динамічними та адаптивними.

Проте сама функція, яка надає смарт-контрактам на платформах з повною за Тюрінгом їхню потужність, також створює виклики. Можливість виконувати будь-який код означає, що існує ризик того, що контракти потраплять в нескінченні петлі або зіткнуться з „проблемою зупинки“. Проблеми можуть вимагати величезних обчислювальних ресурсів та потенційно порушити роботу всього блокчейну. Більше того, чим ширше і гнучкіше смарт-контракт, тим вищий потенціал для помилок або вразливостей, якими можуть скористатися зловмисники.

Зв'язок між повнотою Тьюрінга та смарт-контрактами глибокий у світі криптовалют та блокчейну. Повнота Тьюрінга пропонує смарт-контрактам неперевершену гнучкість та потенціал, що дозволяє різноманітні застосування та функціональність. Однак з цим потенціалом постає відповідальність забезпечення безпеки, ефективності та відсутності вразливостей у контрактах. Невпинне завдання криптоспільноти - використання потужності повноти Тьюрінга в смарт-контрактах, забезпечуючи їх безпечне та надійне виконання.

Необмежені обчислювальні можливості

Повнота за Тюрінгом означає, що система може виконувати будь-яке обчислювальне завдання за достатньо часу та ресурсів. Тьюрінг-повний блокчейн може виконати будь-яку програму або смарт-контракт, незалежно від їх складності, пропонуючи величезний ландшафт обчислювальних можливостей.

Гнучкість у смарт-контрактах

Повністю тьюринг-повні блокчейни, такі як Ethereum, можуть підтримувати створення високо складних смарт-контрактів. Ці контракти можуть бути спроектовані для управління витонченими операціями, багатоетапними процесами та складними умовами, що дозволяє використовувати їх у широкому спектрі застосувань поза простими транзакціями.

Реалізація динамічної логіки

Смарт-контракти на платформах, які підтримують Повноту за Тюрінгом, можуть бути спроектовані для виконання динамічної логіки. Це включає умовні оператори, цикли та користувацькі функції, що дозволяє цим контрактам адаптуватися та реагувати на різні вхідні дані та сценарії.

Розширені Децентралізовані Додатки (DApps)

Повнота за Тюрінгом дозволяє розробляти DApps з розширеними функціями. Ці додатки можуть пропонувати послуги, моделі управління та інші функції, які використовують потужність складних смарт-контрактів, надаючи користувачам різноманітні та інноваційні рішення.

Потенціал безкінечного циклу

Однією з викликів повноти за Тюрінгом є потенціал безкінечних петель в смарт-контрактах. Це означає, що контракт може виконуватись нескінченно, споживаючи ресурси й можливо перешкоджаючи роботі блокчейну. Розробники повинні бути обережні й впроваджувати заходи безпеки, щоб запобігти таким сценаріям.

Широка свобода розробника

Платформи з повнотою за Тюрінгом надають розробникам широку платформу для проектування та впровадження їх рішень. Ця свобода сприяє інноваціям, оскільки можливості платформи не обмежують розробників і дозволяють досліджувати безліч функціональностей та застосувань.

Покращена інтерактивність

Розумні контракти на повністю за Тюрінгом блокчейнах можуть бути розроблені для взаємодії з іншими контрактами. Ця взаємодія дозволяє створювати складні екосистеми, де контракти можуть викликати, спілкуватися або покладатися на інші контракти, що призводить до багатофункціональних платформ.

Пристосовуваність

Повнота за Тюрінгом пропонує велику ступінь настроюваності. Розробники можуть створювати визначені користувачем операції, проектувати власні типи транзакцій, а навіть впроваджувати нові функціональності, спеціально підганяючи їх під конкретні потреби, що робить платформу адаптивною до різних використань.

Використання

Складні Смарт-контракти

Розумні контракти - це самовиконуючі контракти з умовами, що безпосередньо записані у коді. Завдяки повноті за Тюрінгом ці контракти можуть бути розроблені для виконання витончених операцій, багатокрокових процесів та складних умов. Це дозволяє для різноманітних застосувань, від простих транзакцій від однієї особи до складних фінансових угод.

Децентралізовані додатки (DApps)

Повнота за Тюрінгом дозволяє розробку передових децентралізованих додатків, які пропонують безліч послуг. Широкі можливості дозволяють розробникам створювати рішення, призначені для конкретних потреб користувачів, від децентралізованих бірж і платформ для кредитування до ігрових додатків.

Децентралізовані автономні організації (DAOs)

DAOs - це організації, які працюють автономно на основі заздалегідь встановлених правил, закодованих у смарт-контракти. Завдяки повноті за Тюрінгом ці правила можуть бути багатогранними, що дозволяє приймати динамічні рішення, вести системи голосування та операційні структури без втручання людини.

