Turinga w komplecie

Koncepcja kompletności Turinga jest często omawiana w inżynierii oprogramowania, być może częściej, niż można by się spodziewać. Wydaje się, że panuje pewne zamieszanie co do tego, co dokładnie oznacza Kompletność Turinga, szczególnie w kontekście inżynierii oprogramowania.

Kompletność Turinga to cecha przypisana systemowi obliczeniowemu, co oznacza, że posiada on taką samą moc obliczeniową jak maszyna Turinga. Ale co to naprawdę oznacza? Zagłębmy się w tę koncepcję.

System Turing Complete to taki, który przy wystarczającej ilości czasu i pamięci oraz niezbędnych instrukcjach jest w stanie rozwiązać każdy problem obliczeniowy, niezależnie od jego złożoności. Termin ten jest powszechnie stosowany w odniesieniu do współczesnych języków programowania, ponieważ większość z nich – w tym C++, Python, JavaScript i inne – to Turing Complete. Oznacza to, że języki te mogą teoretycznie wykonać dowolny algorytm, pod warunkiem, że otrzymają niezbędne zasoby i instrukcje.

Co to jest kompletność Turinga?

Kompletność Turinga to podstawowe pojęcie w dziedzinie obliczeń, pierwotnie zdefiniowane przez Alana Turinga. Opisuje zdolność niektórych maszyn obliczeniowych do wykonania dowolnego zadania, które może wykonać dowolny komputer. Zasada ta ma kluczowe znaczenie w tworzeniu oprogramowania i aplikacji, umożliwiając pisanie kodu bez wstępnej weryfikacji jego funkcjonalności. Oznacza to, że programista może napisać program, nie martwiąc się o jego ograniczenia w wykonaniu.

Termin wywodzi się od maszyny Turinga, modelu teoretycznego stworzonego przez angielskiego matematyka i kryptografa Alana Turinga. Chociaż nie jest to urządzenie fizyczne, maszyna Turinga jest istotnym pojęciem matematycznym. Teoretycznie może rozwiązać każdy problem, który jest obliczalny, pod warunkiem, że ma wystarczająco dużo czasu i pamięci. Jeśli system może symulować funkcje maszyny Turinga, uznaje się go za kompletny.

Większość współczesnych języków programowania, takich jak Solidity, Python, C++ i Java, jest w pełni oparta na języku Turing, co oznacza, że mogą symulować działanie maszyny Turinga. Kontrastuje to z niekompletnymi systemami Turinga, takimi jak proste kalkulatory, które są ograniczone do określonych zadań.

Koncepcja kompletności Turinga ma znaczące implikacje w technologii blockchain. Na przykład kompletność Turing Ethereum, możliwa dzięki językowi programowania Solidity i maszynie wirtualnej Ethereum (EVM) , umożliwia programistom pisanie i wykonywanie złożonych, wieloaspektowych programów. Stanowi to wyraźny kontrast w stosunku do Bitcoina, którego język programowania skryptowego jest celowo niekompletny w technologii Turinga, co ogranicza go do prostszych, specyficznych operacji.

Zasadniczo kompletność Turinga określa zakres możliwości obliczeniowych systemu. Im więcej zadań obliczeniowych może wykonać system, tym bardziej kompletny jest Turing. To rozróżnienie jest kluczowe dla zrozumienia zakresu i złożoności zadań wykonywalnych na różnych platformach blockchain.

Co oznacza Turing Complete w Blockchain?

Zazwyczaj następujące cechy definiują kompletność Turinga:

Pętle logiczne : oznaczają zdolność systemu do wielokrotnego wykonywania funkcji lub serii instrukcji.
Operacje wejścia/wyjścia : Zdolność systemu do odczytu i zapisu danych, co oznacza, że może on przetwarzać dane wejściowe i generować dane wyjściowe w oparciu o te dane.
Moc obliczeniowa : system musi być w stanie obliczyć każdy możliwy do rozwiązania problem, który może rozwiązać maszyna Turinga.
Rozgałęzianie warunkowe : działania systemu mogą się różnić w zależności od przetwarzanych wartości danych.

W kontekście blockchainów te, które spełniają te kryteria, uważane są za kompletne w technologii Turinga. Oznacza to, że języki programowania używane do opracowywania inteligentnych kontraktów w tych łańcuchach bloków mogą sprostać każdemu wyzwaniu obliczeniowemu. Weźmy na przykład Ethereum: wykorzystuje Solidity do natywnego kodowania i inteligentnych kontraktów. Ta zdolność jest kluczowa dla blockchaina, aby zrozumieć i wdrożyć warunki inteligentnych kontraktów , nawet tych, które mogą pojawić się w przyszłości. Zasadniczo, kompletność Turinga Ethereum umożliwia wykonanie prawie każdego zadania, pod warunkiem otrzymania prawidłowych instrukcji i wystarczających zasobów, takich jak czas i moc obliczeniowa.

Natomiast język skryptowy Bitcoina, znany jako Script, nie spełnia kryteriów kompletności Turinga. Skrypt został celowo zaprojektowany do zarządzania podstawowymi funkcjami, takimi jak przesyłanie wartości i wykonywanie prostych inteligentnych kontraktów. Unika kompletności Turinga, aby zapobiec przeciążeniu węzłów sieci przez pętle i chronić integralność sieci. Kompletność Turinga w Bitcoinie może wprowadzić dodatkowe zagrożenia bezpieczeństwa, umożliwiając wykonanie dowolnego kodu, potencjalnie narażając sieć na nowe typy ataków.

