ADESS: डबल-स्पेंड हमलों को रोकने के लिए एक प्रूफ-ऑफ-वर्क प्रोटोकॉल

विषय सूची

1 परिचय

प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) ब्लॉकचेन में मौलिक कमजोरी हमलावरों की क्षमता में निहित है कि वे पहले प्रकाशित ब्लॉकों को फोर्क करके और विभिन्न लेन-देन अनुक्रमों वाले वैकल्पिक श्रृंखला खंडों का निर्माण करके लेन-देन इतिहास को फिर से लिख सकते हैं। जब हमलावर की श्रृंखला मौजूदा कैनोनिकल श्रृंखला की तुलना में अधिक माइनिंग पज़ल कठिनाई जमा कर लेती है, तो नोड्स इसे वैध मानने के लिए बाध्य होते हैं। यह कमजोरी डबल-स्पेंड हमलों को सक्षम बनाती है, जहां हमलावर मूल श्रृंखला पर दर्ज किए गए टोकन ट्रांसफर को रद्द कर सकते हैं।

1.1 दो ADESS संशोधन

ADESS मौजूदा PoW प्रोटोकॉल में दो महत्वपूर्ण संशोधन प्रस्तुत करता है। पहला संशोधन टेम्पोरल ब्लॉक अनुक्रमों का विश्लेषण करके हमलावर श्रृंखलाओं की पहचान करने में सक्षम बनाता है। दूसरा पहचाने गए हमलावरों पर घातीय दंड लगाता है, जिससे फोर्क की गई श्रृंखलाओं को कैनोनिकल बनाने के लिए आवश्यक कम्प्यूटेशनल लागत में काफी वृद्धि हो जाती है।

2 तकनीकी ढांचा

2.1 हमलावर श्रृंखला पहचान

पहचान तंत्र डबल-स्पेंड हमलावरों के व्यवहार पैटर्न का लाभ उठाता है। जब बॉब को एलिस से टोकन प्राप्त होते हैं, तो वह सामान या सेवाएं देने से पहले कई ब्लॉकों के माध्यम से लेन-देन पुष्टि की प्रतीक्षा करता है। इस बीच, एलिस गुप्त रूप से एक वैकल्पिक श्रृंखला का निर्माण करती है लेकिन बॉब की विनिमय वस्तु प्राप्त करने के बाद तक इसे प्रसारित करने में देरी करती है। ADESS संभावित हमलावर श्रृंखलाओं की पहचान करने के लिए इस प्रसारण विलंब पैटर्न का उपयोग करता है।

2.2 घातीय दंड तंत्र

एक बार हमलावर श्रृंखला की पहचान हो जाने पर, ADESS घातीय दंड लागू करता है जिसके लिए हमलावर को अपनी श्रृंखला को कैनोनिकल बनाने के लिए तेजी से उच्च हैशरेट लागू करनी पड़ती है। दंड फोर्क की गहराई के साथ बढ़ता है, जिससे निरंतर हमले आर्थिक रूप से अव्यवहारिक हो जाते हैं।

3 गणितीय सूत्रीकरण

ADESS प्रोटोकॉल एक दंड फ़ंक्शन $P(d) = \alpha \cdot \beta^d$ प्रस्तुत करता है जहां:

• $P(d)$ फोर्क गहराई $d$ पर दंड का प्रतिनिधित्व करता है
• $\alpha$ आधार दंड गुणक है
• $\beta$ घातीय वृद्धि कारक है ($\beta > 1$)
• $d$ फोर्क बिंदु के बाद के ब्लॉकों की संख्या है

हमलावर के लिए प्रभावी माइनिंग कठिनाई $D_{eff} = D \cdot P(d)$ हो जाती है, जहां $D$ नाममात्र की माइनिंग कठिनाई है।

4 प्रायोगिक परिणाम

शोधकर्ताओं ने सिमुलेशन और गणितीय विश्लेषण के माध्यम से दो प्रमुख परिणाम प्रदर्शित किए:

1. पारंपरिक PoW प्रोटोकॉल की तुलना में ADESS के तहत डबल-स्पेंड हमलों की अपेक्षित लागत कमजोर रूप से अधिक है
2. किसी भी लेन-देन मूल्य के लिए, एक दंड सेटिंग मौजूद है जो डबल-स्पेंड हमलों की अपेक्षित लाभ को नकारात्मक बना देती है

5 कोड कार्यान्वयन

नीचे ADESS श्रृंखला चयन एल्गोरिदम का एक सरलीकृत स्यूडोकोड कार्यान्वयन है:

function selectCanonicalChain(chains):
    // सामान्य पूर्वज ब्लॉक खोजें
    common_ancestor = findCommonAncestor(chains)
    
    // प्रसारण समय के आधार पर संभावित हमलावर श्रृंखलाओं की पहचान करें
    potential_attackers = identifyLateBroadcastChains(chains, common_ancestor)
    
    // पहचानी गई श्रृंखलाओं पर घातीय दंड लागू करें
    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)
    
    // समायोजित स्कोर के साथ श्रृंखला का चयन करें
    return chain with maximum score

