Что такое полнота по Тьюрингу в блокчейне?

Термин «полнота по Тьюрингу» в информатике и технологии блокчейн описывает способность системы выполнять любые вычисления, на которые способна машина Тьюринга. 

Машина Тьюринга - это теоретическая модель вычислений, которая способна имитировать любой алгоритм, что делает ее эталоном вычислительной универсальности. Концепция полноты по Тьюрингу уходит своими корнями в новаторскую работу британского математика и логика, Алана Тьюринга. В 1936 году Алан Тьюринг выдвинул идею теоретической вычислительной машины, которая позже стала известна как машина Тьюринга.

Все основные функции, которые необходимы для универсальных вычислений, присутствуют в полной машине Тьюринга, которая способна обрабатывать и изменять широкий спектр типов данных, включая списки, слова и числа. Также машина Тьюринга облегчает повторение с помощью циклов и предлагает директивы для принятия решений, такие как операторы «if-else». Она также предоставляет методы извлечения и хранения данных из памяти, что открывает мир вычислительных возможностей и позволяет выразить любые алгоритмические вычисления.

Полнота по Тьюрингу является желаемой функцией в контексте технологии блокчейн, ведь она позволяет блокчейн-платформе обрабатывать множество приложений и смарт-контрактов. Смарт-контракты - это самоисполняющиеся строки кода с условиями контракта, явно встроенными в код. Эти смарт-контракты могут выражать сложную логику и выполнять широкий спектр вычислительных операций, так как блокчейн-платформы обладают полнотой по Тьюрингу. 

В 2012 году Сильвио Микали, который хорошо известен своим ключевым вкладом в информатику, получил премию Тьюринга. Применение концепции полноты по Тьюрингу с точки зрения Сильвио Микали при создании блокчейна Algorand позже послужило памятником его революционной работе. Алгоритм Микали является ярким примером алгоритмов, основанных на Тьюринге, которые используются в контексте децентрализованных сетей. Он обладает уникальным механизмом консенсуса и возможностями масштабируемости.

Хотя полные блокчейны позволяют разрабатывать универсальные и мощные приложения, концепция также требует тщательного подхода к программированию, тестированию и безопасности, чтобы эффективно использовать ее преимущества.

Да, технологическая платформа блокчейна Ethereum является ярким примером полноты по Тьюрингу. Ее язык программирования, Solidity, позволяет разработчикам разрабатывать сложные децентрализованные приложения (dApps) и смарт-контракты, трансформируя область приложений, основанных на блокчейне.

Полнота по Тьюрингу, по сути, позволяет смарт-контрактам быть мощными, выразительными и адаптируемыми вычислительными объектами, революционизируя ландшафт dApps на блокчейн-платформах.

Полнота по Тьюрингу является фундаментальным понятием в информатике, которое имеет значительные последствия для смарт-контрактов на основе блокчейна. Это означает, что система является глобально программируемой, если она может выполнять любые вычисления, которые может выполнять машина Тьюринга. Эта черта обеспечивает огромную степень гибкости и сложности применительно к смарт-контрактам. 

При реализации в блокчейн-системах с полным набором функций по Тьюрингу, таких как Ethereum, смарт-контракты позволяют использовать широкий спектр dApps и могут выражать и запускать сложные алгоритмы. 

Полнота по Тьюрингу имеет различные последствия для смарт-контрактов. Во-первых, она позволяет создавать гибкие и динамичные контракты, которые выходят за рамки простых транзакционных процедур. Смарт-контракты теперь можно запрограммировать для представления сложных бизнес-условий и правил. Однако с этой властью приходит ответственность. 

Чтобы обеспечить безопасность и предсказуемость исполнения смарт-контрактов, необходимо проявлять большую осторожность на этапах разработки и аудита из-за возможности бесконечных циклов или непредвиденных последствий. Кроме того, эта концепция способствует творчеству, позволяя разработчикам исследовать и выполнять широкий спектр приложений, тем самым помогая развитию децентрализованных экосистем.

EVM позволяет выполнять сложные вычисления и децентрализованные приложения на блокчейне Ethereum.

Аналогично среде выполнения смарт-контрактов в сети Ethereum, EVM является важной частью реализации Ethereum полноты по Тьюрингу. Это дает программистам возможность создавать и запускать dApps, используя платформу, поддерживающую родной язык программирования Ethereum, Solidity. 

