Компоненты докторантуры: Технология блокчейн

Эта статья была впервые опубликована в блоге доктора Крейга Райта, и мы переиздали ее с разрешения автора.

S1 – Эксплуатационные определения

При изучении масштабируемости в блокчейне важно установить четкие рабочие определения, чтобы обеспечить последовательное и точное измерение соответствующих факторов. Тем не менее, Уолч (2017) утверждает, что проблемы, вызванные изменчивыми и спорными формулировками, окружающими технологию блокчейна, могут привести к проблемам. В частности, утверждается, что терминология, используемая в экосистеме блокчейна, часто является неточной, дублирующей и непоследовательной. Кроме того, разные термины используются как взаимозаменяемые, что еще больше усиливает путаницу.

В этом исследовании будет утверждаться, что языковой барьер затрудняет точное понимание и оценку технологии регулирующими органами, что потенциально может привести к ошибочным решениям и непоследовательному регулированию в разных юрисдикциях. Более того, разработчики и другие люди в индустрии блокчейнов постоянно участвуют в деятельности, которая преувеличивает выгоды и при этом занижает риск. Как подчеркивает Уолч (2020) в более поздней статье, неясный словарь, касающийся технологии блокчейна, может облегчить сторонникам технологии преувеличение ее возможностей и преимуществ, одновременно преуменьшая потенциальные риски и недостатки. Эта ситуация усугубляется междисциплинарным характером технологии блокчейн, из-за чего регулирующие органы могут не решаться оспаривать претензии отрасли из-за отсутствия у них опыта.

Вводящие в заблуждение термины, такие как «полный узел», могут способствовать недопониманию и неправильным представлениям о функционировании и возможностях узлов в сети блокчейн. Таким образом, будет важно дать определение этим терминам и определениям в статье. Таким образом, для понимания этих терминов необходимо представить некоторые рабочие определения, которые следует учитывать:

1. Пропускная способность транзакций: это количество транзакций, которые сеть блокчейна обрабатывает в течение заданного периода времени. Очень важно определить конкретную единицу времени (например, количество транзакций в секунду, количество транзакций в минуту) для точного измерения масштабируемости сети.
2. Время подтверждения: представляет собой время, необходимое для подтверждения транзакции и добавления в блокчейн. Это определение должно включать в себя то, относится ли оно ко времени, необходимому для включения транзакции в блок, или к времени, которое требуется для добавления определенного количества блоков поверх блока, содержащего транзакцию.
3. Размер блока: определяет максимально допустимый размер блока в блокчейне. Это можно измерить в байтах или других соответствующих единицах. Размер блока играет решающую роль в определении масштабируемости сети, поскольку он влияет на количество транзакций, которые могут быть включены в каждый блок.
4. Задержка в сети: это относится к задержке во времени, возникающей при распространении информации по сети блокчейна. Задержка в сети может повлиять на общую производительность и масштабируемость сети; таким образом, его следует определять и измерять последовательно.
5. Количество узлов: представляет общее количество активных узлов, участвующих в сети блокчейна. Количество узлов может существенно повлиять на масштабируемость сети, поэтому определение точных критериев для определения активных узлов имеет важное значение.
6. Механизм консенсуса: относится к конкретному алгоритму или протоколу, используемому сетью блокчейн для достижения консенсуса между узлами. Механизм консенсуса может влиять на масштабируемость, и его рабочее определение должно включать подробную информацию о конкретном используемом алгоритме и любых связанных параметрах.
7. Вычислительная мощность: определяет возможности обработки отдельных узлов в сети блокчейн. Вычислительная мощность может влиять на скорость проверки транзакций и их добавления в блокчейн. Следовательно, рабочее определение должно включать конкретный показатель, используемый для измерения вычислительной мощности, такой как скорость хэширования или скорость обработки.
8. Метрика масштабируемости: включает в себя конкретную метрику или критерии, используемые для оценки масштабируемости сети блокчейна. Это может быть пропускная способность транзакций, время подтверждения или любой другой измеримый фактор, определяющий способность сети обрабатывать увеличенный объем транзакций.

