تماس با ما
 
بدان
 
امروز پنجشنبه ، ۱۳۹۹/۱۲/۰۷
 
کلیه مقالات

به سمت انتخاب کارگران صادقانه و صادقانه و ایجاد چند بلوک: مکانیسم اجماع اثبات مذاکره در شبکه های blockchain:

Towards random-honest miners selection and multi-blocks creation: Proof-of-negotiation consensus mechanism in blockchain networks:

به سمت انتخاب کارگران صادقانه و صادقانه و ایجاد چند بلوک:

مکانیسم اجماع اثبات مذاکره در شبکه های blockchain:

چکیده:

به عنوان یکی از ویژگیهای اساسی شبکههای blockchain ، ساز و کار اجماع هم از دانشگاهیان و هم از صنایع علاقه های چشمگیری را به خود جلب کرده است.

اخیراً ، با مشارکت منصفانه چند ماینر ، به سازوکار اجماع توجه بیشتری شده است.

با این حال ، بسیاری از آنها مستقر و مستقر و ایجاد یک به یک بلوک هستند ، و بنابراین فرصت هایی را برای مهاجمین فراهم می کنند تا حمله DoS را علیه ماینرهای ثابت انجام دهند یا با رشوه دادن ماینرهای ثابت ، ایجاد بلوک ها را دستکاری کنند.

علاوه بر این ، ایجاد بلوک یک به یک ممکن است منجر به معاملات گسترده ای شود که انتظار دارند تأیید شود ، به خصوص در مقیاس وسیعی از شبکه blockchain.

در این مقاله ، یک مکانیسم اجماع جدید به نام اثبات مذاکره (PoN) پیشنهاد شده است.

با استفاده از قوانین مذاکره ، مدیریت اعتماد برای ارزیابی اعتماد به نفس کارگران معدنکار و در نتیجه دستیابی به انتخاب کارگران صادقانه تصادفی برای دور ایجاد بلوک معرفی می شود.

برای بهبود بیشتر کارآیی PoN در ایجاد بلوک ، ایجاد چند بلوک موازی با تقسیم تیم معدنچی به عنوان گروه های k می تواند همزمان و یا ناهمزمان اجرا شود.

در همین حال ، یک طرح ذخیره بلوک های توزیع شده با یک عملکرد نقشه طراحی شده است تا حجم ذخیره سازی ناشی از ایجاد بلوک های عظیم را کاهش دهد.

نتایج شبیه سازی نشان می دهد که PoN از ایجاد مکانیزم اجماع سنتی در ایجاد بلوک های یک به یک و در ایجاد بلوکها مؤثرتر است.

1. معرفی:

Blockchain در ابتدا در سال 2008 بعنوان فناوری زیر بنای بیت کوین به حالت کشش درآمد [1] ، اما اکنون در طیف وسیعی از برنامه ها به کار گرفته شده است و ارزش بازار جهانی را ایجاد کرده است.

دلیل این امر شفافیت ، امنیت ، تضمین کیفیت ، معاملات جهانی همتا به همسالان و تمرکززدایی است که فناوری blockchain فراهم می کند [2].

با استفاده از رمزگذاری داده ها ، تمبرهای زمانی ، ساز و کار اجماع و قرارداد هوشمند ، blockchain می تواند مبادلات غیرمترقبه اعتباری point-topoint ، هماهنگی و همکاری را در یک سیستم توزیع شده انجام دهد ، تا بتواند راه حل هایی را برای هزینه بالا ، راندمان پایین و عدم امنیت اطلاعات ارائه دهد. نهادهای متمرکز

Blockchain را می توان به عنوان یک رهبر عمومی در نظر گرفت که در آن کلیه معاملات متعهد در یک زنجیره بلوک ذخیره می شود [3].

این زنجیره به طور مداوم وقتی ترتیب بلوک های جدید به آن اضافه شود ، به ترتیب زمانی رشد می کند.

از اصلی ترین مزایای blockchain عدم تمرکز ، شفافیت ، قابلیت ردیابی و مقاومت در برابر دستکاری است.

بنابراین ، blockchain در بسیاری از زمینه ها از جمله خدمات مالی [4] ، اینترنت اشیاء (IoT) [5] ، مهندسی نرم افزار [6] ، دولت الکترونیک و خدمات عمومی [7] و غیره استفاده شده است.

یکی از اساسی ترین ویژگی های شبکه های blockchain مکانیزم اجماع است.

در شبکه های blockchain ، بلوک ها از طریق مکانیسم اجماع متشکل از همتا ، توزیع شده و غیر متمرکز اعتبار ، مشترک ، همگام سازی شده و در گره ها ایجاد می شوند [8].

گره های مسئول ایجاد بلوک در مکانیسم اجماع ، معدنچیان نامیده می شوند.

تلاش های بسیاری به مطالعات مکانیسم اجماع مختلف انجام شده است [9-13] ، که در آن توجه به توسعه مکانیسم اجماع با مشارکت چند کارگر معادن آغاز شده است.

با این حال ، بسیاری از آنها کارگران معدن را به صورت ثابت انتخاب می کنند.

این ممکن است درها را برای برخی تهدیدها باز کند.

به عنوان مثال ، مهاجمان می توانند حمله DoS را علیه ماینرهای ثابت انجام دهند ، از اعتبارسنجی آنها در بلوکهای جدید یا دریافت پیام از یکدیگر جلوگیری می کند.

همچنین ممکن است مهاجمان با رشوه دادن ماینرهای ثابت ، ساخت بلوک ها را دستکاری کنند.

علاوه بر این ، بلوک ها هنوز هم یک به یک در مکانیسم اجماع فعلی ایجاد می شوند.

یعنی پس از اتمام ایجاد بلوک ، معدنکارانی که منتظرند با رشد معاملات ، ایجاد شوند.

