ব্লকচেইনের জন্য একটি দ্বৈত-শৃঙ্খলা-ভিত্তিক ঐকমত্য প্রক্রিয়া: Con_DC_PBFT

1. ভূমিকা

বিকেন্দ্রীভূত ব্লকচেইন ব্যবস্থায় আস্থা ও সমন্বয় সক্ষমকারী মৌলিক প্রযুক্তি হলো ঐকমত্য প্রক্রিয়া। প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক (PoW) এবং প্রুফ-অফ-স্টেক (PoS) ক্রিপ্টোকারেন্সি ব্লকচেইনে আধিপত্য বিস্তার করলেও, তাদের উচ্চ শক্তি খরচ ও বিলম্ব সরবরাহ শৃঙ্খলা ট্র্যাকিং, ডিজিটাল পরিচয় এবং আইওটি ডেটা অখণ্ডতার মতো এন্টারপ্রাইজ "অ-কয়েন" প্রয়োগের জন্য অনুপযুক্ত। এই গবেষণাপত্রটি অনুমতিপ্রাপ্ত ব্লকচেইন পরিবেশে দক্ষতা, নিরাপত্তা এবং মাপযোগ্যতার জন্য নকশাকৃত একটি অভিনব দ্বৈত-শৃঙ্খলা ঐকমত্য প্রক্রিয়া Con_DC_PBFT প্রস্তাব করে প্রুফ-অফ-কন্ট্রিবিউশন প্লাস প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক (PoC+PoW)-এর মতো বিদ্যমান হাইব্রিড প্রক্রিয়াগুলোর সীমাবদ্ধতা মোকাবিলা করে।

2. সম্পর্কিত কাজ ও সমস্যা বিবৃতি

অ-কয়েন ব্লকচেইনের জন্য বিদ্যমান ঐকমত্য প্রক্রিয়াগুলো প্রায়শই একটি ত্রিমুখী সমস্যার সম্মুখীন হয়: বিকেন্দ্রীকরণ, নিরাপত্তা এবং কার্যকারিতার ভারসাম্য বজায় রাখা। PoC+PoW প্রক্রিয়াগুলো, যা অবদানের মেট্রিকের ভিত্তিতে যাচাইকারী নির্বাচন করে, নিম্নলিখিত সমস্যাগুলোতে ভোগে:

• নিম্ন দক্ষতা: অনুক্রমিক প্রক্রিয়াকরণের ফলে উচ্চ বিলম্ব ঘটে।
• নিরাপত্তা ঝুঁকি: অবদানের মানগুলো লক্ষ্যবস্তু হতে পারে, যার ফলে সম্ভাব্য আক্রমণ হতে পারে।
• উচ্চ সম্পদ খরচ: উল্লেখযোগ্য মেমরি, স্টোরেজ এবং গণনামূলক ওভারহেড।
• একক ব্যর্থতার বিন্দু: নির্দিষ্ট উচ্চ-অবদান নোডের উপর নির্ভরতা।

Con_DC_PBFT স্থাপত্যিক পৃথকীকরণ এবং সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ প্রবর্তনের মাধ্যমে এগুলো সমাধান করার লক্ষ্য রাখে।

3. Con_DC_PBFT প্রক্রিয়া

মূল উদ্ভাবন হলো একটি দ্বৈত-শৃঙ্খলা কাঠামো যা সিস্টেম ব্যবস্থাপনাকে মূল ব্যবসায়িক যুক্তি থেকে পৃথক করে।

3.1 দ্বৈত-শৃঙ্খলা স্থাপত্য

সিস্টেমটি দুটি আন্তঃসংযুক্ত শৃঙ্খলায় কাজ করে:

• সিস্টেম চেইন (সাবচেইন): মেটা-তথ্য, নোড অবদানের মান এবং ঐকমত্য সমন্বয় পরিচালনা করে। এটি "নিয়ন্ত্রণ সমতল" হিসেবে কাজ করে।
• ব্যবসায়িক চেইন (মেইন চেইন): প্রাথমিক লেনদেনের তথ্য এবং প্রয়োগ যুক্তি পরিচালনা করে। এটি "ডেটা সমতল" হিসেবে কাজ করে।