Nodes

В информатике узел является фундаментальным понятием в различных структурах данных и сетевых системах (Trifa & Khemakhem, 2014). Конкретное определение узла может варьироваться в зависимости от контекста, но обычно узел относится к отдельному элементу или объекту внутри более крупной структуры или сети. Существуют значительные совпадения между определением такого термина, как узел, в том виде, в каком он используется в расширенном языке, и конкретной областью, такой как блокчейн. Вот несколько стандартных определений узлов в различных областях информатики:

1. Структуры данных. В структурах данных, таких как связанные списки, деревья или графики, узел представляет собой отдельный элемент или единицу данных внутри структуры. Каждый узел обычно содержит значение или полезную нагрузку данных и одну или несколько ссылок или указателей на другие узлы в структуре. Узлы взаимосвязаны, образуя базовую структуру, обеспечивающую эффективное хранение и манипулирование данными.
2. Сети. В сети под узлом понимается любое устройство или объект, который может отправлять, получать или пересылать данные по сети. Это могут быть компьютеры, серверы, маршрутизаторы, коммутаторы или любое другое сетевое устройство. Каждый узел в сети имеет уникальный адрес или идентификатор и играет роль в передаче и маршрутизации пакетов данных внутри сети.
3. Теория графов. В теории графов узел (также называемый вершиной) представляет собой дискретный объект или сущность внутри графа. Граф состоит из набора узлов и ребер, соединяющих пары узлов. Узлы могут представлять различные объекты, например отдельных лиц, города или веб-страницы, а ребра обозначают отношения или связи между узлами.
4. Распределенные системы. В распределенных системах узел относится к вычислительному устройству или серверу, который участвует в распределенной сети или системе. Каждый узел обычно имеет свои возможности обработки, хранения и связи. Узлы сотрудничают и взаимодействуют друг с другом для выполнения задач, обмена данными и предоставления услуг децентрализованно.

Важно отметить, что точное определение и характеристики узла могут различаться в зависимости от конкретного обсуждаемого приложения или системы. Тем не менее, концепция узла служит основополагающим строительным блоком в информатике, обеспечивая представление, организацию и манипулирование данными, а также облегчая связь и координацию внутри сетей и распределенных систем.

Раздел 5 технического документа Биткойн под названием «Сеть» дает представление об операционных определениях узлов в сети Биткойн. Вот важные описания, которые следует учитывать при изучении узлов в сети блокчейн, особенно ссылаясь на концепции, описанные в официальном документе Биткойн (Райт, 2008):

1. Архивные узлы: Архивные узлы — это компьютеры или устройства, которые хранят полную копию всей цепочки блоков. Эти узлы не проверяют и не проверяют транзакции и блоки. Хотя их ошибочно называют «полными узлами», единственное действие, которым они занимаются, — это хранение и распространение ограниченного подмножества истории транзакций. В сети Биткойн архивные узлы продвигаются как поддерживающие целостность блокчейна и участвующие в механизме консенсуса. Однако единственные узлы, которые проверяют и подтверждают транзакции, — это те, которые определены в разделе 5 Белой книги и также называются узлами майнинга.
2. Узлы майнинга. Узлы майнинга — единственная система, которую можно правильно назвать полным узлом, поскольку они участвуют в процессе майнинга, где они конкурируют за решение ресурсоемких головоломок для добавления новых блоков в блокчейн. Узлы майнинга проверяют транзакции и создают новые блоки, содержащие проверенные транзакции. Они вносят в сеть вычислительную мощность и отвечают за безопасность и расширение блокчейна.
3. Облегченные узлы (SPV): узлы упрощенной проверки платежей (SPV), также известные как облегченные узлы, не хранят всю цепочку блоков, а полагаются на полные узлы для проверки транзакций. Эти узлы поддерживают ограниченный набор данных, обычно сохраняя только заголовки блоков, и используют доказательства Меркла для проверки включения транзакций в определенные блоки. Узлы SPV предоставляют более легкий вариант для пользователей, которым не требуется вся история транзакций.
4. Сетевое подключение: это рабочее определение относится к способности узла подключаться и взаимодействовать с другими узлами в сети. Узлы должны устанавливать и поддерживать сетевые соединения для обмена информацией, распространения транзакций и блоков и участия в процессе консенсуса. Сетевая связность может измеряться количеством связей, которые имеет узел, или качеством его соединений.
5. Участие в консенсусе: это определение включает активное участие узлов в механизме консенсуса сети блокчейн. В сети Биткойн узлы участвуют в процессе консенсуса, следуя алгоритму доказательства работы, внося вычислительную мощность для добычи новых блоков и проверяя транзакции. Уровень участия можно оценить на основе вычислительных ресурсов, выделенных для майнинга, или частоты проверки и распространения транзакций.
6. Разнообразие узлов. Это относится к разнообразию типов узлов и их распределению внутри сети. Это рабочее определение учитывает наличие полных узлов, узлов майнинга, узлов SPV и других специализированных узлов. Разнообразие узлов может влиять на децентрализацию и устойчивость сети, поскольку разные типы узлов предоставляют уникальные функциональные возможности и помогают поддерживать распределенную экосистему.

