الگوی پاتوشی چیست ؟ تحلیل مکانیزم استخراج بلاک های اولیه بیت کوین

با انتقال ۵۰ بیت کوینی که متعلق به ۱۱ سال پیش بود و در سال ۲۰۰۹ استخراج شده بود سر و صداهای زیادی در جامعه کریپتو برپا شد. بسیاری گمان می کردند این کوین ها متعلق به خالق ناشناس بیت کوین ساتوشی ناکاموتو است و این امر تا حدودی باعث ایجاد فومو در جامعه و کاهش قیمت بیت کوین شد. اما با الگوی پاتوشی مشخص شد که این کوین ها متعلق به وی نبوده است.

پاتوشی واژه ای بود که پس از این اتفاق با آن آشنا شدیم. از آنجایی که این واژه برای جامعه کریپتو ناآشنا است و بسیاری در مورد آن اطلاعات کافی را ندارند در این مقاله به توضیح در مورد الگوی پاتوشی می پردازیم.

الگوی پاتوشی در واقع به یک شیوه تجزیه و تحلیل بلاکچین اشاره دارد که اکسترانانس ها (ExtraNonce) را در کوین بیس ردیابی می کند و بلاک های اولیه استخراج شده توسط ساتوشی را مشخص می کند. اما پیش از پرداختن به این الگو ابتدا به مباحثی می پردازیم که ممکن است برای کاربران بحث برانگیر باشد.

کوین بیس (coinbase) در واقع به اولین تراکنش بیت کوین در بلاک های شبکه آن گفته می شود. هر بلاک دارای یک تراکنش کوین بیس است. تراکنش های کوین بیس در واقع چندین تفاوت با دیگر تراکنش ها دارند که یکی از آنها این است که پاداش ماینرها در این تراکنش وارد می شود. هر بلاک باید یک تراکنش کوین بیس داشته باشد و سایر تراکنش ها اختیاری می‌باشند. تراکنش کوین بیس باید اولین تراکنش بلاک باشد.

اکسترانانس (ExtraNonce) چیست؟ اکسترانانس به این منظور ایجاد شده است که به ماینرها امکان بدهد تا فیلد کوچکی در کوین بیس تغییر بدهند و بتوانند به هشینگ خود از ابتدا، اما با اندکی تفاوت ادامه بدهند. فیلد اکسترانانس (ExtraNonce Field) در تراکنش کوین بیس قرار دارد و هر بار که فیلدهای نانس پر می‌شود افزایش می‌یابد.

شیوه ابداعی پاتوشی توسط سرخیو دیمین لرنر  (Sergio Demian Lerner) معرفی شد، وی یک محقق و رمزنگار خبره به حساب می آید. او ابتدا تحقیقی در این خصوص در سال ۲۰۱۳ منتشر کرد و بیان کرد که اکثر بیت کوین های اولیه توسط یک ماینر استخراج شده اند. در سال های اولیه حضور بیت کوین که کمتر کسی با این ارز دیجیتال آشنا بود استخراج کار راحتی بود و هر کسی به راحتی می توانست با CPU لپ تاپ خود به استخراج بیت کوین بپردازد. وی در این تحقیق به این موضوع اشاره می کند که احتمالا در سال اول حضور بیت کوین تنها یک ماینر ۲۲۰۰۰ بلاک اولیه بیت کوین را استخراج کرده و حداقل ۱.۸ میلیون بیت کوین طی این مدت زمان استخراج شده است که حدود ۱.۱ میلیون آن دست نخورده باقی مانده است.

لرنر معتقد است که این ۱.۱ میلیون بیت کوین توسط پاتوشی استخراج شده است.

الگوی پاتوشی

لرنر در سال ۲۰۱۳ توانست با مطالعه نسخه ۰.۱ کلاینت ساتوشی به این الگو دست یابد. وی در این کد سه نقص مرتبط با حریم خصوصی را کشف کرد که هبستگی و ارتباط میان بلاک های استخراج شده در سال های اولیه بیت کوین را نمایان می کرد.

او همچنین در تحقیق خود با استفاده از این نقص به تخمین هش ریت ماینینگ هر یک از ماینرهای اولیه پرداخته است که به وسیله این کار توانسته بلاک های استخراج شده را به ماینرهای مختلف ارتباط دهد و به الگوی پاتوشی دست یابد. در واقع پیگیری ماینرها به این راحتی نیست و در صورت وجود سه نقصی که در ادامه به آنها اشاره می کنیم این امر امکان پذیر شده است. البته این نقص ها دیگر در کد کلاینت بیت کوین وجود ندارد و فقط در کد کلاینت سال های اولیه بیت کوین موجود است و به همین دلیل الگوی پاتوشی به دست آمده است.

