MHOT: Height-Optimized Authenticated Data Structure for Blockchain State Commitment
यह शोध पत्र \textsc{Mhot} प्रस्तुत करता है, जो एक ऊंचाई-अनुकूलित (height-optimized) ऑथेंटिकेटेड डेटा स्ट्रक्चर है जो न्यूनतम ट्री हाइट प्राप्त करने के लिए डिस्क्रिमिनेटिव बिट इंडेक्सिंग और पदानुक्रमित प्रमाणों (hierarchical proofs) का उपयोग करके एथेरियम के मर्केल पेट्रीसिया ट्राइ (Merkle Patricia Trie) को प्रतिस्थापित करता है, जिससे थ्रूपुट और प्रूफ के आकार में भारी सुधार होता है, और बिना किसी ट्रस्टेड सेटअप के नर्गल (Nurgle) हमलों के विरुद्ध मजबूत प्रतिरोध प्रदान करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
एक ब्लॉकचेन की कल्पना एक विशाल, वैश्विक पुस्तकालय के रूप में करें जहाँ हर एक किताब (लेनदेन) पूरे भवन की स्थिति को बदल देती है। यह सिद्ध करने के लिए कि पुस्तकालय सही ढंग से व्यवस्थित है, पुस्तकालयाध्यक्षों (वैलिडेटर्स) को एक विशाल, डिजिटल "विषय-सूची" की जाँच करनी पड़ती है जिसे स्टेट रूट (State Root) कहा जाता है।
वर्तमान में, इथीरियम ब्लॉकचेन एक मर्कल पेट्रीशिया ट्राइ (MPT) नामक प्रणाली का उपयोग करता है। इसे एक फाइलिंग कैबिनेट की तरह समझें जहाँ प्रत्येक दराज को एक विशिष्ट प्रीफ़िक्स (जैसे "A," "B," "C") के साथ लेबल किया गया है। यदि आप एक फ़ाइल ढूँढना चाहते हैं, तो आप अक्षरों का अनुसरण करते हैं। लेकिन यहाँ एक समस्या है: यदि कोई ऐसी नई फ़ाइल जोड़ता है जो पहले से मौजूद किसी फ़ाइल के साथ एक लंबा, उबाऊ प्रीफ़िक्स साझा करती है (जैसे "A-B-C-D-E-F..."), तो सिस्टम को दराज को विभाजित करना होगा, और अधिक शेल्फ जोड़ने होंगे, और उस फ़ाइल तक पहुँचने का रास्ता लंबा हो जाएगा।
यह "नर्गल अटैक" (Nurgle Attack) है। यह एक शरारती मज़ाक करने वाले की तरह है जो जानता है कि फाइलिंग कैबिनेट कैसे काम करती है। वे सिस्टम को ऐसे फाइलों से भर सकते हैं जो लंबे प्रीफ़िक्स साझा करती हैं, जिससे पुस्तकालयाध्यक्षों को कुछ नई वस्तुओं को संग्रहीत करने के लिए दराजों का एक ऊँचा, अस्थिर टावर बनाने के लिए मजबूर होना पड़ता है। यह पूरे पुस्तकालय को धीमा कर देता है और इसके रखरखाव के लिए भारी मात्रा में ऊर्जा (गैस) खर्च होती है, भले ही मज़ाक करने वाला व्यक्ति इसके लिए लगभग कुछ भी भुगतान न करे।
नया समाधान: MHOT (एक "स्मार्ट" फाइलिंग प्रणाली)
लेखक MHOT पेश करते हैं, जो डेटा को व्यवस्थित करने का एक नया तरीका है जो बिना किसी जादुई नई गणित या तीसरे पक्ष पर भरोसा किए इस समस्या को ठीक करता है।
MHOT कैसे काम करता है, इसके लिए सरल उपमाओं का उपयोग किया गया है:
1. प्रीफ़िक्स का पीछा करना बंद करें, अंतर ढूँढना शुरू करें
पुरानी प्रणाली (MPT) नाम के पहले कुछ अक्षरों को देखती है और कहती है, "आह, यह 'A' बिन में जाएगा।" यदि दो नाम दोनों "Alex" से शुरू होते हैं, तो वे एक ही बिन में जाते हैं, भले ही एक "Alex" हो और दूसरा "Alexander"।
MHOT स्मार्ट है। यह पूछता है: "इन नामों में वास्तव में अंतर कहाँ है?"
