Turing Complete

Η έννοια της πληρότητας Turing συζητείται συχνά στη μηχανική λογισμικού, ίσως πιο συχνά από ό,τι θα περίμενε κανείς. Φαίνεται να υπάρχει κάποια σύγχυση σχετικά με το τι ακριβώς συνεπάγεται η Turing Completeness, ιδιαίτερα στο πλαίσιο της μηχανικής λογισμικού.

Η πληρότητα Turing είναι ένα χαρακτηριστικό που αποδίδεται σε ένα υπολογιστικό σύστημα, που σημαίνει ότι διαθέτει την ίδια υπολογιστική ισχύ με μια μηχανή Turing. Τι σημαίνει όμως αυτό πραγματικά; Ας εμβαθύνουμε σε αυτήν την έννοια.

Ένα σύστημα Turing Complete είναι αυτό που, με επαρκή χρόνο και μνήμη, μαζί με τις απαραίτητες οδηγίες, έχει τη δυνατότητα να λύσει οποιοδήποτε υπολογιστικό πρόβλημα, ανεξάρτητα από την πολυπλοκότητά του. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται συνήθως σε σύγχρονες γλώσσες προγραμματισμού, καθώς οι περισσότερες από αυτές – συμπεριλαμβανομένων των C++, Python, JavaScript και άλλων – είναι Turing Complete. Αυτό σημαίνει ότι αυτές οι γλώσσες μπορούν θεωρητικά να εκτελέσουν οποιονδήποτε αλγόριθμο, με την προϋπόθεση ότι τους δοθούν οι απαραίτητοι πόροι και οδηγίες.

Τι είναι η πληρότητα του Τούρινγκ;

Το Turing Completeness είναι μια θεμελιώδης έννοια στον τομέα των υπολογιστών, που αρχικά ορίστηκε από τον Alan Turing. Περιγράφει την ικανότητα ορισμένων υπολογιστικών μηχανών να εκτελούν οποιαδήποτε εργασία που μπορεί να εκτελέσει οποιοσδήποτε υπολογιστής. Αυτή η αρχή είναι κεντρική για την ανάπτυξη λογισμικού και εφαρμογών, επιτρέποντας την εγγραφή κώδικα χωρίς προκαταρκτική επαλήθευση της λειτουργικότητάς του. Σημαίνει ότι ένας προγραμματιστής μπορεί να γράψει ένα πρόγραμμα χωρίς να ανησυχεί για τους περιορισμούς στην εκτέλεσή του.

Ο όρος προέρχεται από τη μηχανή Turing, ένα θεωρητικό μοντέλο που δημιουργήθηκε από τον Άγγλο μαθηματικό και κρυπτογράφο Άλαν Τούρινγκ. Αν και δεν είναι μια φυσική συσκευή, η μηχανή Turing είναι μια ζωτικής σημασίας μαθηματική έννοια. Μπορεί θεωρητικά να λύσει οποιοδήποτε πρόβλημα είναι υπολογίσιμο, με την προϋπόθεση ότι έχει αρκετό χρόνο και μνήμη. Εάν ένα σύστημα μπορεί να προσομοιώσει τις λειτουργίες μιας μηχανής Turing, θεωρείται ολοκληρωμένο το Turing.

Οι περισσότερες σύγχρονες γλώσσες προγραμματισμού όπως η Solidity, η Python, η C++ και η Java είναι ολοκληρωμένες Turing, που σημαίνει ότι μπορούν να προσομοιώσουν τις λειτουργίες μιας μηχανής Turing. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα ημιτελή συστήματα Turing, όπως οι απλές αριθμομηχανές, που περιορίζονται σε συγκεκριμένες εργασίες.

Η έννοια της πληρότητας Turing έχει σημαντικές επιπτώσεις στην τεχνολογία blockchain. Για παράδειγμα, η πληρότητα Turing του Ethereum, που ενεργοποιείται από τη γλώσσα προγραμματισμού Solidity και την εικονική μηχανή Ethereum (EVM) , επιτρέπει στους προγραμματιστές να γράφουν και να εκτελούν πολύπλοκα, πολύπλευρα προγράμματα. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με το Bitcoin, του οποίου η γλώσσα προγραμματισμού Script είναι σκόπιμα ημιτελής Turing, περιορίζοντάς το σε απλούστερες, συγκεκριμένες λειτουργίες.