مجموع این نقص ها، نمایش الگوی پاتوشی را امکان پذیر می‌سازد. بلاک ها در الگوی پاتوشی، المان های مجموعه پاتوشی (یا همان P set) خواهند بود.

نقص اول این است که فیلد اکسترانانس به روش حفظ بدون حریم خصوصی مدیریت می شود. فیلد اکسترانانس که با استخراج هر بلاک ریست نمی‌شود، به عنوان شمارشگر آزاد یا برچسب زمانی (timestamp) کار می‌کند.

نقص دوم این است که نرخ افزایش برچسب زمانی بلاک های استخراج شده بیشتر از نرخ افزایش تعداد بلاک های حل شده بود. بنابراین این نقص به راحتی پاتوشی را از سایر ماینرها جدا می کند. در واقع نرخ افزایش این برچسب زمانی توسط پاتوشی بیشتر از تعداد بلاک های حل شده بود، بنابراین حتی اگر دستگاه ماینینگ او سریعتر نبود، باز هم سریعتر به نظر می‌رسید.

به وسیله نقص سوم هر شخصی می تواند ماینرها را رصد کند. در واقع مقدار نانس ماینرهای دیگر تقریبا هرگز بیش از حد نیست و شمارشگر اکسترانانس مشابه با شمارشگر بلاک عمل می‌کند و بنابراین الگوهای اکسترانانس ماینرهای مختلف دارای شیب یکسانی هستند. یعنی اگر دو بلاک با نام A و B را در نظر بگیریم، اختلاف اکسترانانس دو بلاک استخراج شده توسط یک ماینر، تقریبا معادل با تعداد بلاک های استخراج شده در این دو بلاک A و B می باشد. اما زمانی که ماینر شروع به استخراج از اکسترانانس صفر می کند در الگو نقطه منحصر به فردی ایجاد شده است که تمامی ماینرها غیر از پاتوشی را شامل می شود.

مورد استثنایی هنگامی است که چندین بلاک در زمان بسیار کوتاهی استخراج شوند، یا اگر فرآیند ماینینگ متوقف شود و پس از چند دقیقه ادامه یابد، سپس اکسترانانس فقط یکبار برای چند بلاک پشت سر هم افزایش می‌یابد. هرچند به نظر نمی‌رسد که این مورد زیاد اتفاق بیافتد. در آخر، به نظر می‌رسد که پاتوشی از این قانون پیروی نمی‌کند. موارد بسیار زیادی وجود دارد که فاصله بلاک های او کمتر از تعداد بلاک های موجود در این فاصله باشد. اگرچه عدم حضور این نقص یکی دیگر از روش های جداسازی بلاک های پاتوشی با سایر بلاک ها است، اما بر تفکیک کننده های جالب تر دیگر معطوف خواهیم بود.

مجموع این ۳ نقص حریم خصوصی به اکسترانانس در بلاک های اولیه به تمام ماینرها امکان می‌دهد تا به آخرین بلاک استخراج شده توسط ماینر مورد نظر متصل شوند. این ارتباط بر اساس برچسب زمانی است. شباهت و هماهنگی بی نقصی بین رفتار مشاهده شده بلاک های غیر پاتوشی و کد منبع نسخه ۰.۱ کلاینت پاتوشی وجود دارد.

نمودار بالا که توسط لرنر منتشر شده است نشان می دهد که خطوط مشکی در واقع بیانگر افزایش اکسترانانس در طول زمان به شکل مجموعه ای از خطوط شیب دار هستند. به نظر می‌رسد که این خطوط مشکی رنگ دارای شیب یکسانی هستند و هیچگاه با هم تلاقی پیدا نمی‌کنند یا پس از آنکه به ارتفاع (مقدار) مشخصی می‌رسند به صفر کاهش می‌یابند. این همان مدرکی است که لرنر استفاده کرده است تا بگوید که تمام آنها متعلق به یک ماینر است که بیش از یک میلیون بیت کوین استخراج کرده است.

به محض آنکه به الگوهای زمانی و یا اکسترانانس دقت کنید متوجه می‌شوید که زنجیره بلاک های به هم متصل پاتوشی بسیار چشمگیر است؛ زنجیره ای متراکم و با شیب تند از تقریبا ۲۲,۰۰۰ بلاک. الگوریتم های پیگیری شیب بلافاصله این الگو را شناسایی کردند. شیب بلاک ها در این الگو نسبت به سایر زنجیره بلاک های دیگر بسیار متفاوت است و به غیر از سه تغییر در دو سال، کاملا با ثبات بوده است. اگرچه احتمال کمی وجود دارد که بعضی از بلاک ها به صورت نادرست توسط این الگوریتم نشانه گذاری شده باشند، اما اکثر بلاک ها بدون مشکل قابل نشانه گذاری هستند.

