HaPPY-Mine: ब्लॉकचेन विकेंद्रीकरण के लिए एक माइनिंग रिवार्ड फ़ंक्शन का डिज़ाइन

विषय सूची

1 परिचय

ब्लॉकचेन माइनिंग रिवार्ड्स के दोहरे उद्देश्य हैं: ब्लॉकचेन को सुरक्षित करने के लिए माइनर लागतों को सब्सिडी देना और नए सिक्के बनाना। बिटकॉइन और एथेरियम जैसी मौजूदा क्रिप्टोकरेंसियां स्थिर रिवार्ड मॉडल का उपयोग करती हैं, जिन्होंने असममित माइनर लागतों के कारण केंद्रीकरण के प्रति संवेदनशीलता दिखाई है। HaPPY-Mine फ्रेमवर्क एक गतिशील रिवार्ड फ़ंक्शन पेश करता है जो सिस्टम हैशरेट के अनुकूल होता है, सुरक्षा गुणों को बनाए रखते हुए विकेंद्रीकरण को बढ़ावा देता है।

2 पृष्ठभूमि और संबंधित कार्य

2.1 स्थिर रिवार्ड मॉडल

वर्तमान ब्लॉकचेन सिस्टम दो प्राथमिक स्थिर रिवार्ड मॉडल लागू करते हैं:

• प्रति ब्लॉक निश्चित रिवार्ड: एथेरियम का प्रति ब्लॉक 5 ETH का स्थिर रिवार्ड
• हाल्विंग मॉडल: बिटकॉइन का प्रत्येक 210,000 ब्लॉक (~4 वर्ष) के बाद रिवार्ड कमी

इन मॉडलों का गेम-थियोरेटिक रूप से विश्लेषण किया गया है, जो विशिष्ट संतुलन अस्तित्व दिखाता है लेकिन केंद्रीकरण के प्रति संवेदनशीलता दिखाता है।

2.2 माइनिंग केंद्रीकरण समस्याएं

माइनिंग संचालन में असममित लागतें केंद्रीकरण दबाव पैदा करती हैं। [11,15] द्वारा किए गए अध्ययन दस्तावेज करते हैं कि कैसे कम लागत वाली बिजली या विशेष हार्डवेयर तक पहुंच वाले माइनर असमान लाभ प्राप्त करते हैं, जिससे हैश रेट एकाग्रता होती है।

3 HaPPY-Mine डिज़ाइन

3.1 गणितीय सूत्रीकरण

HaPPY-Mine रिवार्ड फ़ंक्शन ब्लॉक रिवार्ड को कुल सिस्टम हैशरेट से जोड़ता है:

$R(H) = \frac{\alpha}{H^\beta}$ जहां:

• $R(H)$: कुल हैशरेट $H$ के फ़ंक्शन के रूप में ब्लॉक रिवार्ड
• $\alpha$: स्केलिंग पैरामीटर
• $\beta$: क्षय घातांक (0 < $\beta$ < 1)

व्यक्तिगत माइनर रिवार्ड: $r_i = R(H) \cdot \frac{h_i}{H}$ जहां $h_i$ माइनर i का हैशरेट है।

3.2 तकनीकी कार्यान्वयन

कार्यान्वयन के लिए नेटवर्क हैशरेट के मूविंग एवरेज के आधार पर रिवार्ड्स के गतिशील समायोजन की आवश्यकता होती है, तीव्र हैशरेट उतार-चढ़ाव के माध्यम से गेमिंग को रोकने के लिए तंत्रों के साथ।

4 संतुलन विश्लेषण

4.1 अस्तित्व और विशिष्टता

विषम माइनर लागत मॉडल के तहत, HaPPY-Mine गारंटी देता है:

• किसी भी वैध पैरामीटर सेट के लिए संतुलन का अस्तित्व
• भाग लेने वाले माइनरों का विशिष्ट सेट
• संतुलन पर विशिष्ट कुल सिस्टम हैशरेट

4.2 विकेंद्रीकरण मेट्रिक्स

HaPPY-Mine कई मेट्रिक्स में स्थिर मॉडल की तुलना में श्रेष्ठ विकेंद्रीकरण प्रदर्शित करता है:

• सक्रिय माइनिंग प्रतिभागियों की संख्या में 25-40% की वृद्धि
• गिनी गुणांक में 0.15-0.25 की कमी
• हर्फ़िंडहल-हिर्शमैन इंडेक्स (HHI) 1500 थ्रेशोल्ड से नीचे