Στην ουσία, η πληρότητα του Turing καθορίζει την έκταση των υπολογιστικών δυνατοτήτων ενός συστήματος. Όσο περισσότερες υπολογιστικές εργασίες μπορεί να εκτελέσει ένα σύστημα, τόσο πιο ολοκληρωμένο είναι ο Turing. Αυτή η διάκριση είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του εύρους και της πολυπλοκότητας των εργασιών που μπορούν να εκτελεστούν σε διαφορετικές πλατφόρμες blockchain.

Τι σημαίνει Turing Complete στο Blockchain;

Συνήθως, τα ακόλουθα χαρακτηριστικά καθορίζουν την πληρότητα Turing:

Λογικοί βρόχοι : Αυτό συνεπάγεται την ικανότητα του συστήματος να εκτελεί μια λειτουργία ή μια σειρά εντολών επανειλημμένα.
Λειτουργίες εισόδου/εξόδου : Η ικανότητα του συστήματος να διαβάζει και να γράφει δεδομένα, που σημαίνει ότι μπορεί να επεξεργάζεται την είσοδο και να παράγει έξοδο με βάση αυτά τα δεδομένα.
Υπολογιστική Ισχύς : Το σύστημα πρέπει να μπορεί να υπολογίσει οποιοδήποτε επιλύσιμο πρόβλημα που μπορεί να αντιμετωπίσει μια μηχανή Turing.
Διακλάδωση υπό όρους : Οι ενέργειες του συστήματος μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τις τιμές δεδομένων που επεξεργάζεται.

Στο πλαίσιο των blockchains, εκείνα που ικανοποιούν αυτά τα κριτήρια θεωρούνται ολοκληρωμένα ο Turing. Αυτό σημαίνει ότι οι γλώσσες προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη έξυπνων συμβολαίων σε αυτές τις αλυσίδες μπλοκ μπορούν να αντιμετωπίσουν οποιαδήποτε υπολογιστική πρόκληση. Πάρτε για παράδειγμα το Ethereum: χρησιμοποιεί το Solidity για την εγγενή κωδικοποίηση και τα έξυπνα συμβόλαιά του. Αυτή η δυνατότητα είναι ζωτικής σημασίας για το blockchain να κατανοήσει και να εφαρμόσει τους όρους των έξυπνων συμβολαίων , ακόμη και αυτούς που μπορεί να προκύψουν στο μέλλον. Ουσιαστικά, η πληρότητα Turing του Ethereum του επιτρέπει να εκτελεί σχεδόν οποιαδήποτε εργασία, με τις σωστές οδηγίες και τους επαρκείς πόρους όπως ο χρόνος και η υπολογιστική ισχύς.

Αντίθετα, η γλώσσα scripting του Bitcoin, γνωστή ως Script, δεν πληροί τα κριτήρια για την πληρότητα Turing. Το σενάριο σχεδιάστηκε σκόπιμα για τη διαχείριση βασικών λειτουργιών όπως η μεταφορά τιμών και η εκτέλεση απλών έξυπνων συμβολαίων. Αποφεύγει την πληρότητα Turing για να αποτρέψει τους βρόχους να επιβαρύνουν υπερβολικά τους κόμβους του δικτύου και να διαφυλάξει την ακεραιότητα του δικτύου. Η πληρότητα του Turing στο Bitcoin θα μπορούσε να δημιουργήσει πρόσθετους κινδύνους ασφαλείας επιτρέποντας την εκτέλεση αυθαίρετου κώδικα, εκθέτοντας πιθανώς το δίκτυο σε νέους τύπους επιθέσεων.

