AIMP — بروتوكول الشبكة العنقودية للذكاء الاصطناعي

بروتوكول شبكي تجريبي بدون خادم لمزامنة الحالة المرنة بين الوكلاء المستقلين في الشبكات المجزأة ومنخفضة النطاق الترددي. مبني على Merkle-CRDTs والهوية المشفرة — بدون سلطة مركزية، بدون DNS عالمي، قابل للكتابة دائمًا.

الأوراق العلمية

ملفات المؤلفين: ResearchGate · ResearchHub

مكدس البروتوكول

ما الجديد

v0.4.0 — الطوبولوجيا الدلالية الحتمية

تطلبت L3 v0.3.0 من التطبيقات بناء الرسم البياني المعرفي يدويًا (حواف الدعم/التناقض). v0.4.0 يلغي هذه العقبة عن طريق التوليد الذاتي للحواف:

• تحتوي الادعاءات على QuantizedEmbedding([u64; 4]) اختياري — SimHash 256-bit يُحسب من جانب التطبيق باستخدام نموذج تضمين معياري.
• عند كل حدود حقبة، يحسب البروتوكول مسافات Hamming الزوجية (XOR + popcount، حوالي 1 ns لكل زوج) ويصدر حواف Supports للأزواج المتقاربة (d <= 30 bits) وحواف Contradicts للأزواج البعيدة (d >= 200 bits).
• تتناسب قوة الحافة خطيًا مع المسافة بنقاط الأساس (d=0 → 10000 bps، d=30 → 1000 bps).
• حد max_k_nearest يحد من كثافة الحواف إلى O(N)، مما يمنع انفجار نشر الثقة.
• embedding_version: u32 يعزل المساحات الكامنة المنفصلة لترقيات النموذج على مستوى البروتوكول.
• تُصبح الحواف التلقائية مادية عبر نشر L2، وتنجو من جمع القمامة عبر التوجيه الهولوغرافي.
• المنطقة الميتة (31-199 bits) تعزل الادعاءات الغامضة — عزل معرفيًا صحيحًا.

// اكتشاف الحقيقة الذاتي: 10,000 ادعاء → فحص 50 ms، حواف O(N)
// لا أعداد عشرية. لا تنسيق. لا سلطة مركزية.
let edges = auto_edge_generator.generate_edges(&epoch_claims);

v0.3.0 — التجميع المدرك للارتباط للاعتقاد

افترضت L3 v0.2.0 أن جميع مصادر الأدلة مستقلة إحصائيًا (Naive Bayes). ينتج عن هذا ثقة مفرطة مرضية عندما تبلغ أجهزة استشعار مترابطة فيزيائيًا (مثل 100 جهاز IoT على نفس السطح) أو وكلاء مترابطون دلاليًا (مثل LLMs مضبوطة على نفس مجموعة البيانات) عن ملاحظات متطابقة.

يقدم v0.3.0 خصم الارتباط بالخلية الشبكية (Grid-Cell Correlation Discounting):

• يحمل كل ادعاء CorrelationCell(u64) اختياري — إحداثي منفصل للتقارب المكاني أو الدلالي أو الزمني.
• داخل كل خلية، تُرتب الأدلة حسب القوة وتُخصم هندسيًا: يحتفظ المصدر الأقوى بوزن 100%؛ يتلقى كل مصدر تالٍ discount_bps^rank / 10000^rank (الافتراضي 30%).
• مع خصم 30%، تتقارب أجهزة الاستشعار المترابطة N إلى حوالي 1.42x دليل جهاز استشعار واحد — بغض النظر عن N. النهج الساذج سينتج تضخيمًا Nx.
• تُحل مشكلة الترابطية الخاصة بـ CRDT (الاضمحلال الهندسي غير ترابطي عبر الدمج الجزئي) معماريًا: تقليل الحقبة يُجمّع حسب (temporal_grid, fingerprint, correlation_cell)، مما يضمن حسابًا ذريًا على المجموعة الكاملة.
• الادعاءات التي تحتوي على correlation_cell: None تتصرف تمامًا مثل v0.2.0 (بدون تراجع).
• كل العمليات الحسابية صحيحة فقط (i32/i64، نقاط أساس). لا أعداد عشرية. جاهزة لـ ZK.

