Модель и алгоритм консенсуса Proof of Performance

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье исследуется принцип работы модели Proof of Performance (PoP), основанной на алгоритме консенсуса, поддерживающем функции горизонтального шардинга. Модель PoP вносит изменения в традиционную структуру блоков, используемую в алгоритмах Proof of Stake и сетях на базе ядра Tendermint. Горизонтальный шардинг позволяет распределять транзакции между несколькими узлами (шардами), что значительно увеличивает пропускную способность сети. Основная цель исследования – изучение способов повышения эффективности и масштабируемости блокчейн-сетей через динамическое распределение транзакций и адаптивное управление узлами. Важным аспектом является определение параметров и изменяемых характеристик узлов, таких как производительность и надежность для равномерного и справедливого распределения нагрузки внутри сети. Это обеспечивает адаптацию системы к изменяющимся условиям нагрузки.  В работе используются аналитические и формальные методы для описания структуры блока, механизма распределения транзакций и системы наказаний и поощрений для шардов. Исследование представляет собой инновационный подход к управлению блокчейн-сетями, акцентируя внимание на производительности узлов. Модель PoP с горизонтальным шардингом обеспечивает более высокую пропускную способность и масштабируемость сети по сравнению с традиционными алгоритмами консенсуса. Предложена система динамического распределения нагрузки и адаптивного изменения весов узлов на основе их производительности, что способствует повышению эффективности и надежности сети. В результате исследования доказано, что модель Proof of Performance значительно увеличивает скорость обработки транзакций и общую производительность блокчейн-сети. Примеры применения подтверждают эффективность модели в различных типах сетей, таких как DeFi-платформы, системы управления цепочками поставок и IoT-сети. Модель PoP стимулирует узлы к поддержанию высокой производительности, обеспечивая справедливое распределение нагрузки и повышая общую устойчивость сети.

Об авторах

Владислав Дмитриевич Булгаков

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Email: bulgakovvlad@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0006-2056-6169
независимый исследователь

Игорь Николаевич Гвоздевский

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Email: Gvozdevskiy.in@bstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-3235-3869
доцент; кафедра Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем;

Список литературы

  1. Бауэр В.П., Побываев С.А., Кузнецов Н.В. Потенциал использования технологии распределенного реестра (блокчейн) в системах государственного управления // Фундаментальные исследования. 2019. № 12 (часть 2). С. 247–252.
  2. Борискевич И.А. Алгоритмы консенсуса в блокчейн сетях // Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. 6-я Научная Конференция Аспирантов, Магистрантов и Студентов БГУИР. Минск, 2020. С. 116–117.
  3. Luu, L., Narayanan, V., Zheng, C., Baweja, K., Gilbert, S., & Saxena, P. (2016). A Secure Sharding Protocol for Open Blockchains. In Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (pp. 17–30).
  4. Kokoris-Kogias, E., Jovanovic, P., Gasser, L., Gailly, N., Syta, E., & Ford, B. (2017). OmniLedger: A Secure, Scale-Out, Decentralized Ledger via Sharding. IACR Cryptology ePrint Archive, 2017(406).
  5. Zamani, M., Movahedi, M., & Raykova, M. (2018). RapidChain: Scaling Blockchain via Full Sharding. In Proceedings of the 2018 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (pp. 931–948).
  6. King, S., & Nadal, S. (2012). PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency with Proof-of-Stake. Retrieved from https://bitcoin.peryaudo.org/vendor/peercoin-paper.pdf
  7. Swan, M. (2015). Blockchain 2.0: Contracts. In Blockchain: Blueprint for a New Economy (pp. 9–10). O'Reilly Media, Inc.
  8. Шаламов Г. А., Петухов А. С. Слияние технологий IoT и блокчейн: от теории до реального времени // Прогрессивная экономика. 2023. № 9. С. 32. doi: 10.54861/27131211_2021_9_32.
  9. Goswami, S. (2017). Scalability analysis of blockchains through blockchain simulation. Thesis, Master of Science in Computer Science, University of Nevada, Las Vegas.
  10. Zamyatin, A., Harz, D., Lind, J., Gudgeon, L., Werner, S., & Knottenbelt, W. J. (2019). XCLAIM: Trustless, Interoperable, Cryptocurrency-Backed Assets. In IEEE Symposium on Security and Privacy (pp. 193–210).
  11. Makrakis, D., & Senhaji, A. (2023). Sharding-Based Proof-of-Stake Blockchain Protocols: Key Components & Probabilistic Security Analysis. Sensors, 23(5), 2819. doi: 10.3390/s23052819.
  12. Eyal, I., Gencer, A. E., Sirer, E. G., & van Renesse, R. (2016). Bitcoin-NG: A Scalable Blockchain Protocol. In Proceedings of the 13th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI '16) (pp. 45–59).
  13. Абдулжалилов А.З. Методы и стратегии масштабируемости блокчейн-технологий: анализ, сравнение и перспективы // Международный научный журнал «Вестник науки». 2023. № 11 (68). Т. 4. С. 625–634.
  14. Грепан В.Н. Практические проблемы использования блокчейн-технологий // Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник.» 2024. № 9.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).