به خصوص در مقیاس وسیعی از شبکه blockchain ، تعداد گره ها بیشتر و بیشتر می شوند و در نتیجه معاملات گسترده ای در انتظار تأیید خواهند بود.

بهره وری از مکانیسم اجماع بسیار کم خواهد شد.

در این مقاله ، ما یک مکانیسم اجماع جدید به نام اثبات مذاکره (PoN) ، همراه با طرح blockchain اثبات از مفهوم با استفاده از مشارکت چند ماینر منصفانه را پیشنهاد می کنیم.

سهم اصلی این مقاله به شرح زیر است:

• یک مکانیزم اساسی اجماع برای انتخاب کارآگاهان ماینر تصادفی پیشنهاد کنید.

تحت هدایت اثبات مذاکره ، ما می یابیم که پنج قانون مذاکره برای دستیابی به مکانیزم اجماع سریع و کارآمد در شبکه های blockchain بسیار مفید است.

با استفاده از این قوانین مذاکره ، می توان مدیریت اعتماد را برای ارزیابی اعتماد به نفس کارگران معدن در شبکه های blockchain معرفی کرد.

بر این اساس ، یک الگوریتم انتخاب تصادفی مورد اعتماد برای انتخاب تصادفی کارگران صادق در یک دور ایجاد بلوک از تیم معدن (Φ) که از اکثر گره های شبکه تشکیل شده است ، طراحی شده است.

الگوریتم به روزرسانی تیم معدنچی نیز برای کامل کردن اعضا در Φ پیشنهاد شده است.

با دو الگوریتم ، ساز و کار اجماع ما می تواند کارگران صادق را انتخاب کند و از معادن ثابت جلوگیری کند.

• دو بخش برای اجرای موازی ایجاد چند بلوک با تقسیم تیم معدنکار به عنوان گروه های k طراحی کنید.

در روش ایجاد همزمان ، گروه های معدنچی می توانند دور k بلوک های فعلی را به صورت همزمان ایجاد کرده و سپس به دور k بعدی بلوک ها با هم تغییر دهند.

در روش ایجاد ناهمزمان ، هر گروه معدنچی به ترتیب در دورهای K فعلی بلوک ها ، ایجاد بلوک را به اتمام می رساند ، و سپس در دورهای بعدی k بلوکها ایجاد یک بلوک جدید را بطور غیر همزمان آغاز می کند.

برای دستیابی به ایجاد چند بلوک یکی از دو روش قابل انتخاب است که بسیار سریعتر از مکانیسم های اجماع با ایجاد بلوک های یک به یک است.

ما همچنین الگوریتم انتخاب رهبران معدنچی را طراحی و به روز می کنیم تا به طور تصادفی صادق ترین کارگران معدن را به عنوان رهبران معدنچی که مسئولیت زنجیره سازی چند بلوک را به طور پیوسته به blockchain توسط timestamp خود انتخاب می کنند ، انتخاب کنیم.

• بلوک های عظیم را هنگام ایجاد توسط PoN به صورت توزیع شده ذخیره کنید.

ما یک تابع نقشه ایجاد می کنیم تا مینگرهای چند بلوک را برای یک بلوک قرار دهیم.

فقط وقتی یک گره به مدیر بلوک یک بلوک تبدیل شود می تواند گره بلوک را ذخیره کند.

بدون در اختیار داشتن شناسه مدیران بلوک ، عملکرد نقشه می تواند با معرفی لیست بلاک به سرعت مدیران مختلف یک بلوک را پیدا کند ، که در آن هر گره می تواند بر اطلاعات به روزرسانی کل blockchain تسلط داشته و ساختار زمانه blockchain را حفظ کند.

در مقایسه با روش سنتی که هر گره معمولاً تمام بلوک های کل کلن زنجیره ای را ذخیره می کند ، روش توزیع شده ما می تواند در مواجهه با بلوک های عظیم ، بار ذخیره هر گره را کاهش دهد.

ساختار این مقاله به شرح زیر است:

در بخش 2 ، برخی مفاهیم پیش زمینه و نزدیکترین نظرات مربوط به کار شرح داده شده است.

سازوکار اساسی اجماع تحت هدایت اثبات مذاکره در بخش 3 ارائه شده است.

روش های ایجاد چند قفل موازی در بخش 4 طراحی شده است.

طرح ذخیره سازی بلوک های توزیع شده در بخش 5 طراحی شده است.

تجزیه و تحلیل شبیه سازی PoN در بخش 6 آورده شده است.

ما همچنین در بخش 7 درمورد موضوعات احتمالی و کار آینده سازوکار اجماع خود بحث خواهیم کرد.

سرانجام ، ما در بخش 8 مقاله را نتیجه می گیریم.

2- سابقه و کار مرتبط:

با توجه به تعریف پیدایش blockchain [1] ، مراحل ایجاد بلوک در شبکه را می توان به شرح زیر توصیف کرد:

(1) معاملات جدید به همه گره ها پخش می شود.

(2) هر گره معاملات جدیدی را به صورت بلوک جمع می کند.

(3) هر گره بر روی مکانیسم اجماع کار می کند.

(4) وقتی یک گره برای ایجاد بلوک توسط مکانیسم اجماع انتخاب می شود ، این بلوک را به همه گره ها پخش می کند.

(5) گره ها بلوک را فقط در صورتی قبول می کنند که کلیه معاملات موجود در آن معتبر بوده و قبلاً هزینه نشده باشد.

(6) گره ها با کار بر روی ایجاد بلوک بعدی در زنجیره ، با استفاده از هش بلوک پذیرفته شده به عنوان هش قبلی ، پذیرش بلوک را ابراز می کنند.

سپس بلوک ها به ترتیب زمانی به عنوان "زنجیره ای از بلوک" یا به طور دقیق تر ، یک لیست خطی از بلوک های مرتبط با نشانگرهای هش آشکار سازماندهی می شوند [14].