Этот язык намеренно разработан таким образом, чтобы быть полным по Тьюрингу, позволяя выражать любую вычислимую функцию. Гибкость Ethereum проистекает из его децентрализованной обработки, поддерживаемой EVM, которая позволяет блокчейну запускать сложные алгоритмы и бизнес-логику.

Газовый механизм EVM, уникальная функция Ethereum, управляющая вычислительными ресурсами, является одной из его наиболее примечательных характеристик. Пользователи должны платить за ресурсы, используемые EVM, ведь для каждой операции используется определенное количество газа. 

В результате сеть поддерживается стабильной и эффективной за счет предотвращения злоупотреблений и ресурсоемких процессов. Кроме того, совместимость EVM способствует плавному взаимодействию между различными смарт-контрактами, увеличивая возможности создания сложных и объединенных в сеть децентрализованных систем.

Виртуальная машина Ethereum необходима для обеспечения полноты работы по Тьюрингу, позволяя использовать широкий спектр dApps и укрепляя позиции Ethereum в блокчейн-индустрии.

Нет, блокчейн Биткоина не является полным по Тьюрингу, и так сделано специально. Языку сценариев Биткоина намеренно не хватает полной выразительности по Тьюрингу, хотя он и допускает некоторую программируемость.

Bitcoin Script, язык сценариев, используемый Биткоином, является неполным. В соответствии с основной целью Биткоина - функционировать как децентрализованная система цифровой валюты, а не как платформа для сложного программирования, Bitcoin Script был направлен на поддержание безопасности и избежание потенциальных уязвимостей.

Полнота по Тьюрингу создает возможность неразрешимых вычислений или бесконечных циклов, которые могут быть использованы злонамеренно. Не являясь полным по Тьюрингу, язык сценариев, используемый в Биткоине, снижает этот риск и гарантирует, что сценарии выполняются предсказуемо и завершаются в разумные сроки.

Биткоин полагается на децентрализованный механизм консенсуса, при котором все узлы сети должны согласовывать состояние блокчейна. Полнота по Тьюрингу также может привести к недетерминированному поведению, что затруднит достижение консенсуса между всеми узлами. За счет сохранения языка программирования, не являющегося полным по Тьюрингу, блокчейн Биткоина обеспечивает предсказуемое выполнение и последовательный консенсус между узлами.

Несколько языков программирования, включая JavaScript, Python, Java и Ruby, являются полными по Тьюрингу, обеспечивая возможность выполнения произвольных алгоритмов. Полные по Тьюрингу блокчейны, отличные от Ethereum, включают в себя: 

• Tezos, который использует Michelson для создания смарт-контрактов;
• Cardano с его языком Plutus;
• NEO, который поддерживает множество языков;
• BNB Smart Chain, который совместим с языком Solidity Ethereum.

Полнота по Тьюрингу в блокчейнах имеет внутренние недостатки, которые следует тщательно учитывать, несмотря на то, что они предлагают огромную гибкость и вычислительную мощность. 

Основным недостатком является возможность непредвиденных эффектов и уязвимостей. Та же гибкость, которая делает возможными сложные вычисления, также делает возможными ошибки в кодировании, недостатки безопасности или непредвиденные взаимодействия между смарт-контрактами. И все это может привести к катастрофическим результатам. 

В 2016 году инцидент с блокчейном Ethereum, известный как взлом децентрализованной автономной организации (DAO), служит примером того, как можно воспользоваться непредвиденными недостатками в смарт-контрактах, полных по Тьюрингу, что приводит к значительным денежным потерям.

Более того, из-за понятия полноты по Тьюрингу могут возникнуть проблемы со скоростью и масштабируемостью. Система может быть перегружена, если на каждом узле выполняются сложные вычисления, что может повлиять на эффективность и скорость транзакций. Общая стабильность и надежность блокчейн-сети находятся под угрозой из-за возможности бесконечных циклов или ресурсоемких процедур.

Формальная проверка еще более усложняется тем фактом, что полные по Тьюрингу блокчейны доступны для любой вычислимой функции. В отличие от неполных по Тьюрингу более простых систем, проверка корректности программы превращается в вычислительно сложную задачу. Безопасность смарт-контрактов на блокчейне, построенном по Тьюрингу, требует сложных аудиторских процедур и высокотехнологичных инструментов.