RepShard: A Reputation-Based Blockchain Sharding Schem
تُعد RepShard مخطط تقسيم بلوكشين قائم على السمعة يستخدم نموذج نمو سيجمويدي، وآلية حوافز، وبروتوكول إجماع هجين (PBFT-PoR) لتعزيز الإنتاجية، وتقليل تأخيرات التأكيد، وتعزيز الأمن ضد الهجمات المختلفة مع خفض تعقيد إعادة بناء الشظايا من O(n²) إلى O(n).
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في العالم الرقمي، يُعد البلوكشين (سلسلة الكتل) سجلاً مشتركاً يسجل المعاملات عبر العديد من أجهزة الكمبيوتر، مما يضمن عدم قدرة أي كيان منفرد على تغيير تاريخ البيانات. ولكي يعمل هذا النظام، يجب على كل جهاز كمبيوتر في الشبكة الاتفاق على صحة كل إدخال جديد، وهي عملية تُعرف باسم "الإجماع". ومع ذلك، مع نمو هذه الشبكات لتشمل آلاف المشاركين، فإن اشتراط معالجة كل جهاز كمبيوتر لكل معاملة منفردة يخلق عنق زاق. يصبح النظام بطيئاً ومكلفاً، تماماً مثل طريق ذي مسار واحد يحاول استيعاب حركة المرور في طريق سريع رئيسي. ولحل هذه المشكلة، طور الباحثون تقنية تسمى "التجزئة" (sharding)، والتي تقسم الشبكة الضخمة إلى مجموعات أصغر ومتوازية. حيث تتعامل كل مجموعة مع مجموعتها الخاصة من المعاملات، مما يسمح للنظام بأكمله بمعالجة مهام أكثر في وقت واحد. ومع ذلك، فإن هذا التقسيم يخلق ثغرة جديدة: فمن خلال تقسيم الشبكة إلى قطع صغيرة، يصبح من السهل على جهة فاعلة سيئة السيطرة على مجموعة صغيرة واحدة وإفساد البيانات بداخلها، مما قد يقوض أمن النظام بأكته.
اقترح فريق من الباحثين بقيادة "سي سي زو" وزملاها في جامعة هونان للعلوم والتكنولوجيا طريقة جديدة لإدارة هذه المجموعات الصغيرة، تسمى "RepShard". يبتعد نهجهم عن الاعتماد حصرياً على قوة الحوسبة الخام أو قواعد التصويت المعقدة لتأمين هذه المجموعات. وبدلاً من ذلك، قدموا نظاماً قائماً على السمعة. في هذا النموذج، يبني كل مشارك في الشبكة تاريخاً من الموثوقية بناءً على مدى أدائه لواجباته. وقد صمم الباحثون نظاماً حيث تُمنح العقد ذات السمعة العالية الثقة لاتخاذ القرارات بسرعة، بينما يتم تهميش أولئك الذين لديهم سجل سيء. يهدف هذا الأسلوب إلى الحفاظ على سرعة الشبعة وقابليتها للتوسع دون التضحية بالأمن اللازم لمنع مجموعة صغيرة من الفاعلين السيئين من اختطاف شريحة واحدة.
إن جوهر نظام "RepShard" هو طريقة ديناميكية لقياس الثقة. فبدلاً من مجرد درجة بسيطة ترتفع أو تنخفض، استخدم الباحثون منحنى رياضياً لنمذجة كيفية نمو السمعة. يضمن هذا المنحنى أن تبدأ العقدة بدرجة منخفضة وأن تثبت نزاهتها بمرور الوقت لاكتساب سمعة عالية. إذا تصرفت العقدة بشكل جيد، فإن سمعتها ترتفع بثبات، وتستقر في النهاية عند مستوى عالٍ. ومع ذلك، إذا تصرفت العقدة بشكل ضار، فإن سمعتها تنخفض بشكل حاد. يجعل هذا التصميم من الصعب على المهاجم الانضمام إلى الشبكة، والتصرف بنزاهة لفترة قصيرة لبناء درجة عالية، ثم التحول إلى سلوك سيء لإلحاق الضرر. ويتضمن النظام أيضاً آلية تحفيز حيث تحصل العقد ذات السمعة العالية على مكافآت أكبر، مما يشجعها على البقاء صادقة على المدى الطويل.
لتأمين عملية الإجماع داخل كل مجموعة صغيرة، يستخدم "RepShard" نهجاً هجيناً. فبدلاً من مطالبة كل عقدة في المجموعة بالاتفاق على كل معاملة، يسمح النظام بتأكيد كتلة من المعاملات إذا اتفقت مجموعة كافية من العقد ذات السمعة العالية. وهذا يقلل بشكل كبير من حجم التواصل المطلوب بين أجهزة الكمبيوتر، والذي غالباً ما يكون السبب الرئيسي للتأخير في هذه الشبكات. وجد الباحثون أن هذه الطريقة تسمح للنظام بتأكيد المعاملات بشكل أسرع بكثير من الطرق التقليدية. وفي اختباراتهم، زاد النهج الجديد من عدد المعاملات التي يمكن للنظام معالجتها في الثانية بنسبة متوسطة بلغت 18.65 بالمائة مقارنة بالطرق القياسية القائمة. كما قلل من الوقت الذي تستغرقه المعاملة ليتم تأكيدها بنسبة متوسطة بلغت 14.89 بالمائ %، مما يجعل الشبكة أكثر استجابة.
يعد الأمن شاغلاً رئيسياً عند تقسيم الشبكة، حيث يقلل ذلك من الحاجز أمام المهاجمين للسيطرة على قطعة واحدة من اللغز. وقد أثبت الباحثون أن نظامهم القائم على السمعة أكثر صموداً ضد هذه الهجمات. ففي عمليات المحاكاة حيث زاد عدد العقد الضارة، أظهر النظام الجديد احتمالية أقل لسيطرة مجموعة واحدة على شريحة ما مقارنة بالأنظمة القديمة التي تعتمد على قواعد التصويت القياسية. علاوة على ذلك، يتضمن النظام استراتيجية لإعادة توزيع أعضاء هذه المجموعات. فإذا اكتشف النظام أن العقد ذات السمعات المنخفضة المتشابهة تتجمع معاً في مجموعة واحدة، فإنه يعيد توزيعها عبر مجموعات مختلفة. وهذا يمنع الفاعلين السيئين من التجمع في مكان واحد للتغلب على العقد النزيهة. كما وُجد أن الوقت المطلوب لإجراء عملية إعادة التوزيع هذه كان أسرع بكثير، حيث يستغرق وقتاً خطياً بدلاً من الوقت التربيعي الذي تتطلبه الطرق السابقة، مما يعني أن النظام يتوسع بكفاءة حتى مع نموه.
اختبر الباحثون نظامهم باستخدام عمليات محاكاة تضم ما يصل إلى 700 عقدة لمعرفة كيفية أدائه في بيئة واسعة النطاق. وأظهرت النتائج أن النظام حافظ على سرعته واستقراره حتى مع توسع الشبكة. وبينما لا يخلو النظام من التحديات، مثل الحاجة إلى حماية بيانات السمعة نفسها من الهجمات الخارجية، فإن النتائج تشير إلى مسار واعد للمضي قدماً. فمن خلال الوثوق بتاريخ السلوك بدلاً من مجرد الحالة الراهنة للعقدة، يقدم "RepShard" وسيلة لجعل شبكات البلوكشين أسرع وأكثر أماناً، مما يعالج المقايضة طويلة الأمد بين السرعة والأمن التي حدت من نمو هذه التكنولوجيا.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.