ADESS: ডাবল-স্পেন্ড আক্রমণ প্রতিরোধের জন্য একটি প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক প্রোটোকল

সূচিপত্র

1 ভূমিকা

প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক (PoW) ব্লকচেইনের মৌলিক দুর্বলতা হলো আক্রমণকারীদের পূর্বে প্রকাশিত ব্লকগুলি ফোর্ক করে এবং বিভিন্ন লেনদেন ক্রম সহ বিকল্প চেইন সেগমেন্ট তৈরি করে লেনদেনের ইতিহাস পুনরায় লিখার ক্ষমতা। যখন আক্রমণকারীর চেইন প্রচলিত ক্যানোনিক্যাল চেইনের চেয়ে বেশি মাইনিং পাজল ডিফিকাল্টি সংগ্রহ করে, তখন নোডগুলি এটিকে বৈধ হিসাবে স্বীকৃতি দিতে বাধ্য হয়। এই দুর্বলতা ডাবল-স্পেন্ড আক্রমণ সক্ষম করে, যেখানে আক্রমণকারীরা মূল চেইনে রেকর্ড করা টোকেন স্থানান্তর বাতিল করতে পারে।

1.1 ADESS-এর দুটি পরিবর্তন

ADESS বিদ্যমান PoW প্রোটোকলগুলিতে দুটি গুরুত্বপূর্ণ পরিবর্তন প্রবর্তন করে। প্রথম পরিবর্তনটি টেম্পোরাল ব্লক সিকোয়েন্স বিশ্লেষণ করে আক্রমণকারী চেইন শনাক্ত করতে সক্ষম করে। দ্বিতীয়টি শনাক্তকৃত আক্রমণকারীদের উপর এক্সপোনেনশিয়াল পেনাল্টি আরোপ করে, যা ফোর্ক করা চেইনগুলিকে ক্যানোনিক্যাল করতে প্রয়োজনীয় গণনামূলক ব্যয় উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে।

2 প্রযুক্তিগত কাঠামো

2.1 আক্রমণকারী চেইন শনাক্তকরণ

শনাক্তকরণ ব্যবস্থা ডাবল-স্পেন্ড আক্রমণকারীদের আচরণগত প্যাটার্ন ব্যবহার করে। যখন বব অ্যালিসের কাছ থেকে টোকেন গ্রহণ করে, সে পণ্য বা পরিষেবা প্রদানের আগে একাধিক ব্লকের মাধ্যমে লেনদেন নিশ্চিতকরণের জন্য অপেক্ষা করে। এদিকে, অ্যালিস গোপনে একটি বিকল্প চেইন তৈরি করে কিন্তু ববের বিনিময়কৃত আইটেম পাওয়ার পর পর্যন্ত এটি ব্রডকাস্ট করতে বিলম্ব করে। ADESS সম্ভাব্য আক্রমণকারী চেইন শনাক্ত করতে এই ব্রডকাস্ট বিলম্ব প্যাটার্ন ব্যবহার করে।

2.2 এক্সপোনেনশিয়াল পেনাল্টি ব্যবস্থা

একবার একটি আক্রমণকারী চেইন শনাক্ত হলে, ADESS এক্সপোনেনশিয়াল পেনাল্টি প্রয়োগ করে যা আক্রমণকারীকে তাদের চেইনকে ক্যানোনিক্যাল করতে ক্রমবর্ধমান উচ্চ হ্যাশরেট প্রয়োগ করতে বাধ্য করে। ফোর্কের গভীরতার সাথে পেনাল্টি বৃদ্ধি পায়, যা টেকসই আক্রমণকে অর্থনৈতিকভাবে অসম্ভব করে তোলে।

3 গাণিতিক সূত্রায়ন

ADESS প্রোটোকল একটি পেনাল্টি ফাংশন $P(d) = \alpha \cdot \beta^d$ প্রবর্তন করে যেখানে:

• $P(d)$ ফোর্ক গভীরতা $d$-এ পেনাল্টি প্রতিনিধিত্ব করে
• $\alpha$ হলো বেস পেনাল্টি মাল্টিপ্লায়ার
• $\beta$ হলো এক্সপোনেনশিয়াল গ্রোথ ফ্যাক্টর ($\beta > 1$)
• $d$ হলো ফোর্ক পয়েন্ট থেকে ব্লকের সংখ্যা

