Тьюрінгова Повнота

Концепція повноти Тьюринга часто обговорюється в розробці програмного забезпечення, можливо, частіше, ніж можна було очікувати. Здається, існує певна плутанина щодо того, що саме передбачає повнота Тьюринга, особливо в контексті розробки програмного забезпечення.

Повнота Тьюринга — це характеристика обчислювальної системи, що означає, що вона має таку саму обчислювальну потужність, як і машина Тьюринга. Але що це насправді означає? Давайте заглибимося в це поняття.

Повноцінна система Тьюринга — це система, яка за наявності достатнього часу та пам’яті разом із необхідними інструкціями здатна вирішити будь-яку обчислювальну задачу, незалежно від її складності. Цей термін зазвичай застосовують до сучасних мов програмування, оскільки більшість із них, включаючи C++, Python, JavaScript та інші, є повними за Тьюрингом. Це означає, що ці мови теоретично можуть виконувати будь-який алгоритм, якщо їм надано необхідні ресурси та інструкції.

Що таке повнота Тьюринга?

Повнота за Тьюрингом — це фундаментальна концепція в області обчислень, спочатку визначена Аланом Тьюрингом. Він описує здатність деяких обчислювальних машин виконувати будь-яке завдання, яке може виконати будь-який комп’ютер. Цей принцип є центральним у розробці програмного забезпечення та програм, що дозволяє писати код без попередньої перевірки його функціональності. Це означає, що програміст може написати програму, не турбуючись про її обмеження у виконанні.

Термін походить від машини Тьюрінга, теоретичної моделі, створеної англійським математиком і криптографом Аланом Тьюрингом. Хоча це не фізичний пристрій, машина Тьюрінга є життєво важливою математичною концепцією. Він теоретично може вирішити будь-яку обчислювану задачу, якщо у нього достатньо часу та пам’яті. Якщо система може імітувати функції машини Тьюрінга, вона вважається повною.

Більшість сучасних мов програмування, як-от Solidity, Python, C++ і Java, повноцінно підходять для Тьюринга, тобто вони можуть імітувати роботу машини Тьюрінга. Це контрастує з неповними системами Тьюрінга, такими як прості калькулятори, які обмежені конкретними завданнями.

Концепція повноти Тьюринга має значні наслідки для технології блокчейн. Наприклад, повнота Тьюринга Ethereum, завдяки мові програмування Solidity та віртуальній машині Ethereum (EVM) , дозволяє розробникам писати та виконувати складні багатогранні програми. Це різко контрастує з біткойном, чия мова програмування Script навмисно неповна за Тьюрингом, обмежуючи його простішими, специфічними операціями.

По суті, повнота Тьюринга визначає ступінь обчислювальних можливостей системи. Чим більше обчислювальних завдань може виконати система, тим більш повною вона є за Тьюрингом. Це розрізнення має вирішальне значення для розуміння діапазону та складності завдань, які виконуються на різних блокчейн-платформах.

Що означає Turing Complete у Blockchain?

Як правило, наступні характеристики визначають повноту Тьюринга:

Логічні цикли : це передбачає здатність системи виконувати функцію або серію інструкцій неодноразово.
Операції введення/виведення : здатність системи читати та записувати дані, тобто вона може обробляти введення та генерувати вихід на основі цих даних.
Обчислювальна потужність : система повинна бути в змозі обчислити будь-яку розв’язувану проблему, яку може вирішити машина Тьюрінга.
Умовне розгалуження : дії системи можуть відрізнятися залежно від значень даних, які вона обробляє.

У контексті блокчейнів ті, що задовольняють цим критеріям, вважаються завершеними за Тьюрингом. Це означає, що мови програмування, які використовуються для розробки смарт-контрактів на цих блокчейнах, можуть вирішити будь-які обчислювальні завдання. Візьмемо Ethereum як приклад: він використовує Solidity для свого рідного кодування та смарт-контрактів. Ця здатність має вирішальне значення для того, щоб блокчейн міг зрозуміти та реалізувати умови смарт-контрактів , навіть тих, які можуть виникнути в майбутньому. По суті, повнота Turing Ethereum дозволяє йому виконувати майже будь-яке завдання, маючи правильні інструкції та достатні ресурси, такі як час і обчислювальна потужність.

Навпаки, мова сценаріїв Bitcoin, відома як Script, не відповідає критеріям повноти Тьюринга. Сценарій був навмисно розроблений для керування основними функціями, такими як передача значень і виконання простих смарт-контрактів. Він уникає повноти Тьюринга, щоб запобігти перевантаженню петлями вузлів мережі та захистити цілісність мережі. Повнота Тьюринга в біткойнах може створювати додаткові ризики для безпеки, дозволяючи виконання довільного коду, потенційно наражаючи мережу на нові типи атак.

