1. Utangulizi na Muhtasari

Makala hii inawasilisha Con_DC_PBFT, mfumo mpya wa makubaliano ulioundwa kwa mifumo ya blockchain "isiyo na sarafu". Inashughulikia mapungufu muhimu ya mifumo iliyopo kama PoC+PoW (Uthibitisho wa Mchango + Uthibitisho wa Kazi), haswa ufanisi mdogo, matumizi makubwa ya rasilimali, na udhaifu wa usalama. Uvumbuzi msingi ni muundo wa minyororo miwili unaotenganisha data ya mfumo (k.m., thamani za mchango) kutoka kwa data kuu ya biashara, na kuwezesha usindikaji sambamba na wa mfuatano ili kuboresha utendaji kwa kiasi kikubwa.

Uboreshaji Muhimu: Ufanisi wa Rasilimali

>50%

Kupunguzwa kwa matumizi ya kumbukumbu na hifadhi ikilinganishwa na PoC+PoW

Uboreshaji Muhimu: Ucheleweshaji wa Makubaliano

>30%

Uboreshaji wa jumla wa ucheleweshaji wa wakati wa makubaliano

2. Dhana Msingi na Usuli

Mifumo ya makubaliano ndio msingi wa teknolojia ya blockchain, inayohakikisha makubaliano juu ya hali ya daftari lililosambazwa kati ya nodi zisizoaminika.

2.1 Mifumo ya Makubaliano katika Blockchain

Mifumo ya jadi kama Uthibitisho wa Kazi (PoW) na Uthibitisho wa Hisa (PoS) mara nyingi haifai kwa blockchain za biashara zilizoidhinishwa au "zisizo na sarafu" kutokana na gharama kubwa za nishati au mkusanyiko wa utajiri. Uvumilivu wa Hitilafu za Kibizanti Unaoweza Kutekelezwa (PBFT) na lahaja zake hutoa njia mbadala lakini zinakabiliwa na changamoto za uwezo wa kupanuka.

2.2 Mfumo wa PoC+PoW na Vikwazo Vyake

Mfumo wa PoC+PoW, uliopendekezwa kwa mifumo isiyo na sarafu, unachanganya uteuzi wa msingi wa mchango na fumbo la hesabu. Hata hivyo, unakumbwa na:

  • Ufanisi Mdogo: Vizingiti vya usindikaji wa mfuatano.
  • Matumizi Makubwa ya Rasilimali: Uwiano mkubwa wa CPU na kumbukumbu kutoka kwa PoW.
  • Hatari za Usalama: Thamani za mchango zinaweza kulengwa, na muundo mseto unaanzisha utata.

3. Mfumo wa Con_DC_PBFT

Mfumo uliopendekezwa unaanzisha mabadiliko ya kielelezo kupitia utengano wa muundo na makubaliano yaliyoorganishwa.

3.1 Muundo wa Minyororo Miwili

Mfumo hutumia minyororo miwili tofauti:

  • Mnyororo wa Mfumo (Mnyororo Mdogo): Inasimamia taarifa za msingi, hasa thamani za mchango wa nodi. Inafanya kazi kwa makubaliano nyepesi.
  • Mnyororo wa Biashara (Mnyororo Mkuu): Inashughulikia data kuu ya muamala/maombi. Mchakato wake wa makubaliano unasimamiwa na Mnyororo wa Mfumo.
Utengano huu huruhusu Mnyororo wa Biashara kusindika miamala sambamba huku Mnyororo wa Mfumo ukisimamia sifa na uteuzi wa nodi kwa wakati tofauti.

3.2 Makubaliano ya Nusu-Huru na Usimamizi

Makubaliano ni "ya nusu-huru". Mnyororo wa Mfumo haithibitishi miamala ya Mnyororo wa Biashara lakini hudhibiti na kuratibu mtiririko wa ujumbe wake wa makubaliano. Muhimu zaidi, hutumia kitendakazi cha nasibu kinachoweza kuthibitishwa (VRF) kulingana na thamani za mchango ili kuteua kwa nasibu nodi ya uhasibu (nodi ya kiongozi) kwa kizuizi kinachofuata cha Mnyororo wa Biashara. Hii inazuia utabiri na umakini.

