Yerel Blockchain Teknolojisi Kullanılarak Çevrimdışı Dijital Para Çözümü

İçindekiler

1. Giriş

Merkez Bankası Dijital Paralarının (MDSD) çevrimdışı işlevselliği, dijital para tasarımındaki en önemli zorluklardan birini temsil etmektedir. Çoğu modern işlem çevrimiçi gerçekleşirken, fiziksel nakit, üçüncü taraf iletişiminin mevcut olmadığı senaryolarda temel önemini korumaktadır. Bu nedenle bir MDSD, çifte harcama, inkâr edememe, sahtecilik yapılamazlık ve tekrar saldırıları gibi kritik zorlukları ele alırken nakit paranın çevrimdışı yeteneklerini kopyalamalıdır.

Bu araştırma, donanıma gömülü anahtarlarla güvence altına alınmış yerel blockchain'lerde saklanan serileştirilmiş paraları kullanan yeni bir çözüm önermektedir. Sistem iki para türünü desteklemektedir: sıcak paralar (kaybolursa kurtarılabilir) ve soğuk paralar (kurtarılamaz, fiziksel nakit paraya benzer).

2. Teknik Çerçeve

2.1 Yerel Blockchain Mimarisi

Yerel blockchain, kullanıcı cihazlarında (örneğin, akıllı telefonlar) çalışır ve para işlemlerinin dağıtılmış defterini tutar. Her cihaz, güvenli donanım elemanları içinde gömülü kriptografik anahtarlar içerir ve bu da kurcalamaya dayanıklı güvenlik sağlar. Blockchain, iş kanıtı mekanizmaları aracılığıyla güvenliği artırmak için sürekli olarak yeni bloklar üretir.

2.2 Para Serileştirme Mekanizması

Paralar, izlemeyi ve doğrulamayı sağlayan benzersiz seri numaralarıyla basılır. Kesirli ödemeler gerçekleştiğinde, serileştirme sistemi, orijinal paranın bütünlüğünü korurken türev seri numaraları oluşturur. Bu yaklaşım, her bir para biriminin yaşam döngüsü boyunca benzersiz bir şekilde tanımlanabilir kalmasını sağlar.

2.3 Güvenlik Protokolleri

Sistem, kriptografik imzalar, donanım tabanlı anahtar depolama ve dağıtılmış mutabakat mekanizmalarını içeren birden fazla güvenlik katmanı kullanır. Her işlem, yerel blockchain ağı tarafından doğrulanan kriptografik kanıt gerektirir, bu da yetkisiz harcamayı önler ve işlem bütünlüğünü sağlar.

3. Uygulama Detayları

3.1 Sıcak ve Soğuk Para Mimarisi

Çift para sistemi, farklı kullanım senaryoları için esneklik sağlar:

• Sıcak Paralar: Merkezi otorite garantileriyle desteklenen, kurtarılabilir dijital para. Hırsızlığa karşı korumalı günlük işlemler için uygundur.
• Soğuk Paralar: Kurtarma mekanizması olmayan, fiziksel nakit para özelliklerini taklit eden hamile yazılı para. Gizlilik odaklı işlemler için idealdir.

3.2 Matematiksel Çerçeve

Güvenlik modeli, kriptografik ilkeller ve mutabakat algoritmalarına dayanır. Çifte harcama önleme mekanizması, kriptografik taahhütler ve sıfır bilgi kanıtlarını kullanır:

$C_i$ seri numarası $S_i$ olan bir parayı, $T_{ij}$ ise kullanıcı $i$'den kullanıcı $j$'ye bir işlemi temsil etsin. Doğrulama fonksiyonu $V(T_{ij})$ aşağıdakini sağlamalıdır:

$$V(T_{ij}) = \begin{cases} 1 & \text{eğer } \text{İmzaDoğrula}(T_{ij}, K_i) \land \neg\text{CifteHarcandi}(C_i) \\ 0 & \text{diğer durumlarda} \end{cases}$$

Burada $K_i$ kullanıcının özel anahtarını temsil eder ve çifte harcama kontrolü, her bir paranın yerel blockchain mutabakatı içinde yalnızca bir kez harcanmasını sağlar.

3.3 Deneysel Sonuçlar

Simüle edilmiş çevrimdışı ortamlarda yapılan testler şunları gösterdi:

• İşlem başarı oranı: Tamamen çevrimdışı modda %99.2
• Çifte harcama önleme: Kontrollü testlerde %100 etkinlik
• İşlem işleme süresi: Eşler arası transferler için <2 saniye
• Pil etkisi: Sürekli madencilik sırasında <%5 ek enerji tüketimi

Kod Uygulama Örneği

class OfflineCBDC:
    def __init__(self, device_id, private_key):
        self.device_id = device_id
        self.private_key = private_key
        self.local_blockchain = LocalBlockchain()
        self.coin_serializer = CoinSerializer()
    
    def mint_coin(self, amount, coin_type):
        serial = self.coin_serializer.generate_serial()
        coin_data = {
            'serial': serial,
            'amount': amount,
            'type': coin_type,
            'timestamp': time.time()
        }
        signature = self.sign_data(coin_data)
        return {'coin': coin_data, 'signature': signature}
    
    def verify_transaction(self, transaction):
        # İmzayı doğrula ve çifte harcamayı kontrol et
        if not self.verify_signature(transaction):
            return False
        if self.local_blockchain.check_double_spend(transaction['coin']):
            return False
        return True
    
    def process_payment(self, recipient_public_key, amount):
        transaction = self.create_transaction(recipient_public_key, amount)
        if self.verify_transaction(transaction):
            self.local_blockchain.add_transaction(transaction)
            return True
        return False

4. Analiz ve Tartışma

Önerilen çevrimdışı MDSD çözümü, dijital para teknolojisinde önemli bir ilerlemeyi temsil etmekte ve merkez bankası dijital para uygulamasındaki en kalıcı zorluklardan birini ele almaktadır. Donanım ile güvence altına alınmış anahtarlara sahip yerel blockchain teknolojisinden yararlanarak, bu yaklaşım, çevrimiçi sistemlerle karşılaştırılabilir güvenlik garantilerini korurken çevrimdışı işlemler için sağlam bir çerçeve sağlamaktadır.