এই পৃথকীকরণ বিশেষায়িত অপ্টিমাইজেশন এবং সমান্তরাল অপারেশনের সুযোগ দেয়।

3.2 আধা-স্বাধীন ঐকমত্য প্রক্রিয়া

ঐকমত্য সম্পূর্ণ স্বাধীন নয়। সিস্টেম চেইন ব্যবসায়িক চেইনের ঐকমত্য বার্তা প্রবাহ তত্ত্বাবধান ও সমন্বয় করে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, সিস্টেম চেইন একটি নোডের অবদানের মান ব্যবহার করে প্রতিটি রাউন্ডের জন্য ব্যবসায়িক চেইনের অ্যাকাউন্টিং (ব্লক-উৎপাদনকারী) নোডগুলোকে এলোমেলোভাবে মনোনীত করে। এটি এলোমেলোতা প্রবর্তন করে এবং নেতা নির্বাচনে পূর্বাভাসযোগ্যতা রোধ করে।

3.3 নোড নির্বাচন ও নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্য

নিরাপত্তা নিম্নলিখিত উপায়ে উন্নত করা হয়েছে:

• বাইজেন্টাইন যোগাযোগ প্রক্রিয়া: ব্যবহারিক বাইজেন্টাইন ফল্ট টলারেন্স (PBFT) এর উপর ভিত্তি করে, যা দূষিত নোডের (নেটওয়ার্কের ১/৩ পর্যন্ত) বিরুদ্ধে সহনশীলতা নিশ্চিত করে।
• এলোমেলো নোড নির্বাচন অ্যালগরিদম: একটি নোডের ব্যবসায়িক চেইন নেতা হিসেবে নির্বাচিত হওয়ার সম্ভাবনা তার অবদানের মানের সমানুপাতিক, কিন্তু চূড়ান্ত নির্বাচনে এলোমেলোতা অন্তর্ভুক্ত করা হয়। এটি উচ্চ-মানের নোডগুলোর লক্ষ্যবস্তু হওয়া প্রশমিত করে।
• অস্পষ্ট অবদান তথ্য: অবদানের মানগুলো সুরক্ষিত সিস্টেম চেইনে সংরক্ষিত থাকে, যা একক-শৃঙ্খলা PoC মডেলের তুলনায় সরাসরি আক্রমণ করা কঠিন করে তোলে।

4. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক মডেল

নোড নির্বাচনের সম্ভাবনা একটি গুরুত্বপূর্ণ গাণিতিক উপাদান। ধরা যাক $C_i$ হলো নোড $i$ এর অবদানের মান, এবং $N$ হলো যোগ্য নোডের মোট সংখ্যা। নির্বাচনের জন্য ভিত্তি সম্ভাবনা $P_{base}(i)$ নর্মালাইজ করা হয়:

$P_{base}(i) = \frac{C_i}{\sum_{j=1}^{N} C_j}$

এলোমেলোতা ও নিরাপত্তা প্রবর্তনের জন্য, একটি যাচাইযোগ্য এলোমেলো ফাংশন (VRF) বা অনুরূপ ক্রিপ্টোগ্রাফিক আদিম প্রয়োগ করা হয়। চূড়ান্ত নির্বাচন সম্ভাবনা $P_{final}(i)$ সিস্টেম চেইন থেকে একটি এলোমেলো বীজ $R$ অন্তর্ভুক্ত করে:

$P_{final}(i) = \mathcal{F}(P_{base}(i), R, \sigma)$

যেখানে $\mathcal{F}$ হলো নির্বাচন ফাংশন এবং $\sigma$ সিস্টেম প্যারামিটারগুলোর প্রতিনিধিত্ব করে যা নিশ্চিত করে যে আউটপুট অপ্রত্যাশিত কিন্তু যাচাইযোগ্য। এই মডেলটি একটি নোডকে আগাম সঠিকভাবে তার পালা গণনা করা থেকে বিরত রাখে, যা পূর্বসতর্কতামূলক আক্রমণ ব্যর্থ করে।

5. পরীক্ষামূলক ফলাফল ও কার্যকারিতা

গবেষণাপত্রটি Con_DC_PBFT প্রক্রিয়া সিমুলেট করে একটি ব্যাপক পরীক্ষামূলক বিশ্লেষণ উপস্থাপন করে। একটি বেসলাইন PoC+PoW সিস্টেমের বিরুদ্ধে মূল কার্যকারিতা নির্দেশকগুলো পরিমাপ করা হয়েছিল।

চার্ট বর্ণনা (চিত্র ১ - ঐকমত্য বিলম্ব বনাম নোডের সংখ্যা): চার্টটি দুটি বক্ররেখা দেখায়। PoC+PoW বিলম্ব নোড সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে খাড়াভাবে এবং অ-রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়, যা এর $O(n^2)$ যোগাযোগ জটিলতার নির্দেশক। Con_DC_PBFT বক্ররেখা অনেক বেশি ধীরে ধীরে বৃদ্ধি দেখায়, যা দ্বৈত-শৃঙ্খলা স্থাপত্যে সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ থেকে দক্ষতা লাভ প্রদর্শন করে। ১০০ নোডে, Con_DC_PBFT প্রায় ৩৫% কম বিলম্ব দেখায়।

