Складові докторантури: Технологія блокчейн

Ця стаття була вперше опублікована в блозі доктора Крейга Райта, і ми опублікували її повторно з дозволу автора.

S1 – Операційні визначення

Вивчаючи масштабованість у блокчейні, важливо встановити чіткі операційні визначення, щоб забезпечити послідовне та точне вимірювання відповідних факторів. Тим не менш, Walch (2017) стверджує, що проблеми, спричинені мінливою та суперечливою мовою навколо технології блокчейн, можуть призвести до проблем. Зокрема, стверджується, що термінологія, яка використовується в екосистемі блокчейну, часто є неточною, збігається та непослідовна. Крім того, різні терміни використовуються як синоніми, додаючи плутанини.

У цьому дослідженні буде показано, що цей мовний бар’єр ускладнює для регуляторів точне розуміння та оцінку технології, що потенційно може призвести до помилкових рішень і непослідовного регулювання в різних юрисдикціях. Більше того, розробники та інші люди в індустрії блокчейнів постійно беруть участь у діяльності, яка переоцінює вигоди та занижує ризик. Як Walch (2020) підкреслює в пізнішій статті, незрозумілий словниковий запас навколо технології блокчейн може полегшити прихильникам технології перебільшувати її можливості та переваги, применшуючи потенційні ризики та недоліки. Ця ситуація ускладнюється міждисциплінарним характером технології блокчейн, що може змусити регулятори вагатися оскаржувати претензії галузі через відсутність у них досвіду.

Оманливі терміни, як-от «повний вузол», можуть сприяти непорозумінь і неправильних уявлень про функціонування та можливості вузлів у мережі блокчейн. Таким чином, буде важливо визначити ці терміни та визначення в документі. Для розуміння цих термінів необхідно представити деякі операційні визначення, які слід враховувати:

1. Пропускна здатність транзакцій: це стосується кількості транзакцій, які мережа блокчейну обробляє протягом певного періоду часу. Для точного вимірювання масштабованості мережі важливо визначити конкретну одиницю часу (наприклад, транзакцій за секунду, транзакцій за хвилину).
2. Час підтвердження: це час, потрібний транзакції для підтвердження та додавання до блокчейну. Це визначення має включати, чи стосується воно часу, необхідного для включення транзакції в блок, чи часу, необхідного для додавання певної кількості блоків поверх блоку, що містить транзакцію.
3. Розмір блоку: визначає максимально допустимий розмір блоку в блокчейні. Це можна виміряти в байтах або інших відповідних одиницях. Розмір блоку відіграє вирішальну роль у визначенні масштабованості мережі, оскільки він впливає на кількість транзакцій, які можна включити в кожен блок.
4. Затримка мережі: це відноситься до часової затримки, яка виникає під час розповсюдження інформації в мережі блокчейн. Затримка мережі може вплинути на загальну продуктивність і масштабованість мережі; таким чином, його слід визначати та вимірювати послідовно.
5. Кількість вузлів: це загальна кількість активних вузлів, які беруть участь у мережі блокчейн. Кількість вузлів може істотно вплинути на масштабованість мережі, тому визначення точних критеріїв для визначення активних вузлів є важливим.
6. Механізм консенсусу: це стосується певного алгоритму або протоколу, який використовується мережею блокчейн для досягнення консенсусу між вузлами. Механізм консенсусу може впливати на масштабованість, і його робоче визначення має містити деталі про конкретний використовуваний алгоритм і будь-які пов’язані параметри.
7. Обчислювальна потужність: визначає можливості обробки окремих вузлів у мережі блокчейн. Обчислювальна потужність може впливати на швидкість, з якою транзакції перевіряються та додаються до блокчейну. Таким чином, операційне визначення має включати конкретну метрику, яка використовується для вимірювання обчислювальної потужності, таку як швидкість хешування або швидкість обробки.
8. Показник масштабованості: охоплює певний показник або критерії, які використовуються для оцінки масштабованості мережі блокчейн. Це може бути пропускна здатність транзакції, час підтвердження або будь-який інший вимірний фактор, що визначає здатність мережі обробляти збільшений обсяг транзакцій.