// 100 جهاز استشعار في نفس الموقع، ثقة 70% لكل منها:
// v0.2.0 (ساذج):  100 × 847 = 84,700 milli-log-odds → ~100% (مفرط الثقة)
// v0.3.0 (30%):    847 × Σ(0.3^i) ≈ 1,207 milli-log-odds → ~77% (واقعي)

الهندسة المعمارية

aimp_node/          تطبيق مرجعي بلغة Rust (عضو في مساحة عمل Cargo)
  src/
    crdt/           محرك Merkle-DAG، نموذج الممثل، مخصص الساحة، إجماع النصاب
    crypto/         هوية Ed25519، تجزئة BLAKE3، جدار حماية ذو ثقة صفرية
    network/        نشر UDP، جلسات Noise Protocol XX، تحديد معدل لكل نظير
    protocol/       تنسيق السلك (MessagePack)، تعداد الحمولة المقولب
    epistemic.rs    الطبقة المعرفية L3 (v0.3.0): log-odds، نشر الثقة، خصم الارتباط
    semantic_topology.rs  الطوبولوجيا الدلالية L3 (v0.4.0): تضمينات SimHash، توليد الحواف التلقائي
    decision_engine.rs  محرك قرار حتمي قابل للتوصيل (trait + محرك قواعد + إعادة تحميل ساخن)
    error.rs        تسلسل هرمي موحد لنوع AimpError
    dashboard/      واجهة TUI لـ Ratatui
    config.rs       تكوين ديناميكي مع التحقق من الصحة
    event/          تسجيل منظم + مقاييس Prometheus (عدادات + رسوم بيانية)
  tests/            اختبارات التكامل
  benches/          معايير Criterion
aimp_testbed/       Python SDK (aimp-client) + أداة CLI + اختبار الفوضى
deploy/             خدمة Systemd، Firecracker microVM، نص التثبيت
formal/             مواصفات TLA+ للتقارب + سلامة النصاب + تقارب الاعتقاد
docs/               الورقة 1 (مصدر Typst + PDF)
v0.2.0/             الورقة 2: الطبقة المعرفية (مصدر Typst + PDF)
v0.3.0/             الورقة 3: التجميع المدرك للارتباط (مصدر Typst + PDF)

المزايا الاستراتيجية

الميزات الرئيسية

المحرك الأساسي (v0.1.0)

• نموذج الممثل مع CRDT ذو حالة مشتركة صفرية عبر tokio::mpsc
• تخصيص Slab/Arena مع إدراج O(1) وتخطيط SoA
• استمرارية دائمة عبر redb مع تشفير ChaCha20Poly1305 في حالة الراحة
• اشتقاق مفتاح HKDF-SHA256 مع فصل المجال
• جذر Merkle مخبأ مع إبطال عند الكتابة
• جمع قمامة حقيقي (mark-and-sweep) مع استعادة ذاكرة slab
• تتبع GC قائم على الحقبة مدمج في ممثل CRDT

الطبقة المعرفية (v0.2.0 — v0.4.0)

• حسابات log-odds صحيحة (i32، ملي-log-odds) — لا أعداد عشرية، حتمي 100%
• نشر ثقة ماركوفي ثنائي المرور (Supports → Contradictions، بدون تذبذب)
• سمعة مقاومة لهجمات Sybil: العقد الجديدة تبدأ من 0، التفويض مطلوب، إنفاق السمعة
• تقليل الحقبة المحاذي للشبكة مع ضغط مادي (الملخصات تنجو من GC)
• كشف الدورة (DFS مرتب) يمنع حلقات تضخم الثقة
• v0.3.0: تجميع مدرك للارتباط — خصم هندسي لأجهزة الاستشعار / LLMs المتجاورة
• v0.3.0: تقليل الخلية الذري — التجميع حسب (epoch, fingerprint, cell) لسلامة CRDT
• v0.4.0: طوبولوجيا دلالية حتمية — تضمينات SimHash، توليد الحواف التلقائي
• أسرع 98-142x من المنطق الذاتي / Dempster-Shafer (مطابق بتًا عبر البنى)

الشبكات والأمان

• جلسات Noise Protocol XX مشفرة (مفعلة افتراضيًا)
• تحديد معدل رمز مميز لكل نظير (حسابات صحيحة)
• إزالة الازدواجية في النشر O(1) عبر HashSet + VecDeque
• كشف هجوم إعادة التشغيل TTL مع قاطع الدائرة
• إخلاء جلسة LRU (TTL + أقصى عدد)
• تفاوض نطاق إصدار البروتوكول للترقيات المتداولة

