старший преподаватель кафедры программной инженерии и вычислительной техники Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Актуальность предлагаемых в работе подходов и решений обусловлена стремлением к распределенным вычислениям и децентрализации модулей систем с помощью технологии блокчейн с целью повышения автономности, безопасности и независимости компонентов системы. Внедрение технологии блокчейн для децентрализации затрудняется отсутствием гибкости с точки зрения алгоритма принятия единого решения в системе – консенсуса, влияющего на количество генерируемого сетевого трафика и требованиям к аппаратной составляющей. В связи с меняющимся характером передаваемого трафика, загруженности канала связи, времени суток передачи трафика, оборудования, используемых сетевых протоколов разработка единого универсального алгоритма консенсуса не является возможной, так как зависит от очень широкого ряда изменяемых и специфичных параметров, характерных для разных задач. Внесение механизмов адаптации к текущим сетевым условиям и изменение алгоритма консенсуса без потери информации и с удовлетворяющим уровнем задержек позволило бы обеспечить достаточную гибкость для дальнейшего внедрения в существующие телекоммуникационные системы.
Целью настоящей работы является оценка эффективности предлагаемого адаптивного алгоритма выбора консенсуса блокчейн-сетей. Его сущность заключается в смене алгоритма консенсуса на участке сети связи блокчейн-сети при достижении определенных условий, позволяющий регулировать количество генерируемой нагрузки на сеть связи для снижения потерь блоков транзакций и последующей задержки их обработки.
Предложенная модель оценки эффективности базируется на методах математического моделирования, анализе дифференциальных уравнений, теории массового обслуживания и сетевых графов. Анализ результатов показал эффективность предложенной модели при сравнении результатов аналитического расчета и проведенного эксперимента.
Научная новизна заключается в предлагаемом подходе разработки адаптивного алгоритма выбора консенсуса, в отличие от разработки универсального алгоритма консенсуса, и модели оценки эффективности предлагаемого подхода на сети связи с учетом ряда параметров, характеризующих устройства и участок сети связи.
Теоретическая значимость заключается в универсальности предлагаемой модели оценки эффективности для расчета скорости синхронизации всех узлов блокчейн-сети при задаваемых сетевых параметрах.
Практическая значимость предложенного алгоритма и метода оценки эффективности заключается в формировании новых подходов и возможностей при интеграции технологии блокчейн в современные сети связи, абстрагируя от проблематики подбора консенсуса в изменяющих условиях участка сети связи.
The relevance of the approaches and solutions proposed in the work is due to the desire for distributed computing and decentralization of system modules using blockchain technology in order to increase the autonomy, security and independence of system components. The implementation of blockchain technology for decentralization is hampered by the lack of flexibility in terms of the algorithm for making a single decision in the asynchronous system ‒ consensus, which affects the amount of generated network traffic and the requirements for the hardware component. Due to the changing nature of the transmitted traffic, the load on the communication channel, the time of day of traffic transmission, the equipment, and the network protocols used, the development of a single universal consensus algorithm is not possible, since it depends on a very wide range of variable and specific parameters characteristic of different tasks. The introduction of adaptation mechanisms to current network conditions and a change in the consensus algorithm without losing information and with a satisfactory level of delays would provide sufficient flexibility for further implementation in existing telecommunication systems. The purpose of this paper is to evaluate the effectiveness of the proposed adaptive algorithm for choosing a consensus for blockchain networks.
The essence of the presented algorithm is to change the consensus algorithm on a section of the blockchain network upon reaching certain network conditions, which allows regulating the amount of generated load on the communication network to reduce the loss of transaction blocks and the subsequent delay in their processing. The proposed efficiency assessment model is based on mathematical modeling methods, differential equation analysis, queueing theory and network graphs. The analysis of the results showed the efficiency of the proposed model when comparing the results of the analytical calculation and the experiment. The scientific novelty of the proposed approach is to developing an adaptive consensus selection algorithm, as opposed to developing a universal consensus algorithm, and the efficiency assessment model of the proposed algorithm on the communication network, taking into account a number of parameters characterizing the devices and the section of the communication network.
The theoretical significance is in the universality of the proposed efficiency assessment model for calculating the synchronization speed of all nodes of the blockchain network with specified network parameters.
The practical significance of the proposed algorithm and efficiency assessment method lies in the formation of new approaches and opportunities for integrating blockchain technology into modern communication networks, abstracting from the problem of consensus selection in changing conditions of the communication network section.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.