تورينج كاملة

غالبًا ما تتم مناقشة مفهوم اكتمال تورينج في هندسة البرمجيات، وربما بشكل متكرر أكثر مما قد يتوقعه المرء. يبدو أن هناك بعض الالتباس فيما يتعلق بما يستلزمه اكتمال تورينج بالضبط، خاصة في سياق هندسة البرمجيات.

اكتمال تورينج هي خاصية تنسب إلى النظام الحسابي، مما يدل على أنه يمتلك نفس القوة الحسابية التي تمتلكها آلة تورينج. لكن ماذا يعني هذا حقا؟ دعونا نتعمق في هذا المفهوم.

النظام الذي يعتبر Turing Complete هو النظام الذي يتمتع بالقدرة على حل أي مشكلة حسابية، بغض النظر عن مدى تعقيدها، إذا توفر له الوقت والذاكرة الكافيان، إلى جانب التعليمات الضرورية. يطبق هذا المصطلح بشكل شائع على لغات البرمجة الحديثة، حيث أن معظمها - بما في ذلك C++، وPython، وJavaScript، وغيرها - هي Turing Complete. وهذا يعني أن هذه اللغات يمكنها نظريًا تنفيذ أي خوارزمية، بشرط تزويدها بالموارد والتعليمات اللازمة.

ما هو تورينج اكتمال؟

يعد Turing Completeness مفهومًا أساسيًا في مجال الحوسبة، وقد تم تعريفه في البداية بواسطة آلان تورينج. وهو يصف قدرة بعض أجهزة الكمبيوتر على أداء أي مهمة يمكن لأي كمبيوتر تنفيذها. يعد هذا المبدأ أساسيًا في تطوير البرامج والتطبيقات، مما يسمح بكتابة التعليمات البرمجية دون التحقق المسبق من وظائفها. وهذا يعني أن المبرمج يمكنه كتابة برنامج دون القلق بشأن قيود التنفيذ.

نشأ المصطلح من آلة تورينج، وهو نموذج نظري أنشأه عالم الرياضيات الإنجليزي وعالم التشفير آلان تورينج. على الرغم من أنها ليست جهازًا ماديًا، إلا أن آلة تورينج تعتبر مفهومًا رياضيًا حيويًا. ويمكنه نظريًا حل أي مشكلة قابلة للحساب، بشرط أن يكون لديه ما يكفي من الوقت والذاكرة. إذا تمكن النظام من محاكاة وظائف آلة تورينج، فسيتم اعتباره مكتملًا.

معظم لغات البرمجة الحديثة مثل Solidity وPython وC++ وJava مكتملة باستخدام لغة Turing، مما يعني أنها تستطيع محاكاة عمليات آلة Turing. وهذا يتناقض مع أنظمة تورينج غير المكتملة، مثل الآلات الحاسبة البسيطة، والتي تقتصر على مهام محددة.

إن مفهوم اكتمال تورينج له آثار كبيرة في تكنولوجيا blockchain. على سبيل المثال، فإن اكتمال تورينج الخاص بإيثريوم، والذي تم تمكينه بواسطة لغة برمجة Solidity وجهاز Ethereum الظاهري (EVM) ، يسمح للمطورين بكتابة وتنفيذ برامج معقدة ومتعددة الأوجه. وهذا يتناقض بشكل صارخ مع عملة البيتكوين، التي تكون لغة البرمجة الخاصة بها غير مكتملة عن عمد، مما يقتصر على عمليات أبسط ومحددة.

في الجوهر، يحدد اكتمال تورينج مدى القدرات الحسابية للنظام. كلما زاد عدد المهام الحسابية التي يمكن للنظام تنفيذها، زاد اكتمال تورينج. يعد هذا التمييز أمرًا بالغ الأهمية في فهم نطاق وتعقيد المهام القابلة للتنفيذ في منصات blockchain المختلفة.