محرك القرار والإجماع

• DecisionEngine trait قابل للتوصيل مع تطبيق RuleEngine
• إعادة تحميل القواعد ساخنة من aimp_rules.json (لا حاجة لإعادة التشغيل)
• تصويت نصاب BFT مع قرارات متحقق منها مستمرة
• Payload مقولب لكل رمز عملية (سلامة وقت الترجمة)

المراقبة

• عدادات Prometheus، مقاييس، ورسوم بيانية لزمن الاستجابة
• نقطة نهاية /health مركبة مع فحوصات فرعية ورموز حالة HTTP
• تسجيل أحداث النظام المنظمة SystemEvent مع لوحة معلومات TUI

العمليات

• تسلسل هرمي موحد لنوع AimpError (لا مزيد من Box<dyn Error>)
• التحقق من صحة التكوين (يرفض مجموعات المعاملات غير الصالحة)
• إيقاف تشغيل مهذب مع مهلة 5 ثوانٍ
• ملف خدمة Systemd مقوى
• CI/CD: lint، اختبار، تدقيق أمني، توثيق، إصدارات مجمعة عبر المنصات

المعايير

مُقاسة باستخدام Criterion على Apple Silicon (سلسلة M)، أحادية الخيط، وضع fast-crypto:

على مستوى النظام

محاكاة عنقود من 5 عقد مع مزامنة مضادة للانتروبيا (داخل العملية، Apple Silicon):

تدهور الشبكة (محاكاة netem)

التقارب تحت فقدان حزم وزمن انتقال وتقسيمات محاكاة (5 عقد، 50 طفرة/عقدة):

يتقارب AIMP حتى عند فقدان حزم ~80% خلال بضع جولات مضادة للانتروبيا، متدهورًا بشكل رشيق.

عبر المنصات (ARM64 محدود الموارد)

Docker ARM64 Linux مع حدود موارد من فئة RPi:

حتى على عتاد فئة RPi Zero، الإنتاجية أعلى بـ 3 مراتب من حد المعدل.

مقارنة مع Automerge v0.7

نفس العتاد، نفس العمليات، أحادية الخيط، target-cpu=native:

يتفوق AIMP مع ring على Automerge بمقدار 1.37x في الطفرات (مع Ed25519 لكل كتابة) و 2.4x في الدمج. Yrs هو الأسرع في الطفرات (بدون تشفير) لكن دمج AIMP ضمن 26% من Yrs.

# تفعيل backend ring لأقصى إنتاجية
RUSTFLAGS="-C target-cpu=native" cargo run --release --features fast-crypto,fast-alloc

تشغيل المعايير محليًا:

cargo bench --manifest-path aimp_node/Cargo.toml             # المعايير الدقيقة
cargo run --release -p aimp_node --example bench_convergence  # معايير النظام
cargo run --release -p aimp_node --example bench_netem        # تدهور الشبكة
docker build -f Dockerfile.bench -t aimp-bench . && \
  docker run --rm --memory=1g --cpus=1 aimp-bench             # ARM64 محدود

التحقق الرسمي (TLA+)

L2 — تقارب CRDT

استكشف TLC 46,063 حالة (9,558 فريدة) بعمق 16 في أقل من ثانية واحدة مع 10 عمال متوازيين وبدون انتهاكات. الأخطاء التي تم العثور عليها: خطأين في الصحة (رؤوس خارج الترتيب، تصويت مزدوج في النصاب). تم إصلاحهما.

L3 — تقارب الاعتقاد

تحقق شامل محدود: 199,902 تكوينًا (5 خصائص، حتى N=6 عقد). الأخطاء التي تم العثور عليها: خطأ واحد في صيغة نشر الثقة (t_{k+1} = t_k + At_k مقابل الصحيح t_{k+1} = t_0 + At_k). تم إصلاحه.

البدء السريع

1. تشغيل العقدة

cargo run -- --port 1337 --name node1

2. واجهة سطر الأوامر Python

cd aimp_testbed
pip install -e .
aimp-cli health --target 127.0.0.1 --metrics-port 9090
aimp-cli infer "Check valve pressure in sector north"

3. تشغيل الاختبارات والمعايير

make test                     # اختبارات مبنية على الخصائص + التكامل
make bench                    # معايير Criterion
make lint                     # تنسيق + clippy
make docs                     # إنشاء rustdoc

النشر على الحافة

AIMP مصمم للعمل كـ ثنائي ثابت واحد بدون أي تبعيات وقت التشغيل. لا حاجة لـ Docker، لا بيئة حاويات، لا JVM.

