ब्लॉकचेन के लिए एक द्वि-श्रृंखला आधारित सहमति तंत्र: Con_DC_PBFT

1. परिचय एवं अवलोकन

यह शोध पत्र Con_DC_PBFT प्रस्तुत करता है, जो "गैर-सिक्का" ब्लॉकचेन प्रणालियों के लिए डिज़ाइन किया गया एक नवीन सहमति तंत्र है। यह PoC+PoW (प्रमाण-योगदान + प्रमाण-कार्य) जैसे मौजूदा तंत्रों की महत्वपूर्ण कमियों, विशेष रूप से कम दक्षता, उच्च संसाधन खपत और सुरक्षा कमजोरियों का समाधान करता है। मुख्य नवाचार एक द्वि-श्रृंखला वास्तुकला है जो सिस्टम डेटा (जैसे, योगदान मूल्य) को मुख्य व्यावसायिक डेटा से अलग करती है, जिससे समानांतर और पाइपलाइन प्रसंस्करण संभव होता है और प्रदर्शन में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

2. मूल अवधारणाएँ एवं पृष्ठभूमि

सहमति तंत्र ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी की आधारशिला हैं, जो अविश्वसनीय नोड्स के बीच वितरित लेज़र की स्थिति पर सहमति सुनिश्चित करते हैं।

3. Con_DC_PBFT तंत्र

प्रस्तावित तंत्र वास्तुकलात्मक पृथक्करण और समन्वित सहमति के माध्यम से एक प्रतिमान परिवर्तन प्रस्तुत करता है।

4. तकनीकी विवरण एवं गणितीय मॉडल

लीडर चयन का मूल एक सत्यापन योग्य यादृच्छिक फलन पर निर्भर करता है। व्यवसाय चेन के लिए नोड $i$ के लीडर के रूप में चुने जाने की संभावना $P_i$, योग्य नोड्स $N$ में इसके सामान्यीकृत योगदान मूल्य $C_i$ और सिस्टम चेन के नवीनतम ब्लॉक से एक यादृच्छिक बीज $R$ का एक फलन है।

$P_i = \frac{f(C_i, R)}{\sum_{j \in N} f(C_j, R)}$

जहाँ $f(C_i, R)$ एक VRF है जो $C_i$ और $R$ से विशिष्ट रूप से जुड़ा एक छद्म-यादृच्छिक आउटपुट उत्पन्न करता है। यह सुनिश्चित करता है कि चयन निष्पक्ष (योगदान द्वारा भारित), अप्रत्याशित ($R$ के कारण), और सभी नोड्स द्वारा सत्यापन योग्य है। व्यवसाय चेन में एक ब्लॉक $B$ के लिए सहमति प्रक्रिया एक संशोधित तीन-चरण PBFT प्रोटोकॉल (प्री-प्रिपेयर, प्रिपेयर, कमिट) का अनुसरण करती है, जहाँ "प्री-प्रिपेयर" संदेश केवल सिस्टम चेन द्वारा नामित लीडर द्वारा ही वैध रूप से जारी किया जा सकता है।

5. प्रायोगिक परिणाम एवं प्रदर्शन

शोध पत्र Con_DC_PBFT की PoC+PoW के विरुद्ध एक व्यापक सिमुलेशन प्रस्तुत करता है। विभिन्न परिस्थितियों में मुख्य मेट्रिक्स का विश्लेषण किया गया:

• नोड संख्या एवं CPU उपयोग: Con_DC_PBFT ने मध्यम नोड संख्या (10-100) के लिए लगभग रैखिक स्केलेबिलिटी दिखाई, जिसमें CPU उपयोग PoC+PoW की तुलना में काफी कम था, जिसने PoW पहेलियों के कारण घातीय वृद्धि प्रदर्शित की।
• ब्लॉक संचरण दर एवं विलंबता: द्वि-श्रृंखला पाइपलाइनिंग ने Con_DC_PBFT को नेटवर्क थ्रूपुट बढ़ने के साथ कम एंड-टू-एंड सहमति विलंबता बनाए रखने की अनुमति दी। PoC+PoW विलंबता अनुक्रमिक PoW समाधान के कारण तेजी से बढ़ी।
• एकल-बिंदु विफलता दर: यादृच्छिक लीडर चयन और श्रृंखलाओं के पृथक्करण ने अधिक नियतात्मक PoC+PoW की तुलना में एकल दुर्भावनापूर्ण या विफल लीडर के प्रति सिस्टम की संवेदनशीलता को कम किया।