ماذا يعني تورينج الكامل في Blockchain؟

عادة، تحدد الخصائص التالية اكتمال تورينج:

الحلقات المنطقية : تتضمن قدرة النظام على تنفيذ وظيفة أو سلسلة من التعليمات بشكل متكرر.
عمليات الإدخال والإخراج : قدرة النظام على قراءة وكتابة البيانات، مما يعني أنه يمكنه معالجة المدخلات وتوليد المخرجات بناءً على هذه البيانات.
قوة الحساب : يجب أن يكون النظام قادرًا على حساب أي مشكلة قابلة للحل يمكن لآلة تورينج معالجتها.
التفرع الشرطي : يمكن أن تختلف إجراءات النظام اعتمادًا على قيم البيانات التي يعالجها.

في سياق blockchain، تعتبر تلك التي تستوفي هذه المعايير تورينج كاملة. وهذا يعني أن لغات البرمجة المستخدمة لتطوير العقود الذكية على هذه البلوكشين يمكنها معالجة أي تحدي حسابي. خذ Ethereum كمثال: فهو يستخدم Solidity في ترميزه الأصلي وعقوده الذكية. تعد هذه القدرة أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة لـ blockchain لفهم وتنفيذ شروط العقود الذكية ، حتى تلك التي قد تنشأ في المستقبل. في الأساس، يمكّن اكتمال تورينج الخاص بالإيثريوم من تنفيذ أي مهمة تقريبًا، في ضوء التعليمات الصحيحة والموارد الكافية مثل الوقت والقدرة الحسابية.

في المقابل، فإن لغة البرمجة النصية الخاصة بالبيتكوين، والمعروفة باسم Script، لا تستوفي معايير اكتمال تورينج. تم تصميم البرنامج النصي عمدًا لإدارة الوظائف الأساسية مثل نقل القيم وتنفيذ العقود الذكية البسيطة. إنه يتجنب اكتمال تورينج لمنع الحلقات من زيادة العبء على عقد الشبكة ولحماية سلامة الشبكة. قد يؤدي اكتمال Turing في Bitcoin إلى مخاطر أمنية إضافية من خلال السماح بتنفيذ تعليمات برمجية عشوائية، مما قد يعرض الشبكة لأنواع جديدة من الهجمات.

Ethereum – أول سلسلة كتل تورينج كاملة

برزت إيثريوم كمنصة رائدة في مجال البلوكتشين لتقديم نظام تورينج الكامل، مما أحدث ثورة في عالم العقود الذكية والتطبيقات اللامركزية (dApps). وقد تم تحقيق هذا الإنجاز من خلال عنصرين رئيسيين:

العقود الذكية في Solidity : تم تصميم العقود الذكية لـ Ethereum باستخدام Solidity، وهي لغة برمجة Turing كاملة متعددة الاستخدامات ومصممة خصيصًا للنظام البيئي لـ Ethereum.
آلة الإيثريوم الافتراضية (EVM) : ينفذ هذا المحرك الحسابي العقود الذكية، ويعمل ككيان تورينج الكامل.

يتيح التصميم القوي لـ EVM التعامل مع أي تكوين عقد ذكي، حتى تلك التي لها أغراض لم يتم تصورها بعد. يمثل إطلاق Ethereum باعتباره أول blockchain كامل من Turing تقدمًا محوريًا، حيث وسع نطاق تقنية blockchain إلى ما هو أبعد من التطبيقات المحددة مسبقًا إلى مجموعة من الاحتمالات التي لا حدود لها.

على الرغم من اكتمال تورينج النظري، يواجه الإيثريوم قيودًا عملية في تطبيقات العالم الحقيقي. تملي آليات تشغيل blockchain أن كل معاملة تتحمل رسوم "الغاز" . وبالتالي، إذا دخل العقد الذكي في حلقة لا نهائية - وهو سيناريو محتمل في آلات تورينج - فسوف يستنزف في النهاية إمدادات الغاز.

هذا القيد على اكتمال تورينج للإيثريوم مقصود. إن السماح للعديد من العقود الذكية بالعمل في حلقات لا نهائية سيكون غير عملي بالنسبة لشبكة blockchain عامة ذات موارد معالجة محدودة. ولمعالجة هذه المشكلة، تفرض إيثريوم حدًا غازيًا لكل معاملة، مما يضع حدًا أقصى للطاقة الحسابية المتاحة. يتم إنهاء المعاملات التي فشل إتمامها ضمن هذا الحد تلقائيًا.