6 विश्लेषण और चर्चा

ADESS प्रोटोकॉल PoW ब्लॉकचेन सुरक्षा में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है, जो मौलिक डबल-स्पेंड कमजोरी को संबोधित करता है जो बिटकॉइन की शुरुआत के बाद से क्रिप्टोकरेंसी को प्रभावित कर रही है। पारंपरिक दृष्टिकोणों के विपरीत जो केवल संचयी कठिनाई पर निर्भर करते हैं, ADESS ब्लॉक अनुक्रमों का टेम्पोरल विश्लेषण प्रस्तुत करता है, जिससे एक अधिक सूक्ष्म सुरक्षा मॉडल बनता है। यह दृष्टिकोण ब्लॉकचेन सुरक्षा में हाल के शोध के साथ संरेखित होता है, जैसे कि गर्वैस एट अल. (2016) का सहमति प्रोटोकॉल के विकेंद्रीकरण को मापने पर काम, जो कई सुरक्षा आयामों को शामिल करने के महत्व पर जोर देता है।

ADESS में घातीय दंड तंत्र विशेष रूप से अभिनव है क्योंकि यह एक गतिशील रूप से समायोजित रक्षा प्रणाली बनाता है। जैसा कि बिटकॉइन व्हाइट पेपर (नाकामोटो, 2008) में उल्लेख किया गया है, प्रूफ-ऑफ-वर्क सिस्टम की सुरक्षा ईमानदार नोड्स के बहुमत सीपीयू शक्ति नियंत्रण पर निर्भर करती है। ADESS समय के साथ हमलावरों के लिए जाली श्रृंखलाओं को बनाए रखना तेजी से कठिन बनाकर इस सिद्धांत को मजबूत करता है। यह दृष्टिकोण एथेरियम के डिफिकल्टी बॉम्ब मैकेनिज्म के साथ वैचारिक समानताएं साझा करता है लेकिन इसे विशेष रूप से प्रोटोकॉल अपग्रेड के बजाय हमले निवारण पर लागू करता है।

अन्य डबल-स्पेंड रोकथाम तंत्रों जैसे चेकपॉइंटिंग (बिटकॉइन कैश में उपयोग किया जाता है) या अवालांचे सहमति (अवालांचे व्हाइट पेपर में वर्णित) की तुलना में, ADESS पारंपरिक PoW की अनुमतिहीन प्रकृति को बनाए रखता है जबकि परिष्कृत हमला पहचान जोड़ता है। सिमुलेशन में प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता से पता चलता है कि यह वास्तविक दुनिया के हमलों जैसे 2019 के एथेरियम क्लासिक डबल-स्पेंड को रोक सकता था, जिसके परिणामस्वरूप MIT डिजिटल करेंसी इनिशिएटिव के अनुसार लाखों डॉलर का नुकसान हुआ था।

कार्यान्वयन परिप्रेक्ष्य से, ADESS दर्शाता है कि कैसे सूक्ष्म प्रोटोकॉल संशोधन मौलिक वास्तुशिल्प परिवर्तनों की आवश्यकता के बिना पर्याप्त सुरक्षा सुधार प्रदान कर सकते हैं। यह दृष्टिकोण अधिक कट्टरपंथी परिवर्तनों जैसे प्रूफ-ऑफ-स्टेक (जैसा कि एथेरियम 2.0 में लागू किया गया है) या निर्देशित एसाइक्लिक ग्राफ (DAG) संरचनाओं (जैसा कि IOTA में उपयोग किया जाता है) के विपरीत है, यह दर्शाता है कि मौजूदा प्रोटोकॉल का वृद्धिशील विकास ब्लॉकचेन सुरक्षा वृद्धि के लिए एक व्यवहार्य मार्ग बना हुआ है।

7 भविष्य के अनुप्रयोग

ADESS प्रोटोकॉल के क्रिप्टोकरेंसी सुरक्षा से परे आशाजनक अनुप्रयोग हैं:

• एंटरप्राइज ब्लॉकचेन: आपूर्ति श्रृंखला और वित्तीय अनुप्रयोगों के लिए उन्नत सुरक्षा
• क्रॉस-चेन ब्रिज: इंटरऑपरेबिलिटी प्रोटोकॉल के लिए बेहतर सुरक्षा
• विकेंद्रीकृत वित्त: उच्च-मूल्य DeFi लेन-देन के लिए अतिरिक्त सुरक्षा
• IoT नेटवर्क: वितरित IoT सिस्टम में सुरक्षित डिवाइस समन्वय

भविष्य के शोध दिशाएं शामिल हैं:

• शार्डेड ब्लॉकचेन आर्किटेक्चर के साथ एकीकरण
• प्रूफ-ऑफ-स्टेक सहमति तंत्र के लिए अनुकूलन
• हमला पैटर्न पहचान के लिए मशीन लर्निंग संवर्द्धन
• सुरक्षा गारंटी का औपचारिक सत्यापन

8 संदर्भ

1. नाकामोटो, एस. (2008). बिटकॉइन: ए पीयर-टू-पीयर इलेक्ट्रॉनिक कैश सिस्टम
2. वुड, जी. (2021). एथेरियम: ए सिक्योर डिसेंट्रलाइज्ड जनरलाइज्ड ट्रांजैक्शन लेजर
3. गर्वैस, ए., एट अल. (2016). ऑन द सिक्योरिटी एंड परफॉर्मेंस ऑफ प्रूफ ऑफ वर्क ब्लॉकचेन्स
4. रॉकेट, टी., एट अल. (2020). अवालांचे: ए नोवल कॉन्सेंसस प्रोटोकॉल
5. MIT डिजिटल करेंसी इनिशिएटिव (2020). 51% रीऑर्ग ट्रैकर
6. लवजॉय, जे. (2021). एथेरियम क्लासिक 51% अटैक्स: टेक्निकल पोस्ट-मॉर्टम
7. सिंगर, ए. (2019). एनालिसिस ऑफ डबल-स्पेंड अटैक्स ऑन एथेरियम क्लासिक