با توجه به نظم زمانی ، شبکه های blockchain را می توان در اصل به عنوان ستون فقرات یک سیستم رهبری عمومی توزیع کرد تا معاملات را به شکل سازمان پروتکل همتا به همتا پردازش کند.

هنگامی که برخی از معاملات بطور معمول توسط معدنکارها انتخاب می شوند و صرف نظر از زمان شروع آنها ، در یک بلوک جدید گنجانده می شوند ، این بلوک جدید باید توسط timestamp آن به فروشگاه زنجیره ای وصل شود تا ترتیب زمانی را حفظ کند.

شبکه های بلاکچین ، به ویژه آنهایی که سیاست های دسترسی آزاد را اتخاذ می کنند ، از ویژگی های ذاتی آنها برای تفکیک ، دسترسی عمومی (یعنی شفافیت) و مقاومت در برابر انعطاف پذیری متمایز می شوند.

شبکه های فعلی blockchain تقریباً به سه دسته تقسیم می شوند:

blockchain عمومی ، blockchain خصوصی و blockchain کنسرسیوم [16].

در Blockchain عمومی ، هر کس در جهان می تواند معاملات را بخواند و ارسال کند و انتظار داشته باشد در صورت اعتبار بودن آنها را ببیند ، و هر کسی در جهان می تواند در مکانیسم اجماع شرکت کند.

blockchain های عمومی مانند بیت کوین و اتریوم [17] بدون مجوز نامیده می شوند ، یعنی هر گره ای در اینترنت می تواند بپیوندد و یک معدنچی شود [18].

در blockchain کنسرسیوم ، مکانیسم اجماع توسط یک مجموعه از پیش تعیین شده از کارگران معدن کنترل می شود.

در blockchain خصوصی ، مجوزهای نوشتن در یک سازمان اصلی محوری نگه داشته می شوند.

با وجود این واقعیت که فناوری blockchain عمومی از پتانسیل بالایی برای ساخت سیستم های اینترنت آینده برخوردار است ، با برخی از مشکلات فنی روبرو است.

اولا ، چگونگی انتخاب کارگران پویا و صادق ، مسئله اصلی در سازوکار اجماع blockchain عمومی است.

در مرحله دوم ، بلوکها هنوز هم یک به یک ایجاد می شوند.

ثالثاً ، ایجاد بلوک پیوسته در حال افزایش بار ذخیره در هر گره است که معمولاً تمام بلوک های کل blockchain را ذخیره می کند.

در این مقاله ، ما تلاش خود را برای رفع این چالش های blockchain عمومی اختصاص می دهیم.

بدون از بین رفتن کلی ، مفهوم blockchain در این مقاله به blockchain عمومی اشاره دارد.

مکانیسم اجماع ، که هسته اصلی شبکه blockchain است ، دو کار را انجام می دهد:

این تضمین می کند که بلوک بعدی شبکه تنها نسخه حقیقت است و از شبکه در برابر تأثیرات خصمانه در گره ها و شبکه محافظت می کند [19،20].

ساز و کار اجماع اجازه می دهد تا شبکه blockchain معاملات را بدون اتکا به واسطه ها یعنی مرجع مرکزی ، معاملات را تأیید کند.

اولین و محبوب ترین مکانیسم اجماع برای تأمین امنیت و غیرمتمرکز کردن کلکسیون ها ، اثبات کار (PoW) است [1].

این مکانیزم از راه حل معماها برای اثبات اعتبار داده ها استفاده می کند.

معمایی معمولاً یک مسئله محاسباتی سخت اما به راحتی قابل اثبات است.

وقتی یک گره یک بلوک ایجاد می کند ، باید یک معما را حل کند.

پس از حل پازل ، آن را به گره های دیگر پخش می شود ، برای رسیدن به هدف اجماع.

با این حال ، PoW برای حل پازل نیاز به تلاشهای محاسباتی گسترده دارد ، که منجر به مصرف انرژی بالا و مصرف منابع محاسباتی می شود.

به جای تقاضای گره برای حل پازل در یک فضای نامحدود ، اثبات سهام (PoS) [9] مردم را ملزم به اثبات مالکیت مقدار سکه ها می کند زیرا اعتقاد بر این است که افرادی که سکه های بیشتری دارند کمتر حمله می کنند. شبکه.

در PoS ، یک معدنکار با احتمال متناسب با سکه های متعلق انتخاب می شود.

گاهی اوقات می تواند چیزهای دیگری باشد.

به عنوان مثال ، Burstcoin ، اجرای اثبات ظرفیت [10] ، یک سیستم رمزپرداخت و پرداخت غیر متمرکز است که معدنچیان مجبور هستند فضای سخت افزاری بزرگی را برای معدن بلوک اختصاص دهند.

الگوراند [21] همچنین حاوی مکانیسم اجماع مشابه PoS است.

به عنوان یک رمزنگاری جدید که تأیید معاملات با تأخیر را به مدت یک دقیقه انجام می دهد ، الگوراند یک کمیته کوچک از نمایندگان را انتخاب می کند که بطور تصادفی از کل مجموعه کاربران با توجه به مانده ارز خود برای اجرای فرایند اجماع انتخاب می کنند.

اگرچه PoS می تواند بر مشکلات مصرف انرژی و منابع غلبه کند ، پدیده ای که ثروتمندان ثروتمندتر می شوند در روند اجماع PoS ظاهر می شوند.

اخیراً ، با مشارکت منصفانه چند ماینر ، به سازوکار اجماع توجه بیشتری شده است.

هر گره می تواند به جای اینکه به منابع محاسباتی یا میزان سکه بستگی داشته باشد ، می تواند نسبت به رقابت در تبدیل شدن به یک معدنچی در یک شبکه blockchain اقدام کند.

