Полная Тьюрингова Машина

Концепция полноты по Тьюрингу часто обсуждается в разработке программного обеспечения, возможно, чаще, чем можно было бы ожидать. Кажется, существует некоторая путаница относительно того, что именно влечет за собой полнота Тьюринга, особенно в контексте разработки программного обеспечения.

Полнота Тьюринга — это характеристика, приписываемая вычислительной системе, означающая, что она обладает той же вычислительной мощностью, что и машина Тьюринга. Но что это на самом деле означает? Давайте углубимся в эту концепцию.

Полная по Тьюрингу система — это система, которая при наличии достаточного количества времени и памяти, а также необходимых инструкций способна решить любую вычислительную задачу, независимо от ее сложности. Этот термин обычно применяется к современным языкам программирования, поскольку большинство из них, включая C++, Python, JavaScript и другие, являются полными по Тьюрингу. Это означает, что эти языки теоретически могут выполнять любой алгоритм при условии, что им предоставлены необходимые ресурсы и инструкции.

Что такое полнота по Тьюрингу?

Полнота по Тьюрингу — фундаментальная концепция в области вычислений, первоначально определенная Аланом Тьюрингом. Он описывает способность некоторых вычислительных машин выполнять любую задачу, которую может выполнить любой компьютер. Этот принцип является центральным при разработке программного обеспечения и приложений, позволяя писать код без предварительной проверки его функциональности. Это означает, что программист может написать программу, не беспокоясь об ограничениях ее выполнения.

Термин происходит от машины Тьюринга — теоретической модели, созданной английским математиком и криптографом Аланом Тьюрингом. Хотя машина Тьюринга не является физическим устройством, она представляет собой жизненно важную математическую концепцию. Теоретически он может решить любую вычислимую задачу, если у него достаточно времени и памяти. Если система может имитировать функции машины Тьюринга, она считается полной по Тьюрингу.

Большинство современных языков программирования, таких как Solidity, Python, C++ и Java, являются полными по Тьюрингу, то есть могут моделировать операции машины Тьюринга. Это контрастирует с неполными системами Тьюринга, такими как простые калькуляторы, которые ограничены конкретными задачами.

Концепция полноты по Тьюрингу имеет важное значение в технологии блокчейна. Например, полнота Эфириума по Тьюрингу, обеспечиваемая языком программирования Solidity и виртуальной машиной Эфириума (EVM) , позволяет разработчикам писать и выполнять сложные, многогранные программы. Это резко контрастирует с Биткойном, чей язык программирования Script намеренно является неполным по Тьюрингу, ограничивая его более простыми конкретными операциями.

По сути, полнота по Тьюрингу определяет степень вычислительных возможностей системы. Чем больше вычислительных задач может выполнить система, тем более полной по Тьюрингу она является. Это различие имеет решающее значение для понимания диапазона и сложности задач, выполняемых на разных платформах блокчейна.

Что означает «полнота Тьюринга» в блокчейне?

Обычно следующие характеристики определяют полноту по Тьюрингу:

Логические циклы : это влечет за собой способность системы многократно выполнять функцию или серию инструкций.
Операции ввода/вывода : способность системы читать и записывать данные, что означает, что она может обрабатывать входные данные и генерировать выходные данные на основе этих данных.
Вычислительная мощность : система должна быть способна вычислить любую разрешимую задачу, которую может решить машина Тьюринга.
Условное ветвление : действия системы могут различаться в зависимости от значений данных, которые она обрабатывает.

В контексте блокчейнов те, которые удовлетворяют этим критериям, считаются полными по Тьюрингу. Это означает, что языки программирования, используемые для разработки смарт-контрактов в этих блокчейнах, могут решить любую вычислительную задачу. Возьмем, к примеру, Ethereum: он использует Solidity для собственного кодирования и смарт-контрактов. Эта возможность имеет решающее значение для понимания и реализации условий смарт-контрактов , даже тех, которые могут возникнуть в будущем. По сути, полнота Эфириума по Тьюрингу позволяет ему выполнять практически любую задачу при наличии правильных инструкций и достаточных ресурсов, таких как время и вычислительная мощность.

Напротив, язык сценариев Биткойна, известный как Script, не соответствует критериям полноты по Тьюрингу. Скрипт был специально разработан для управления базовыми функциями, такими как передача значений и выполнение простых смарт-контрактов. Он позволяет избежать полноты по Тьюрингу, чтобы предотвратить перегрузку узлов сети петлями и защитить целостность сети. Полнота по Тьюрингу в Биткойне может создать дополнительные риски для безопасности, позволяя выполнять произвольный код, потенциально подвергая сеть новым типам атак.

