Mfumo wa Makubaliano wa Msingi wa Minyororo Miwili kwa Blockchain: Con_DC_PBFT

1. Utangulizi na Muhtasari

Mifumo ya makubaliano ni teknolojia ya msingi inayowezesha imani na uratibu katika mifumo ya blockchain isiyo na kituo kimoja. Ingawa Uthibitisho wa Kazi (PoW) na Uthibitisho wa Hisa (PoS) vinatawala blockchain za sarafu za kidijitali, matumizi yao makubwa ya nishati au mkusanyiko wa mtaji huwafanya wasifae kwa matumizi ya biashara na viwanda "ambayo hayatumii sarafu". Karatasi hii inatangaza Con_DC_PBFT, mfumo mpya wa makubaliano ulioundwa mahsusi kwa hali kama hizo zisizo na sarafu. Inashughulikia mapungufu ya mifumo iliyopo mchanganyiko kama PoC+PoW—yaani, ufanisi mdogo, utegemezi/usalama wenye shaka, na mzigo mkubwa wa hesabu—kwa kupendekeza muundo mpya wa minyororo miwili unaotenganisha metadata ya mfumo (kama vile thamani ya mchango) kutoka kwa data kuu ya biashara.

2. Njia ya Msingi: Mfumo wa Con_DC_PBFT

Ubunifu wa mfumo uliopendekezwa upo katika muundo wake wa kimuundo na kimaendeleo.

2.1 Muundo wa Minyororo Miwili

Mfumo hutumia minyororo miwili tofauti lakini inayoungana:

• Mnyororo wa Mfumo (Mnyororo Mdogo): Inasimamia na kufikia makubaliano juu ya data ya kiwango cha mfumo, hasa thamani za mchango za nodi. Mnyororo huu unawajibika kwa sifa ya nodi, utawala, na kuratibu mnyororo kuu.
• Mnyororo wa Biashara (Mnyororo Kuu): Inashughulikia data kuu ya mawasiliano au mantiki ya biashara. Mchakato wake wa makubaliano umerahisishwa kwani huondoa mantiki ya uteuzi na uratibu wa nodi kwa Mnyororo wa Mfumo.

Ugatuzi huu unafanana na kutenganishwa kwa ndege za udhibiti na data katika mtandao unaofafanuliwa na programu, na kuruhusu uboreshaji maalum.

2.2 Mchakato wa Makubaliano Unaojitegemea Kiasi

Makubaliano yana "kujitegemea kiasi". Mnyororo wa Biashara unafanya makubaliano yake (labda aina ya PBFT kwa kupanga mawasiliano), lakini vigezo vyake muhimu—hasa, uteuzi wa kiongozi au nodi ya uhasibu—hauamuliwi ndani. Badala yake, Mnyororo wa Mfumo, kulingana na thamani ya mchango wa nodi na algorithm ya uteuzi wa nasibu, huteua nodi ya uhasibu ya Mnyororo wa Biashara kwa kila duru. Mnyororo wa Mfumo pia husimamia mtiririko wa ujumbe wa makubaliano ya Mnyororo wa Biashara, na kuhakikisha uadilifu na maendeleo.

2.3 Uboreshaji wa Usalama

Usalama unaimarishwa kupitia vipengele viwili muhimu:

1. Mfumo wa Mawasiliano ya Byzantine: Itifaki za mawasiliano kati ya minyororo na ndani ya minyororo zimeundwa kuvumilia kasoro za Byzantine, na kuvumilia sehemu fulani ya nodi zenye uadui au zenye kasoro.
2. Algorithm ya Uteuzi wa Nodi wa Nasibu: Kwa kufanya uteuzi wa wathibitishaji wa Mnyororo wa Biashara usiotabirika na kutegemea thamani za mchango zisizoeleweka zilizohifadhiwa kwenye Mnyororo wa Mfumo uliolindwa, eneo la shambulio la mashambulio yanayolengwa (kama kuwapa rushwa kiongozi anayejulikana wa baadaye) hupunguzwa kwa kiasi kikubwa.

Muundo huu unalenga kupunguza hatari za mashambulio yanayolenga nodi na kukwama kwa mfumo.