Ethereum – pierwszy kompletny blockchain oparty na architekturze Turinga

Ethereum wyłoniło się jako pionierska platforma blockchain, która wprowadziła kompletność Turinga, rewolucjonizując dziedzinę inteligentnych kontraktów i zdecentralizowanych aplikacji (dApps). Ten przełom został osiągnięty dzięki dwóm kluczowym elementom:

Inteligentne kontrakty w Solidity : Inteligentne kontrakty Ethereum są tworzone przy użyciu Solidity, wszechstronnego, kompletnego języka programowania Turinga, dostosowanego specjalnie dla ekosystemu Ethereum.
Maszyna wirtualna Ethereum (EVM) : ten silnik obliczeniowy realizuje inteligentne kontrakty, funkcjonując jako kompletna jednostka Turinga.

Solidna konstrukcja EVM pozwala na obsługę dowolnej konfiguracji inteligentnych kontraktów, nawet tych o celach jeszcze nieprzewidzianych. Uruchomienie Ethereum jako inauguracyjnego kompletnego łańcucha bloków Turinga stanowiło kluczowy postęp, poszerzając zakres technologii blockchain poza z góry określone zastosowania do szeregu nieograniczonych możliwości.

Pomimo teoretycznej kompletności Turinga, Ethereum napotyka praktyczne ograniczenia w zastosowaniach w świecie rzeczywistym. Mechanika operacyjna blockchainu nakazuje, aby każda transakcja wiązała się z opłatą „gazową” . W rezultacie, gdyby inteligentny kontrakt wszedł w nieskończoną pętlę – co jest scenariuszem możliwym w maszynach Turinga – ostatecznie wyczerpałby zapasy gazu.

To ograniczenie kompletności Turinga w Ethereum jest zamierzone. Zezwolenie na działanie wielu inteligentnych kontraktów w nieskończonych pętlach byłoby niepraktyczne w przypadku publicznej sieci blockchain z ograniczonymi zasobami przetwarzania. Aby rozwiązać ten problem, Ethereum wymusza limit gazu dla każdej transakcji, ograniczając maksymalną dostępną moc obliczeniową. Transakcje, które nie zostaną zawarte w tym limicie, są automatycznie kończone.

Warto jednak zauważyć, że większość inteligentnych kontraktów Ethereum rzadko wykorzystuje pętle rekurencyjne lub inne złożone funkcje związane z kompletnością Turinga. Chociaż ta zdolność podkreśla teoretyczną moc i wszechstronność Ethereum, w praktyce w większości zastosowań preferowane są prostsze i bardziej wydajne struktury kontraktów, równoważąc potrzebę zaawansowanej funkcjonalności z realiami zarządzania zasobami blockchain.

Ograniczenia kompletności Turinga w aplikacjach Blockchain

Nieograniczona programowalność kompletnych systemów Turinga jest ich największą zaletą, ale jednocześnie stwarza zauważalną lukę, szczególnie w publicznych blockchainach, gdzie kod jest ogólnodostępny. Ta otwartość może narazić kod na różne zakłócenia, takie jak błędy w inteligentnych kontraktach lub wykorzystanie do niezamierzonych celów, zakłócając zamierzone działanie protokołu. Możliwość zaprogramowania dowolnych obliczeń stwarza szeroki zakres potencjalnych wyników, z których wiele może być nieprzewidywalnych.

W systemach scentralizowanych firma będąca właścicielem może szybko rozwiązać nieoczekiwane problemy za pomocą natychmiastowych poprawek. Z kolei w systemach opartych na blockchain nieprzewidziane manipulacje mogą powodować znaczne zakłócenia. Na przykład, jeśli dana osoba wykorzysta lukę w celu uzyskania nieoczekiwanego wyniku, może to prowadzić do poważnych problemów. Zdecentralizowany charakter Blockchain dodatkowo to komplikuje, ponieważ wszelkie aktualizacje oprogramowania wymagają konsensusu społeczności, często przedłużając proces.

Wybitnym przykładem ilustrującym to wyzwanie jest incydent DAO na blockchainie Ethereum w 2016 r. Ten zdecentralizowany inteligentny kontrakt przypominający fundusz VC stanął w obliczu zdarzenia często błędnie określanego jako hack. Użytkownik wykorzystał lukę w kodzie inteligentnego kontraktu, przeprowadzając tak zwany atak ponownego wejścia, w wyniku którego z funduszu wyssano ponad 150 milionów dolarów. Doprowadziło to do kontrowersyjnej decyzji o przywróceniu blockchainu Ethereum, co spowodowało fork Ethereum Classic .

Należy jednak pamiętać, że zdarzenie to nie było tradycyjnym włamaniem, ale raczej wykorzystaniem nieznanej wówczas luki w kodzie. Osoba atakująca wykorzystała niezaufany kontrakt w ataku ponownego wejścia, aby wypłacić środki.

Po wprowadzeniu DAO programiści udoskonalili praktyki programistyczne, aby wyeliminować takie luki. Niemniej jednak charakter kompletnych systemów Turinga, w których stale opracowywany jest nowy kod, oznacza, że w dalszym ciągu mogą pojawiać się nowe luki w zabezpieczeniach. Podkreśla to potrzebę ciągłej czujności i adaptacyjnych środków bezpieczeństwa w technologii blockchain, aby zapewnić odporność na takie exploity.

Pamiętaj, że Plisio oferuje również:

Twórz faktury Crypto za pomocą 2 kliknięć and Przyjmuj darowizny kryptowalutowe

12 integracje

6 biblioteki dla najpopularniejszych języków programowania

19 kryptowalut i 12 łańcuch bloków

Turinga w komplecie

Co to jest kompletność Turinga?

Co oznacza Turing Complete w Blockchain?

Ethereum – pierwszy kompletny blockchain oparty na architekturze Turinga

Ograniczenia kompletności Turinga w aplikacjach Blockchain

Ready to Get Started?

Always know what you pay

Start your integration