Рассмотрев эти рабочие определения узлов, исследователи могут точно описать и проанализировать характеристики, роли и взаимодействия узлов в сети блокчейн, особенно в отношении концепций, изложенных в официальном документе Биткойн. Кроме того, эти определения помогают понять архитектуру узлов, динамику сети и общее функционирование системы блокчейна.

Децентрализация

Бэран (1964) обсуждает концепцию распределенных сетей связи. В этой работе автор закладывает основу идеи децентрализованных сетей, предлагая распределенную сетевую архитектуру, способную противостоять сбоям и сбоям. Бэран представляет концепцию сети, состоящей из узлов, соединенных в ячеистую структуру. Эта распределенная или децентрализованная сетевая архитектура призвана обеспечить надежную и отказоустойчивую связь, позволяя маршрутизировать сообщения по нескольким путям, а не полагаться на центральный орган или единую точку отказа.

В качестве способа определения децентрализации концепция, впервые представленная Бараном (1964), устанавливает принципы децентрализованной сети, отстаивая избыточность, отказоустойчивость и отсутствие центрального узла управления. Эта работа существенно повлияла на развитие децентрализованных систем и формирует основу для дальнейших исследований и достижений в этой области. Однако с учетом широкого альтернативного использования термина «децентрализация» (Walch, 2017) и возникающих в результате различных интерпретаций, которые затем зависят от контекста и конкретных приложений в информатике, становится необходимым точно определить этот термин при анализе технологии блокчейна.

Таким образом, хотя статья Бэрана (1964) является основополагающей в области распределенных сетей, комплексное определение децентрализации требует изучения более широкого спектра литературы и исследований применительно к Биткойну. Установив четкие оперативные объяснения этих факторов, исследователи могут обеспечить последовательность и сопоставимость в своих исследованиях масштабируемости в сети блокчейн. Кроме того, эти определения помогут при планировании экспериментов, сборе данных и точном анализе результатов.

S1 – Предположения, ограничения и разграничения

В этом разделе мы обсуждаем предположения и ограничения, связанные с крупномасштабным докторским проектом, направленным на измерение централизации, взаимосвязи, связности и устойчивости сети Биткойн. Признавая эти факторы, мы обеспечиваем прозрачность и обеспечиваем всестороннее понимание масштаба и потенциального влияния результатов исследования.

Предположения

1. Стабильность протокола Биткойн:

Мы предполагаем, что базовый протокол Биткойн и сетевая архитектура останутся относительно стабильными в течение периода исследования. Однако любые существенные изменения или обновления протокола могут повлиять на структуру и показатели сети, что потенциально повлияет на достоверность результатов.

Предполагается, что для анализа доступны достаточные данные и информация о сети Биткойн. Проект опирается на доступные источники данных, которые предоставляют соответствующие сетевые данные, информацию об узлах и подробности подключения. Однако доступность и качество таких данных могут различаться, что потенциально влияет на точность и надежность исследования.

• Точное представление топологии сети:

Мы предполагаем, что выбранные методы и инструменты для измерения централизации, взаимосвязи, связности и устойчивости сети могут точно отображать ее топологию. Анализ предполагает, что собранные данные эффективно отражают структуру и связи сети.

• Валидность показателей и методологий:

Проект предполагает, что выбранные показатели и методологии измерения центральности, взаимосвязи, связности и устойчивости подходят и действительны для оценки сети Биткойн. Кроме того, выбранные показатели должны соответствовать установленным теоретическим основам и демонстрировать соответствие целям исследования.

Ограничения

1. Доступность и полнота данных:

Одним из ограничений является потенциальное ограничение доступности данных. Полные данные в режиме реального времени в сети Биткойн могут быть недоступны. Исследователям, возможно, придется полагаться на общедоступные источники данных, которые не могут охватить всю сеть или предоставить актуальную информацию. Это ограничение может повлиять на полноту и точность анализа.

• Точность данных и систематическая ошибка выборки:

Точность и полнота полученных данных из разных источников могут различаться. Неточные или неполные данные могут привести к систематической ошибке и повлиять на надежность результатов исследования. Кроме того, выбор узлов для анализа может привести к смещению выборки, что потенциально ограничивает возможность обобщения результатов на всю сеть Биткойн.