Ethereum – το πρώτο ολοκληρωμένο blockchain Turing

Το Ethereum αναδείχθηκε ως η πρωτοποριακή πλατφόρμα blockchain για την εισαγωγή της πληρότητας Turing, φέρνοντας επανάσταση στον τομέα των έξυπνων συμβολαίων και των αποκεντρωμένων εφαρμογών (dApps). Αυτή η σημαντική ανακάλυψη επιτεύχθηκε μέσω δύο βασικών συνιστωσών:

Smart Contracts in Solidity : Τα έξυπνα συμβόλαια του Ethereum δημιουργούνται χρησιμοποιώντας Solidity, μια ευέλικτη, ολοκληρωμένη γλώσσα προγραμματισμού Turing ειδικά προσαρμοσμένη για το οικοσύστημα του Ethereum.
Η εικονική μηχανή Ethereum (EVM) : Αυτή η υπολογιστική μηχανή εκτελεί έξυπνες συμβάσεις, λειτουργώντας ως μια ολοκληρωμένη οντότητα Turing.

Ο στιβαρός σχεδιασμός του EVM του επιτρέπει να χειρίζεται οποιαδήποτε διαμόρφωση έξυπνου συμβολαίου, ακόμη και εκείνων με σκοπούς που δεν έχουν ακόμη οραματιστεί. Αυτή η κυκλοφορία του Ethereum ως το εναρκτήριο πλήρες blockchain του Turing αντιπροσώπευε μια κομβική πρόοδο, διευρύνοντας το πεδίο εφαρμογής της τεχνολογίας blockchain πέρα από προκαθορισμένες εφαρμογές σε μια σειρά από απεριόριστες δυνατότητες.

Παρά τη θεωρητική του πληρότητα Turing, το Ethereum αντιμετωπίζει πρακτικούς περιορισμούς στις εφαρμογές του πραγματικού κόσμου. Οι λειτουργικοί μηχανισμοί του blockchain υπαγορεύουν ότι κάθε συναλλαγή επιβαρύνεται με ένα τέλος «φυσικού αερίου» . Κατά συνέπεια, εάν ένα έξυπνο συμβόλαιο εισέλθει σε έναν άπειρο βρόχο –ένα σενάριο πιθανό στις μηχανές Turing– θα εξαντλούσε τελικά την παροχή αερίου.

Αυτός ο περιορισμός στην πληρότητα Turing του Ethereum είναι σκόπιμος. Το να επιτρέπεται σε πολυάριθμα έξυπνα συμβόλαια να λειτουργούν σε άπειρους βρόχους δεν θα ήταν πρακτικό για ένα δημόσιο δίκτυο blockchain με περιορισμένους πόρους επεξεργασίας. Για να το αντιμετωπίσει αυτό, το Ethereum επιβάλλει ένα όριο αερίου για κάθε συναλλαγή, περιορίζοντας τη μέγιστη διαθέσιμη υπολογιστική ισχύ. Οι συναλλαγές που δεν ολοκληρώνονται εντός αυτού του ορίου τερματίζονται αυτόματα.

Είναι αξιοσημείωτο, ωστόσο, ότι η πλειονότητα των έξυπνων συμβάσεων του Ethereum σπάνια εκμεταλλεύεται αναδρομικούς βρόχους ή άλλα πολύπλοκα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την πληρότητα του Turing. Ενώ αυτή η ικανότητα υπογραμμίζει τη θεωρητική ισχύ και την ευελιξία του Ethereum, στην πράξη, προτιμώνται απλούστερες και πιο αποτελεσματικές δομές συμβολαίων για τις περισσότερες εφαρμογές, εξισορροπώντας την ανάγκη για εξελιγμένη λειτουργικότητα με την πραγματικότητα της διαχείρισης πόρων της αλυσίδας μπλοκ.