Ethereum – перший повний блокчейн Turing

Ethereum став новаторською платформою блокчейну, яка представила повноту Turing, здійснивши революцію в царині смарт-контрактів і децентралізованих програм (dApps). Цей прорив був досягнутий завдяки двом ключовим компонентам:

Смарт-контракти в Solidity : смарт-контракти Ethereum створені з використанням Solidity, універсальної повної мови програмування Turing, розробленої спеціально для екосистеми Ethereum.
Віртуальна машина Ethereum (EVM) : цей обчислювальний механізм виконує смарт-контракти, функціонуючи як повна сутність Turing.

Надійна конструкція EVM дозволяє обробляти будь-які конфігурації смарт-контрактів, навіть ті, для яких ще не передбачено цілей. Цей запуск Ethereum як першого повного блокчейну Тьюринга став ключовим прогресом, розширивши сферу застосування технології блокчейну за межі заздалегідь визначених додатків до низки безмежних можливостей.

Незважаючи на теоретичну повноту Тьюринга, Ethereum стикається з практичними обмеженнями в реальних програмах. Операційна механіка блокчейну передбачає, що кожна транзакція стягує «газову» комісію . Отже, якщо смарт-контракт увійде в нескінченний цикл – сценарій, можливий у машинах Тюрінга – він зрештою вичерпає запас газу.

Це обмеження на повноту Тьюринга Ethereum є навмисним. Дозволити численним смарт-контрактам працювати в нескінченних циклах було б непрактично для загальнодоступної блокчейн-мережі з обмеженими ресурсами обробки. Щоб вирішити цю проблему, Ethereum встановлює ліміт газу для кожної транзакції, обмежуючи максимальну доступну обчислювальну потужність. Транзакції, які не укладаються в межах цього ліміту, автоматично припиняються.

Однак варто відзначити, що більшість смарт-контрактів Ethereum рідко використовують рекурсивні цикли або інші складні функції, пов’язані з повнотою Тьюринга. Незважаючи на те, що ця можливість підкреслює теоретичну потужність і універсальність Ethereum, на практиці для більшості додатків віддають перевагу простішим і ефективнішим контрактним структурам, що врівноважує потребу у складній функціональності з реаліями управління ресурсами блокчейну.

Обмеження повноти Тьюринга в блокчейн-додатках

Безмежна програмованість повних систем Turing є їх найбільшим активом, але водночас вона представляє помітну вразливість, особливо в загальнодоступних блокчейнах, де код відкрито доступний. Така відкритість може наражати код на різні збої, як-от помилки в смарт-контрактах або використання в ненавмисних цілях, порушуючи заплановані операції протоколу. Можливість програмувати будь-які обчислення створює широкий діапазон потенційних результатів, багато з яких можуть бути непередбачуваними.

У централізованих системах компанія-власник може швидко вирішувати несподівані проблеми за допомогою негайних виправлень. Навпаки, у системах, заснованих на блокчейні, непередбачені маніпуляції можуть спричинити значні збої. Наприклад, якщо особа використовує лазівку для несподіваного результату, це може призвести до серйозних проблем. Децентралізована природа Blockchain ще більше ускладнює це, оскільки будь-які оновлення програмного забезпечення вимагають консенсусу спільноти, що часто затягує процес.

Яскравим прикладом, який ілюструє цю проблему, є інцидент DAO у блокчейні Ethereum у 2016 році. Цей децентралізований смарт-контракт, схожий на фонд венчурного капіталу, зіткнувся з подією, яку часто неправильно називають зломом. Користувач скористався вразливістю в коді смарт-контракту, здійснивши те, що зараз відомо як атака повторного входу, витягнувши з фонду понад 150 мільйонів доларів. Це призвело до спірного рішення повернути блокчейн Ethereum, спричинивши форк Ethereum Classic .

Однак важливо зазначити, що ця подія була не традиційним зломом, а скоріше використанням на той час невідомої вразливості коду. Зловмисник використовував ненадійний контракт у атаці повторного входу, щоб вивести кошти.

Після DAO розробники вдосконалили практику програмування, щоб усунути такі вразливості. Тим не менш, характер повних систем Turing, де постійно розробляється новий код, означає, що нові вразливості все ще можуть з’являтися. Це підкреслює необхідність постійної пильності та адаптивних заходів безпеки в технології блокчейн, щоб забезпечити надійність проти таких експлойтів.

Зверніть увагу, що Plisio також пропонує вам:

Створіть крипторахунки-фактури в 2 кліки and Приймайте криптовалютні пожертви

12 інтеграції

6 бібліотеки для найпопулярніших мов програмування

19 криптовалют і 12 блокчейн

Тьюрінгова Повнота

Що таке повнота Тьюринга?

Що означає Turing Complete у Blockchain?

Ethereum – перший повний блокчейн Turing

Обмеження повноти Тьюринга в блокчейн-додатках

Ready to Get Started?

Always know what you pay

Start your integration