5 सुरक्षा विश्लेषण

5.1 मिलीभगत प्रतिरोध

HaPPY-Mine [9] में स्थापित आनुपातिक रिवार्ड संरचना के माध्यम से मिलीभगत हमलों के खिलाफ सुरक्षा बनाए रखता है। मिलीभगत करने वाले माइनर महत्वपूर्ण लागत समन्वय के बिना असमान रिवार्ड प्राप्त नहीं कर सकते।

5.2 साइबिल हमले से सुरक्षा

यह फ्रेमवर्क सामान्यीकृत आनुपातिक रिवार्ड फ़ंक्शंस से साइबिल प्रतिरोध को विरासत में प्राप्त करता है। $\frac{h_i}{H}$ आनुपातिकता के कारण कई पहचानों में हैशरेट विभाजित करने से रिवार्ड्स नहीं बढ़ते।

6 प्रायोगिक परिणाम

HaPPY-Mine ($\beta=0.5$) की बिटकॉइन-शैली के स्थिर रिवार्ड्स के खिलाफ तुलना करने वाले सिमुलेशन:

चित्र 1: हैशरेट वितरण तुलना दर्शाती है कि HaPPY-Mine माइनर आकारों में सपाट वितरण बनाए रखता है, जबकि स्थिर मॉडल शीर्ष माइनरों के बीच हैशरेट केंद्रित करते हैं।

7 कार्यान्वयन और कोड उदाहरण

HaPPY-Mine रिवार्ड गणना के लिए स्यूडोकोड:

function calculateBlockReward(totalHashrate, alpha, beta) {
    // वर्तमान कुल हैशरेट के आधार पर रिवार्ड की गणना करें
    reward = alpha / (totalHashrate ** beta);
    return reward;
}

function distributeReward(minerHashrate, totalHashrate, blockReward) {
    // आनुपातिक वितरण
    minerReward = blockReward * (minerHashrate / totalHashrate);
    return minerReward;
}

// उदाहरण उपयोग
const ALPHA = 1000;  // स्केलिंग पैरामीटर
const BETA = 0.5;    // क्षय घातांक

let networkHashrate = getCurrentTotalHashrate();
let blockReward = calculateBlockReward(networkHashrate, ALPHA, BETA);
let minerReward = distributeReward(myHashrate, networkHashrate, blockReward);

8 भविष्य के अनुप्रयोग और दिशाएं

HaPPY-Mine सिद्धांत क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग से परे विस्तारित हो सकते हैं:

• DeFi प्रोटोकॉल: लिक्विडिटी माइनिंग में गतिशील रिवार्ड वितरण
• DAO गवर्नेंस: केंद्रीकरण के प्रति प्रतिरोधी वोटिंग पावर आवंटन
• एज कंप्यूटिंग: वितरित कंप्यूटिंग नेटवर्क में संसाधन आवंटन
• क्रॉस-चेन अनुप्रयोग: निष्पक्ष संसाधन वितरण की आवश्यकता वाले इंटरऑपरेबिलिटी प्रोटोकॉल

भविष्य के शोध दिशाओं में अनुकूली $\beta$ पैरामीटर, बहुआयामी लागत मॉडल, और प्रूफ-ऑफ-स्टेक हाइब्रिड सिस्टम के साथ एकीकरण शामिल हैं।

9 मूल विश्लेषण

HaPPY-Mine फ्रेमवर्क ब्लॉकचेन प्रोत्साहन डिजाइन में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है, जो मौलिक केंद्रीकरण दबावों को संबोधित करता है जिन्होंने प्रमुख क्रिप्टोकरेंसियों को प्रभावित किया है। पारंपरिक स्थिर रिवार्ड मॉडल, जैसा कि गेम-थियोरेटिक अध्ययनों में विश्लेषण किया गया है जैसे बिटकॉइन व्हाइटपेपर में संदर्भित और आयल और सिरर [15] द्वारा बाद के कार्य, पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं और असममित लागत संरचनाओं के कारण केंद्रीकरण की प्राकृतिक प्रवृत्तियां पैदा करते हैं। सिस्टम हैशरेट से रिवार्ड्स को जोड़ने का नवाचार एक स्व-नियामक तंत्र पेश करता है जो व्यक्तिगत माइनर प्रोत्साहनों को नेटवर्क-व्यापी विकेंद्रीकरण लक्ष्यों के साथ संरेखित करता है।

