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

विषय सूची

1 परिचय

प्रूफ-ऑफ-वर्क (पीओडब्ल्यू) ब्लॉकचेन की मुख्य कमजोरी हमलावरों द्वारा पहले प्रकाशित ब्लॉकों को फोर्क करके और विभिन्न लेन-देन अनुक्रमों वाले वैकल्पिक चेन सेगमेंट बनाकर लेन-देन इतिहास को फिर से लिखने की संभावना में निहित है। जब हमलावर की चेन मौजूदा कैनोनिकल चेन की तुलना में अधिक माइनिंग पज़ल कठिनाई जमा कर लेती है, तो नोड्स इसे कैनोनिकल के रूप में पहचानते हैं, जिससे डबल-स्पेंड हमले सक्षम होते हैं जहां हमलावर मूल चेन पर दर्ज किए गए टोकन ट्रांसफर को रद्द कर देते हैं।

वास्तविक दुनिया की घटनाएं, जैसे कि 2018-2020 के बीच एथेरियम क्लासिक और बिटकॉइन गोल्ड हमले, डबल-स्पेंडिंग के व्यावहारिक खतरे को प्रदर्शित करते हैं। एडीईएसएस प्रोटोकॉल संशोधन हमलावर चेनों की पहचान करने और आर्थिक दंड लगाने के लिए नए तंत्र पेश करके इस कमजोरी को दूर करता है।

1.1 एडीईएसएस के दो संशोधन

एडीईएसएस मौजूदा पीओडब्ल्यू प्रोटोकॉल में दो प्रमुख संशोधन पेश करता है:

1.1.1 हमलावर चेन पहचान

यह प्रोटोकॉल टेम्पोरल सीक्वेंस पैटर्न का विश्लेषण करके संभावित हमलावर चेनों की पहचान करता है। एक सामान्य पूर्वज ब्लॉक ("फोर्क-ब्लॉक") वाली चेनों की तुलना करते समय, एडीईएसएस उन चेनों को दंडित करता है जो फोर्क-ब्लॉक से लगातार ब्लॉकों की न्यूनतम संख्या प्रसारित करने में अंतिम थीं। यह उस व्यवहार पैटर्न का लाभ उठाता है जहां हमलावर सामान या सेवाएं प्राप्त करने के बाद तक अपनी चेन का प्रसारण देरी से करते हैं।

1.1.2 घातीय दंड तंत्र

एक बार हमलावर चेन की पहचान हो जाने पर, एडीईएसएस हमलावर चेन को कैनोनिकल बनाने के लिए तेजी से बढ़ती हुई हैशरेट आवश्यकताएं लागू करता है। इससे सफल हमलों की आर्थिक लागत में नाटकीय रूप से वृद्धि हो जाती है।

2 तकनीकी ढांचा

एडीईएसएस नाकामोटो सहमति प्रोटोकॉल में एक संशोधन के रूप में कार्य करता है, जो पिछड़े संगतता को बनाए रखते हुए डबल-स्पेंड हमलों के खिलाफ सुरक्षा को बढ़ाता है।

2.1 गणितीय आधार

एडीईएसएस दंड तंत्र को गणितीय रूप से इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

$P_A = D_A \times e^{\lambda \times \Delta t}$

जहाँ:

• $P_A$ = हमलावर चेन की प्रभावी दंड-समायोजित कठिनाई
• $D_A$ = हमलावर चेन की वास्तविक माइनिंग कठिनाई
• $\lambda$ = दंड वृद्धि दर पैरामीटर
• $\Delta t$ = चेन प्रसारण के बीच का समय विलंब

एडीईएसएस के तहत डबल-स्पेंड हमले की अपेक्षित लागत बन जाती है:

$E[Cost_{ADESS}] = \int_0^T h(t) \times e^{\lambda t} \times c \, dt$

जहाँ $h(t)$ हैशरेट फ़ंक्शन है और $c$ प्रति यूनिट हैशरेट लागत है।

2.2 प्रोटोकॉल कार्यान्वयन

एडीईएसएस टेम्पोरल विश्लेषण को शामिल करने के लिए चेन चयन एल्गोरिदम को संशोधित करता है। नोड्स ब्लॉक प्रकाशन समय के बारे में अतिरिक्त मेटाडेटा बनाए रखते हैं और चेन पुनर्गठन घटनाओं के दौरान इस जानकारी का उपयोग करते हैं।

3 प्रायोगिक परिणाम

शोधकर्ताओं ने विभिन्न हमले के परिदृश्यों में एडीईएसएस की पारंपरिक पीओडब्ल्यू प्रोटोकॉल के साथ तुलना करने वाले सिमुलेशन आयोजित किए।

3.1.1 हमले की सफलता की संभावना

प्रायोगिक परिणाम दर्शाते हैं कि एडीईएसएस मानक पीओडब्ल्यू प्रोटोकॉल की तुलना में डबल-स्पेंड हमले की सफलता की संभावना को 45-68% तक कम कर देता है, जो नेटवर्क पैरामीटर और हमलावर हैशरेट प्रतिशत पर निर्भर करता है।

3.1.2 आर्थिक लागत विश्लेषण

अध्ययन से पता चलता है कि किसी भी लेन-देन मूल्य के लिए, एडीईएसएस में एक दंड सेटिंग मौजूद है जो डबल-स्पेंड हमलों के अपेक्षित लाभ को नकारात्मक बना देती है, जिससे तर्कसंगत हमलावरों को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है।

3.1 सुरक्षा विश्लेषण

एडीईएसएस ईमानदार प्रतिभागियों के लिए पारंपरिक पीओडब्ल्यू के समान सुरक्षा गारंटी बनाए रखता है, जबकि हमले की लागत में काफी वृद्धि करता है। यह प्रोटोकॉल सबसे प्रभावी होता है जब छोटे ब्लॉक अंतराल के बीच माइनिंग कठिनाई बार-बार समायोजित होती है।