3. Maelezo ya Kiufundi na Mfumo wa Hisabati

Sehemu ya kiufundi ya msingi ni algorithm ya kuteua nodi ya uhasibu ya Mnyororo wa Biashara kulingana na Thamani ya Mchango ($CV$). Uwezekano $P_i$ wa nodi $i$ kuchaguliwa katika duru $r$ unaweza kuonyeshwa kama utendakazi wa mchango wake uliokadiriwa na kipengele cha nasibu:

$$P_i^{(r)} = \frac{f(CV_i^{(r-1)})}{\sum_{j=1}^{N} f(CV_j^{(r-1)})} \cdot (1 - \alpha) + \frac{\alpha}{N}$$

Ambapo:

• $CV_i^{(r-1)}$ ni thamani ya mchango ya nodi $i$ katika duru iliyopita.
• $f(\cdot)$ ni utendakazi usio laini (k.m., softmax) ili kukadiri na uwezekano wa kupotosha usambazaji.
• $N$ ni jumla ya idadi ya nodi zinazostahiki.
• $\alpha$ ni kipengele kidogo cha kuzuia (k.m., 0.05) kinacholeta kiwango cha msingi cha nasibu, na kuhakikisha uhai na kuzuia utabiri kamili au kukwama ikiwa thamani za mchango zinakaa sawa.

Mfumo huu unalinda usawa kati ya utawala wa weledi (kulingana na mchango) na nasibu muhimu kwa usalama, dhana ambayo pia inaonekana katika uchaguzi wa kriptografia wa Algorand.

4. Matokeo ya Majaribio na Uchambuzi wa Utendaji

Karatasi hii inawasilisha uchambuzi kamili wa majaribio ikilinganisha Con_DC_PBFT dhidi ya mfumo wa msingi wa PoC+PoW. Vipimo muhimu vya utendaji vilikadiriwa chini ya hali tofauti:

Uchambuzi wa Uvumilivu wa Vigezo: Majaribio yalichambua athari ya:

• Uwezekano wa Uchaguzi wa Kizuizi: Haki na kasi ya uteuzi wa kiongozi.
• Kiwango cha Kufeli kwa Sehemu Moja: Con_DC_PBFT ilionyesha ustahimilivu wa juu zaidi kutokana na uteuzi wake wa kiongozi wa nasibu, unaotegemea mchango, na mawasiliano ya BFT.
• Idadi ya Nodi & Kiwango cha Usambazaji wa Kizuizi: Uwezo wa kuongezeka uliboreshwa, na ucheleweshaji ukiongezeka kwa utaratibu zaidi na idadi ya nodi ikilinganishwa na utata wa ujumba wa quadratic wa PBFT ya kawaida, kwani ukubwa wa kikundi cha makubaliano cha Mnyororo wa Biashara unaweza kuboreshwa.
• Matumizi ya CPU: Matumizi ya CPU yaliyopunguzwa kwa kiasi kikubwa na yaliyo thabiti zaidi, na kuthibitisha kupunguzwa kwa kazi ya hesabu isiyo na manufaa.

5. Mfumo wa Uchambuzi: Mfano wa Kesi Usio na Msimbo

Hali: Blockchain ya ushirika kwa mnyororo wa usambazaji wa kimataifa unaohusisha wazalishaji, wasafirishaji, forodha, na benki.
Shida na Njia ya Kitamaduni: Kutumia makubaliano ya BFT ya mnyororo mmoja (k.m., mpangaji wa Hyperledger Fabric) huchanganya data ya mawasiliano (k.m., "Mizigo X imeondoka bandari") na data ya utawala wa mfumo (k.m., "Alama ya sifa ya wakala wa forodha A imesasishwa"). Hii inaweza kusababisha msongamano, na uteuzi wa kiongozi unaweza usiweze kuonyesha mchango halisi wa ulimwenguni kwa mtandao.
Matumizi ya Con_DC_PBFT:

1. Mnyororo wa Mfumo: Inafuatilia na kufanya makubaliano juu ya thamani za mchango. Kampuni ya usafirishaji inayotoa data ya IoT kwa wakati inapata CV ya juu. Benki inayomaliza malipo haraka pia inapata CV. Makubaliano hapa yako kati ya seti ndogo ya nodi za utawala.
2. Mnyororo wa Biashara: Inarekodi matukio yote ya mnyororo wa usambazaji (umba, safirisha, chunguza, lipa).
3. Unganisho: Kwa kila kizuizi kipya cha matukio kwenye Mnyororo wa Biashara, Mnyororo wa Mfumo hutumia algorithm ya nasibu inayotegemea CV kuchagua ni nodi gani (k.m., kampuni ya usafirishaji yenye CV ya juu au benki inayotegemewa) itakuwa "mpendekezaji" au "mthibitishaji" wa kizuizi hicho. Hii inaunganisha mamlaka ya uzalishaji wa kizuizi na mchango wa mtandao uliothibitishwa, sio tu hisa au bahati nasibu.