Ethereum – первый полный блокчейн по Тьюрингу

Ethereum стал новаторской блокчейн-платформой, которая представила полноту по Тьюрингу, произведя революцию в сфере смарт-контрактов и децентрализованных приложений (dApps). Этот прорыв был достигнут благодаря двум ключевым компонентам:

Смарт-контракты в Solidity : Смарт-контракты Ethereum создаются с использованием Solidity, универсального, полного по Тьюрингу языка программирования, специально разработанного для экосистемы Ethereum.
Виртуальная машина Ethereum (EVM) : этот вычислительный механизм выполняет смарт-контракты, функционируя как полная по Тьюрингу сущность.

Надежная конструкция EVM позволяет ему обрабатывать любую конфигурацию смарт-контракта, даже если цели еще не предусмотрены. Запуск Ethereum в качестве первого полного блокчейна Тьюринга представлял собой решающее достижение, расширяющее сферу применения технологии блокчейн за пределы заранее определенных приложений до множества безграничных возможностей.

Несмотря на свою теоретическую полноту по Тьюрингу, Эфириум сталкивается с практическими ограничениями в реальных приложениях. Операционная механика блокчейна требует, чтобы каждая транзакция взимала «газовую» комиссию . Следовательно, если смарт-контракт войдет в бесконечный цикл (сценарий возможен в машинах Тьюринга), он в конечном итоге истощит запасы газа.

Это ограничение на полноту Эфириума по Тьюрингу является преднамеренным. Разрешение многочисленным смарт-контрактам работать в бесконечных циклах было бы непрактично для общедоступной сети блокчейнов с ограниченными ресурсами обработки. Чтобы решить эту проблему, Ethereum устанавливает лимит газа для каждой транзакции, ограничивая максимальную доступную вычислительную мощность. Транзакции, не завершившиеся в пределах этого лимита, автоматически прекращаются.

Однако примечательно, что большинство смарт-контрактов Ethereum редко используют рекурсивные циклы или другие сложные функции, связанные с полнотой по Тьюрингу. Хотя эта возможность подчеркивает теоретическую мощь и универсальность Ethereum, на практике для большинства приложений предпочтительны более простые и эффективные структуры контрактов, позволяющие сбалансировать потребность в сложной функциональности с реалиями управления ресурсами блокчейна.

Ограничения полноты по Тьюрингу в приложениях блокчейна

Безграничная программируемость полных систем Тьюринга является их величайшим преимуществом, но одновременно представляет собой заметную уязвимость, особенно в публичных блокчейнах, где код открыт. Эта открытость может подвергнуть код различным сбоям, таким как ошибки в смарт-контрактах или использование в непредусмотренных целях, нарушая запланированные операции протокола. Возможность программировать любые вычисления создает широкий спектр потенциальных результатов, многие из которых могут быть непредсказуемыми.

В централизованных системах неожиданные проблемы могут быть быстро устранены компанией-владельцем путем немедленных исправлений. Напротив, в системах на основе блокчейна непредвиденные манипуляции могут вызвать существенные нарушения. Например, если человек воспользуется лазейкой для получения неожиданного результата, это может привести к серьезным проблемам. Децентрализованный характер блокчейна еще больше усложняет ситуацию, поскольку любые обновления программного обеспечения требуют консенсуса сообщества, что часто затягивает процесс.

Ярким примером, иллюстрирующим эту проблему, является инцидент с DAO в блокчейне Ethereum в 2016 году. Этот децентрализованный смарт-контракт, похожий на венчурный фонд, столкнулся с событием, которое часто ошибочно называют взломом. Пользователь воспользовался уязвимостью в коде смарт-контракта, проведя так называемую реентерабельную атаку, выкачав из фонда более 150 миллионов долларов. Это привело к спорному решению отменить блокчейн Ethereum, что привело к форку Ethereum Classic .

Однако важно отметить, что это событие было не традиционным взломом, а скорее эксплуатацией неизвестной на тот момент уязвимости кода. Злоумышленник использовал ненадежный контракт в повторной атаке для вывода средств.

После DAO разработчики усовершенствовали методы программирования для устранения таких уязвимостей. Тем не менее, природа полных систем Тьюринга, в которых постоянно разрабатывается новый код, означает, что новые уязвимости все равно могут появиться. Это подчеркивает необходимость постоянной бдительности и адаптивных мер безопасности в технологии блокчейна, чтобы обеспечить устойчивость к таким атакам.

Обратите внимание, что Plisio также предлагает вам:

Создавайте крипто-счета в 2 клика and Принимать криптовалютные пожертвования

12 интеграции

6 библиотеки для самых популярных языков программирования

19 криптовалют и 12 блокчейн

Полная Тьюрингова Машина

Что такое полнота по Тьюрингу?

Что означает «полнота Тьюринга» в блокчейне?

Ethereum – первый полный блокчейн по Тьюрингу

Ограничения полноты по Тьюрингу в приложениях блокчейна

Ready to Get Started?

Always know what you pay

Start your integration