در چنین نوع مکانیسم اجماع ، در واقع هر معدنچی دو نقش را بازی می کند:

نقش پیشنهادی که یک بلوک جدید یا نقش اعتبار دهنده را پیشنهاد می کند که اثربخشی بلوک را تأیید کند.

به عنوان مثال ، تحمل گسل های بیزانس عملی (PBFT) [11] یک مکانیسم اصلی اجماع برای تحمل گسل های بیزانس است [22].

Hyperledger Fabric [23] از PBFT به عنوان الگوریتم اجماع خود استفاده می کند زیرا PBFT می تواند تا یک سوم از ماکت های بیزانس مخرب را اداره کند.

مشابه PBFT ، Tendermint [12] همچنین یک سازوکار اجماع معمولی BFT (بیزانس گسل تحمل) است که می تواند کار کند حتی اگر یک سوم از گره های شبکه به روش های دلخواه خود شکست بخورند.

در Tendermint ، یک پیشنهاد دهنده یک بلوک جدید را پیشنهاد می کند ، سپس اعتبارسنجان اعتبار این بلوک را تأیید می کنند.

با بهبود PBFT ، هنگامی که یک معدنکار ناقص شناخته شود ، در Tendermint مجازات می شود.

با این حال ، تعداد معینی از معدنچیان در PBFT و Tendermint وجود دارند که مسئول اجرای مکانیزم اجماع هستند.

براساس Tendermint ، سازوکار اجماعی که از تصادفی و نظریه بازی سوءاستفاده می کند ، در [13] ارائه شده است.

اگرچه این مکانیسم اجماع نمی تواند به مجموعه ثابت معدنکار متکی باشد ، اما هر بار که یک بلوک جدید پیشنهاد شود ، مجموعه متفاوتی از کارگران را به طور کامل انتخاب می کند.

ارزیابی اعتماد از معدنچیان تصادفی در پیشنهاد هر بلوک در نظر گرفته نشده است.

شاید برخی از معدنچیان مخرب انتخاب شوند.

علاوه بر این ، تئوری بازی ممکن است تلاش محاسباتی گسترده را از معدنچیان بخواهد.

در واقع ، یک مکانیسم اجماع ساده و کارآمد برای کاربردهای عملی مناسب است.

در مکانیسم اجماع فعلی با مشارکت منصفانه چند ماینر ، چندین اعتبار سنج برای اعتبار بخشی کارایی بلوک اختصاص داده شده است ، در حالی که معمولاً یک پیشنهاد دهنده برای به عهده گرفتن مسئولیت پیشنهاد بلوک استفاده می شود.

هنگامی که پیشنهاد دهنده یک بلوک کاذب ایجاد کند ، دور فعلی ایجاد بلوک باطل می شود.

برای محافظت از ایجاد بلوک ، پیشنهاد بلوک و اعتبارسنجی بلاک به ترتیب به پیشنهاد دهنده ها و اعتبار سنج های مختلف اختصاص می یابد.

در این مقاله ، ما یک ساز و کار اجماع جدید با مشارکت عادلانه چند ماینر به نام PoN را پیشنهاد می کنیم.

برخلاف آثار مرتبط قبلی ، روشهای ارزیابی برای ارزش اعتماد پیشنهادی (PT) و ارزش اعتماد معتبر (VT) طراحی شده اند.

با طراحی الگوریتم انتخاب تصادفی قابل اعتماد ، برخی از معدنچیان صادق با ارزش اطمینان بالایی می توانند بطور تصادفی از تیم معدنچی انتخاب شوند تا نقش پیشنهادی یا اعتبار سنج را در دور ایجاد بلوک ایفا کنند.

با استفاده از الگوریتم انتخاب تصادفی مورد اعتماد ، ایجاد چند بلوک را می توان همزمان و یا ناهمزمان اجرا کرد تا بیشتر کارایی PoN را در ایجاد بلوک ها بهبود ببخشد.

علاوه بر این ، ما بار ذخیره سازی ناشی از ایجاد بلوک های عظیم را در نظر می گیریم.

طرح ذخیره سازی بلوک های توزیع شده با عملکردی نقشه طراحی شده است تا بطور موثر حجم ذخیره بلوک ها را برای هر گره کاهش دهد.

3- ساز و کار اجماع اساسی با اثبات مذاکره:

برای انتخاب کارگران صادقانه تصادفی ، ما یک مکانیزم اساسی اجماع را تحت هدایت اثبات مذاکره پیشنهاد می کنیم.

این مکانیسم اجماع اساسی می تواند برای ایجاد یک بلوک یک به یک و پشتیبانی از ایجاد چند بلوک مورد استفاده قرار گیرد.

3-1- قوانین مذاکره و نمای معماری:

می توان دریافت که انتخاب کارگران معدن کلید سازوکار اجماع است.

برای دستیابی به یک ساز و کار اجماع سریع و کارآمد به شیوه ای توزیع شده ، برخی از قوانین مذاکره برای انتخاب کارگران صادقانه و صادقانه ضروری است.

• قانون 1:

اندازه کارگران معدن | Φ | & gt؛ n / 2 جایی که Φ نشانگر تیم معدنچی است و n تعداد گره های شبکه blockchain است.

• قانون 2:

کارگران معدن باید مطابق با ارزش و طول عمرشان به روز شوند.

وقتی ارزش اعتماد آنها کمتر از آستانه یا عمر آنها تمام شود ، این کارگران معدن حذف می شوند.

• قانون 3:

داوطلبان و معتبرها باید در یک دور ایجاد بلوک به طور تصادفی از معدنچیان دارای مدیریت اعتماد انتخاب شوند.

• قانون 4:

در دور ایجاد بلوک ، چندین پیشنهاد دهنده باید به جای یک پیشنهاد دهنده ، یک پیشنهاد را انتخاب کنند.

در بین خودشان ، آنها هیچ چیز از یکدیگر نمی دانند.

