एक दोहरी-श्रृंखला आधारित ब्लॉकचेन सहमति तंत्र: Con_DC_PBFT

सामग्री-सूची

• 1. परिचय
• 2. संबंधित कार्य एवं समस्या कथन
• 3. Con_DC_PBFT तंत्र
  • 3.1 द्वि-श्रृंखला वास्तुकला
  • 3.2 अर्ध-स्वतंत्र सहमति प्रक्रिया
  • 3.3 नोड चयन एवं सुरक्षा विशेषताएँ
• 4. तकनीकी विवरण एवं गणितीय मॉडल
• 5. प्रयोगात्मक परिणाम और प्रदर्शन विश्लेषण
• 6. विश्लेषणात्मक ढांचा: एक गैर-कोड केस अध्ययन
• 7. भविष्य के अनुप्रयोग एवं शोध संभावनाएं
• 8. संदर्भ सूची
• 9. विश्लेषक दृष्टिकोण: मुख्य अंतर्दृष्टि, तार्किक संरचना, लाभ एवं कमियाँ, व्यावहारिक सुझाव

1. परिचय

सहमति तंत्र विकेंद्रीकृत ब्लॉकचेन प्रणालियों में विश्वास और समन्वय स्थापित करने वाली मूलभूत तकनीक है। हालांकि प्रूफ ऑफ वर्क (PoW) और प्रूफ ऑफ स्टेक (PoS) क्रिप्टोकरेंसी ब्लॉकचेन में प्रभावी हैं, लेकिन उनकी उच्च ऊर्जा खपत या पूंजी केंद्रीकरण की प्रवृत्ति उन्हें उद्यम-स्तरीय और "नॉन-टोकन" अनुप्रयोगों, जैसे आपूर्ति श्रृंखला ट्रैसबिलिटी, डिजिटल पहचान और IoT डेटा अखंडता के लिए कम उपयुक्त बनाती है। मौजूदा हाइब्रिड सहमति तंत्रों (जैसे प्रूफ ऑफ कॉन्ट्रिब्यूशन + प्रूफ ऑफ वर्क, PoC+PoW) की सीमाओं को ध्यान में रखते हुए, यह शोध पत्र एक नवीन, कुशल और सुरक्षित ड्यूल-चेन सहमति तंत्र प्रस्तावित करता है, जिसे Con_DC_PBFT नाम दिया गया है।

2. संबंधित कार्य एवं समस्या कथन

मौजूदा अनुमतिप्राप्त श्रृंखलाएं या गैर-टोकन ब्लॉकचेन सहमति तंत्र अक्सर स्केलेबिलिटी, सुरक्षा और विकेंद्रीकरण के बीच "असंभव त्रिकोण" की चुनौती का सामना करते हैं। PoC+PoW तंत्र उन प्रणालियों के लिए डिज़ाइन किया गया है जो मुद्रा इक्विटी के बजाय नोड योगदान (उदाहरण के लिए, डेटा प्रदान करना, कंप्यूटिंग संसाधन) को महत्व देती हैं, लेकिन इसमें कई महत्वपूर्ण कमियां हैं:

• अक्षमता: सिस्टम डेटा (योगदान मूल्य) और व्यावसायिक डेटा का अनुक्रमिक प्रसंस्करण एक बाधा बन गया है।
• संसाधन खपत अधिक है: PoW घटक के कारण कम्प्यूटेशनल संसाधनों की महत्वपूर्ण बर्बादी होती है।
• सुरक्षा कमजोरियाँ: सार्वजनिक रूप से दिखाई देने वाले योगदान मूल्यों पर आधारित पूर्वानुमेय नेता चयन लक्षित हमलों का कारण बन सकता है।
• एकल बिंदु विफलता जोखिम: परस्पर गुंथे हुए डेटा संरचनाएँ सिस्टम के ठप होने का जोखिम बढ़ाती हैं।

यह स्पष्ट रूप से एक ऐसे तंत्र की आवश्यकता है जो सुरक्षा बढ़ाने के साथ-साथ सिस्टम प्रबंधन को लेनदेन प्रसंस्करण से अलग कर सके।

3. Con_DC_PBFT तंत्र

Con_DC_PBFT ने दोहरी श्रृंखला वास्तुकला को अपनाकर चिंताओं के पृथक्करण और समानांतर प्रसंस्करण को प्राप्त करते हुए एक प्रतिमान परिवर्तन शुरू किया है।

3.1 द्वि-श्रृंखला वास्तुकला

यह प्रणाली दो अलग-अलग लेकिन परस्पर जुड़ी हुई श्रृंखलाओं पर आधारित है:

• System Chain (Sub-chain): विशेष रूप से प्रबंधन के लिएSystem Status Data(मुख्य रूप से विभिन्न नोड्स के योगदान मूल्य) और इस पर सहमति प्राप्त करता है। यह श्रृंखला उच्च सुरक्षा और कम अद्यतन आवृत्ति के साथ संचालित होती है।
• व्यावसायिक श्रृंखला (मुख्य श्रृंखला): एप्लिकेशन प्रसंस्करण का केंद्रलेन-देन डेटाया व्यावसायिक तर्क। इसकी सहमति प्रक्रिया तेज़ है और थ्रूपुट के लिए अनुकूलित है।

ये दोनों श्रृंखलाएँ "अर्ध-स्वतंत्र" हैं। सिस्टम श्रृंखला व्यावसायिक डेटा संसाधित नहीं करती है, लेकिन यह व्यावसायिक श्रृंखला की सहमति प्रक्रिया की निगरानी और समन्वय करती है।

3.2 अर्ध-स्वतंत्र सहमति प्रक्रिया

सहमति प्रक्रिया एक समन्वित पाइपलाइन है:

1. सिस्टम चेन सहमति: नोड्स एक एन्क्रिप्टेड और सुरक्षित रूप से अपडेट किए गए नोड योगदान मूल्यों की सूची पर, प्रैक्टिकल बाइज़ेंटाइन फॉल्ट टॉलरेंस (PBFT) जैसे प्रोटोकॉल का उपयोग करके सहमति बनाते हैं।
2. पर्यवेक्षण और नोड नामांकन: सिस्टम चेन सहमत योगदान मूल्यों और एक यादृच्छिक चयन एल्गोरिदम का उपयोग करके, अगले दौर के बिज़नेस चेन सहमति के लिए एक नेता (या समिति) नामित करती है। यह पर्यवेक्षण संदेश प्रवाह महत्वपूर्ण है।
3. बिज़नेस चेन सहमति: चरण 2 में निर्दिष्ट नोड्स एक संक्षिप्त सहमति प्रोटोकॉल (उदाहरण के लिए, हल्के वजन वाला BFT संस्करण) निष्पादित करते हैं, ताकि नए व्यावसायिक लेनदेन को सत्यापित किया जा सके और उन्हें व्यावसायिक श्रृंखला में जोड़ा जा सके।

यह पृथक्करण दो सहमति प्रक्रियाओं को समानांतर रूप से या एक सघन युग्मित पाइपलाइन में घटित होने की अनुमति देता है, जिससे समग्र विलंबता में काफी कमी आती है।

3.3 नोड चयन एवं सुरक्षा विशेषताएँ

सुरक्षा को दो प्रमुख डिज़ाइनों के माध्यम से बढ़ाया गया है:

• बाइज़ेंटाइन संचार तंत्र: सिस्टम चेन मैलिशियस नोड्स को सहन करने के लिए मजबूत BFT संचार का उपयोग करती है (कुल $3f+1$ नोड्स में $f$ फॉल्टी नोड्स को सहन करती है), योगदान मूल्य डेटा की अखंडता सुनिश्चित करती है।
• नोड चयन का यादृच्छिकीकरण: बिजनेस चेन लीडर केवल सबसे उच्च योगदान मूल्य वाले नोड द्वारा नहीं चुना जाता। इसके बजाय, सिस्टम चेन लीडर का चयन करने के लिए योगदान मूल्य को वेटिंग फैक्टर के रूप में उपयोग करते हुए वेरिफायबल रैंडम फंक्शन (VRF) या समान एल्गोरिदम का उपयोग करती है। यह हमले की भविष्यवाणी को कठिन बनाता है।
• डेटा आइसोलेशन: चूंकि योगदान मूल्य सिस्टम चेन पर अलग से संग्रहीत और सर्वसम्मति से प्राप्त किए जाते हैं, वे व्यवसाय चेन से आसानी से पहुँच या हेरफेर के लिए उपलब्ध नहीं होते हैं, जिससे हमले की सीमा बढ़ जाती है।

4. तकनीकी विवरण एवं गणितीय मॉडल

एक दौर में नोड $i$ के व्यवसाय चेन नेता के रूप में चुने जाने की संभावना उसके योगदान मूल्य $CV_i$ और सिस्टम चेन से प्राप्त यादृच्छिक बीज $R$ का एक फलन है।