Περιορισμοί της πληρότητας Turing σε εφαρμογές Blockchain

Η απεριόριστη δυνατότητα προγραμματισμού των ολοκληρωμένων συστημάτων Turing είναι το μεγαλύτερο πλεονέκτημά τους, ωστόσο ταυτόχρονα παρουσιάζει μια αξιοσημείωτη ευπάθεια, ειδικά σε δημόσιες αλυσίδες μπλοκ όπου ο κώδικας είναι ανοιχτός. Αυτό το άνοιγμα μπορεί να εκθέσει τον κώδικα σε διάφορες διακοπές, όπως σφάλματα σε έξυπνα συμβόλαια ή εκμετάλλευση για ακούσιους σκοπούς, διακόπτοντας τις προβλεπόμενες λειτουργίες του πρωτοκόλλου. Η ικανότητα προγραμματισμού οποιουδήποτε υπολογισμού δημιουργεί ένα ευρύ φάσμα πιθανών αποτελεσμάτων, πολλά από τα οποία μπορεί να είναι απρόβλεπτα.

Στα κεντρικά συστήματα, τα απροσδόκητα ζητήματα μπορούν να αντιμετωπιστούν γρήγορα από την ιδιοκτήτρια εταιρεία μέσω άμεσων ενημερώσεων κώδικα. Αντίθετα, σε συστήματα που βασίζονται σε blockchain, απρόβλεπτοι χειρισμοί μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές διαταραχές. Για παράδειγμα, εάν ένα άτομο εκμεταλλευτεί ένα κενό για ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά ζητήματα. Η αποκεντρωμένη φύση του Blockchain το περιπλέκει περαιτέρω, καθώς οποιεσδήποτε ενημερώσεις λογισμικού απαιτούν συναίνεση της κοινότητας, παρατείνοντας συχνά τη διαδικασία.

Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα που απεικονίζει αυτήν την πρόκληση είναι το περιστατικό DAO στο blockchain Ethereum το 2016. Αυτό το αποκεντρωμένο έξυπνο συμβόλαιο που μοιάζει με ταμεία VC αντιμετώπισε ένα συμβάν που συχνά χαρακτηρίζεται εσφαλμένα ως hack. Ένας χρήστης εκμεταλλεύτηκε μια ευπάθεια στον κώδικα του έξυπνου συμβολαίου, πραγματοποιώντας αυτό που σήμερα είναι γνωστό ως επίθεση επανεισόδου, αποσπώντας πάνω από 150 εκατομμύρια δολάρια από το ταμείο. Αυτό οδήγησε σε μια αμφιλεγόμενη απόφαση για την επαναφορά του blockchain Ethereum, προκαλώντας το πιρούνι Ethereum Classic .

Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτό το συμβάν δεν ήταν ένα παραδοσιακό hack, αλλά μάλλον μια εκμετάλλευση μιας άγνωστης τότε ευπάθειας κώδικα. Ο εισβολέας χρησιμοποίησε ένα μη αξιόπιστο συμβόλαιο σε μια επίθεση επανεισόδου για να αποσύρει χρήματα.

Μετά το DAO, οι προγραμματιστές έχουν βελτιώσει τις πρακτικές προγραμματισμού για την αντιμετώπιση τέτοιων τρωτών σημείων. Ωστόσο, η φύση των ολοκληρωμένων συστημάτων Turing, όπου αναπτύσσεται συνεχώς νέος κώδικας, σημαίνει ότι ενδέχεται να εξακολουθήσουν να εμφανίζονται νέα τρωτά σημεία. Αυτό υπογραμμίζει την ανάγκη για συνεχή επαγρύπνηση και προσαρμοστικά μέτρα ασφαλείας στην τεχνολογία blockchain για να διασφαλιστεί η ευρωστία έναντι τέτοιων εκμεταλλεύσεων.

Σημειώστε ότι το Plisio σας προσφέρει επίσης:

Δημιουργήστε κρυπτογραφικά τιμολόγια με 2 κλικ and Αποδεχτείτε δωρεές κρυπτογράφησης

12 ενσωματώσεις

6 βιβλιοθήκες για τις πιο δημοφιλείς γλώσσες προγραμματισμού

19 κρυπτονομίσματα και 12 blockchain

Turing Complete

Τι είναι η πληρότητα του Τούρινγκ;

Τι σημαίνει Turing Complete στο Blockchain;

Ethereum – το πρώτο ολοκληρωμένο blockchain Turing

Περιορισμοί της πληρότητας Turing σε εφαρμογές Blockchain

Ready to Get Started?

Always know what you pay

Start your integration