Nodes

В інформатиці вузол є фундаментальним поняттям у різних структурах даних і мережевих системах (Trifa & Khemakhem, 2014). Конкретне визначення вузла може змінюватися залежно від контексту, але, як правило, вузол відноситься до окремого елемента або об’єкта в межах більшої структури чи мережі. Існують суттєві збіги між визначенням такого терміна, як вузол, як він використовується в розширеній мові, та певним полем, таким як блокчейн. Ось кілька стандартних визначень вузлів у різних областях інформатики:

1. Структури даних: у таких структурах даних, як пов’язані списки, дерева або графіки, вузол представляє окремий елемент або одиницю даних у структурі. Кожен вузол зазвичай містить значення або корисне навантаження даних і одне або більше посилань або вказівників на інші вузли в структурі. Вузли з’єднані між собою, щоб утворити базову структуру, що забезпечує ефективне зберігання та маніпулювання даними.
2. Мережі: у мережі під вузлом розуміють будь-який пристрій або об’єкт, який може надсилати, отримувати або пересилати дані через мережу. Це може включати комп’ютери, сервери, маршрутизатори, комутатори або будь-які інші мережеві пристрої. Кожен вузол у мережі має унікальну адресу або ідентифікатор і відіграє певну роль у передачі та маршрутизації пакетів даних у мережі.
3. Теорія графів: у теорії графів вузол (також званий вершиною) представляє окремий об’єкт або сутність у графі. Граф складається з набору вузлів і ребер, які з’єднують пари вузлів. Вузли можуть представляти різні сутності, такі як окремі особи, міста або веб-сторінки, а ребра позначають відносини або зв’язки між вузлами.
4. Розподілені системи: у розподілених системах вузол відноситься до обчислювального пристрою або сервера, який бере участь у розподіленій мережі або системі. Кожен вузол зазвичай має свої можливості обробки, зберігання та комунікаційні можливості. Вузли співпрацюють і спілкуються один з одним, щоб виконувати завдання, обмінюватися даними та надавати послуги децентралізованим способом.

Важливо зазначити, що точне визначення та характеристики вузла можуть відрізнятися залежно від конкретної програми чи системи, що обговорюється. Тим не менш, концепція вузла служить основоположним будівельним блоком в інформатиці, уможливлюючи представлення даних, організацію та маніпулювання та сприяючи спілкуванню та координації в мережах і розподілених системах.

Розділ 5 технічної документації біткойн під назвою «Мережа» містить інформацію про робочі визначення вузлів у мережі біткойн. Ось критичні описи, які слід враховувати при вивченні вузлів у мережі блокчейн, зокрема з посиланням на концепції, описані в документі про біткойн (Райт, 2008):

