An analysis of consensus mechanisms for blockchain

Abstract

Οι διαδικασίες συναίνεσης είναι βασικά πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη συμφωνίας μεταξύ διαφόρων οντοτήτων. Πρόσφατα, οι διαδικασίες αυτές συγκέντρωσαν σημαντικό ενδιαφέρον ως βασικό συστατικό των συστημάτων Blockchain, με αποστολή την τεκμηρίωση και την πιστοποίηση των συναλλαγών σε ένα δίκτυο. Χρησιμεύουν ως αλγόριθμοι ελέγχου ταυτότητας που επαληθεύουν τη νομιμότητα κάθε νέου μπλοκ (συναλλαγής) πριν από την ενσωμάτωσή του στην αλυσίδα μπλοκ. Για να θεωρηθεί αποτελεσματικός ένας μηχανισμός συναίνεσης, πρέπει να εμποδίζει τους κακούς παράγοντες να τροποποιούν, να αφαιρούν, να προσθέτουν ή να αντιγράφουν οποιαδήποτε συναλλαγή εντός της αλυσίδας μπλοκ. Ένας μηχανισμός συναίνεσης εξασφαλίζει την αξιοπιστία, την εμπιστευτικότητα και την πληρότητα ενός κατανεμημένου συστήματος. Σε γενικές γραμμές, τα πρωτόκολλα συναίνεσης μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο κατηγορίες: πρωτόκολλα που βασίζονται σε αποδείξεις και πρωτόκολλα Vaivdene. Τα πρωτόκολλα που βασίζονται σε αποδείξεις λειτουργούν μέσω του ανταγωνισμού των κόμβων εξόρυξης για το ποιος θα λύσει πρώτος έναν μαθηματικό γρίφο σε έναν δεδομένο γύρο εξόρυξης. Από την άλλη πλευρά, τα πρωτόκολλα που βασίζονται στην ψηφοφορία λειτουργούν μέσω γύρων εκλογών. Ένας λογιστικός κόμβος επιλέγεται μέσω ψηφοφορίας από όλους τους αρμόδιους κόμβους εξόρυξης. Σημαντικό είναι ότι ο κόμβος που συγκεντρώνει πρώτος τον απαιτούμενο αριθμό ψήφων σε απαρτία επιλέγεται για να υποστηρίξει το νέο μπλοκ. Στόχος της παρούσας μελέτης είναι να παράσχει πληρέστερη εικόνα της δομής των κύριων πρωτοκόλλων συναίνεσης και των δύο τύπων και να δώσει γραφικές απεικονίσεις για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας τους. Τέλος, θα εξεταστούν και θα αναλυθούν τα ζητήματα των συστατικών στοιχείων των πρωτοκόλλων σε σχέση με το επίπεδο ασφάλειας και τις πιθανές περιπτώσεις χρήσης. Οι στόχοι της παρούσας διατριβής είναι μάλλον συγκεκριμένοι. Είναι ιδιαίτερα επιθυμητό η παρούσα διατριβή να καλύψει ένα υπάρχον κενό στη βιβλιογραφία, ώστε να είναι σε θέση να αναλύσει τους διαθέσιμους μηχανισμούς τροποποίησης της συναίνεσης. Επιπλέον, η παρούσα έρευνα εξετάζει πώς διαφέρουν οι μηχανισμοί και η ασφάλεια των διαφόρων μηχανισμών συναίνεσης, ιδίως όσον αφορά την επεκτασιμότητα και την αποτροπή επιθέσεων. Επιπλέον, δεδομένου ότι χρησιμοποιεί γραφήματα, το έργο αυτό βοηθά στην κατανόηση και καθιστά τις περίπλοκες λεπτομέρειες αυτών των πρωτοκόλλων λιγότερο τρομακτικές. Επιπλέον, η έρευνα αναλύει τα τρωτά σημεία των αντίστοιχων μηχανισμών όσον αφορά τη δυνατότητα εφαρμογής αυτών των πρωτοκόλλων σε συστήματα Blockchain, ιδίως για χρηματοοικονομικές υποδομές, αλυσίδες εφοδιασμού ή αποκεντρωμένες εφαρμογές. Τέλος, η παρούσα έρευνα παρουσιάζει μια σειρά από παρατηρήσεις που συμβάλλουν στην ενίσχυση του σχεδιασμού αποτελεσματικών και ασφαλών συστημάτων Blockchain.