Mfumo huu unahimiza ushiriki chanya na hutenganisha kwa ufanisi utawala kutoka kwa shughuli.

6. Uelewa wa Msingi na Uchambuzi wa Mtaalamu

Uelewa wa Msingi: Con_DC_PBFT sio tu marekebisho mengine ya makubaliano; ni uboreshaji wa kimuundo wa vitendo kwa blockchain zilizoidhinishwa. Uzuri wake upo katika kutambua kwamba "makubaliano" katika mazingira ya biashara ni shida yenye tabaka nyingi—inayohitaji kupanga mawasiliano kwa ufanisi na utawala thabiti, unaolingana na motisha, wa washiriki. Kwa kuzitenganisha hizi kuwa minyororo maalum, inashambulia ufanisi duni wa msingi wa miundo ya monolithi.

Mtiririko wa Mantiki: Mantiki inavutia: 1) PoW/PoS hazifai kwa matumizi yasiyo na sarafu (zinapoteza/hazina haki). 2) Aina zilizopo za BFT hazisimuli kwa asili ubora wa washiriki. 3) Kwa hivyo, tenga "nani anapaswa kuamua" (utawala/mchango) kutoka kwa "nini kinaamuliwa" (mantiki ya biashara). Mnyororo wa Mfumo unakuwa injini ya sifa inayobadilika, inayotegemea makubaliano, inayoendesha makubaliano ya shughuli ya Mnyororo wa Biashara. Hii inakumbusha jinsi Tendermint inavyotenganisha mabadiliko ya seti ya wathibitishaji kutoka kwa uumbaji wa kizuizi, lakini Con_DC_PBFT inaifanya kuwa jumla na kuifanya rasmi kuwa mfano kamili wa minyororo miwili na kipimo tajiri cha mchango.

Nguvu na Mapungufu: Nguvu: Akiba iliyoripotiwa ya >50% ya rasilimali na uboreshaji wa >30% wa ucheleweshaji ni muhimu kwa kupitishwa kwa biashara, ambapo TCO na utendaji ndio mfalme. Matumizi ya thamani ya mchango yanapita zaidi ya "hisa" rahisi kuelekea upinzani wa kisasa wa Sybil na muundo wa motisha, mwelekeo unaotolewa na watafiti kama Vitalik Buterin katika majadiliano juu ya Uthibitisho wa Manufaa. Muundo wa minyororo miwili pia unatoa modulari ya asili, na kuruhusu makubaliano ya Mnyororo wa Biashara kubadilishwa ikiwa algorithm bora itatokea. Mapungufu: Kiwiko cha dhaifu cha karatasi hii ni utata kuhusu "thamani ya mchango". Inakokotolewaje, kuthibitishwaje, na kuhifadhiwa isibadilishwe? Bila utaratibu madhubuti, wenye kupinga mashambulio, wa kuhesabu CV—shida ngumu yenyewe—mfumo wote wa usalama unavunjika. Mnyororo wa Mfumo pia unakuwa sehemu muhimu ya katikati na ya shambulio; kuiharibu kunaharibu mtandao wote. Zaidi ya hayo, utata ulioongezwa wa kusimamia minyororo miwili na usawazishaji wao unaweza kufuta faida za unyenyekevu kwa ushirika mdogo.