• قانون 5:

در دور ایجاد بلوک ، برخی از کارگران معدنکار به عنوان اعتبارسنجی انتخاب می شوند که اثربخشی بلوک را تأیید می کنند و رأی اعتبارسنجی را به یکدیگر می فرستند.

یک معدنچی منتخب می تواند تنها در یک دور ایجاد بلوک یک نقش را بازی کند:

پیشنهاد دهنده یا اعتبار سنج

حمایت از قوانین مذاکره ، نمای معماری ساز و کار اجماع اساسی در شکل 1 نشان داده شده است.

با قوانین مذاکره ، اعتماد به نفس کارگران معدن را از طریق مدیریت اعتماد ارزیابی می کنیم.

سپس ، ما یک الگوریتم انتخاب تصادفی مورد اطمینان را طراحی می کنیم تا به صورت پویا گزاره های صادق و معتبر را در دور ایجاد بلوک از تیم معدن انتخاب کنیم.

پیشنهاد دهندگان مسئولیت پیشنهاد بلوک را بر عهده می گیرند و به ترتیب بلاک را به اعتبار سنج ها می فرستند.

اعتبارسنجان صحت بلوک را بررسی کرده و رأی اعتبارسنجی را به یکدیگر ارسال می کنند.

وقتی رای اکثریت صحیح باشد ، این بلوک را می پذیرند.

بلوک پذیرفته شده به blockchain زنجیر خواهد شد.

سناریوهایی که ممکن است معدنچیان بدخواه نقش پیشنهادی را در مورد بلوکهای دروغین ارائه دهند یا آرای اشتباه با نقش اعتبار سنجها ارائه دهند باید در طراحی PoN در نظر گرفته شوند.

برای تمایز معدنچیان مخرب و معدنچیان صادق ، می توان از مدیریت اعتماد برای ارزیابی اعتبار کارگران معدن استفاده کرد.

مدیریت اعتماد راهی مؤثر برای ارزیابی روابط اعتماد موجودات و کمک به آنها برای تصمیم گیری عاقلانه برای برقراری ارتباط و همکاری با یکدیگر می دهد [24].

با معرفی مدیریت اعتماد به شبکه های blockchain ، اگر ماینرهای مخرب غالباً پیشنهادات بلوک های کاذب یا آراء اشتباه را ارائه دهند ، نسبت به کارگران صادق ، اعتماد کمتری خواهند داشت.

در این حالت ، یک طرح ارزیابی جدید اعتماد برای شبکه های blockchain طراحی شده است.

برای Ith miner (Mi) مثال بزنید ، پارامترهای دوگانه (fi ، ri) به ترتیب تعداد پیشنهادات بلوک های کاذب و واقعی ارائه شده توسط Mi را مشخص می کنند.

اگر پیشنهاد بلوک ارائه شده توسط Mi توسط معتبرین به غلط تأیید شود ، فی 1 افزایش می یابد.

اگر واقعی باشد ، میزان 1 به 1 افزایش می یابد.

3-3- انتخاب ماینرهای تصادفی صادقانه:

4- ایجاد چند بلوک موازی:

برای اجرای چند بلوک ، تیم معدنکار را می توان بیشتر به گروه های k تقسیم کرد.

برای گروه معدنچی ith ، می توان آن را MGi (1≤i≤k) عنوان کرد.

در گروه های معدنچی ، هر MGi می تواند یک بلوک ایجاد کند.

سپس می توان دورهای بلوک k را توسط گروههای معدنچی k با ایجاد چندین بلوک موازی ایجاد کرد که نمای معماری آنها در شکل 2 نشان داده شده است.

برای هر MGi ، ماینرها نیز از پیشنهاد دهنده ها و اعتبار سنج ها تشکیل شده اند.

هنگامی که یک بلوک در MGi پذیرفته می شود ، معتبر MGi همچنین بلوک های پذیرفته شده را برای رهبران معدنچی ارسال می کنند که وظیفه دارند زنجیره زمانی آنها را به صورت پیوسته به زنجیره بچسبانند.

4-1- روش های موازی برای ایجاد چند بلوک:

با کمک گروه های معدنچی ، می توان دو روش موازی را برای اجرای موازی ایجاد چند بلوک طراحی کرد.

4-1-1- روش ایجاد سنکرون:

4-1-2- روش ایجاد ناهمزمان:

4-2- رهبران معدنچی که ساختار زمانی را حفظ می کنند:

5- ذخیره بلوک های توزیع شده:

با افزایش حجم معاملات ، ایجاد چند بلوک باعث می شود بیشتر و بیشتر بلوک هایی که به ذخیره نیاز دارند ، شود.

نحوه ذخیره بلوک به صورت توزیع شده به یک موضوع بسیار مهم در شبکه های blockchain تبدیل شده است.

در حال حاضر ، بلوک ها می توانند با دو روش ، از جمله ذخیره گره سبک و ذخیره کامل گره [14] ذخیره شوند.

یک گره سبک (مثلاً کیف پول) فقط هدر هر بلوک را نگه می دارد ، از جمله هش قبلی ، تمبر زمان ، nonce ، ریشه مرکل.

یک گره کامل یک ماکت کامل و به روز از blockchain متعارف را در فضای محلی خود ذخیره می کند.

بررسی معاملات موجود در بلوک با ذخیره گره سبک بسیار دشوار است.

به خصوص در برخی از برنامه های blockchain می توان از blockchain به عنوان بانک اطلاعاتی برای ذخیره داده های تولید شده توسط شبکه استفاده کرد.

بدیهی است ، برای گره های سبک وزن غیرممکن است که بانک اطلاعاتی توزیع شده را با blockchain حفظ کنند.

در مقایسه با گره های سبک ، یک گره کامل قادر به بررسی مستقل معاملات بدون مراجعه به خارج است [14].

اما ، ظرفیت دیسک سخت یک گره محدود است.