- यदि आपके पास "Alex" और "Alexander" हैं, तो MHOT को साझा "Alex" की परवाह नहीं है। यह उस पहले अक्षर को देखता है जहाँ वे अलग होते हैं (जैसे 'n' बनाम 'a')।
- यह एक "कंपाउंड नोड" (एक सुपर-दराज) बनाता है जो कई वस्तुओं को एक साथ रखता है, उन्हें उन सटीक बिट्स द्वारा व्यवस्थित किया जाता है जो उन्हें अद्वितीय बनाते हैं।
- परिणाम: चाहे आप कितने भी समान नाम जोड़ दें, टावर ऊँचा नहीं होता। यह छोटा और स्थिर रहता है क्योंकि यह केवल तभी विभाजित होता है जब इसे ज़रूरत होती है, न कि केवल इसलिए कि इसमें एक साझा प्रीफ़िक्स है।
2. "दो-परत" वाली रसीद (पदानुक्रमित प्रमाण)
जब आप पुराने सिस्टम में यह सिद्ध करना चाहते हैं कि एक फ़ाइल मौजूद है, तो पुस्तकालयाध्यक्ष को आपको एक रसीद देनी पड़ती है जिसमें आपके द्वारा पार किए गए प्रत्येक दराज में मौजूद प्रत्येक सहोदर (sibling) फ़ाइल की सूची होती है। यदि एक दराज में 32 फ़ाइलें हैं, तो रसीद बहुत बड़ी और भारी होती है।
MHOT एक दो-परत वाली रसीद (Two-Layer Receipt) का उपयोग करता है:
- परत 1: पुस्तकालय की मुख्य संरचना।
- परत 2: प्रत्येक सुपर-दराज के अंदर, फ़ाइलें अपने स्वयं के छोटे, मिनी-ट्री में व्यवस्थित होती हैं।
- जादू: सभी 32 सहोदरों को सूचीबद्ध करने के बजाय, रसीद को केवल मिनी-ट्री से कुछ "सहोदर" हैश (एक लॉगरिदमिक शॉर्टकट की तरह) सूचीबद्ध करने की आवश्यकता होती है।
- परिणाम: प्रमाण (रसीद) बहुत छोटी और हल्की हो जाती है, जिससे हल्के उपकरणों (जैसे फोन) के लिए इसे सत्यापित करना तेज़ हो जाता है।
3. "बैच" डिलीवरी ट्रक (बैच्ड कमिट)
पुरानी प्रणाली में, जब आप एक एकल फ़ाइल गिराते हैं, तो पुस्तकालयाध्यक्ष को छत तक के प्रत्येक दराज के लिए हैश (डिजिटल फिंगरप्रिंट) को फिर से कैलकुलेट करना पड़ता है। यह हर एक पत्र के लिए डाकघर जाने के लिए एक डिलीवरी ट्रक चलाने जैसा है।
MHOT एक बैच्ड पाइपलाइन (Batched Pipeline) का उपयोग करता है:
- यह एक पूरे ब्लॉक के समय के लिए सभी परिवर्तनों को एकत्र करता है।
- यह हैश को समानांतर (parallel) में कैलकुलेट करता है (जैसे अलग-अलग मंजिलों को एक साथ हैश करने वाले श्रमिकों की एक टीम होना)।
- यह केवल एक बार अंतिम, अपडेटेड स्टेट को हार्ड ड्राइव पर लिखता है।
- परिणाम: पुस्तकालय अपडेट करने में 9 गुना तेज़ है और डिस्क पर 4 गुना कम डेटा लिखता है।
यह क्यों मायने रखता है (परिणाम)
पेपर ने वर्तमान इथीरियम सिस्टम और कुछ अन्य प्रयोगात्मक सिस्टमों के विरुद्ध MHOT का परीक्षण किया:
- गति: MHOT नया डेटा लिखने में 9 गुना तक तेज़ है।
- दक्षता: यह 4 गुना कम स्टोरेज स्पेस बर्बाद करता है (राइट एम्प्लीफिकेशन)।
- प्रमाण का आकार: "रसीदें" 2 गुना छोटी हैं, जिससे हल्के उपकरणों (जैसे फोन) के लिए ब्लॉकचेन को सत्यापित करना आसान हो जाता है।
- सुरक्षा: जब "नर्गल" मज़ाक करने वाले ने समान कुंजियों (keys) से सिस्टम को भरने की कोशिश करके इसे तोड़ने का प्रयास किया, तो MHOT ने हमले को पूरी तरह से रोक दिया (0% सफलता दर)। पुराना सिस्टम हमले के तहत ढह गया (हमलावर के लिए 99.97% सफलता दर)।
मुख्य निष्कर्ष
पेपर तर्क देता है कि हमें ब्लॉकचेन स्केलिंग समस्याओं को ठीक करने के लिए जटिल, नए क्रिप्टोग्राफिक जादू (जैसे विश्वसनीय सेटअप या फैंसी गणित) की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, हमें बस एक बेहतर डेटा संरचना की आवश्यकता है। डेटा को इस आधार पर व्यवस्थित करके कि चीजें वास्तव में कहाँ भिन्न होती हैं, न कि इस आधार पर कि वे क्या साझा करती हैं, और स्मार्ट "दो-परत" रसीदों का उपयोग करके, MHOT ब्लॉकचेन को तेज़, सस्ता और उस विशिष्ट प्रकार के हमले से मुक्त बनाता है जिसने वर्षों से इसे परेशान किया है।
यह एक याद दिलाता है कि कभी-कभी, सबसे अच्छा समाधान एक नया सुपर-वेपन नहीं, बल्कि फाइलिंग कैबिनेट को व्यवस्थित करने का एक बेहतर तरीका होता है।
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