Не все сетевые узлы могут быть видимы или известны исследователям. Например, некоторые узлы могут работать конфиденциально или оставаться скрытыми, что влияет на точность измерений и анализа. Кроме того, отсутствие полной прозрачности может ограничить возможности исследователя уловить характеристики всей сети.

Сеть Биткойн динамична: узлы присоединяются к сети или покидают ее, а сетевые соединения со временем меняются. Исследование представляет собой конкретный снимок сети, и результаты могут не полностью отражать поведение сети в течение длительного периода. Долгосрочная динамика сети может потребовать дальнейшего изучения для всестороннего понимания.

Исследование может не учитывать и не учитывать внешние факторы, влияющие на центральность сети, взаимосвязь, связность и устойчивость. Например, изменения в законодательстве, технологические достижения или сетевые атаки могут повлиять на поведение и показатели сети. Эти внешние воздействия выходят за рамки настоящего исследования.

Наличие финансовых ресурсов может повлиять на объем и масштаб исследования. И наоборот, ограничения в финансировании потенциально могут ограничить глубину и широту анализа данных, что может повлиять на объем выводов, сделанных на основе результатов исследования.

Разграничения

1. Сосредоточьтесь на сети Биткойн:

Исследование сосредоточено на сети Биткойн и ее центральном положении, взаимосвязи, связности и устойчивости. Другие сети блокчейнов или криптовалюты выходят за рамки данного исследования. Таким образом, полученные результаты не могут быть напрямую применимы к другим сетям или экосистемам.

Исследование ограничено определенным периодом времени, и анализ фиксирует состояние сети Биткойн в течение этого периода времени. Таким образом, динамика, метрики и характеристики сети могут меняться с течением времени, а результаты исследований могут не отражать будущее или историческое поведение сети.

Исследование в первую очередь сосредоточено на анализе сети Биткойн на уровне протокола. Хотя уровень сетевых приложений и связанные с ним сервисы и приложения могут влиять на поведение сети, они не рассматриваются в данном исследовании подробно.

В исследовании используются конкретные методологии и аналитические методы для измерения централизации, взаимосвязи, связности и устойчивости сети Биткойн. Альтернативные подходы или методы могут дать разные результаты, но они не рассматриваются в рамках данного исследования.

Исследование ограничивает изучение внешних факторов, влияющих на характеристики сети Биткойн. Экономические условия, правовые и нормативные изменения или отношение общества к криптовалютам напрямую не рассматриваются. Эти факторы потенциально могут повлиять на поведение и показатели сети, но выходят за рамки данного исследования.

Хотя исследование направлено на то, чтобы дать представление о характеристиках сети Биткойн, полученные результаты не могут быть универсально применимы ко всем узлам или участникам сети. Кроме того, различия в конфигурациях узлов, географическом распределении и операционных стратегиях могут повлиять на возможность обобщения результатов исследования на всю сеть.

• Ограниченная сфера устойчивости:

Исследование устойчивости сети ограничивается конкретными показателями и индикаторами, связанными со способностью сети противостоять сбоям или атакам. В результате исследование не дает всесторонней оценки всех потенциальных угроз или уязвимостей, с которыми может столкнуться сеть Биткойн.

Заключение

Изложенные выше разграничения уточняют конкретные границы и объем докторского исследовательского проекта. Более того, признание этих разграничений позволяет проводить более целенаправленное исследование и интерпретировать результаты в рамках определенных параметров. В сценарии исследования, когда исследователь также является создателем оригинальной системы Биткойн, важно признать возможность предвзятости из-за личных взглядов исследователя и его участия в разработке системы.

Сокровенные знания исследователя и его точка зрения как создателя могут повлиять на интерпретации и выводы относительно центрального положения, взаимосвязи и устойчивости сети Биткойн. Открытое и прозрачное устранение этой предвзятости имеет решающее значение для обеспечения объективности и строгости исследования. Раскрывая роль и потенциальные предубеждения, исследователь позволяет читателям и рецензентам критически оценить результаты исследования в контексте точки зрения их создателя. Такая прозрачность обеспечивает более детальное понимание исследования и поощряет независимую проверку и подтверждение результатов другими исследователями в этой области.

Признавая предположения и ограничения докторского проекта, мы обеспечиваем прозрачность и способствуем всестороннему пониманию масштаба и потенциального воздействия исследования. Кроме того, эти соображения обеспечивают основу для интерпретации и контекстуализации результатов и направления будущих исследований в этой области.