चयन संभावना: $P_i = \frac{f(CV_i)}{\sum_{j=1}^{N} f(CV_j)}$

जहां $f(CV_i)$ एक भार फलन है (उदाहरण के लिए $CV_i^\alpha$, जहां $\alpha$ निष्पक्षता और योगदान मान्यता के बीच संतुलन को नियंत्रित करता है)। वास्तविक चयन अप्रत्याशितता सुनिश्चित करने के लिए इस संभाव्यता वितरण को यादृच्छिक बीज $R$ के साथ संयोजित करता है: $Leader = \text{VRF}(R, P_1, P_2, ..., P_N)$।

सिस्टम चेन सहमति: यह एक बीजान्टिन दोष-सहिष्णु स्टेट मशीन प्रतिकृति प्रोटोकॉल के रूप में कार्य करता है। $N$ नोड्स के लिए, यह $f$ दोषपूर्ण नोड्स को सहन कर सकता है, जहां $N \ge 3f + 1$। प्रोटोकॉल में तीन चरण शामिल हैं: प्री-प्रिपेयर, प्रिपेयर और कमिट, यह सुनिश्चित करते हुए कि सभी ईमानदार नोड्स अद्यतन योगदान मूल्यों वाले सिस्टम चेन ब्लॉकों के समान अनुक्रम पर सहमत होते हैं।

5. प्रयोगात्मक परिणाम और प्रदर्शन विश्लेषण

इस पेपर में Con_DC_PBFT और बेंचमार्क PoC+PoW तंत्र के बीच एक व्यापक प्रायोगिक तुलना की गई है।

प्रमुख मेट्रिक्स और परिणाम:

• संसाधन खपत: Con_DC_PBFT ने मेमोरी और संग्रहण संसाधन उपयोग में50% से अधिक की कमी हासिल कीयह मुख्य रूप से PoW पहेली-समाधान प्रक्रिया के दौरान होने वाली कम्प्यूटेशनल बर्बादी को समाप्त करने का परिणाम है।
• सहमति विलंब: समग्र सहमति विलंब (लेन-देन प्रस्ताव से अंतिम पुष्टि तक का समय)30% से अधिक सुधार हुआडबल-चेन का समानांतर/पाइपलाइन प्रसंस्करण एक महत्वपूर्ण कारक है।
• स्केलेबिलिटी: नोड्स की संख्या बदलने के प्रयोगों से पता चला है कि PoC+PoW की तुलना में, Con_DC_PBFT का प्रदर्शन अधिक धीरे-धीरे कम होता है, क्योंकि बिजनेस चेन सहमति को स्वतंत्र रूप से अनुकूलित किया जा सकता है।
• Fault Tolerance: Single point of failure rate is significantly reduced. The isolation of the system chain protects business logic from direct attacks targeting consensus leadership.

Chart Interpretation (Implicit): बार ग्राफ यह दिखा सकता है कि विभिन्न नोड संख्याओं (जैसे, 10, 20, 50 नोड्स) पर, Con_DC_PBFT के "औसत सहमति विलंब" और "CPU उपयोग" के बार PoC+PoW के बार की तुलना में स्पष्ट रूप से छोटे/कम हैं। लाइन चार्ट यह दिखा सकता है कि ब्लॉक आकार या नोड संख्या में वृद्धि के साथ, Con_DC_PBFT का थ्रूपुट (प्रति सेकंड लेनदेन) उच्च स्तर पर बना रहता है, जबकि PoC+PoW का थ्रूपुट पहले ही पठार पर पहुंच जाता है या गिर जाता है।

6. विश्लेषणात्मक ढांचा: एक गैर-कोड केस अध्ययन

परिदृश्य: एक क्रॉस-बॉर्डर दवा आपूर्ति श्रृंखला ट्रैकिंग के लिए एक कंसोर्टियम ब्लॉकचेन।

पारंपरिक डिजाइन की समस्याएं: एक ही श्रृंखला लेन-देन घटनाओं (उदाहरण के लिए, "सामान X समय Z पर गोदाम Y से निकला") और डेटा सटीकता पर आधारित नोड प्रतिष्ठा स्कोर दोनों को एक साथ रिकॉर्ड करती है। प्रत्येक लेन-देन को सत्यापित करने के लिए प्रतिष्ठा अपडेट सहित पूरे इतिहास की जांच की आवश्यकता होती है, जिससे गति धीमी हो जाती है। दुर्भावनापूर्ण अभिनेता स्पैम लेनदेन भेजकर अपनी गिरती प्रतिष्ठा को छिपा सकते हैं।

Con_DC_PBFT अनुप्रयोग:

1. सिस्टम चेन: "नोड ट्रस्ट स्कोर" (योगदान मूल्य) का प्रबंधन। प्रति घंटे, नोड्स एक नए ब्लॉक पर सहमति बनाते हैं, जो पिछले चक्र में सत्यापित डेटा रिपोर्ट की सटीकता के आधार पर स्कोर को अपडेट करता है।
2. व्यावसायिक श्रृंखला: उच्च-आवृत्ति वाली माल ढुलाई घटनाओं को संसाधित करता है। सिस्टम श्रृंखला नवीनतम ट्रस्ट स्कोर का उपयोग करके, उच्च विश्वसनीयता वाले नोड्स की एक समिति को यादृच्छिक रूप से चुनती है, जो प्रति मिनट इन घटनाओं को सत्यापित करती है और उन्हें एक ब्लॉक में बैच के रूप में पैक करती है।
3. लाभ: माल ट्रैकिंग तेज़ और स्केलेबल बनी रहती है। सिस्टम में हेरफेर करने का प्रयास स्वतंत्र, धीमी और अधिक सुरक्षित सिस्टम श्रृंखला सहमति को तोड़ने की मांग करता है, जो लेनदेन प्रवाह में स्पैम भेजने की तुलना में कहीं अधिक कठिन है।

7. भविष्य के अनुप्रयोग एवं शोध संभावनाएं

Con_DC_PBFT आर्किटेक्चर गैर-टोकन क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में व्यापक संभावनाएं रखता है:

• विकेंद्रीकृत पहचान और प्रमाणपत्र: सिस्टम चेन प्रमाणीकरण स्तरों का प्रबंधन करती है, जबकि व्यवसाय चेन विशिष्ट प्रमाणपत्र प्रस्तुति को संसाधित करती है।
• इंटरनेट ऑफ थिंग्स डेटा मार्केटप्लेस: System chain tracks device reputation and data quality scoring, business chain executes micropayments for data flow.
• Metaverse asset provenance: System chain records creator rights and ownership history, business chain records transfers and interactions within the virtual world.

Research directions:

1. इंटर-चेन संचार औपचारिकीकरण: क्रॉस-चेन पर्यवेक्षण संदेशों के लिए मजबूत क्रिप्टोग्राफिक प्रमाण विकसित करना।
2. Dynamic Chain Splitting: Explore scenarios where the business chain itself can be split into sub-chains handling different transaction types, supervised by a single system chain.
3. Integration with Zero-Knowledge Proofs: व्यावसायिक श्रृंखला पर संवेदनशील डेटा उजागर किए बिना लेनदेन को सत्यापित करने के लिए शून्य-ज्ञान प्रमाण का उपयोग करना, जबकि प्रमाण सत्यापन कुंजी का प्रबंधन सिस्टम श्रृंखला द्वारा किया जाता है।
4. वास्तविक तैनाती और तनाव परीक्षण: सिमुलेशन वातावरण से वास्तविक नेटवर्क स्थितियों और प्रतिकूल मॉडल वाले परीक्षण नेटवर्क की ओर बढ़ना।

8. संदर्भ सूची

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, L., et al. (2022). IoT अनुप्रयोगों के लिए ब्लॉकचेन सहमति तंत्र पर सर्वेक्षण। IEEE Internet of Things Journal.
4. Buterin, V. (2014). Ethereum White Paper.
5. Gartner. (2023). Hype Cycle for Blockchain and Web3.
6. Hyperledger Foundation. (2023). Architecture Overview.

9. विश्लेषक दृष्टिकोण: मुख्य अंतर्दृष्टि, तार्किक संरचना, लाभ एवं कमियाँ, व्यावहारिक सुझाव

मुख्य अंतर्दृष्टि: Con_DC_PBFT केवल एक क्रमिक सुधार नहीं है; यह एक मौलिक वास्तुकल्पीय दांव है कि उद्यम ब्लॉकचेन का भविष्य इस पर निर्भर करता हैविशेषज्ञता के लिए पृथक्करणयह पेपर सही ढंग से इंगित करता है कि सिस्टम गवर्नेंस को बिजनेस लॉजिक के साथ बांधना गैर-टोकन सिस्टम की अक्षमता और नाजुकता का प्रमुख स्रोत है। उनकी अंतर्दृष्टि पारंपरिक सिस्टम आर्किटेक्चर (जैसे माइक्रोसर्विसेज) के रुझान को दर्शाती है, और इसे सहमति परत पर चतुराई से लागू करती है। यह अक्सर उल्लिखित लेकिन अत्यधिक सरलीकृत "शार्डिंग" समाधान की तुलना में एक अधिक परिष्कृत दृष्टिकोण है, क्योंकि यह स्वीकार करता है कि सभी डेटा समान नहीं हैं - कुछ (गवर्नेंस) को उच्च सुरक्षा और धीमी सहमति की आवश्यकता होती है, जबकि अन्य (लेन-देन) को गति की मांग होती है।