Фінансові похідні та інструменти

За допомогою смарт-контрактів крипто-простір може реплікувати традиційні фінансові інструменти, такі як опціони, фьючерси та свопи. Повнота за Тюрінгом забезпечує, що ці контракти можуть впоратися з складностями таких інструментів, від умовних виконань до угод між кількома сторонами.

Створення токенів & Налаштування

Поза стандартними криптовалютними токенами, повнота за Тюрінгом дозволяє створювати токени з унікальними характеристиками, поведінкою та правилами. Це включає токени з вбудованими механізмами стейкінгу, функціями зжигання або навіть токени, які змінюють характеристики на основі зовнішніх факторів.

Платформи, що взаємодіють між собою

Платформи, що мають повноту за Тюрінгом, можуть бути розроблені для спілкування та взаємодії з кількома блокчейнами або системами. Ця взаємодія забезпечує безперервний обмін даними та вартості між різними мережами, покращуючи загальну корисність екосистеми блокчейну.

Протоколи управління

Повнота за Тюрінгом дозволяє реалізувати динамічні моделі управління на блокчейні. Учасники можуть брати участь у процесах прийняття рішень, пропонувати зміни або голосувати за пропозиції, все це регулюється смарт-контрактами, які автоматично виконують результати на підставі попередньо визначених умов.

Управління ланцюгом постачання

Блокчейн може революціонізувати управління ланцюгом поставок, забезпечуючи прозорість та недоступність втручання. Завдяки повноті за Тюрінгом, кожний етап подорожі продукту може бути підтверджений складною логікою, що гарантує автентичність та відповідальність.

Ринки прогнозів

Ринки прогнозів дозволяють користувачам ставити на результати майбутніх подій. Повнота за Тюрінгом забезпечує, що ці платформи можуть обробляти різноманітні сценарії, від результатів спортивних змагань до рухів фінансового ринку, з виплатами та умовами, управляються смарт-контрактами.

Динамічні NFT (Нефонгібельні Токени)

NFTs представляють унікальні цифрові активи на блокчейні. Завдяки повноті за Тюрінгом, NFT можуть бути розроблені таким чином, щоб змінюватися або еволюціонувати залежно від певних умов, тригерів чи графіків, додаючи шари взаємодії та динаміки до цих цифрових колекціонерських предметів.

Bitcoin та Повнота за Тюрінгом

Дискусія про повноту Тюрінга у світі блокчейну набула обертів, коли на сцену вийшов Ethereum, який позиціонує себе з твердженням, що, на відміну від блокчейну Bitcoin, Ethereum є завершеним Тюрінгом. Ethereum був розроблений як платформа для децентралізованих програм, тобто ці програми працюють на кількох комп'ютерах без центрального сервера, що робить їх стійкими до вимкнень. Додатки на Ethereum працюють на основі смарт-контрактів, в основному написаних мовою під назвою Solidity. Будучи завершеним Тюрінгом, Solidity дозволяє використовувати цикли у своєму програмуванні, функцію, якої не вистачає скриптовій мові Bitcoin. Цю відмінність підкреслив засновник Ethereum Віталік Бутерін, який визначив повну мову програмування Тюрінга як таку, що підтримує цикли. У Solidity завдання може бути зациклене, але те саме завдання потрібно буде повторити вручну на скриптовій мові Bitcoin.

Однак рішення Bitcoin виключити петлі зі своєї мови скриптів було наміреним. Основна причина полягала в захисті від потенційних спам-атак. У середовищі блокчейну петлі можуть бути ризикованими. Частина коду, яка потребує мільйонів виконань, може перевантажити мережу. Ethereum вирішила цей ризик, вводячи операційні комісії, відомі як «газ». Чим більше операцій потребує завдання, тим вища пов'язана з ним комісія. З іншого боку, Bitcoin був створений з урахуванням простоти, в основному функціонуючи як криптовалюта для передачі вартості.

Навпаки до популярних уявлень, блокчейн Bitcoin може бути вважаний повним за Тюрінгом. Повнота за Тюрінгом не обов'язково стосується можливості циклічності; це більше про здатність системи вирішувати будь-яку задачу, незалежно від її складності. Існують кілька методів досягнення повноти за Тюрінгом в блокчейні Bitcoin. Наприклад, хоча мова сценаріїв Bitcoin може не підтримувати традиційні цикли, вона дозволяє повторення групи висловів, що імітують функцію циклу. І хоча теоретично можливий безкінечний цикл, це не було б практичним в реальних сценаріях через обмеження, такі як споживання енергії. Тим не менш, велика мережа пов'язаних систем Bitcoin пропонує величезну обчислювальну потужність, що дозволяє їй розв'язувати складні проблеми. Ще один підхід до досягнення повноти за Тюрінгом в блокчейні Bitcoin полягає в створенні нових платіжних каналів, які використовують вихід одного блоку як вхід для наступного, що дозволяє безперервне створення блоків.

