Blockchain и принципа на изключване на Pauli

Проблемът с двойните разходи

Оригиналният биткойн биткойн положи основите на Blockchain. В резюмето Сатоши Накамото очертава един от революционните аспекти на тази нова технология.

Ние предлагаме решение на проблема с двойните разходи с помощта на партньорска мрежа

Искам да започна като дам кратък преглед на важните компоненти на системата Blockchain, както са описани в този семинарен документ. След това искам да разгледам любопитните прилики между тази технология и основен природен закон: Принципът на изключване на Паули.

Представете си, че имам лист хартия, съдържащ всички парични обмени между група приятели. Номерирам ги по ред на възникване и изисквам транзакционните страни да подпишат имената си до транзакциите като проверка. Очевидни са няколко проблема. В идеалния случай, като пазител на този списък, моята работа е да проверя дали никой не участва в повече транзакции, отколкото балансите им позволяват, като гарантирам, че не харчат двойно парите си. Въпреки това, като единствен пазител на този документ, лесно мога да добавя изваждане на транзакционни линии по моя преценка.

Blockchain технологията премахва централния орган (мен), като предоставя на всеки транзактивен член свое копие от списъка с транзакции. Възниква друг проблем - как да гарантираме, че всички имат едно и също копие на тази книга? Освен това, как да добавим транзакции в едно копие и да гарантираме, че всички останали се актуализират правилно в реално време? Защо не мога просто да редактирам копието си и да си дам безплатни пари?

Като се има предвид, че няма централен орган - цялата мрежа трябва да се съгласи за една история на транзакциите. Това става по следния начин: всеки член на разпределената мрежа получава списък на транзакциите. Определен брой от тях се събират в блок и доказателство за работа се изчислява от възлите в мрежата. Главната книга, в която цялата мрежа ще повярва като истинска, е тази с най-изчислителната работа, вложена в нея.

Тази идея за работа може да се мисли като намиране на трудно решение на математически пъзел. Изчислителната работа е присъщо свързана с всеки един блок транзакции, всеки блок съдържа част от предишния блок вътре в (блоковете са свързани с вериги). Това означава, че ако искате да се върнете назад и да подправите стара транзакция - не само ще трябва да промените конкретната транзакция, но и да преработите цялата работа, докато блокчейнът ви е толкова дълъг, колкото оригиналната. Едва тогава цялата мрежа на връстници ще повярва, че вашата книга е истинската. Този процес обаче е напълно невъзможен, тъй като необходимото количество работа би било астрономическо. Освен това, докато сте заети с хакване, истинският Blockchain непрекъснато нараства в размер, така че вашите никога няма да имат време да наваксат. Бялата книга очертава тази концепция кратко:

„Мрежовите маркери за транзакции, като ги хешират в непрекъсната верига от хеш-базирани доказателства за работа, образувайки запис, който не може да бъде променен, без да се повтори проверката на работата. Най-дългата верига служи не само като доказателство за последователността на събитията, на които е свидетел, но и доказателство, че тя идва от най-големия пул на процесора. “

Принципът на изключване на Паули

Почти тривиално е да се отбележи, че нито едно нещо не е напълно идентично. Дори в силно оптимизиран производствен процес, малки дефекти винаги са налице, за да забележи по-внимателното око. В сферата на микроскопичния квантов свят обаче нещата са различни. Електроните са напълно идентични по начин, по който няма макроскопични обекти. Няма как да се прави разлика между тях. Съвременната теория на квантовото поле прави това съгласувано, като описва, че електроните на частиците са просто възбудени вибрационни режими на основното поле.

Никой два фермиона не може да има абсолютно едно и също квантово състояние

Това е твърдение за принципа на изключване на Паули, открит в един от студентите ми по квантови текстове. Квантовото състояние се обозначава с конкретна конфигурация на квантови числа. Тези числа представляват неща като въртене, ъглов импулс и други параметри. Фермионите са определен клас елементарни частици, към които принадлежи електронът. Параметърът на въртене за фермионите е ограничен до стойности на полуцело, докато другият клас елементарни частици, бозони, има цели числа за спин.