S1 – заявление о переходе

Это исследование было разработано для критического изучения центральной роли сети Биткойн, взаимосвязи между сетевыми узлами, связности и устойчивости с использованием количественных и поддающихся проверке данных, которые могут быть независимо рецензированы и проверены в соответствии с принципами научного метода. Важно признать, что сеть Биткойн, будучи общедоступной сетью, может привносить предвзятость в определение конкретных результатов, таких как конфиденциальность, анонимность и противоположные цели отслеживаемости и неотслеживаемости в сфере криптовалют. Эти определения часто являются предметом философских дискуссий и различных точек зрения.

Кроме того, в этом исследовании признается необходимость решения проблем масштабируемости в контексте Биткойна как денежной платежной системы. По мере роста сети и увеличения ее внедрения становится крайне важно оценить способность сети обрабатывать большие объемы транзакций, сохраняя при этом ее основные принципы децентрализации, безопасности и эффективности. Путем анализа количественных данных и использования признанных научных методологий это исследование направлено на понимание проблем масштабирования в сети Биткойн и их последствий для ее долгосрочной жизнеспособности как надежной платежной системы.

S2 – Популяция и выборка

При анализе масштабирования и распределения узлов приложения на основе блокчейна задействованная совокупность относится ко всей сети узлов, участвующих в сети блокчейна. В блокчейне узлы — это отдельные компьютеры или устройства, которые поддерживают копию распределенного реестра и участвуют в механизме консенсуса для проверки транзакций.

В этом контексте популяция включает в себя все узлы в сети блокчейна, независимо от их географического местоположения, размера или вычислительной мощности. Каждый узел способствует общей безопасности и децентрализации сети, сохраняя копию блокчейна и участвуя в процессе проверки. С другой стороны, выборка включает в себя выбор подмножества узлов из совокупности для анализа. Целью выборки является получение информации о характеристиках, производительности или поведении всей сети путем изучения репрезентативного подмножества (Campbell et al., 2020).

При анализе масштабирования в приложении на основе блокчейна выборка может быть полезна для изучения производительности сети при различных транзакционных нагрузках. Выбрав подмножество узлов и наблюдая за их поведением в периоды большого объема транзакций, исследователи или разработчики могут сделать вывод о масштабируемости всей сети. Этот подход позволяет проводить более эффективный анализ, поскольку анализ всей совокупности узлов может оказаться дорогостоящим в вычислительном отношении.

Аналогичным образом, при изучении распределения узлов выборка может помочь понять географическое распределение, вычислительные возможности или схемы подключения узлов в сети. Исследователи могут экстраполировать информацию о более широкой популяции, выбирая выборку узлов и анализируя их атрибуты. Важно отметить, что методология выборки должна быть тщательно разработана, чтобы обеспечить репрезентативность выборки и избежать систематических ошибок. При выборе выборки следует учитывать такие факторы, как тип узла (например, «полные узлы», узлы майнинга), географическое положение, сетевое подключение и вычислительная мощность.

Таким образом, совокупность, участвующая в выборке приложения на основе блокчейна при анализе масштабирования и распределения узлов, относится ко всей сети узлов, участвующих в сети блокчейна. Выборка позволяет провести более эффективный анализ путем выбора подмножества узлов, чтобы получить представление о характеристиках, производительности и поведении всей сети.

Рекомендации

Баран, П. (1964). О распределенных сетях связи. Транзакции IEEE в коммуникациях, 12(1), 1–9. https://doi.org/10.1109/TCOM.1964.1088883

Кэмпбелл С., Гринвуд М., Прайор С., Ширер Т., Уокем К., Янг С., Байуотерс Д. и Уокер К. (2020). Целенаправленная выборка: сложно или просто? Примеры исследований. Журнал исследований в области сестринского дела, 25(8), 652–661. https://doi.org/10.1177/1744987120927206

Трифа З. и Хемахем М. (2014). Узлы Сивиллы как стратегия смягчения последствий атаки Сивиллы. Процедуры информатики, 32, 1135–1140. https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.544

Вальх, А. (2017). Коварный словарь блокчейна: еще один вызов для регуляторов. 9.

Уолч, А. (2020). Деконструкция «децентрализации»: изучение основного требования криптосистем. В Papers.ssrn.com. https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3326244

Райт, CS (2008). Биткойн: одноранговая электронная кассовая система. Электронный журнал ССРН. https://doi.org/10.2139/ssrn.3440802

Смотреть: Блокчейн оказывает социальное влияние на Филиппины

Новичок в блокчейне? Ознакомьтесь с разделом CoinGeek «Блокчейн для начинающих», полным руководством по ресурсам, чтобы узнать больше о технологии блокчейн.