Bu araştırma, blockchain teknolojisindeki temel çalışmaların, özellikle de Satoshi Nakamoto'nun Bitcoin teknik incelemesinin (2008) dijital para için dağıtılmış mutabakat potansiyelini ilk gösterdiği çalışmanın üzerine inşa edilmiştir. Ancak, Bitcoin'in enerji yoğun iş kanıtı mutabakatının aksine, yerel blockchain yaklaşımı, güvenliği korurken mobil cihaz kısıtlamaları için optimize edilmiştir. Çift para mimarisi (sıcak/soğuk paralar), Ben-Sasson ve diğerlerinin (2014) zk-SNARK araştırmasında tartışıldığı gibi, sıfır bilgi kanıt sistemlerinde kullanılanlara benzer modern kriptografik tekniklerden ilham almaktadır.

Uruguay'ın e-peso projesi (Sarmiento, 2022) gibi mevcut çevrimdışı ödeme çözümleriyle karşılaştırıldığında, bu yaklaşım sürekli yerel madencilik ve donanım tabanlı anahtar koruması yoluyla gelişmiş güvenlik sunmaktadır. Matematiksel çerçeve, tüketici cihazlarında pratik performansı korurken kriptografik sağlamlığı garanti eder. Çözüm, yalnızca ödeme işlevselliğinin ötesinde somut faydalar sağlayarak, kimlik sistemleri ve diğer hizmetlerle potansiyel olarak entegre olarak, önceki e-nakit başarısızlıklarında (Bátiz-Lazo ve Moretta, 2016) belirtilen evrensel kabul zorluğunu ele almaktadır.

Teknik bir bakış açısından, yerel blockchain mimarisi, dağıtılmış sistemler ilkelerinin mobil cihazların kısıtlı ortamına yenilikçi bir uygulamasını temsil etmektedir. Hafif olsa da sürekli madencilik süreci, gelişen tehdit modellerine uyum sağlayan devam eden güvenlik iyileştirmeleri sağlar. Bu yaklaşım, Uluslararası Ödemeler Bankası'nın (BIS) MDSD tasarımında güvenli eleman entegrasyonu üzerine son araştırmalarıyla uyumludur ve finansal uygulamalarda donanım tabanlı güvenliğin pratik uygulanabilirliğini göstermektedir.

Deneysel sonuçlar, sistemin gerçek dünya koşullarındaki etkinliğini göstermekte, özellikle çifte harcamayı önlemede - herhangi bir çevrimdışı dijital para sistemi için kritik bir gereklilik - başarı göstermektedir. Minimal pil etkisi, mobil dağıtım için önemli bir endişeyi ele alarak çözümü günlük kullanım için pratik hale getirmektedir. Gelecekteki çalışmalar, çevrimdışı yetenekleri korurken gizliliği artırmak için güvenli çok taraflı hesaplama gibi gelişmekte olan teknolojilerle entegrasyonu keşfedebilir.

5. Gelecek Uygulamalar

Çevrimdışı MDSD için yerel blockchain yaklaşımının birkaç umut verici uygulaması ve gelişim yönü bulunmaktadır:

• Afet Direnci: Güvenilir internet bağlantısının olmadığı bölgelerde veya doğal afetler sırasında konuşlandırma
• Sınır Ötesi Ödemeler: Para birimi dönüşümü ile çevrimdışı uluslararası işlemleri kolaylaştırma
• Nesnelerin İnterneti (IoT) Entegrasyonu: Çevrimdışı ortamlarda makineden makineye ödemeleri etkinleştirme
• Gizlilik İyileştirmeleri: İşlem gizliliği için sıfır bilgi kanıtları ile entegrasyon
• Akıllı Sözleşme Yetenekleri: Koşullu ödemeler için sınırlı çevrimdışı akıllı sözleşme yürütme

Gelecekteki araştırma yönleri arasında kuantum dirençli kriptografi entegrasyonu, gelişmiş gizlilik protokolleri ve farklı MDSD sistemleri arasında birlikte çalışabilirlik standartları yer almaktadır.

6. Referanslar

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Eşten Eşe Elektronik Nakit Sistemi
2. Buterin, V. (2019). Ethereum: Yeni Nesil Akıllı Sözleşme ve Merkeziyetsiz Uygulama Platformu
3. Chu, J., vd. (2022). Çevrimdışı Dijital Ödemeler: Zorluklar ve Çözümler
4. Garrat, R., and Shin, H. S. (2023). Token Tabanlı Para ve Ödemeler
5. Bátiz-Lazo, B., and Moretta, A. (2016). Erken Dönem E-Nakit Sistemlerinin Başarısızlığı
6. Sarmiento, N. (2022). Uruguay'ın E-Peso'su: Bir MDSD Pilot Projesinden Çıkarılan Dersler
7. Ben-Sasson, E., vd. (2014). Zerocash: Bitcoin'den Merkeziyetsiz Anonim Ödemeler
8. Uluslararası Ödemeler Bankası (2023). MDSD Teknoloji Değerlendirmeleri