Ethereum – перший повний за Тюрінгом блокчейн

Ефіріум виступив як відкривальний блокчейн з повною за Тюрінгом, що дозволяє програмування смарт-контрактів та децентралізованих додатків (dApps). Ця відмінність була досягнута завдяки унікальному дизайну Ефіріуму. Його смарт-контракти створені за допомогою Solidity, універсальної мови повної за Тюрінгом, спеціально розробленої для Ефіріуму. Вдруге, Ефіріум Віртуальна Машина (EVM), яка запускає ці смарт-контракти, сама по собі є повною за Тюрінгом сутністю. Це означає, що EVM може обробляти будь-яку конфігурацію смарт-контракту, навіть ті, які ще не уявлені. Ця інновація розширила горизонти технології блокчейну, переносячи її поза певну кількість застосувань до широкого спектру можливостей.

Однак, незважаючи на те, що Ethereum може похвалитися повнотою Тюрінга в теорії, практичні міркування пом'якшують це твердження. Кожна дія в Ethereum, включно з виконанням смарт-контрактів, стягує комісію gas. Якби смарт-контракт увійшов у нескінченний цикл, що є правдоподібним сценарієм у машинах Тюрінга, він виснажив би свої запаси газу. Це внутрішнє обмеження є навмисним. Дозвіл численним смарт-контрактам працювати нескінченно навантажить публічну блокчейн-мережу з обмеженою обчислювальною потужністю. Для mitiGate.io кожній транзакції Ethereum призначається ліміт газу, що визначає максимальні обчислювальні зусилля, які вона може використовувати. Транзакції, які перевищують цей ліміт, зупиняються. Примітно, що лише невелика частина смарт-контрактів Ethereum використовує повний спектр повних можливостей Тюрінга, таких як рекурсивні цикли.

DAO та недоліки повноти за Тюрінгом

Системи з повною за Тюрінгом, завдяки своїй безмежній програмованості, мають величезний потенціал. Однак ця сама сила іноді може бути двосмисленою зброєю, особливо в публічних блокчейнах, де код є прозорим для всіх. Така відкритість може викласти код під потенційні ризики, такі як помилки в розумних контрактах, або непередбачені використання, які можуть заважати задуманій роботі протоколу. Величезні обчислювальні можливості в системах з повною за Тюрінгом означають, що не кожен результат може бути передбаченим.

У централізованих системах власник може швидко вирішити несподівані проблеми за допомогою патчів. Проте в екосистемах блокчейну виправлення непередбачених проблем може бути складнішим. Це тому, що будь-які зміни потребують згоди спільноти, що робить процес тривалішим.

Одним з відомих прикладів, що підкреслює це виклик, став подія The DAO на Ethereum у 2016 році. Розроблений як децентралізований венчурний фонд, The DAO став об'єктом уваги окремої особи, яка використала уразливість у його коді. Ця особа змогла витягнути понад 150 мільйонів доларів інвестицій. Хоча багато хто називає це "взломом," це було скоріше експлуатацією помилки в коді, що призвела до атаки повторного виклику. Наслідки цієї події були значущими, викликавши протирічливе рішення повернути блокчейн Ethereum для відновлення викрадених коштів, що в подальшому призвело до розділення Ethereum Classic.

Після краху DAO у практиці кодування стали вдосконалення, щоб уникнути таких вразливостей. Однак постійне становлення повних систем за Тюрінгом з постійними інноваціями коду означає, що можуть все ще виникати нові вразливості.

Висновок

Повнота Тюрінга, основоположна концепція в комп'ютерних науках, знайшла значне значення у світі криптовалют, особливо в дизайні та функціональності блокчейнів, таких як Ethereum. Ця можливість, яка дозволяє системі імітувати будь-яку іншу обчислювальну систему, проклала шлях для розробки складних смарт-контрактів і децентралізованих додатків, розширюючи горизонти технології блокчейн. Однак, як показали події, пов'язані з The DAO, величезний потенціал повних систем Тюрінга також несе з собою невід'ємні проблеми, особливо в області безпеки та непередбачених вразливостей. Хоча Ethereum та інші повні блокчейни Turing пропонують безпрецедентну гнучкість і потенціал у криптопросторі, вони також підкреслюють важливість надійних заходів безпеки та постійної пильності. Оскільки криптоландшафт продовжує розвиватися, пошук балансу між використанням повноти Тюрінга та забезпеченням безпеки та надійності блокчейн-платформ залишається першочерговим завданням для розробників та ширшої спільноти.