চার্ট বর্ণনা (চিত্র ২ - সিপিইউ ও মেমরি ব্যবহার): একটি গ্রুপড বার চার্ট সম্পদ খরচের তুলনা করে। বিভিন্ন লেনদেন থ্রুপুট স্তরে, Con_DC_PBFT PoC+PoW-এর অর্ধেকেরও কম সিপিইউ এবং মেমরি সম্পদ ব্যবহার করে, যা দাবিকৃত >৫০% সম্পদ সাশ্রয় যাচাই করে।

মূল ফলাফল:

• দক্ষতা: দ্বৈত শৃঙ্খলায় সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ সামগ্রিক ঐকমত্য বিলম্ব উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।
• মাপযোগ্যতা: নোড বৃদ্ধির সাথে কার্যকারিতা হ্রাস PoC+PoW-এর তুলনায় কম তীব্র।
• সম্পদ দক্ষতা: মেমরি এবং স্টোরেজ ফুটপ্রিন্টে নাটকীয় হ্রাস।
• দৃঢ়তা: সিস্টেমটি সিমুলেটেড একক-বিন্দু ব্যর্থতা এবং পরিবর্তনশীল নেটওয়ার্ক ট্রান্সমিশন রেটের অধীনে কার্যকারিতা বজায় রেখেছে।

6. বিশ্লেষণ কাঠামো ও উদাহরণ কেস

কেস: ফার্মাসিউটিক্যাল সরবরাহ শৃঙ্খলা ট্রেসিবিলিটি

প্রস্তুতকারক থেকে ফার্মেসি পর্যন্ত ওষুধ ট্র্যাক করার জন্য একটি কনসোর্টিয়াম ব্লকচেইন বিবেচনা করুন।

1. ব্যবসায়িক চেইন: অপরিবর্তনীয় লেনদেন রেকর্ড করে: "ব্যাচ X কারখানা A-তে উৎপাদিত," "ব্যাচ X ডিস্ট্রিবিউটর B-তে পাঠানো," "ব্যাচ X ফার্মেসি C-তে প্রাপ্ত।" এটি নিরীক্ষণযোগ্য পণ্য খাতা।
2. সিস্টেম চেইন: অংশগ্রহণকারীর অনুমতি পরিচালনা করে। একজন ডিস্ট্রিবিউটরের "অবদানের মান" তার ঐতিহাসিক ডেটা নির্ভুলতা এবং শিপমেন্ট ভলিউমের উপর ভিত্তি করে হতে পারে। এই শৃঙ্খলা নোড নির্বাচন অ্যালগরিদম চালায়।
3. ঐকমত্য রাউন্ড: সিস্টেম চেইন পরবর্তী ব্যবসায়িক চেইন ব্লকের নেতা হতে এলোমেলোভাবে ফার্মেসি C নির্বাচন করে (তার অবদান স্কোরের ভিত্তিতে), যাতে ব্যাচ X-এর জন্য তাপমাত্রা সেন্সর ডেটা থাকবে। নির্বাচনটি অপ্রত্যাশিত, তাই একটি দূষিত অভিনেতা আগাম সময়ে ফার্মেসি C-এর সিস্টেমগুলো লক্ষ্যবস্তু করতে পারে না। ব্যবসায়িক চেইন তাপমাত্রা ডেটা ব্লক সমান্তরালে প্রক্রিয়া করে যখন সিস্টেম চেইন পরবর্তী নেতা নির্বাচনের জন্য প্রস্তুত হয়।

এই পৃথকীকরণ ব্যবসায়িক ঘটনাগুলোর (তাপমাত্রা লগ) দ্রুত রেকর্ডিং নিশ্চিত করার পাশাপাশি অংশগ্রহণকারীদের মধ্যে আস্থার মডেল নিরাপদে এবং গতিশীলভাবে পরিচালনা করে।

7. ভবিষ্যতের প্রয়োগ ও দিকনির্দেশনা

Con_DC_PBFT স্থাপত্য বিশেষভাবে প্রতিশ্রুতিশীল:

• মেটাভার্স ও ডিজিটাল সম্পদ ব্যবস্থাপনা: সম্পদের মালিকানা খাতা (ব্যবসায়িক চেইন) ব্যবহারকারীর পরিচয়/খ্যাতি ব্যবস্থা (সিস্টেম চেইন) থেকে পৃথক করা।
• শিল্প আইওটি: সেন্সর ডেটার জন্য একটি উচ্চ-থ্রুপুট চেইন, ডিভাইস অ্যাক্সেস এবং ফার্মওয়্যার আপডেট অনুমতি নিয়ন্ত্রণকারী একটি সুরক্ষিত চেইন দ্বারা পরিচালিত।
• কেন্দ্রীয় ব্যাংক ডিজিটাল মুদ্রা (CBDC): পেমেন্টের জন্য একটি লেনদেন চেইন এবং নিয়ন্ত্রক সম্মতি ও আর্থিক নীতি সরঞ্জামের জন্য একটি নিয়ন্ত্রণ চেইন।

ভবিষ্যত গবেষণার দিকনির্দেশনা:

• ক্রস-চেইন যোগাযোগ অপ্টিমাইজেশন: দুটি শৃঙ্খলার মধ্যে বাধ্যতামূলক মিথস্ক্রিয়ার জন্য আরও দক্ষ প্রোটোকল উন্নয়ন।
• গতিশীল অবদান মেট্রিক্স: আরও জটিল, বহুমাত্রিক আচরণের ভিত্তিতে অবদানের মান গণনা করার জন্য এআই-চালিত মডেল অন্বেষণ।
• জিরো-নলেজ প্রুফের সাথে একীকরণ: ব্যবসায়িক চেইনে সংবেদনশীল ডেটা সিস্টেম চেইন নোডগুলোর কাছে প্রকাশ না করে লেনদেন যাচাই করে গোপনীয়তা বাড়ানোর জন্য।
• আনুষ্ঠানিক যাচাইকরণ: দ্বৈত-শৃঙ্খলা মডেলের অধীনে সিস্টেমের নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্যগুলোর গাণিতিক প্রমাণ প্রদান।

8. তথ্যসূত্র

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Castro, M., & Liskov, B. (1999). Practical Byzantine Fault Tolerance. OSDI.
3. Zhu, Y., Song, J., & Li, M. (2022). A Survey on Blockchain Consensus Mechanisms. ACM Computing Surveys.
4. Buterin, V., et al. (2014). A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform. Ethereum White Paper.
5. International Data Corporation (IDC). (2023). Worldwide Blockchain Spending Guide. (বাজার প্রেক্ষাপটের জন্য বাহ্যিক উৎস)।
6. Zhu, J., et al. (2017). CycleGAN: Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. ICCV. (অন্যান্য ডোমেনে কাঠামোগত চিন্তাভাবনায় অনুপ্রেরণা দেয় এমন একটি দ্বৈত-পথ, চক্রীয় স্থাপত্যের উদাহরণ হিসেবে উদ্ধৃত)।

9. বিশেষজ্ঞ বিশ্লেষণ ও অন্তর্দৃষ্টি

মূল অন্তর্দৃষ্টি: Con_DC_PBFT-এর প্রকৃত অগ্রগতি শুধু PBFT-এর আরেকটি টুইক নয়; এটি একটি কৌশলগত স্থাপত্যিক বিচ্ছিন্নতা। এটি স্বীকার করে যে এন্টারপ্রাইজ ব্লকচেইনে, "কে সিদ্ধান্ত নেবে" মেটাডেটা (আস্থা, খ্যাতি, অনুমতি) "কি ঘটেছে" লেনদেন ডেটার থেকে ভিন্ন সময়সীমা এবং ভিন্ন নিয়মে বিকশিত হয়। বেশিরভাগ ঐকমত্য প্রক্রিয়ার মতো তাদের এক শৃঙ্খলায় বাধ্য করা, অন্তর্নিহিত ঘর্ষণ সৃষ্টি করে। এই কাজটি সফটওয়্যার ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ভিত্তি চিন্তার পৃথকীকরণ নীতিটি বুদ্ধিমত্তার সাথে ঐকমত্য স্তরেই প্রয়োগ করে। এটি মনে করিয়ে দেয় কিভাবে আধুনিক মাইক্রোসার্ভিস স্থাপত্য মনোলিথিক অ্যাপগুলোকে বিভক্ত করে; এখানে, তারা মনোলিথিক খাতাকে বিভক্ত করছে।