यह दृष्टिकोण अन्य डोमेन में अनुकूली नियंत्रण प्रणालियों के साथ वैचारिक समानताएं साझा करता है, जैसे कि अल्फ़ागो और बाद की एआई प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली सुदृढीकरण सीखने की तकनीकें, जहां गतिशील समायोजन स्थिर नीतियों को प्रतिस्थापित करता है। गणितीय सूत्रीकरण $R(H) = \frac{\alpha}{H^\beta}$ सुरुचिपूर्ण ढंग से घटती हुई वापसी को कैप्चर करता है जो हैशरेट एकाग्रता को रोकने के लिए आवश्यक है, बहुत कुछ नेटवर्क अर्थशास्त्र में कंजेशन प्राइसिंग तंत्र की तरह जो संसाधन आवंटन को प्रबंधित करने के लिए समान कार्यात्मक रूपों का उपयोग करते हैं।

एथेरियम की प्रूफ-ऑफ-स्टेक में नियोजित संक्रमण या बिटकॉइन की आवधिक हाल्विंग जैसी मौजूदा समाधानों की तुलना में, HaPPY-Mine असतत परिवर्तनों के बजाय निरंतर समायोजन प्रदान करता है। यह सहज अनुकूलन आधुनिक मशीन लर्निंग फ्रेमवर्क जैसे टेंसरफ़्लो और पायटॉर्च में उपयोग की जाने वाली ग्रेडिएंट-आधारित अनुकूलन तकनीकों से मिलता-जुलता है, जहां निरंतर पैरामीटर अपडेट दोलन को रोकते हैं और स्थिर अभिसरण को बढ़ावा देते हैं—इस मामले में, विकेंद्रीकृत संतुलन की ओर।

पेपर में स्थापित सुरक्षा गुण आनुपातिक रिवार्ड फ़ंक्शंस में आधारभूत कार्य पर निर्मित होते हैं, सुरक्षा गारंटी को गतिशील वातावरण तक विस्तारित करते हैं। यह योगदान विशेष रूप से प्रासंगिक है क्योंकि ब्लॉकचेन सिक्योरिटी एलायंस जैसे संगठनों और क्रिप्टोइकोनॉमिक कमजोरियों का अध्ययन करने वाले शैक्षणिक संस्थानों द्वारा दस्तावेज किए गए ब्लॉकचेन नेटवर्क पर हाल के हमले दिए गए हैं। मिलीभगत और साइबिल प्रतिरोध गुण प्रदर्शित करते हैं कि कैसे सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए प्रोत्साहन तंत्र माइनर व्यवहार के बारे में बाहरी धारणाओं पर भरोसा किए बिना मजबूत सुरक्षा प्रदान कर सकते हैं।

आगे देखते हुए, HaPPY-Mine के अंतर्निहित सिद्धांत क्रिप्टोकरेंसी से परे व्यापक वितरित सिस्टम डिजाइन को प्रभावित कर सकते हैं। जैसा कि एमआईटी डिजिटल करेंसी इनिशिएटिव और स्टैनफोर्ड ब्लॉकचेन रिसर्च सेंटर जैसे संस्थानों से हाल के प्रकाशनों में उल्लेख किया गया है, सिस्टम को स्केल करते समय विकेंद्रीकरण बनाए रखने की चुनौती कई Web3 अनुप्रयोगों को प्रभावित करती है। फ्रेमवर्क की गणितीय कठोरता और अनुभवजन्य सत्यापन इसे विकेंद्रीकृत सिस्टम प्रोत्साहनों में भविष्य के कार्य के लिए एक संदर्भ बिंदु के रूप में स्थापित करता है।

10 संदर्भ

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. Financial Cryptography
3. Kiayias, A., et al. (2016). Ouroboros: A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol. Crypto
4. Kiffer, L., et al. (2018). A Game-Theoretic Analysis of the Bitcoin Mining Game. WEIS
5. Buterin, V. (2014). Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform
6. Gencer, A. E., et al. (2018). Decentralization in Bitcoin and Ethereum Networks. FC
7. Sompolinsky, Y., & Zohar, A. (2015). Secure High-Rate Transaction Processing in Bitcoin. Financial Cryptography
8. Bonneau, J., et al. (2015). SoK: Research Perspectives and Challenges for Bitcoin and Cryptocurrencies. IEEE S&P
9. Pass, R., & Shi, E. (2017). Fruitchains: A Fair Blockchain. PODC
10. Carlsten, M., et al. (2016). On the Instability of Bitcoin Without the Block Reward. ACM CCS