3.3 Uimarishaji wa Usalama

Usalama unaimarishwa na:

  • Kuficha Thamani ya Mchango: Data ya Mnyororo wa Mfumo haipatikani kwa urahisi kwa washambuliaji wa Mnyororo wa Biashara.
  • Mawasiliano ya Kibizanti: Itifaki thabiti ya kupitisha ujumbe ya mtindo wa PBFT hutumiwa ndani ya duru za makubaliano za Mnyororo wa Biashara.
  • Uteuzi wa Nasibu wa Nodi: Uteuzi wa msingi wa VRF kutoka kwa Mnyororo wa Mfumo hupunguza hatari ya mashambulio yanayolengwa na kukwama kwa mfumo (k.m., shida za kutokuwa na kitu hatarini).

4. Maelezo ya Kiufundi na Mfano wa Hisabati

Kiini cha uteuzi wa kiongozi kinategemea kitendakazi cha nasibu kinachoweza kuthibitishwa. Uwezekano $P_i$ wa nodi $i$ kuchaguliwa kuwa kiongozi wa Mnyororo wa Biashara ni kitendakazi cha thamani yake ya mchango iliyosanifiwa $C_i$ miongoni mwa nodi zinazostahiki $N$ na mbegu ya nasibu $R$ kutoka kwa kizuizi cha hivi karibuni cha Mnyororo wa Mfumo.

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

Ambapo $f(C_i, R)$ ni VRF inayozalisha pato la bandia la nasibu linalounganishwa kipekee na $C_i$ na $R$. Hii inahakikisha uteuzi ni wa haki (unaopimwa kwa mchango), usiotabirika (kutokana na $R$), na unaoweza kuthibitishwa na nodi zote. Mchakato wa makubaliano kwa kizuizi $B$ katika Mnyororo wa Biashara unafuata itifaki iliyoboreshwa ya PBFT ya awamu tatu (Kabla ya Kuandaa, Andaa, Tekeleza), ambapo ujumbe wa "Kabla ya Kuandaa" unaweza kutolewa kihalali tu na kiongozi aliyeteuliwa kutoka kwa Mnyororo wa Mfumo.

5. Matokeo ya Majaribio na Utendaji

Makala hiyo inafanya uigaji kamili unaolinganisha Con_DC_PBFT dhidi ya PoC+PoW. Vipimo muhimu vilichambuliwa chini ya hali tofauti:

  • Idadi ya Nodi na Matumizi ya CPU: Con_DC_PBFT ilionyesha uwezo wa kupanuka karibu na mstari kwa idadi ya wastani ya nodi (10-100), na matumizi ya CPU yakiwa chini sana kuliko PoC+PoW, ambayo ilionyesha ukuaji wa kielelezo kutokana na fumbo la PoW.
  • Kiwango cha Usafirishaji wa Kizuizi na Ucheleweshaji: Uunganishaji wa minyororo miwili uliruhusu Con_DC_PBFT kudumisha ucheleweshaji wa chini wa makubaliano kutoka mwanzo hadi mwisho kadri ufanisi wa mtandao unavyoongezeka. Ucheleweshaji wa PoC+PoW ulipanda kwa ghafla kutokana na utatuzi wa mfuatano wa PoW.
  • Kiwango cha Kushindwa kwa Sehemu Moja: Uteuzi wa kiongozi wa nasibu na utenganishaji wa minyororo ulipunguza udhaifu wa mfumo kwa kiongozi mmoja mwovu au aliyeanguka ikilinganishwa na PoC+PoW iliyo na uthabiti zaidi.

Maelezo ya Chati (Yanayodokezwa kutoka kwa Maandishi): Chati ya mipango ingeonyesha "Matumizi ya Kumbukumbu/Hifadhi" na Con_DC_PBFT ikiwa chini ya 50% ya mipango ya PoC+PoW. Chati ya mstari ingepanga "Ucheleweshaji wa Makubaliano dhidi ya Idadi ya Nodi," na mstari wa Con_DC_PBFT ukiinuka polepole na mstari wa PoC+PoW ukiinuka kwa kasi, na kuonyesha faida ya >30% kwa Con_DC_PBFT kwa kiwango kikubwa.