যুক্তিগত প্রবাহ: যুক্তিটি আকর্ষণীয়: ১) বাধা চিহ্নিত করুন (অনুক্রমিক PoC+PoW প্রক্রিয়াকরণ)। ২) মূল কারণ নির্ণয় করুন (জটিল ডেটা ও নিয়ন্ত্রণ প্রবাহ)। ৩) প্রতিকার নির্ধারণ করুন (সিস্টেম ও ব্যবসায়িক শৃঙ্খলায় স্থাপত্যিক পৃথকীকরণ)। ৪) প্রতিকারকে শক্তিশালী করুন (নিরাপত্তার জন্য এলোমেলোতা ও PBFT যোগ করুন)। সমস্যা থেকে সমাধানের প্রবাহ পরিষ্কার এবং পৃষ্ঠতল অপ্টিমাইজেশন প্রয়োগ করার পরিবর্তে মূল অদক্ষতাকে তার উৎসেই মোকাবিলা করে।

শক্তি ও ত্রুটি: শক্তিগুলো স্পষ্ট: প্রমাণিত কার্যকারিতা লাভ, মার্জিত নকশা এবং অনুমতিপ্রাপ্ত, অ-কয়েন পরিস্থিতিতে শক্তিশালী প্রয়োগযোগ্যতা। >৫০% সম্পদ সাশ্রয় অপারেশনাল খরচের জন্য একটি বিশাল জয়। যাইহোক, ত্রুটিগুলো এটি প্রবর্তিত নতুন জটিলতাগুলোতে নিহিত। "আধা-স্বাধীন" ঐকমত্য একটি গুরুত্বপূর্ণ নির্ভরতা সৃষ্টি করে: যদি সিস্টেম চেইন আপোস করা হয় বা ধীর হয়ে যায়, তবে এটি পুরো ব্যবসায়িক চেইনকে থ্রোটল করে। এটি সম্ভাব্যভাবে একটি নতুন কেন্দ্রীকরণ ভেক্টর বা বাধা সৃষ্টি করে। গবেষণাপত্রটি দুটি শৃঙ্খলা রক্ষণাবেক্ষণ ও সিঙ্ক্রোনাইজ করার উল্লেখযোগ্য ওভারহেডকেও উপেক্ষা করে, যা PoC+PoW-এর অপচয়ের চেয়ে কম হলেও, তুচ্ছ নয়। তদুপরি, মৌলিক CycleGAN গবেষণাপত্রে উল্লিখিত হিসাবে, দ্বৈত-পথ ব্যবস্থাগুলোর মোড পতন বা প্রশিক্ষণ অস্থিরতা রোধ করার জন্য সতর্ক নকশা প্রয়োজন; একইভাবে, দুটি শৃঙ্খলা সঠিকভাবে সারিবদ্ধ থাকে এবং একটি বিচ্যুত বা আধিপত্য বিস্তার করে না তা নিশ্চিত করা একটি তুচ্ছ নয় এমন সিস্টেম ইঞ্জিনিয়ারিং চ্যালেঞ্জ।

কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: এন্টারপ্রাইজ ব্যবহারের জন্য ব্লকচেইন মূল্যায়নকারী সিটিও এবং স্থপতিদের জন্য, এই গবেষণাপত্রটি অবশ্যপাঠ্য। এটি ক্রিপ্টোকারেন্সি ঐকমত্য প্যারাডাইমের বাইরে যাওয়ার জন্য একটি কার্যকর নীলনকশা প্রদান করে। কার্যকরী উপলব্ধি হলো নকশার সময় আপনার অ্যাপ্লিকেশনের ডেটা এবং নিয়ন্ত্রণ সমতলগুলো স্পষ্টভাবে মডেল করুন। যদি তারা স্বতন্ত্র হয়, তবে Con_DC_PBFT-এর মতো একটি দ্বৈত-শৃঙ্খলা পদ্ধতি শীর্ষ প্রতিযোগী হওয়া উচিত। যাইহোক, সচেতনভাবে এগিয়ে যান: সিস্টেম চেইনের সহনশীলতা এবং কার্যকারিতায় ব্যাপকভাবে বিনিয়োগ করুন, কারণ এটি আস্থার নতুন মূল হয়ে ওঠে। পাইলট প্রকল্পগুলোর আন্তঃশৃঙ্খলা যোগাযোগ লিঙ্কের ব্যর্থতার মোডগুলো কঠোরভাবে পরীক্ষা করা উচিত। এটি একটি প্লাগ-অ্যান্ড-প্লে সমাধান নয়, তবে সঠিক ব্যবহারের ক্ষেত্রে—উচ্চ-থ্রুপুট, অনুমতিপ্রাপ্ত এন্টারপ্রাইজ সিস্টেম যেখানে অংশগ্রহণকারীর আস্থা গতিশীল—এটি ব্যবহারিক, মাপযোগ্য ব্লকচেইন অবকাঠামোর দিকে একটি উল্লেখযোগ্য পদক্ষেপের প্রতিনিধিত্ব করে।