1. Архівні вузли: Архівні вузли — це комп’ютери або пристрої, які зберігають повну копію всього блокчейну. Ці вузли не перевіряють транзакції та блоки. Хоча їх помилково називають «повним вузлом», єдина діяльність, у якій вони беруть участь, — це зберігання та розповсюдження обмеженої підмножини історії транзакцій. У мережі біткойн вузли архіву сприяють підтримці цілісності блокчейну та беруть участь у механізмі консенсусу. Однак єдині вузли, які перевіряють транзакції, визначені в розділі 5 Білої книги, також називаються вузлами майнінгу.
2. Вузли майнінгу: вузли майнінгу — це єдина система, яку можна правильно назвати повним вузлом, оскільки вони беруть участь у процесі майнінгу, де вони змагаються у розв’язанні обчислювально інтенсивних головоломок, щоб додати нові блоки до блокчейну. Майнінгові вузли перевіряють транзакції та створюють нові блоки, що містять перевірені транзакції. Вони забезпечують обчислювальну потужність мережі та відповідають за безпеку та розширення блокчейна.
3. Полегшені (SPV) вузли: вузли спрощеної перевірки платежів (SPV), також відомі як спрощені вузли, не зберігають весь блокчейн, а покладаються на повні вузли для перевірки транзакцій. Ці вузли зберігають обмежений набір даних, зазвичай зберігаючи лише заголовки блоків, і використовують докази Merkle для перевірки включення транзакцій у певні блоки. Вузли SPV пропонують полегшений варіант для користувачів, яким не потрібна повна історія транзакцій.
4. Підключення до мережі: це операційне визначення стосується здатності вузла підключатися та спілкуватися з іншими вузлами в мережі. Вузли повинні встановлювати та підтримувати мережеві з’єднання для обміну інформацією, поширення транзакцій і блоків, а також брати участь у процесі консенсусу. Підключення до мережі можна виміряти кількістю каналів, які має вузол, або якістю його з’єднань.
5. Участь у консенсусі: це визначення охоплює активну участь вузлів у механізмі консенсусу мережі блокчейн. У мережі Bitcoin вузли беруть участь у процесі консенсусу, дотримуючись алгоритму підтвердження роботи, надаючи обчислювальну потужність для видобутку нових блоків і перевіряючи транзакції. Рівень участі можна оцінити на основі обчислювальних ресурсів, призначених для майнінгу, або частоти перевірки та поширення транзакцій.
6. Різноманітність вузлів: стосується різноманітності типів вузлів та їх розподілу в мережі. Це робоче визначення враховує наявність повних вузлів, вузлів видобутку, вузлів SPV та інших спеціалізованих вузлів. Різноманітність вузлів може вплинути на децентралізацію та стійкість мережі, оскільки різні типи вузлів надають унікальні функції та допомагають підтримувати розподілену екосистему.

Розглядаючи ці робочі визначення вузлів, дослідники можуть точно описати й проаналізувати характеристики, ролі та взаємодію вузлів у мережі блокчейн, зокрема щодо концепцій, викладених у документі про біткойн. Крім того, ці визначення допомагають зрозуміти архітектуру вузла, динаміку мережі та загальне функціонування системи блокчейн.

децентралізація

Баран (1964) обговорює концепцію розподілених комунікаційних мереж. У цій роботі автор закладає основу ідеї децентралізованих мереж, пропонуючи архітектуру розподіленої мережі, яка може протистояти збоям і збоям. Баран представляє концепцію мережі, що складається з вузлів, з’єднаних у сітчасту структуру. Ця розподілена або децентралізована мережева архітектура має на меті забезпечити надійний і стійкий зв’язок, дозволяючи маршрутизувати повідомлення кількома шляхами, а не покладатися на центральний орган чи єдину точку відмови.

Як спосіб визначення децентралізації концепція, вперше представлена ​​Бараном (1964), встановлює принципи децентралізованої мережі, виступаючи за надмірність, відмовостійкість і відсутність центрального вузла керування. Ця робота значно вплинула на розвиток децентралізованих систем і є основою для подальших досліджень і досягнень у цій галузі. Однак із широко розповсюдженим альтернативним використанням терміна «децентралізація» (Walch, 2017) і різними інтерпретаціями, які залежать від контексту та конкретних застосувань у інформатиці, стає необхідним точно визначити цей термін при аналізі технології блокчейн.

Таким чином, хоча стаття Барана (1964) є основоположною в області розподілених мереж, повне визначення децентралізації вимагає вивчення ширшого спектру літератури та досліджень, коли це стосується біткойнів. Встановлюючи чіткі операційні пояснення цих факторів, дослідники можуть забезпечити послідовність і порівнянність у своїх дослідженнях масштабованості в мережі блокчейн. Крім того, ці визначення допоможуть у плануванні експериментів, зборі даних і точному аналізі результатів.

S1 – Припущення, обмеження та розмежування

У цьому розділі ми обговорюємо припущення та обмеження, пов’язані з великомасштабним докторським проектом, спрямованим на вимірювання центральності, взаємозв’язку, зв’язності та стійкості мережі Bitcoin. Визнаючи ці фактори, ми забезпечуємо прозорість і надаємо повне розуміння масштабів і потенційного впливу результатів дослідження.