আক্রমণকারীর জন্য কার্যকর মাইনিং ডিফিকাল্টি হয়ে যায় $D_{eff} = D \cdot P(d)$, যেখানে $D$ হলো নামমাত্র মাইনিং ডিফিকাল্টি।

4 পরীক্ষামূলক ফলাফল

গবেষকরা সিমুলেশন এবং গাণিতিক বিশ্লেষণের মাধ্যমে দুটি মূল ফলাফল প্রদর্শন করেছেন:

1. ADESS-এর অধীনে ডাবল-স্পেন্ড আক্রমণের প্রত্যাশিত ব্যয় ঐতিহ্যবাহী PoW প্রোটোকলের তুলনায় দুর্বলভাবে বেশি
2. যেকোনো লেনদেন মূল্যের জন্য, একটি পেনাল্টি সেটিং বিদ্যমান যা ডাবল-স্পেন্ড আক্রমণের প্রত্যাশিত লাভকে নেতিবাচক করে তোলে

5 কোড বাস্তবায়ন

নিচে ADESS চেইন সিলেকশন অ্যালগরিদমের একটি সরলীকৃত সিউডোকোড বাস্তবায়ন দেওয়া হলো:

function selectCanonicalChain(chains):
    // সাধারণ পূর্বপুরুষ ব্লক খুঁজুন
    common_ancestor = findCommonAncestor(chains)
    
    // ব্রডকাস্ট টাইমিং এর ভিত্তিতে সম্ভাব্য আক্রমণকারী চেইন শনাক্ত করুন
    potential_attackers = identifyLateBroadcastChains(chains, common_ancestor)
    
    // শনাক্তকৃত চেইনগুলিতে এক্সপোনেনশিয়াল পেনাল্টি প্রয়োগ করুন
    for chain in chains:
        if chain in potential_attackers:
            fork_depth = current_block_height - common_ancestor.height
            penalty = base_penalty * (growth_factor ^ fork_depth)
            chain.score = calculateCumulativeDifficulty(chain) / penalty
        else:
            chain.score = calculateCumulativeDifficulty(chain)
    
    // সর্বোচ্চ সমন্বয় স্কোর সহ চেইন নির্বাচন করুন
    return chain with maximum score

6 বিশ্লেষণ ও আলোচনা

ADESS প্রোটোকল PoW ব্লকচেইন নিরাপত্তায় একটি উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি উপস্থাপন করে, বিটকয়েনের সূচনা থেকে ক্রিপ্টোকারেন্সিগুলিকে বিরক্ত করা মৌলিক ডাবল-স্পেন্ড দুর্বলতা সমাধান করে। ঐতিহ্যবাহী পদ্ধতিগুলির বিপরীতে যা শুধুমাত্র ক্রমবর্ধমান ডিফিকাল্টির উপর নির্ভর করে, ADESS ব্লক সিকোয়েন্সের টেম্পোরাল বিশ্লেষণ প্রবর্তন করে, একটি আরও সূক্ষ্ম নিরাপত্তা মডেল তৈরি করে। এই পদ্ধতিটি ব্লকচেইন নিরাপত্তায় সাম্প্রতিক গবেষণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যেমন Gervais et al. (2016)-এর কনসেনসাস প্রোটোকলের বিকেন্দ্রীকরণ পরিমাপের কাজ, যা একাধিক নিরাপত্তা মাত্রা অন্তর্ভুক্ত করার গুরুত্বের উপর জোর দেয়।

ADESS-এ এক্সপোনেনশিয়াল পেনাল্টি ব্যবস্থা বিশেষভাবে উদ্ভাবনী কারণ এটি একটি গতিশীলভাবে সমন্বয়কারী প্রতিরক্ষা ব্যবস্থা তৈরি করে। বিটকয়েন হোয়াইট পেপারে (Nakamoto, 2008) উল্লিখিত হিসাবে, প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক সিস্টেমের নিরাপত্তা সৎ নোডগুলির সংখ্যাগরিষ্ঠ CPU শক্তি নিয়ন্ত্রণের উপর নির্ভর করে। ADESS সময়ের সাথে সাথে জালিয়াতি চেইন বজায় রাখার জন্য আক্রমণকারীদের জন্য এক্সপোনেনশিয়ালভাবে আরও কঠিন করে এই নীতিকে শক্তিশালী করে। এই পদ্ধতিটি ইথেরিয়ামের ডিফিকাল্টি বোম মেকানিজমের সাথে ধারণাগত সাদৃশ্য ভাগ করে কিন্তু এটিকে বিশেষভাবে প্রোটোকল আপগ্রেডের পরিবর্তে আক্রমণ নিরোধের জন্য প্রয়োগ করে।