وقتی اندازه تمام بلوک های موجود در blockchain از ظرفیت دیسک سخت برخی گره ها بیشتر باشد ، آنها نمی توانند بلوک های اضافه شده جدید را ذخیره کنند.

در این حالت ، توسعه blockchain با ظرفیت هارد دیسک گرهها سرکوب می شود.

برای دستیابی به یک طرح ذخیره سازی توزیع شده برای کلیه بلوک های موجود در شبکه های blockchain ، یک لیست بلوک و مدیر بلوک می تواند توسط هر گره ایجاد شود ، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.

لیست بلوک برای نگه داشتن اطلاعات به روزرسانی کل blockchain برای هر گره مفید است.

در لیست بلاک ، اعلامیه پارامترهای چرخه برگشت (Block k) به شرح زیر است.

6- تجزیه و تحلیل شبیه سازی:

6-1- راه اندازی شبیه سازی:

ما اثربخشی مکانیسم اجماع پیشنهادی PoN را در پایتون 3.6 تأیید می کنیم.

عناصر شبیه سازی در جدول 1 نشان داده شده است.

ما فرآیندهای اجماع نظیر به همسالان یک شبکه blockchain را شبیه سازی می کنیم و برای ارزیابی عملکرد مکانیسم اجماع PoN پیشنهادی ما ، پنج شبیه سازی را انجام می دهیم.

برای تجزیه و تحلیل دقت ، اضافه بار شبکه و کارایی PoN از نظر ایجاد بلوک های یک به یک ، PoN را با Tendermint و PoR مقایسه می کنیم.

هر سه نوع ساز و کار اجماع معمولی مبتنی بر مشارکت عادلانه چند ماینر است که در آن هر گره می تواند نسبت به رقابت در تبدیل شدن به یک معدنکار در یک شبکه blockchain اقدام کند.

به طور خاص ، سه نوع معمول مکانیسم اجماع چند ماینر به شرح زیر است.

• Tendermint [12]:

تمام گره ها به عنوان ماینر در دور بلوک ایجاد می شوند.

هنگامی که معدنکار ناقص شود ، دیگر هرگز به عنوان یک معدنکار انتخاب نمی شود.

• PoR [13]:

برخی از گره ها به طور تصادفی به عنوان کارگزاران در دور ایجاد بلوک ها انتخاب می شوند.

• PoN:

معدنچیان صادقانه به طور تصادفی از گروه معادن در یک دور بلوک ایجاد می شوند.

تیم معدنچی از اکثر گره های شبکه تشکیل شده و توسط الگوریتم 2 به صورت پویا به روز شده است.

با تیم معدنچی ، PoN می تواند از ایجاد چند بلوک پشتیبانی کند.

در مقایسه با ایجاد بلوک های یک به یک ، ما همچنین کارایی PoN را از نظر ایجاد چند بلوک تجزیه و تحلیل می کنیم.

سرانجام ، ما طرح ذخیره سازی بلوک های توزیع شده خود را با ذخیره کامل گره مقایسه می کنیم تا حداکثر حجم ذخیره را در یک گره در شبکه blockchain مشاهده کنیم.

6-2- نتایج شبیه سازی:

در اولین شبیه سازی ، الگوی رفتاری برای گره های صادقانه الگوبرداری شده است تا همیشه هنگام انتخاب به عنوان ماینر ، بلوک های واقعی و آراء صحیح ارائه شود ، در حالی که الگوی رفتاری برای مهاجمین ، ارائه پیشنهادات بلوک های دروغین و آراء اشتباه در هنگام انتخاب به عنوان ماینر است. .

در این شبیه سازی ، درصد گره های مخرب را مشاهده می کنیم تا دقت PoN ، Tendermint و PoR را از نظر ایجاد بلوک یک به یک مشاهده کنند.

ویژگی های مشترک آنها این است که در صورت موافقت دو نفر از معدنچیان ، بلوکی ایجاد می شود.

تعداد گره ها به ترتیب 1000 و 5000 تعیین شده است.

بدون از دست دادن کلی ، ما از میانگین حمله 200 دور بلوک به عنوان نتایج شبیه سازی استفاده می کنیم.

همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است ، در صورت زیاد بودن تعداد گره ها مانند 5000 ، دقت PoN بهتر است.

وقتی درصد گره های مخرب بیش از 50٪ باشد ، دقت به شدت کاهش می یابد.

در چنین مواردی ، PoN کمی بهتر از سایرین است زیرا ارزش اعتماد برای انتخاب کارگران صادق در نظر گرفته شده است.

البته چنین شرایط شدید وقتی که درصد گره های مخرب بیش از 50 درصد باشد در شبکه های واقعی blockchain ظاهر نمی شود.

برای تجزیه و تحلیل اضافه بار شبکه ناشی از مشارکت چند نفره منصفانه ، ما دور ایجاد بلوک ها را برای انجام شبیه سازی دوم تغییر می دهیم.

تعداد گره ها نیز به ترتیب 1000 و 5000 تعیین شده است.

همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است ، اضافه بار شبکه Tendermint به دلیل تمام گره ها به عنوان کارگران معدن بزرگترین است.

ما همچنین می دانیم که اضافه بار شبکه ناشی از انتخاب تصادفی کارگران از شبکه blockchain بزرگتر از انتخاب تصادفی کارگران صادقانه از تیم معدنچیان است.

برای ارزیابی کارآیی ایجاد بلوک یک به یک ، تعداد گره ها را برای انجام شبیه سازی دوم تغییر می دهیم.

بدون از دست دادن کلی بودن ، میانگین زمان 200 دور ایجاد بلوک را به عنوان نتایج شبیه سازی استفاده می کنیم.

همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است ، بازده Tendermint نیز بزرگترین است.

به دلیل انتخاب تصادفی معدنچیان صادقانه از تیم معدنچی ، بازده PoN نیز از PoR بهتر است.