Припущення

1. Стабільність протоколу Bitcoin:

Ми припускаємо, що основний протокол біткойн і архітектура мережі залишаються відносно стабільними протягом періоду дослідження. Однак будь-які значні зміни або оновлення протоколу можуть вплинути на структуру та показники мережі, потенційно вплинувши на достовірність висновків.

Передбачається, що доступно достатньо даних та інформації про мережу Bitcoin для аналізу. Проект спирається на доступні джерела даних, які надають відповідні мережеві дані, інформацію про вузли та деталі підключення. Однак доступність і якість таких даних може відрізнятися, що потенційно може вплинути на точність і надійність дослідження.

• Точне представлення топології мережі:

Ми припускаємо, що обрані методи та інструменти для вимірювання центральності мережі, взаємозв’язку, зв’язності та стійкості можуть точно відображати її топологію. Аналіз передбачає, що зібрані дані ефективно фіксують структуру мережі та з’єднання.

• Обґрунтованість показників і методологій:

Проект припускає, що вибрані показники та методології для вимірювання центральності, взаємозв’язку, зв’язку та стійкості є доречними та дійсними для оцінки мережі Bitcoin. Крім того, вибрані показники повинні відповідати встановленим теоретичним основам і демонструвати відповідність цілям дослідження.

Недоліки

1. Доступність і повнота даних:

Одним з обмежень є потенційне обмеження доступності даних. Вичерпні дані в реальному часі в мережі Bitcoin можуть бути нелегко доступними. Дослідникам, можливо, доведеться покладатися на загальнодоступні джерела даних, які можуть не охоплювати всю мережу або надавати актуальну інформацію. Це обмеження може вплинути на повноту та точність аналізу.

• Точність даних і зміщення вибірки:

Точність і повнота даних, отриманих з різних джерел, може відрізнятися. Неточні або неповні дані можуть викликати упередження та вплинути на надійність результатів дослідження. Крім того, вибір вузлів для аналізу може викликати зміщення вибірки, потенційно обмежуючи можливість узагальнення результатів для всієї мережі Bitcoin.

Не всі вузли мережі можуть бути видимими або відомими дослідникам. Наприклад, деякі вузли можуть працювати приватно або залишатися прихованими, що впливає на точність вимірювань і аналізу. Крім того, відсутність повної видимості може обмежити здатність дослідника охопити всі характеристики мережі.

Мережа Bitcoin є динамічною, з вузлами, які приєднуються або виходять з мережі, а мережеві підключення змінюються з часом. Дослідження фіксує конкретний знімок мережі, і результати можуть не повністю відображати поведінку мережі протягом тривалого періоду. Довгострокова динаміка мережі може вимагати подальшого дослідження для повного розуміння.

Дослідження може не враховувати або враховувати зовнішні фактори, що впливають на центральність мережі, взаємозв’язок, підключення та стійкість. Наприклад, нормативні зміни, технологічний прогрес або мережеві атаки можуть вплинути на поведінку та показники мережі. Ці зовнішні впливи виходять за рамки поточного дослідження.

Наявність ресурсів фінансування може вплинути на обсяг і масштаб дослідження. Навпаки, обмеження у фінансуванні можуть потенційно обмежити глибину та широту аналізу даних, що може вплинути на обсяг висновків, зроблених на основі результатів дослідження.

Розмежування

1. Зосередьтеся на мережі Bitcoin:

Дослідження зосереджено на мережі Bitcoin та її центральному місці, взаємозв’язку, зв’язності та стійкості. Інші блокчейн-мережі чи криптовалюти виходять за рамки цього дослідження. Таким чином, висновки можуть не стосуватися безпосередньо інших мереж або екосистем.

Дослідження обмежується певним періодом часу, і аналіз фіксує стан мережі Bitcoin протягом цього періоду часу. Таким чином, мережева динаміка, показники та характеристики можуть змінюватися з часом, а результати дослідження можуть не відображати майбутню чи історичну поведінку мережі.