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa: Kwa biashara zinazokadiria hii:

1. Jaribu Kwanza: Tekeleza muundo wa minyororo miwili katika jaribio lisilo muhimu, linaloweza kupimika. Lenga kufafanua fomula wazi, ya lengo, na inayoweza kufanywa kiotomatiki ya Thamani ya Mchango inayohusiana na biashara yako (k.m., alama ya ubora wa data, kiasi cha mawasiliano, wakati wa kufanya kazi).
2. Ukaguzi wa Usalama wa Mnyororo wa Mfumo: Chukulia Mnyororo wa Mfumo kama kitu chako cha thamani. Wekeza katika uthibitisho rasmi wa makubaliano yake na mantiki ya kusasisha CV. Fikiria miundo mchanganyiko ya imani kwa uanzishaji wake wa awali.
3. Linganisha na BFT Rahisi: Linganisha utendaji na utata wa Con_DC_PBFT sio tu dhidi ya PoC+PoW, bali pia dhidi ya itifaki za kawaida za BFT (kama LibraBFT/DiemBFT). Faida ya 30% lazima ithibitishe mzigo wa shughuli wa minyororo miwili.

Mustakabali wa blockchain ya biashara upo katika tabaka maalum za makubaliano zenye modulari kama hizi. Con_DC_PBFT ni hatua muhimu, lakini uwezekano wake wa ulimwenguni halisi unategemea kusuluhisha shida ya "oracle ya mchango" anayoitangaza.

7. Matumizi ya Baadaye na Mwelekeo wa Utafiti

Muundo wa Con_DC_PBFT unafungua njia kadhaa zenye matumaini:

• Metaverse na Dijital Twins: Katika ulimwengu wa kimaumbile tata au dijital twins za viwanda, Mnyororo wa Mfumo unaweza kusimamia sifa na haki za avatar/mali (thamani ya mchango), huku Mnyororo wa Biashara ukishughulikia mawasiliano ya ndani ya ulimwengu na mabadiliko ya hali, na kuwezesha uchumi unaoweza kuongezeka na wa haki.
• DePIN (Mitandao ya Miundombinu ya Kimwili Isiyo na Kituo Kimoja): Kwa mitandao ya vifaa vya IoT vinavyotoa upana wa mkanda, hifadhi, au hesabu, thamani ya mchango inaweza kuunganishwa moja kwa moja na utoaji wa rasilimali unaoweza kuthibitishwa (kama Helium lakini kwa tabaka thabiti zaidi ya makubaliano). Mfano wa minyororo miwili hutenganisha kwa usafi uthibitisho wa eneo/kazi ya kimwili kutoka kwa kurekodi mawasiliano ya huduma.
• Kufuata Kanuni na Ukaguzi: Mnyororo wa Mfumo unaweza kuundwa kama wimbo usiobadilika wa ukaguzi wa data inayohusiana na kufuata kanuni (hali ya KYC, alama za udhibiti), ambayo kisha inadhibiti viwango vya ushiriki katika mnyororo kuu wa mawasiliano ya kifedha, dhana iliyochunguzwa katika miradi kama vile makundi ya notari ya Corda.

Mwelekeo wa Utafiti:

1. Uthibitisho rasmi wa usalama wa mfumo mchanganyiko wa minyororo miwili chini ya mifano mbalimbali ya adui.
2. Uundaji wa mifumo ya kiwango, maalum ya kikoa, ya Thamani ya Mchango (k.m., kwa kushiriki data ya afya, mifumo ya mikopo ya kitaaluma).
3. Uchunguzi wa itifaki za mawasiliano kati ya minyororo ya Mfumo na Biashara ambazo ni zenye ufanisi na zinazoweza kuthibitishwa, kwa uwezekano wa kutumia uthibitisho mwepesi wa kriptografia kama zk-SNARKs.
4. Unganisho na suluhisho za tabaka-2; Mnyororo wa Biashara unaweza kuwa mfumo wa rollup au mfumo wa njia za hali, na Mnyororo wa Mfumo ukifanya kazi kama mpangaji wake usio na kituo kimoja au tabaka ya kutatua mizozo.

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. Buterin, V. (2017). Proof of Stake FAQ. [Mtandaoni] Vitalik.ca
4. Buchman, E. (2016). Tendermint: Byzantine Fault Tolerance in the Age of Blockchains. University of Guelph Thesis.
5. Helium. (2022). The People's Network. [Mtandaoni] Helium.com
6. Hyperledger Foundation. (2023). Hyperledger Fabric. [Mtandaoni] hyperledger.org
7. Zhu, J., Park, T., Isola, P., & Efros, A.A. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. ICCV. (Imetajwa kama mfano wa karatasi ya msingi inayotangaza mfumo mpya, tofauti kimuundo—kama ubunifu wa minyororo miwili).