6. Mfumo wa Uchambuzi na Mfano wa Kesi

Hali: Ushirikiano wa Blockchain ya Mnyororo wa Usambazaji

Makampuni mengi (wazalishaji, wasafirishaji, wauzaji rejareja) huunda ushirikiano kufuatilia bidhaa. Mnyororo wa Biashara unaandika miamala isiyobadilika (k.m., "Bidhaa X ilisafirishwa kutoka A hadi B"). Mnyororo wa Mfumo unasimamia thamani za mchango wa nodi, zilizohesabiwa kulingana na ubora wa data, wakati wa uendeshaji, na ukaguzi wa utii.

Con_DC_PBFT Inatumika:

  1. Muamala mpya wa usafirishaji unapendekezwa.
  2. Mnyororo wa Mfumo, kwa kutumia mbegu yake ya hivi karibuni ya nasibu na alama za mchango za nodi, huchagua Mwuza Rejareja C kuwa kiongozi wa kizuizi kinachofuata cha Mnyororo wa Biashara.
  3. Mwuza Rejareja C huanzisha mchakato wa PBFT kwa kizuizi kilicho na muamala huu na mingine mingine. Nodi zingine huthibitisha uhalali wa kiongozi kwa kuangalia uthibitisho wa VRF dhidi ya hali ya Mnyororo wa Mfumo.
  4. Mara tu kizuizi kinatekelezwa, Mnyororo wa Mfumo husasisha thamani za mchango (k.m., kumzawadia Mwuza Rejareja C kwa uongozi wa uaminifu) sambamba, na kuandaa duru inayofuata.
Hii inatenganisha usindikaji wa muamala na usimamizi wa sifa, na kuwezesha ufanisi wa juu na ushiriki wa haki zaidi kuliko mnyororo mmoja ambapo nodi zile zile hurudia kazi zote.

7. Matumizi ya Baadaye na Mwelekeo wa Utafiti

Muundo wa Con_DC_PBFT una matumaini kwa:

  • Miundombinu ya Metaverse ya Biashara: Kusimamia asili ya mali ya dijiti na utambulisho/mchango wa mtumiaji katika majukwaa, kama ilivyotazamiwa katika utafiti wa mapema wa metaverse.
  • Masoko ya Data ya IoT: Kutenganisha mtiririko wa data ya vifaa (Mnyororo wa Biashara) kutoka kwa sifa ya kifaa na alama za ubora wa data (Mnyororo wa Mfumo).
  • Mashirika ya Kujitawala Yasiyo na Kituo Kimoja (DAOs): Kutenganisha utekelezaji wa pendekezo/kura kutoka kwa sifa ya mwanachama na usambazaji wa zawadi.
Utafiti wa Baadaye:
  • Usalama wa Mawasiliano ya Kuvuka Minyororo: Uthibitisho rasmi wa kiolesura cha "usimamizi" kati ya minyororo miwili.
  • Vipimo vya Mchango vinavyobadilika: Kuunda fomula thabiti zaidi, zinazopinga mashambulio za kukokotoa thamani za mchango.
  • Ujumuishaji na Suluhisho za Safu ya 2: Kuchunguza jinsi Mnyororo wa Mfumo ungeweza kuratibu vituo vya hali au rollups kwenye Mnyororo wa Biashara.

8. Marejeo

  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. Mtazamo wa Mchambuzi

Uelewa Msingi

Con_DC_PBFT sio marekebisho mengine tu ya makubaliano; ni hatua ya kimkakati ya muundo inayotambua mvutano wa msingi katika blockchain ya biashara kati ya ufanisi na utawala. Kwa kuzitenganisha katika minyororo tofauti, inajaribu kutatua shida zote mbili kwa mara moja. Hii inakumbusha jinsi muundo wa kisasa wa kompyuta unavyotenganisha kitengo cha udhibiti kutoka kwa kitengo cha mantiki ya hesabu kwa ufanisi—kanuni ambayo sasa inatumika kwa imani iliyosambazwa.