Дослідження в основному зосереджено на аналізі мережі Bitcoin на рівні протоколу. Хоча прикладний рівень мережі та пов’язані служби та програми можуть впливати на поведінку мережі, вони явно не розглядаються в цьому дослідженні.

Дослідження використовує спеціальні методології та аналітичні методи для вимірювання центральності, взаємозв’язку, зв’язку та стійкості мережі Bitcoin. Альтернативні підходи чи методи можуть дати різні результати, але вони не досліджуються в рамках цього дослідження.

Дослідження розмежовує вивчення зовнішніх факторів, що впливають на характеристики мережі Bitcoin. Економічні умови, законодавчі та регуляторні зміни чи соціальне ставлення до криптовалют безпосередньо не розглядаються. Ці фактори потенційно можуть вплинути на поведінку та показники мережі, але виходять за рамки цього дослідження.

Хоча дослідження спрямоване на те, щоб зрозуміти характеристики мережі Bitcoin, результати можуть не бути універсальними для всіх вузлів або учасників у мережі. Крім того, варіації в конфігураціях вузлів, географічному розподілі та операційних стратегіях можуть вплинути на можливість узагальнення результатів дослідження для всієї мережі.

• Обмежений обсяг стійкості:

Дослідження стійкості мережі обмежується конкретними показниками та показниками, пов’язаними зі здатністю мережі протистояти збоям або атакам. Як наслідок, дослідження не всебічно оцінює всі потенційні загрози або вразливості, з якими може зіткнутися мережа Bitcoin.

Висновок

Розмежування, наведені вище, уточнюють конкретні межі та обсяг докторського дослідницького проекту. Крім того, визнання цих розмежувань дозволяє проводити більш цілеспрямоване дослідження та інтерпретацію результатів у межах визначених параметрів. У дослідницькому сценарії, де дослідник також є творцем оригінальної системи Bitcoin, важливо визнати можливість упередженості через особисті погляди дослідника та його участь у розробці системи.

Інтимні знання та перспективи дослідника як творця можуть вплинути на інтерпретації та висновки щодо центральності, взаємозв’язку та стійкості мережі Bitcoin. Відкрите та прозоре вирішення цієї упередженості має вирішальне значення для забезпечення об’єктивності та точності дослідження. Розкриваючи роль і потенційні упередження, дослідник дозволяє читачам і рецензентам критично оцінити результати дослідження в контексті точки зору їх автора. Така прозорість дає можливість більш тонкого розуміння дослідження та заохочує незалежну перевірку та підтвердження результатів іншими дослідниками в цій галузі.

Визнаючи припущення та обмеження докторського проекту, ми забезпечуємо прозорість і сприяємо повному розумінню обсягу дослідження та потенційного впливу. Крім того, ці міркування забезпечують основу для інтерпретації та контекстуалізації результатів і скерування майбутніх досліджень у цій галузі.

S1 – оператор переходу

Це дослідження було розроблено для критичного вивчення центральності мережі Bitcoin, взаємозв’язку між мережевими вузлами, зв’язку та стійкості з використанням кількісних і перевірених даних, які можна незалежно перевірити та перевірити відповідно до принципів наукового методу. Важливо визнати, що мережа біткойн, будучи загальнодоступною мережею, може внести упередження у визначення конкретних результатів, таких як конфіденційність, анонімність і контрастні цілі відстеження та невідстеження в ландшафті криптовалюти. Ці визначення часто є предметом філософських дискусій і різних точок зору.

Крім того, це дослідження визнає необхідність вирішення проблем масштабованості в контексті біткойна як грошової платіжної системи. У міру того, як мережа розростається та її впровадження зростає, критично важливою стає оцінка здатності мережі обробляти більші обсяги транзакцій, зберігаючи її основні принципи децентралізації, безпеки та ефективності. Аналізуючи кількісні дані та використовуючи визнані наукові методології, це дослідження має на меті сприяти розумінню проблем масштабування в мережі Bitcoin та їх наслідків для її довгострокової життєздатності як надійної платіжної системи.