در شبیه سازی چهارم ، ما کارآیی PoN را با ایجاد یک بلوک و ایجاد چند بلوک موازی ، تأیید می کنیم.

بدون از دست دادن کلی بودن ، میانگین زمان 2000 دور ایجاد بلوک را به عنوان نتایج شبیه سازی استفاده می کنیم.

با کمک گروه های معدنچی ، ایجاد چند بلوک موازی می تواند بازده PoN را به طور قابل توجهی بیشتر کند ، همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است.

در همین حال ، ما همچنین تأیید می کنیم که روش ایجاد همزمان و همان کارآیی با روش ایجاد ناهمزمان ، مهم نیست که آیا گروه های معدنچی چند بلوک را همزمان و یا ناهمزمان در ایجاد چند بلوک موازی ایجاد می کنند.

سرانجام ، ما حجم ذخیره سازی PoN را با ذخیره کامل و ذخیره سازی مشاهده می کنیم.

با تعداد گره یا بلوک ، اگر یک گره بتواند حداکثر حجم ذخیره را در شبکه blockchain بدست آورد ، می توان از حجم ذخیره سازی به عنوان نتیجه شبیه سازی استفاده کرد.

معمولاً اندازه یک بلوک 1 مگابایت است [3].

در شبیه سازی شکل.10 (a) تعداد بلوک ها را 2000 تعیین می کنیم و تعداد گره ها را تغییر می دهیم.

دیده می شود که حجم ذخیره سازی در یک گره در ذخیره سازی کامل 2000 مگابایت است.

در ذخیره سازی توزیع شده ، حجم ذخیره در یک گره با تعداد گره ها کاهش می یابد.

هنگامی که تعداد گره ها بیش از 3000 باشد ، حجم ذخیره سازی استاتیک می شود.

در شبیه سازی شکل.10 (b) تعداد بلوک ها را 5000 تعیین می کنیم و تعداد بلوک ها را تغییر می دهیم.

در فضای ذخیره سازی کامل ، حجم ذخیره در یک گره به طور خطی با تعداد بلوک ها افزایش می یابد.

در ذخیره سازی توزیع شده ، حجم ذخیره یک گره به آرامی با تعداد بلوک ها افزایش می یابد.

هر دو شکل 10 (a) و (b) نشان می دهند که ذخیره سازی توزیع شده می تواند حجم ذخیره سازی در یک گره را به طور مؤثرتر از فضای ذخیره سازی کامل کاهش دهد.

همچنین می توانیم دریابیم که اگر تنظیمات بلوک بیشتری تنظیم شود ، حجم ذخیره در یک گره بزرگتر می شود.

7- بحث و کار و آینده:

این مقاله بر مکانیسم اجماع برای انتخاب تصادفی کارگران معدنکار ، ایجاد موازی چند بلوک و ذخیره بلوکهای توزیع شده است.

در مقایسه با کار مرتبط ، سازوکار اجماع PoN ما می تواند مشارکت عادلانه چند ماینر را بهبود بخشد و کارگران معادن تصادفی را کنترل کند.

علاوه بر این ، ایجاد چند بلوک موازی می تواند بازده PoN را به طور قابل توجهی بیشتر از ایجاد بلوک های یک به یک بهبود بخشد.

برای پشتیبانی از ذخیره سازی بلوک های توزیع شده ، عملکرد نقشه طراحی شده ما نه تنها می تواند حجم ذخیره بلوک ها را برای هر گره کاهش دهد ، بلکه می تواند به سرعت مدیران بلوک قابل دستیابی را نیز پیدا کند.

دو طراحی بالقوه در طراحی مکانیسم اجماع باقی مانده است ، که اینها همچنین کارهای ارزشمندی برای تحقیقات در آینده هستند.

(1) خودخواهی.

ممکن است برخی از گره های خودخواه برای صرفه جویی در مصرف انرژی یا زمان انتقال ، از معدنکار شدن خودداری کنند ، در حالی که هنوز از بلوک های دیگران لذت می برند.

وجود گره های خودخواه می تواند عملکرد مکانیسم اجماع را خراب کند.

بنابراین ، چگونگی حل کارآمد و مؤثر مسئله خودخواهی برای شبکه های blockchain ، برای دستیابی به عملکرد بهتر مکانیسم اجماع ، به یک مسئله بسیار چالش برانگیز تبدیل شده است.

در حال حاضر ، برخی اقدامات تشویقی برای cryptocurrency پیشنهاد شده است.

در [26] ، پروتکل اثبات فعالیت جدید (PoA) جدید برای رمزنگاری پیشنهاد شده است که با ترکیب مؤلفه PoW خود با یک نوع PoS از سیستم ، پروتکل بیت کوین ساخته می شود.

پروتکل PoA به جای مجازات ذینفعان شرکت نمی کند ، به ذینفعانی که در این شبکه مشارکت و پایدار هستند پاداش می دهد.

برای ذینفعان که تعداد زیادی سکه در اختیار دارند آسانتر می شود تا حتی با سکه های بیشتر نیز پاداش بگیرند.

در [27] ، این سیستم برای تولید PoW به ماینرها با استفاده از بیت کوین پاداش می دهد و به این ترتیب انگیزه هایی برای چنین سرمایه گذاری در تلاشها تعیین می کند.

از آنجا که جوایز معدن در حال کاهش است ، انتظار می رود انگیزه ایجاد بلوک بیشتر به هزینه معاملات معطوف شود.

در واقع ، انگیزه همراه با سکه یا هزینه برای Cryptocurrency بهتر است ، اما برای مکانیسم اجماع با مشارکت چند ماینر منصفانه مناسب نیست.

در کار آینده ، ما یک تلاش همه جانبه برای حل مشکل خودخواهی برای سازوکار اجماع با مشارکت چند ماینر منصفانه خواهیم داشت و اندازه گیری تشویقی را از منظر رویکرد مشارکت دیفرانسیل طراحی می کنیم (کاربران مشارکت کننده بیشتر کمک بیشتری خواهند کرد). الهام بخش گره های خودخواهانه.