ومع ذلك، فمن الجدير بالذكر أن غالبية العقود الذكية لإيثريوم نادرًا ما تستغل الحلقات العودية أو غيرها من الميزات المعقدة المرتبطة باكتمال تورينج. في حين أن هذه القدرة تؤكد القوة النظرية لـ Ethereum وتعدد استخداماتها، فمن الناحية العملية، تُفضل هياكل العقود الأبسط والأكثر كفاءة لمعظم التطبيقات، مما يحقق التوازن بين الحاجة إلى وظائف متطورة مع واقع إدارة موارد blockchain.

حدود اكتمال تورينج في تطبيقات Blockchain

تعد قابلية البرمجة غير المحدودة لأنظمة تورينج الكاملة أعظم أصولهم، ومع ذلك فهي تمثل في الوقت نفسه ثغرة ملحوظة، خاصة في سلاسل الكتل العامة حيث يمكن الوصول إلى التعليمات البرمجية بشكل مفتوح. يمكن أن يؤدي هذا الانفتاح إلى تعريض الكود للعديد من الاضطرابات، مثل الأخطاء في العقود الذكية، أو الاستغلال لأغراض غير مقصودة، مما يؤدي إلى تعطيل العمليات المقصودة للبروتوكول. إن القدرة على برمجة أي عملية حسابية تخلق نطاقًا واسعًا من النتائج المحتملة، والتي قد يكون الكثير منها غير متوقع.

في الأنظمة المركزية، يمكن للشركة المالكة معالجة المشكلات غير المتوقعة بسرعة من خلال التصحيحات الفورية. على النقيض من ذلك، في الأنظمة القائمة على تقنية البلوكشين، يمكن للتلاعبات غير المتوقعة أن تسبب اضطرابات كبيرة. على سبيل المثال، إذا استغل شخص ما ثغرة للحصول على نتيجة غير متوقعة، فقد يؤدي ذلك إلى مشكلات كبيرة. وتزيد الطبيعة اللامركزية لـ Blockchain من تعقيد هذا الأمر، حيث تتطلب أي تحديثات للبرامج إجماع المجتمع، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى إطالة العملية.

من الأمثلة البارزة التي توضح هذا التحدي حادثة DAO على blockchain Ethereum في عام 2016. واجه هذا العقد الذكي الشبيه بصندوق رأس المال الاستثماري اللامركزي حدثًا غالبًا ما يُطلق عليه خطأً على أنه اختراق. استغل أحد المستخدمين ثغرة أمنية في كود العقد الذكي، وقام بما يُعرف الآن باسم هجوم إعادة الدخول، وسحب أكثر من 150 مليون دولار من الصندوق. أدى هذا إلى قرار مثير للجدل بإرجاع سلسلة كتل الإيثريوم، مما أدى إلى شوكة إيثريوم كلاسيك .

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن هذا الحدث لم يكن اختراقًا تقليديًا، بل كان استغلالًا لثغرة أمنية غير معروفة في ذلك الوقت. استخدم المهاجم عقدًا غير موثوق به في هجوم إعادة الدخول لسحب الأموال.

بعد DAO، قام المطورون بتحسين ممارسات البرمجة لمعالجة نقاط الضعف هذه. ومع ذلك، فإن طبيعة أنظمة تورينج الكاملة، حيث يتم تطوير تعليمات برمجية جديدة باستمرار، تعني أنه من الممكن ظهور ثغرات جديدة. وهذا يسلط الضوء على الحاجة إلى اليقظة المستمرة والتدابير الأمنية التكيفية في تكنولوجيا blockchain لضمان المتانة ضد مثل هذه الاستغلالات.

يرجى ملاحظة أن Plisio يقدم لك أيضًا:

قم بإنشاء فواتير تشفير بنقرتين and قبول التبرعات المشفرة

12 تكاملات

6 مكتبات لغات البرمجة الأكثر شيوعًا

19 عملات مشفرة و 12 بلوكشين

تورينج كاملة

ما هو تورينج اكتمال؟

ماذا يعني تورينج الكامل في Blockchain؟

Ethereum – أول سلسلة كتل تورينج كاملة

حدود اكتمال تورينج في تطبيقات Blockchain

Ready to Get Started?

Always know what you pay

Start your integration