В компьютерных науках и технологии блокчейн термин «полнота по Тьюрингу» описывает способность системы выполнять любые вычисления, на которые способна машина Тьюринга.
Машина Тьюринга — это теоретическая модель центрального процессора, которая может имитировать любой алгоритм, что делает ее эталоном вычислительной универсальности. Концепция полноты по Тьюрингу берет свое начало в новаторской работе Алана Тьюринга, британского математика и логика. В 1936 году Тьюринг выдвинул идею теоретической вычислительной машины, которая впоследствии стала известна как машина Тьюринга.
Что такое полнота по Тьюрингу
Все основные функции, необходимые для универсальных вычислений, присутствуют в машине, полной по Тьюрингу. Она способна обрабатывать и изменять широкий спектр типов данных, включая списки, слова и числа. Машина облегчает повторяемость 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 двери вычислительных возможностей и позволяет выразить любое алгоритмическое вычисление.
Полнота по Тьюрингу — желательная характеристика в контексте технологии блокчейн, поскольку она позволяет платформе работать с различными приложениями и смарт-контрактами.
Смарт-контракты — это самоисполняющиеся строки кода с условиями, четко встроенными в код. Эти смарт-контракты могут выражать сложную логику и выполнять широкий спектр вычислительных действий; блокчейн-платформы являются Тьюринг-полными.
Является ли Ethereum полным по Тьюрингу? Да, блокчейн-платформа Ethereum является ярким примером полноты по Тьюрингу. Язык программирования Solidity позволяет разработчикам создавать сложные децентрализованные приложения (dApps) и смарт-контракты.
В 2012 году Сильвио Микали, известный своим ключевым вкладом в развитие компьютерных наук, получил премию Тьюринга. Применение Микали концепции полноты по Тьюрингу при создании блокчейна Algorand впоследствии стало памятником его революционной работе. Algorand Микали является ярким примером использования полных по Тьюрингу алгоритмов в контексте децентрализованных сетей. Он обладает уникальным механизмом консенсуса и возможностями масштабирования.
Хотя полные по Тьюрингу блокчейны позволяют разрабатывать универсальные приложения, эта концепция требует тщательного подхода к программированию, тестированию и безопасности, чтобы эффективно использовать ее преимущества.
Полнота по Тьюрингу и ее значение для смарт-контрактов
По сути, полнота по Тьюрингу позволяет смарт-контрактам стать мощными, выразительными и адаптируемыми вычислительными сущностями, что революционизирует концепцию dApps на блокчейн-платформах.
Полнота по Тьюрингу — это фундаментальное понятие в информатике, которое имеет значительные последствия для смарт-контрактов на основе блокчейна. Оно означает, что система является глобально программируемой, если она может выполнять любые вычисления, которые может выполнить машина Тьюринга. В применении к смарт-контрактам этот признак обеспечивает огромную степень гибкости и сложности.
При реализации на таких полных по Тьюрингу блокчейн-системах, как Ethereum, смарт-контракты позволяют создавать широкий спектр dApps и могут выражать и выполнять сложные алгоритмы.
Полнота по Тьюрингу имеет различные последствия для смарт-контрактов. Во-первых, она позволяет создавать гибкие и динамичные контракты, выходящие за рамки простых транзакционных процедур. Сейчас их можно программировать для представления сложных бизнес-условий и правил. Однако вместе с этим возникает больше ответственности.
Чтобы обеспечить безопасность и предсказуемость исполнения смарт-контрактов, необходимо уделять большое внимание этапам разработки и аудита из-за возможности возникновения бесконечных циклов или непредвиденных последствий.
Какую роль виртуальная машина Ethereum (EVM) играет в полноте Эфириума по Тьюрингу
Являясь средой исполнения смарт-контрактов, EVM представляет собой важнейшую часть реализации принципа полноты по Тьюрингу в Ethereum. Он дает программистам возможность создавать и запускать dApps с помощью платформы, поддерживающей родной язык программирования Ethereum — Solidity.
Этот язык намеренно разработан как Тьюринг-полный, позволяющий выразить любую вычислимую функцию. Гибкость Ethereum обусловлена децентрализованной обработкой данных с помощью EVM, что позволяет блокчейну выполнять сложные алгоритмы и бизнес-логику.