चार्ट विवरण (पाठ से निहित): एक बार चार्ट "मेमोरी/स्टोरेज उपयोग" दिखाएगा जिसमें Con_DC_PBFT PoC+PoW बार के 50% से कम पर होगा। एक लाइन चार्ट "सहमति विलंबता बनाम नोड संख्या" को प्लॉट करेगा, जिसमें Con_DC_PBFT लाइन धीरे-धीरे बढ़ेगी और PoC+PoW लाइन तेजी से बढ़ेगी, जो बड़े पैमाने पर Con_DC_PBFT के लिए >30% लाभ प्रदर्शित करेगी।

6. विश्लेषण ढांचा एवं उदाहरण केस

परिदृश्य: एक आपूर्ति श्रृंखला कंसोर्टियम ब्लॉकचेन

कई कंपनियाँ (निर्माता, शिपर, खुदरा विक्रेता) माल को ट्रैक करने के लिए एक कंसोर्टियम बनाती हैं। व्यवसाय चेन अपरिवर्तनीय लेन-देन रिकॉर्ड करती है (जैसे, "वस्तु X को A से B को भेजा गया")। सिस्टम चेन नोड योगदान मूल्यों का प्रबंधन करती है, जिनकी गणना डेटा गुणवत्ता, अपटाइम और अनुपालन ऑडिट के आधार पर की जाती है।

Con_DC_PBFT कार्यरत:

1. एक नया शिपमेंट लेन-देन प्रस्तावित किया जाता है।
2. सिस्टम चेन, अपने नवीनतम यादृच्छिक बीज और नोड्स के योगदान स्कोर का उपयोग करके, अगले व्यवसाय चेन ब्लॉक के लिए खुदरा विक्रेता C को लीडर के रूप में चुनती है।
3. खुदरा विक्रेता C इस और अन्य लेन-देनों वाले एक ब्लॉक के लिए PBFT प्रक्रिया शुरू करता है। अन्य नोड्स सिस्टम चेन की स्थिति के विरुद्ध VRF प्रमाण की जाँच करके लीडर की वैधता सत्यापित करते हैं।
4. एक बार ब्लॉक कमिट हो जाने के बाद, सिस्टम चेन समानांतर रूप से योगदान मूल्यों को अद्यतन करती है (जैसे, खुदरा विक्रेता C को ईमानदार नेतृत्व के लिए पुरस्कृत करना), अगले चक्र की तैयारी करते हुए।

7. भविष्य के अनुप्रयोग एवं शोध दिशाएँ

Con_DC_PBFT वास्तुकला निम्नलिखित के लिए आशाजनक है:

• उद्यम मेटावर्स अवसंरचनाएँ: डिजिटल परिसंपत्ति प्रोवेनेंस और उपयोगकर्ता पहचान/योगदान का प्रबंधन, जैसा कि प्रारंभिक मेटावर्स शोध में परिकल्पित है।
• IoT डेटा मार्केटप्लेस: डिवाइस डेटा स्ट्रीम्स (व्यवसाय चेन) को डिवाइस प्रतिष्ठा और डेटा गुणवत्ता स्कोर (सिस्टम चेन) से अलग करना।
• विकेंद्रीकृत स्वायत्त संगठन (DAO): प्रस्ताव/मतदान निष्पादन को सदस्य प्रतिष्ठा और पुरस्कार वितरण से अलग करना।

• क्रॉस-चेन संचार सुरक्षा: दोनों श्रृंखलाओं के बीच "पर्यवेक्षण" इंटरफ़ेस का औपचारिक सत्यापन।
• गतिशील योगदान मेट्रिक्स: योगदान मूल्यों की गणना के लिए अधिक मजबूत, हमले-प्रतिरोधी सूत्र विकसित करना।
• लेयर-2 समाधानों के साथ एकीकरण: यह अन्वेषण करना कि सिस्टम चेन व्यवसाय चेन पर स्टेट चैनल या रोलअप का समन्वय कैसे कर सकती है।

8. संदर्भ

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., et al. (2022). Blockchain Consensus Mechanisms: A Survey. ACM Computing Surveys.
4. Michele, B., et al. (2021). The Convergence of AI and Blockchain in the Metaverse. IEEE Access.
5. Hyperledger Foundation. (2023). Hyperledger Architecture, Volume 1. https://www.hyperledger.org.
6. IEEE Blockchain Initiative. (2023). Standards for Blockchain in Non-Financial Applications. https://blockchain.ieee.org.

9. विश्लेषक का परिप्रेक्ष्य