احتمال اینکه الگوی پاتوشی توسط چند ماینر با سخت افزار یکسان شکل گرفته باشد که هر کدام دقیقا هنگامی که ماینر قبلی متوقف شده است شروع به کار کرده اند به شدت کم است. هم چنین این نکته را مدنظر قرار دهید که شیب الگو بیانگر هش ریت آن نیست.

شواهد جدید

لرنر طی مقاله جدیدی که در سال ۲۰۲۰ منتشر کرد به وسیله روش جدیدی اثبات کرد که تنها یک ماینر تمام کوین های الگوی پاتوشی که بیش از یک میلیون بیت کوین می باشد را استخراج کرده است و پاسخ انتقادات به مقاله قبلی را داد. در مقاله دوم به اسم “بازگشت انکار کنندگان و انتقام پاتوشی” مدرک جدیدی برای پشتیبانی از الگوی پاتوشی اصلی ارائه کرد. ادعای جدید این محقق بر اساس کلاک های رایانه ای است زیرا حتی در روزهای اولیه، ماینرها از کلاک رایانه خود برای برچسب زمانی بلاک ها پس از پردازش آنها استفاده می‌کردند. کلاک به عبارت ساده تر همان فرکانس پردازشی رایانه است. وقتی توان پردازشی رایانه را با عدد خاصی بیان می‌کنیم در واقع از کلاک پردازشی آن صحبت می‌کنیم

ماینرها پس از پردازش بلاک ها، با کلاک رایانه خود بر روی آنها برچسب زمانی قرار می‌دهند. مدرک او بیان می‌کند که هیچ تلاقی زمانی بین بلاک های پاتوشی وجود ندارد. این موضوع بیانگر آن است که یک کلاک رایانه مسئول برچسب زمانی تقریبا ۴۳ درصد ۵۰,۰۰۰ بلاک اول بوده است. این رایانه باید خود ساتوشی بوده باشد. پاتوشی در مقطعی، ۱۰ روز رایانه خود را خاموش کرد که نتیجه زیر به دست آمد:

فاصله بین خطوط آبی رنگ هنگامی است که پاتوشی برای چند روز، ماینینگ را متوقف کرده بود. سایر نقاط سبز رنگ نیز سایر ماینرها می‌باشند. به طور تخصصی تر در واقع کلاک رایانه توسط اکثر سیستم عامل ها با کاهش یا افزایش سرعت معیار کلاک تنظیم می‌شود، اما خود بخود برنمی‌گردد. رایانه ای که با منبع کلاک اینترنت همگام سازی می‌شود، هرگز بیشتر از چند ثانیه تاخیر نخواهد داشت.

هیچ تلاقی زمانی بین بلاک های پاتوشی وجود ندارد. برچسب های زمانی به طور مستمر حین ماینینگ به روزرسانی نشده اند، بلکه هر 0x40000 نانس در نسخه ۰.۱ کلاینت ساتوشی مجددا محاسبه شده است. این نتیجه اهمیت زیادی در خصوص این موضوع دارد که ۴۳ درصد تمام ۵۰,۰۰۰ بلاک اولیه، بلاک های پاتوشی هستند. به نظر این موضوع فقط یک معنا می‌تواند داشته باشد. برچسب های زمانی یک رایانه بر روی بلاک های پاتوشی قرار دارد.

به طور خلاصه لرنر بیان کرده است که کلاک های رایانه ای را می‌توان از یکدیگر تفکیک کرد، برچسب های زمانی به طور مستمر حین ماینینگ به روزرسانی نشده اند و برچسب های زمانی بلاک ها توسط نرم افزار بیت کوین تنظیم شده اند تا با زمان میانگین اتصال همتایان به نودها هماهنگ باشند. بر اساس این دلایل، در این تحقیق خاطرنشان شده است که یک رایانه هرگز نخواهد توانست برچسب های زمانی خود را برگرداند و اختلاف بین برچسب های زمانی بلاک معکوس رابطه غیرمستقیم با هش ریت ماینر بلاک مادر دارد.

در واقع شواهد اخیر لرنر مشخص می کند که تنها یک ماینر این بلاک ها را استخراج کرده است و به نظر می رسد که آن ماینر خود ساتوشی ناکاموتو است.