Mtiririko wa Kimantiki

Mantiki ni ya kulazimisha: 1) Tambua kizingiti (PoC+PoW ya mfuatano), 2) Chunguza sababu (ndege za data na udhibiti zilizochanganyika), 3) Tumia kanuni ya msingi ya muundo wa mifumo (utenganishaji wa masuala), na 4) Imarisha kwa kanuni za msingi za kriptografia zinazojulikana (VRF, PBFT). Mtiririko kutoka shida hadi suluhisho ni safi na unaoaminika kitaaluma, ukichora kutoka kwa kazi zilizothibitishwa katika mifumo iliyosambazwa (kama PBFT ya Liskov) na utafiti wa hivi karibuni wa blockchain (kama uteuzi wa msingi wa VRF wa Algorand).

Nguvu na Mapungufu

Nguvu: Akiba ya rasilimali ya >50% iliyoripotiwa ni kipengele cha kukata tamaa kwa biashara zinazolenga gharama. Muundo wa minyororo miwili pia huunda aina ya "usalama wa kina"—mshambuliaji lazima avunje makubaliano ya minyororo yote miwili ili kudanganya mfumo kikamilifu. Mwelekeo kwenye hali "zisizo na sarafu" ni wa kuona mbele, ukilingana na mabadiliko halisi ya blockchain kuelekea mnyororo wa usambazaji, vyeti, na uadilifu wa data, kama ilivyoelezwa katika ripoti za tasnia kutoka Gartner na IEEE Blockchain Initiative.

Mapungufu na Maswali: Udhaifu wa makala hii ni utata ulioongezeka wa kimfumo. Kusimamia minyororo miwili, mawasiliano yao ya ndani, na hali zilizosawazishwa huleta aina mpya za kushindwa na maeneo ya mashambulio (k.m., shambulio la uhai kwenye Mnyororo wa Mfumo linaweza kulemaza Mnyororo wa Biashara). Utaratibu wa "usimamizi" umeelezewa kwa njia isiyo wazi—ni uthibitisho wa mteja mwepesi, wito wa mkataba mahiri, au rehema maalum? Utata huu, kama unavyoonekana mara nyingi katika utafiti wa awali, unahitaji muundo rasmi mkali. Zaidi ya hayo, mfumo wa thamani ya mchango bado ni shida ya orakali iliyojificha; kucheza na vipimo hivi kunaweza kuwa njia inayofuata ya shambulio.

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa

Kwa wasanifu wa biashara: Jaribu muundo huu katika mazingira yaliyodhibitiwa, yaliyoidhinishwa ambapo utata unaweza kusimamiwa, kama mfumo wa kufuatilia mali wa ndani. Anza na kipimo rahisi cha mchango (k.m., wakati wa uendeshaji).

Kwa watafiti: Hatua inayofuata ya haraka ni kuunda muundo rasmi na kuthibitisha itifaki ya usimamizi ya kuvuka minyororo kwa kutumia kifaa kama TLA+ au Coq. Linganisha hii sio tu na PoC+PoW, bali pia na PBFT ya mnyororo mmoja na makubaliano ya kisasa ya msingi wa DAG (kama Hashgraph) ili kupima kikamilifu ufaulu wake wa ushindani.

Kwa wasanidi programu: Tafuta kutekeleza Mnyororo wa Mfumo kama logi nyepesi iliyopangwa (kama Tendermint Core) na Mnyororo wa Biashara na mashine ya hali yenye utendaji wa juu (kama vituo vya Hyperledger Fabric). Sehemu ya ujumuishaji ndio moduli muhimu ya kuimarisha.

Kwa kumalizia, Con_DC_PBFT ni muundo wa ujasiri na wenye akili ambao hutoa mchango mkubwa kwa sanduku la vyombo vya blockchain ya biashara. Hata hivyo, kupitishwa kwake kunategemea kudhibiti mzito wa utata unaoanzisha. Ni muundo wenye uwezo mkubwa na hatari kubwa.