(2) اجرای برنامه.

به جز cryptocurrency ، برنامه blockchain در حال حاضر روی IoT ، مهندسی نرم افزار ، دولت الکترونیکی و خدمات عمومی و غیره متمرکز شده است.

در بین آنها ، blockchain بیشترین کاربرد را در IoT دارد.

برخی از برنامه های مبتنی بر blockchain ظاهر شده اند.

IOTA به عنوان رمز رمزنگاری برای IoT طراحی شده است ، که در آن پروتکل Tangle یک دفترچه جهانی توزیع شده را اجرا می کند تا بتواند پرداخت های خرد را در IoT با استفاده از Graphic Acyclic Directed تولید شده توسط معاملات انجام دهد [28].

اما ، Tangle یک معماری یا ساختار داده ای برای توزیع شبکه IoT ارائه نمی دهد.

در [29] ، PoW برای دستیابی به یک سیستم IoT مبتنی بر اجماع توزیع شده مناسب که غلبه بر معایب زیرساختهای محاسباتی مبتنی بر ابر متمرکز دارد ، مورد استفاده قرار می گیرد.

با این حال ، دستگاه های IoT به طور کلی محدود به منابع یا انرژی هستند.

PoW ممکن است برای شبکه های IoT توزیع شده مناسب نباشد.

در [30] ، PoAh ارائه شده از یک مدل کاری blockchain سنتی پیروی می کند و عملکرد پوسته معکوس را از PoW حذف می کند تا سبک اجماع را سبک کند ، که در آن کارگران ممکن است گره های قابل اعتماد شبکه IoT باشند و برای احراز هویت استفاده شوند.

با این وجود ، چگونگی انتخاب گره های مورد اعتماد به عنوان معدنچی در PoAh در نظر گرفته نشده است.

به عنوان یک مکانیسم اجماع جدید ، PoN می تواند با طراحی الگوریتم انتخاب تصادفی مطمئن و ایجاد چند بلوک موازی ، کارآیی ایجاد بلوک را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد.

بنابراین ، مکانیسم اجماع PoN برای شبکه های توزیع شده IoT مناسب تر است.

در کار بعدی ، ما باید برنامه PoN را در شبکه های توزیع شده IoT طراحی و پیاده سازی کنیم.

به عنوان مثال ، استقرار غیرمستقیم IoT در حمل و نقل هوشمند ، یک شبکه وسایل نقلیه توزیع شده را تشکیل می دهد ، که در آن وسایل نقلیه اغلب در مناطق مختلف وسایل نقلیه حرکت می کنند.

بدون داشتن مركز مركزي ، تبادل داده هاي حاصل از فعاليت وسايل نقليه در مناطق مختلف حمل و نقل دشوار است.

اگر وسیله نقلیه X همیشه پیام های مربوط به ترافیک نادرست را در منطقه A گزارش کند ، این وسیله نقلیه به دلیل تبادل اطلاعات ناتوان در منطقه B قابل اعتماد خواهند بود.

چگونگی دستیابی به تبادل داده در مناطق مختلف وسایل نقلیه یک مسئله بسیار چالش برانگیز در یک شبکه حمل و نقل توزیع شده است.

در این حالت ، مکانیسم اجماع PoN را می توان برای دستیابی به تبادل سریع داده ها در مناطق مختلف وسایل نقلیه معرفی کرد.

سپس ، معدنچیان صادقانه تصادفی می توانند توسط الگوریتم های شماره 1 و 2 به صورت پویا انتخاب و به روز شوند تا بلوکی ایجاد کنند که داده های حاصل از فعالیت وسایل نقلیه را در یک شبکه وسایل نقلیه توزیع شده ذخیره کند.

علاوه بر این ، ایجاد چند قفل موازی می تواند بهره وری از ایجاد بلوک برای مناطق مختلف وسایل نقلیه را بهبود بخشد.

طرح ذخیره سازی توزیع شده می تواند از بار عظیم انبارداری برای کل شبکه وسایل نقلیه جلوگیری کند.

با تأیید داده های ذخیره شده در بلوک ، قابلیت اطمینان وسیله نقلیه X حتی اگر وسیله نقلیه X به منطقه B منتقل شده است قابل تشخیص است.

8- نتیجه گیری:

در این مقاله ، ما مکانیسم اجماع PoN خود را در شبکه های blockchain پیشنهاد می کنیم.

سهم اصلی PoN سه بخش است ، از جمله انتخاب ماینرهای تصادفی صادقانه ، ایجاد چند قفل موازی و ذخیره بلوک های توزیع شده.

با هدف انتخاب دقیقترین کارگران معدنکار ، مدیریت اعتماد برای ارزیابی اعتبار کارگران معدن با قوانین مذاکره معرفی شده است.

برای اجرای موازی ایجاد چند بلوک ، دو روش برای ایجاد بلوک به صورت همزمان یا ناهمزمان با تقسیم تیم معدنچی به عنوان گروه های k طراحی شده است.

برای کاهش حجم ذخیره بلوک های عظیم ، یک طرح ذخیره بلوک های توزیع شده طراحی شده است.

نتایج شبیه سازی نشان می دهد که PoN از نظر ایجاد بلوک یک به یک نسبت به Tendermint و PoR مؤثر است.

مهمتر از همه ، نتایج شبیه سازی همچنین نشان می دهد که ایجاد چند بلوک موازی می تواند بازده PoN در ایجاد بلوک ها را بهبود بخشد.

اعلامیه مورد علاقه:

نویسندگان اعلام می کنند که آنها هیچ علایق مالی و یا روابط شخصی رقابتی شناخته شده ای را ندارند که به نظر می رسد ممکن است بر اثری که در این مقاله گزارش شده است تأثیر بگذارد.