চেকপয়েন্টিং (বিটকয়েন ক্যাশে ব্যবহৃত) বা Avalanche কনসেনসাস (Avalanche হোয়াইট পেপারে বর্ণিত) এর মতো অন্যান্য ডাবল-স্পেন্ড প্রতিরোধ ব্যবস্থার তুলনায়, ADESS ঐতিহ্যবাহী PoW-এর অনুমতিবিহীন প্রকৃতি বজায় রাখে যখন পরিশীলিত আক্রমণ সনাক্তকরণ যোগ করে। সিমুলেশনে প্রোটোকলের কার্যকারিতা পরামর্শ দেয় যে এটি 2019 ইথেরিয়াম ক্লাসিক ডাবল-স্পেন্ডের মতো বাস্তব-বিশ্বের আক্রমণগুলি রোধ করতে পারত, যা MIT ডিজিটাল কারেন্সি ইনিশিয়েটিভ অনুসারে লক্ষ লক্ষ ডলারের ক্ষতির কারণ হয়েছিল।

একটি বাস্তবায়নের দৃষ্টিকোণ থেকে, ADESS প্রদর্শন করে যে কীভাবে সূক্ষ্ম প্রোটোকল পরিবর্তনগুলি মৌলিক স্থাপত্য পরিবর্তন প্রয়োজন ছাড়াই উল্লেখযোগ্য নিরাপত্তা উন্নতি আনতে পারে। এই পদ্ধতিটি প্রুফ-অফ-স্টেক (ইথেরিয়াম 2.0-এ বাস্তবায়িত) বা ডাইরেক্টেড অ্যাসাইক্লিক গ্রাফ (DAG) স্ট্রাকচার (IOTA-তে ব্যবহৃত) এর মতো আরও আমূল বিচ্যুতির বিপরীতে, দেখায় যে বিদ্যমান প্রোটোকলগুলির ইনক্রিমেন্টাল বিবর্তন ব্লকচেইন নিরাপত্তা বৃদ্ধির জন্য একটি কার্যকর পথ হিসাবে রয়ে গেছে।

7 ভবিষ্যত প্রয়োগ

ADESS প্রোটোকলের ক্রিপ্টোকারেন্সি নিরাপত্তার বাইরেও প্রতিশ্রুতিশীল প্রয়োগ রয়েছে:

• এন্টারপ্রাইজ ব্লকচেইন: সাপ্লাই চেইন এবং আর্থিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উন্নত নিরাপত্তা
• ক্রস-চেইন ব্রিজ: ইন্টারঅপারেবিলিটি প্রোটোকলের জন্য উন্নত নিরাপত্তা
• বিকেন্দ্রীভূত অর্থ: উচ্চ-মূল্যের DeFi লেনদেনের জন্য অতিরিক্ত সুরক্ষা
• IoT নেটওয়ার্ক: বিতরণকৃত IoT সিস্টেমে সুরক্ষিত ডিভাইস সমন্বয়

ভবিষ্যত গবেষণার দিকনির্দেশনা অন্তর্ভুক্ত করে:

• শার্ডেড ব্লকচেইন আর্কিটেকচারের সাথে ইন্টিগ্রেশন
• প্রুফ-অফ-স্টেক কনসেনসাস মেকানিজমের জন্য অভিযোজন
• আক্রমণ প্যাটার্ন সনাক্তকরণের জন্য মেশিন লার্নিং উন্নতি
• নিরাপত্তা গ্যারান্টির ফর্মাল ভেরিফিকেশন

8 তথ্যসূত্র

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Wood, G. (2021). Ethereum: A Secure Decentralized Generalized Transaction Ledger
3. Gervais, A., et al. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains
4. Rocket, T., et al. (2020). Avalanche: A Novel Consensus Protocol
5. MIT Digital Currency Initiative (2020). 51% Reorg Tracker
6. Lovejoy, J. (2021). Ethereum Classic 51% Attacks: Technical Post-Mortem
7. Singer, A. (2019). Analysis of Double-Spend Attacks on Ethereum Classic