Механизм газа EVM, уникальная особенность Ethereum, контролирующая вычислительные ресурсы, является одной из самых примечательных его характеристик. Пользователи должны платить за ресурсы, используемые EVM, поскольку каждая операция использует определенное количество газа.
В результате сеть сохраняет стабильность и эффективность, предотвращая злоупотребления и ресурсоемкие процессы. Кроме того, совместимость EVM способствует бесперебойной коммуникации между различными смарт-контрактами, увеличивая возможности сложных и сетевых децентрализованных систем.
Виртуальная машина Ethereum необходима для того, чтобы Ethereum стал полным по Тьюрингу, что позволяет создавать широкий спектр децентрализованных приложений и укрепляет позиции Ethereum в блокчейн-индустрии.
Является ли блокчейн Биткоина полным по Тьюрингу
Нет, блокчейн Биткоина не является полным по Тьюрингу, и это сделано специально. Язык сценариев Биткоина намеренно не обладает полной выразительной способностью по Тьюрингу, хотя и допускает некоторую программируемость.
Bitcoin Script, язык сценариев, используемый в Биткоине, является неполным по Тьюрингу по своему замыслу. В соответствии с основной целью Биткоина — функционировать как децентрализованная система цифровой валюты, а не как платформа для сложного программирования, — Bitcoin Script был нацелен на поддержание безопасности и избежание потенциальных слабых мест.
Полнота по Тьюрингу создает возможность неразрешимых вычислений или бесконечных циклов, которые могут быть использованы со злым умыслом. Не будучи полным по Тьюрингу, язык скриптов, используемый в Биткоине, снижает этот риск и гарантирует, что сценарии будут выполняться предсказуемо и завершаться за разумное время.
Биткоин опирается на децентрализованный механизм консенсуса, когда все узлы сети должны согласовывать состояние блокчейна. Полнота по Тьюрингу может привести к недетерминированному поведению, что затруднит достижение консенсуса между всеми узлами. Блокчейн Биткоина обеспечивает предсказуемое исполнение и согласованный консенсус между узлами благодаря сохранению неполного по Тьюрингу языка программирования.
Некоторые языки программирования, включая JavaScript, Python, Java и Ruby, являются Тьюринг-полными и позволяют выполнять произвольные алгоритмы. К блокчейнам с Тьюринг-полнотой, помимо Ethereum, относятся Tezos, использующая Michelson для создания смарт-контрактов; Cardano с ее языком Plutus; NEO, поддерживающая множество языков; и BNB Smart Chain, совместимая с языком Solidity от Ethereum.
Недостатки блокчейнов с полнотой по Тьюрингу
Полнота по Тьюрингу в блокчейне имеет внутренние недостатки, которые следует тщательно учитывать, несмотря на огромную гибкость и вычислительную мощность.
Возможность возникновения непредвиденных эффектов и уязвимостей является одним из основных недостатков. Та же гибкость, которая делает возможными сложные вычисления, делает возможными ошибки в кодировании, недостатки безопасности или непредвиденные взаимодействия между смарт-контрактами, что может привести к катастрофическим последствиям.
Инцидент с блокчейном Ethereum, известный как взлом Децентрализованной автономной организации (The DAO), произошедший в 2016 году, служит примером того, как можно воспользоваться непредвиденными недостатками смарт-контрактов с полнотой по Тьюрингу, что приведет к значительным денежным потерям.
Последствием взлома The DAO стало разделение блокчейна на две ветки: Ethereum Classic (родительский блокчейн) и Ethereum (дочерний блокчейн).
Кроме того, из понятия полноты по Тьюрингу могут вытекать проблемы скорости и масштабируемости. Система может быть перегружена, если на каждом узле сети будут выполняться сложные вычисления, что может повлиять на эффективность и скорость транзакций. Общая стабильность и надежность блокчейн-сети находится под угрозой из-за возможности возникновения бесконечных циклов или ресурсоемких процедур.
Формальная проверка осложняется еще и тем, что блокчейн с полнотой по Тьюрингу доступен для любой вычислимой функции. В отличие от более простых систем без Тьюринг-полноты, проверка корректности программы превращается в сложную вычислительную задачу. Для обеспечения безопасности смарт-контрактов в блокчейне, полном по Тьюрингу, требуются сложные процедуры аудита и высокотехнологичные инструменты.