S2 – Популяція та вибірка

При аналізі масштабування та розподілу вузлів програми на основі блокчейну залучена популяція відноситься до всієї мережі вузлів, що беруть участь у мережі блокчейну. У блокчейні вузли — це окремі комп’ютери або пристрої, які зберігають копію розподіленої книги та беруть участь у механізмі консенсусу для підтвердження та перевірки транзакцій.

Популяція в цьому контексті включає всі вузли в мережі блокчейн, незалежно від їхнього географічного розташування, розміру чи обчислювальної потужності. Кожен вузол сприяє загальній безпеці та децентралізації мережі, зберігаючи копію блокчейну та беручи участь у процесі перевірки. Вибірка, з іншого боку, передбачає вибір підмножини вузлів із сукупності для аналізу. Вибірка має на меті отримати уявлення про характеристики, продуктивність або поведінку всієї мережі шляхом вивчення репрезентативної підмножини (Campbell et al., 2020).

При аналізі масштабування в додатку на основі блокчейну вибірка може бути корисною для вивчення продуктивності мережі під різними транзакційними навантаженнями. Вибираючи підмножину вузлів і спостерігаючи за їх поведінкою в періоди великого обсягу транзакцій, дослідники або розробники можуть зробити висновок про масштабованість усієї мережі. Цей підхід дозволяє проводити більш ефективний аналіз, оскільки аналіз усієї популяції вузлів може бути дорогим з обчислювальної точки зору.

Подібним чином, досліджуючи розподіл вузлів, вибірка може допомогти зрозуміти географічний розподіл, обчислювальні можливості або моделі підключення вузлів у мережі. Дослідники можуть екстраполювати інформацію про ширшу сукупність, вибравши вибірку вузлів і проаналізувавши їхні атрибути. Важливо відзначити, що методологія вибірки має бути ретельно розроблена, щоб забезпечити репрезентативність вибірки та уникнути упереджень. Під час відбору вибірки слід враховувати такі фактори, як тип вузла (наприклад, «повні вузли», вузли для видобутку корисних копалин), географічне розташування, підключення до мережі та обчислювальна потужність.

Підводячи підсумок, сукупність, яка бере участь у вибірці програми на основі блокчейну під час аналізу масштабування та розподілу вузлів, відноситься до всієї мережі вузлів, що беруть участь у мережі блокчейну. Вибірка дозволяє проводити більш ефективний аналіз шляхом вибору підмножини вузлів, щоб отримати уявлення про характеристики, продуктивність і поведінку всієї мережі.

посилання

Баран П. (1964). Про розподілені комунікаційні мережі. IEEE Transactions on Communications, 12(1), 1–9. https://doi.org/10.1109/TCOM.1964.1088883

Кемпбелл С., Грінвуд М., Прайор С., Ширер Т., Волкем К., Янг С., Байвотерс Д. та Вокер К. (2020). Цілеспрямована вибірка: складна чи проста? Приклади досліджень. Журнал досліджень медсестринства, 25(8), 652–661. https://doi.org/10.1177/1744987120927206

Тріфа, З., і Хемахем, М. (2014). Вузли Sybil як стратегія пом'якшення проти атаки Sybil. Процедури комп'ютерних наук, 32, 1135–1140. https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.544

Волч, А. (2017). Зрадницький словник блокчейна: ще один виклик для регуляторів. 9.

Волч, А. (2020). Деконструкція «децентралізації»: вивчення основної вимоги криптосистем. в Papers.ssrn.com. https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3326244

Райт, CS (2008). Bitcoin: однорангова електронна готівкова система. Електронний журнал SSRN. https://doi.org/10.2139/ssrn.3440802

Дивіться: блокчейн приносить соціальний вплив на Філіппіни

Новачок у блокчейні? Ознайомтеся з розділом CoinGeek «Блокчейн для початківців» — найкращим ресурсним посібником, щоб дізнатися більше про технологію блокчейну.