Най-просто казано, принципът казва, че за всеки два електрона числата, обозначаващи тяхното квантово състояние, никога не могат да бъдат еднакви. Това не е ad hoc правило, формулирано от Волфганг Паули - а последствие, което се очертава извън правилата на квантовата механика. В макроскопичния свят можем да обозначим състоянието на нещо, като посочим неговото положение и импулс (като функции на времето). От това състояние можем да изчислим какво ще прави нашият обект във всички бъдещи моменти. В микроскопичния свят обаче състоянието е представено от държавен вектор. Не можем да определим точното положение или инерцията на частиците (както е продиктувано от принципа на несигурността на Хайзенберг), така че това състояние не съдържа категорични, детерминирани факти по въпроса. Той съдържа цялата вероятностна информация, отнасяща се до ситуацията. Принципът на изключване на Паули е следствие от това как пишем състояния на векторите за многочастични системи на електрони. Ако някой от тези електрони имаше всички еднакви квантови числа - състоянията биха били безсмислени.

Изобилие и липса

След просветлението, много майстори на Дзен измислят единни думи, за да обобщят съвкупността от своя опит. Ето една от многото фрази на Dogen:

Отпадна от тялото и ума - скочи далеч от изобилието и липсата

Прескачане на изобилието и липсата - каква объркваща мисъл! Ние съществуваме в свят в тази дихотомия, но Доген ни подтиква да излезем отвъд. Като отиде отвъд - той означава да възприеме взаимопроникващия се характер на тези две противоположности. Формулирането на блокчейн и принципа на Паули хвърля светлина върху това, което се разбира.

Имаме две глобални правила: едно, което управлява Вселената, и едно, което управлява система. Едното е създадено, другото е открито.

Как се справяте с проблема с двойните разходи?
Как гарантирате, че няма два фермиона в едно и също квантово състояние?

Принципът на изключване на Паули възниква от квантовата механика - не е необходимо да гарантираме, че частиците се придържат към него, тъй като е следствие от предишната ни наука. Няма нечестни електрони - никой от тях няма да се промъкне в същото квантово състояние като един на друг. Този принцип е неразделен аспект на електроните. Дава ни ограничение, липсва. Не може да има неограничено количество електрони например във валентната обвивка (външната обвивка) на атом. Именно поради тази липса имаме изобилие от молекули в света. Само този факт поражда периодичната таблица с елементи и вътрешната механика на звездите.

Проблемът с двойните разходи е интуитивен, почти банален пример за баланса между изобилие и липса. Не искате някой да похарчи монета, която вече са похарчили - когато липсват, не искате те да изискат фалшиво изобилие. Ето къде нещата стават интересни и къде blockchain започва да отразява природата. Проверката на работата е неотделима от блока, системата е свързана заедно по начин, че локална промяна (опит за злонамерена промяна на транзакция) има глобални ефекти (трябва да повторите всеки предишен блок). По същия начин, промяната на квантовото състояние на електрон в малка система (локална промяна) има глобалния ефект от промяната на вектора на състоянието на цялата система. Този вид неразривна връзка не само изисква спазване на даден принцип, но и го налага. Мисля, че това е имал предвид Доген, когато описва да скача от изобилие и липса. Никога не можем да живеем без полярността - но възприемането на тяхната релативност е това, което ни дава истинско богатство.

Наблюдаването на това как природата функционира е добър начин да намерим вдъхновение за собствените си творения. Бездоверното и автоматично спазване на правилата е отличителен белег на природата - и Blockchain успешно пренареди тази техника.

Препратки

Бяла книга: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf

Обяснение на блокчейн: https://www.youtube.com/watch?v=bBC-nXj3Ng4&t=768s&frags=pl%2Cwn

Квантови текстове: Въведение в QM от Griffiths - Принципи на QM от Shankar