نشر سريع (على المعدن الصافي)

# تنزيل الثنائي لبنيتك
curl -LO https://github.com/fabriziosalmi/aimp/releases/latest/download/aimp_node-aarch64-linux
chmod +x aimp_node-aarch64-linux

# التثبيت كخدمة systemd
sudo deploy/install.sh ./aimp_node-aarch64-linux

# البدء
sudo systemctl start aimp-node
curl localhost:9090/health

تجميع عبر المنصات من المصدر

make install-cross-targets   # لمرة واحدة: تثبيت أهداف musl
make edge-arm64              # ARM64 (RPi 4/5, Jetson, Graviton)
make edge-armv7              # ARMv7 (RPi 2/3, PLCs صناعية)
make edge-x86                # x86_64 (بوابات الحافة)
make edge-all                # الثلاثة جميعًا

Firecracker MicroVM (عزل متعدد المستأجرين)

للبوابات الحافة التي تشغل أعباء عمل غير موثوقة متعددة:

sudo make microvm-rootfs     # بناء جذر Alpine ~15MB مع AIMP
firecracker --no-api --config-file deploy/firecracker/vm-config.json

وقت التمهيد: ~125ms. الذاكرة: 64MB. vCPU: 1.

خدمة Systemd

يوفر ملف الخدمة المرفق (deploy/systemd/aimp-node.service):

التكوين

يتم تحميل التكوين من (أعلى أولوية أولاً):

1. وسائط سطر الأوامر (--port، --name)
2. متغيرات البيئة (AIMP_PORT، AIMP_NOISE_REQUIRED، AIMP_PEER_RATE_LIMIT، ...)
3. ملف aimp.toml (اختياري)
4. القيم الافتراضية الثابتة في الكود

تدفق البيانات

graph TD
    UDP[UDP Socket] -->|Envelope| RL[Rate Limiter]
    RL -->|Allowed| NP[Noise Protocol]
    NP -->|Decrypt| FW[Security Firewall]
    FW -->|Valid| BP[Backpressure Semaphore]
    BP -->|Permit| Parser[Protocol Parser]
    Parser -->|AimpData| CRDT[CRDT Actor]
    CRDT -->|Mutation| DAG[Merkle-DAG + redb]
    DAG -->|Prune| GC[Epoch GC]
    CRDT -->|Evaluation Req| DE[Decision Engine]
    DE -->|Decision + Evidence| CRDT
    CRDT -->|Quorum Vote| QM[QuorumManager]

الأعمال ذات الصلة

يبني AIMP على مفاهيم من المجالات التالية لأبحاث الأنظمة الموزعة:

• CRDTs — Shapiro et al., "A Comprehensive Study of Convergent and Commutative Replicated Data Types" (INRIA, 2011)
• Merkle-CRDTs — Kleppmann & Howard, "Byzantine Eventual Consistency and the Fundamental Limits of Peer-to-Peer Databases" (2022)
• BFT Consensus — Castro & Liskov, "Practical Byzantine Fault Tolerance" (OSDI, 1999)
• Bayesian Aggregation — Jaynes, "Probability Theory: The Logic of Science" (2003); log-odds arithmetic for belief fusion
• Trust Networks — Kamvar et al., "The EigenTrust Algorithm for Reputation Management in P2P Networks" (WWW, 2003)
• Subjective Logic — Jøsang, "Subjective Logic: A Formalism for Reasoning Under Uncertainty" (Springer, 2016)
• Copulas — Nelsen, "An Introduction to Copulas" (Springer, 2006); correlation modeling for dependent evidence
• Noise Protocol — Perrin, "The Noise Protocol Framework" (2018); used via the snow crate for XX handshake pattern
• Gossip Protocols — Demers et al., "Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance" (1987)
• Merkle Trees — Merkle, "A Digital Signature Based on a Conventional Encryption Function" (CRYPTO, 1987)
• Vector Clocks — Mattern, "Virtual Time and Global States of Distributed Systems" (1988)

الترخيص

MIT — فابريزيو سالمي، 2026.