तार्किक प्रवाह: तर्क प्रक्रिया प्रभावशाली है। PoC+PoW के निर्विवाद दर्द बिंदुओं (बर्बादी, धीमापन, नाजुकता) से शुरू करते हुए। समस्या का समाधान करने के लिए एक पूरी तरह से नई वास्तुकला प्रस्तावित की गई है, जो शल्य चिकित्सा की तरह पृथक्करण के माध्यम से काम करती है। प्रणाली श्रृंखला की सुरक्षा आधारशिला के रूप में व्यापक रूप से ज्ञात PBFT का उपयोग किया गया है। सिस्टम स्थिरता बनाए रखने के लिए एक चतुर "पर्यवेक्षण" लिंक पेश किया गया है, बिना दोनों श्रृंखलाओं को फिर से जोड़े। अंत में, उद्यम अपनाने वालों के लिए महत्वपूर्ण मेट्रिक्स (संसाधन बचत और विलंबता में कमी) के साथ सत्यापन किया गया है। समस्या से समाधान और फिर प्रमाण तक का तर्क दृढ़ है।

लाभ और दोष:
लाभ: दोहरी-श्रृंखला मॉडल सुंदर है और व्यावहारिक आवश्यकता को पूरा करता है। लागत-संवेदनशील उद्यमों के लिए 50% की संसाधन बचत एक किलर फीचर है। सुरक्षा तर्क - पारदर्शी PoW/PoC से गुप्त, योगदान-भारित यादृच्छिक चयन की ओर बढ़ना - महत्वपूर्ण है। यह सीधे तौर पर "रिश्वत हमले" या ज्ञात नेताओं पर लक्षित DDoS हमलों को कम करता है।
दोष: इस शोध पत्र की मुख्य कमजोरी इसकी जटिलता है। दूसरी श्रृंखला को शामिल करने से सिंक्रनाइज़ और संरक्षित करने की आवश्यकता वाली स्थिति दोगुनी हो जाती है। "अर्ध-स्वतंत्र" समन्वय तंत्र एक नया संभावित हमला सतह है - यदि पर्यवेक्षण संदेश छेड़छाड़ किए जाते हैं तो क्या होगा? प्रदर्शन लाभ, हालांकि प्रभावशाली है, नियंत्रित वातावरण में प्रदर्शित किया गया है। नोड विषमता और अविश्वसनीय नेटवर्क वाली वास्तविक तैनाती में, ये लाभ कम हो सकते हैं। इसके अलावा, जैसा कि Hyperledger आर्किटेक्चर में बताया गया है, सहमति परत जोड़ने से डिबगिंग जटिल हो जाती है और सिस्टम ऑपरेटरों पर "तर्क का बोझ" बढ़ जाता है।

व्यावहारिक सुझाव: ब्लॉकचेन का मूल्यांकन करने वाले मुख्य प्रौद्योगिकी अधिकारियों के लिए: किसी भी अनुमति-आधारित श्रृंखला प्रणाली के लिए, जहाँ शासन नियम (कौन निर्णय लेने का अधिकार रखता है, किस आधार पर) लेन-देन के समान ही महत्वपूर्ण हैं, यह वास्तुकला पसंदीदा समाधान है। श्रृंखला-अंतर संचार के दबाव परीक्षण के लिए एक नियंत्रित वातावरण में प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट को प्राथमिकता दें। शोधकर्ताओं के लिए: सबसे जरूरी कार्य समन्वय प्रोटोकॉल का औपचारिक सत्यापन है। डेवलपर्स के लिए: एक मजबूत पर्यवेक्षण परत के कार्यान्वयन के लिए प्रेरणा पाने हेतु Cosmos SDK के इंटर-ब्लॉकचेन कम्युनिकेशन (IBC) जैसे ढांचे का संदर्भ लें। इसे प्लग-एंड-प्ले समाधान के रूप में न देखें; बल्कि इसे एक खाका समझें, जिसकी पूरी क्षमता का दोहन करने और नई महत्वपूर्ण विफलताओं से बचने के लिए सावधानीपूर्वक, पेशेवर इंजीनियरिंग कार्यान्वयन की आवश्यकता है।