4 कोड कार्यान्वयन

नीचे एडीईएसएस चेन चयन एल्गोरिदम का एक सरलीकृत स्यूडोकोड कार्यान्वयन दिया गया है:

function selectCanonicalChain(chains):
    // पर्याप्त कार्य वाली चेन फ़िल्टर करें
    valid_chains = filter(lambda c: c.total_difficulty > THRESHOLD, chains)
    
    // सामान्य पूर्वज खोजें और समय विलंब की गणना करें
    fork_block = findCommonAncestor(valid_chains)
    time_delays = calculateBroadcastDelays(valid_chains, fork_block)
    
    // एडीईएसएस दंड लागू करें
    for chain in valid_chains:
        if isPotentialAttacker(chain, time_delays):
            penalty = exp(PENALTY_RATE * time_delays[chain])
            chain.effective_difficulty = chain.total_difficulty / penalty
        else:
            chain.effective_difficulty = chain.total_difficulty
    
    // उच्चतम प्रभावी कठिनाई वाली चेन चुनें
    return max(valid_chains, key=lambda c: c.effective_difficulty)

function isPotentialAttacker(chain, delays):
    return delays[chain] > ATTACKER_THRESHOLD

5 मूल विश्लेषण

एडीईएसएस प्रोटोकॉल प्रूफ-ऑफ-वर्क ब्लॉकचेन सुरक्षा में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है, जो बिटकॉइन की स्थापना के बाद से बनी हुई मौलिक कमजोरियों को संबोधित करता है। पारंपरिक दृष्टिकोणों के विपरीत जो केवल संचयी कार्य पर केंद्रित होते हैं, एडीईएसएस सुरक्षा आयाम के रूप में टेम्पोरल विश्लेषण पेश करता है, जिससे एक बहुआयामी रक्षा तंत्र बनता है। यह दृष्टिकोण ब्लॉकचेन सुरक्षा में उभरते रुझानों के साथ संरेखित होता है जो व्यवहारिक अर्थशास्त्र और गेम थ्योरी को शामिल करते हैं, ठीक उसी तरह जैसे एथेरियम के प्रूफ-ऑफ-स्टेक में संक्रमण ने वैलिडेटर व्यवहार के आधार पर स्लैशिंग शर्तें पेश कीं।

एक तकनीकी दृष्टिकोण से, एडीईएसएस का घातीय दंड तंत्र हमलावरों के लिए आर्थिक रूप से तर्कसंगत निरुत्साहन पैदा करता है। गणितीय सूत्रीकरण $P_A = D_A \times e^{\lambda \times \Delta t}$ यह सुनिश्चित करता है कि हमले की लागत समय के साथ सुपर-लीनियर रूप से बढ़ती है, जिससे निरंतर हमले आर्थिक रूप से अव्यवहारिक हो जाते हैं। यह दृष्टिकोण बिटकॉइन की कठिनाई समायोजन एल्गोरिदम के साथ वैचारिक समानता साझा करता है लेकिन घातीय अवधारणा को सुरक्षा पर लागू करता है न कि माइनिंग विनियमन पर।

चेकपॉइंटिंग या अवालांचे सहमति जैसे अन्य डबल-स्पेंड रोकथाम तंत्रों की तुलना में, एडीईएसएस पीओडब्ल्यू की विकेंद्रीकृत प्रकृति को बनाए रखता है जबकि न्यूनतम कम्प्यूटेशनल ओवरहेड जोड़ता है। सिमुलेशन में प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता—जो हमले की सफलता की संभावना में 45-68% की कमी दर्शाती है—व्यावहारिक व्यवहार्यता को प्रदर्शित करती है। हालाँकि, नोड्स के बीच सटीक समय सिंक्रनाइज़ेशन पर निर्भरता कार्यान्वयन चुनौतियाँ पेश करती है जिनके लिए सावधानीपूर्वक नेटवर्क डिजाइन की आवश्यकता होती है, जो बिटकॉइन व्हाइटपेपर में ही चर्चा किए गए टाइमस्टैंप विश्वसनीयता के मुद्दों की याद दिलाती है।

यह शोध व्यापक ब्लॉकचेन सुरक्षा परिदृश्य में यह दर्शाकर योगदान देता है कि प्रभावी होने के लिए प्रोटोकॉल संशोधनों को क्रांतिकारी होने की आवश्यकता नहीं है। जैसा कि साइकलजीएएन पेपर (झू एट अल., 2017) में उल्लेख किया गया है, कभी-कभी सबसे प्रभावशाली नवाचार पूरी तरह से नए दृष्टिकोणों के बजाय मौजूदा अवधारणाओं के रचनात्मक पुनर्संयोजन से आते हैं। एडीईएसएस इस पैटर्न का पालन करता है by टेम्पोरल विश्लेषण को आर्थिक प्रोत्साहनों के साथ एक नए तरीके से जोड़कर जो केवल पीओडब्ल्यू सिस्टम से परे भविष्य के ब्लॉकचेन प्रोटोकॉल डिजाइन को प्रभावित कर सकता है।

6 भविष्य के अनुप्रयोग

एडीईएसएस प्रोटोकॉल के कई आशाजनक भविष्य के अनुप्रयोग और विकास दिशाएँ हैं:

6.1 क्रॉस-चेन सुरक्षा

एडीईएसएस सिद्धांतों को क्रॉस-चेन ब्रिज और इंटरऑपरेबिलिटी प्रोटोकॉल में अनुकूलित किया जा सकता है, जहां टेम्पोरल विश्लेषण ब्रिज हमलों को रोकने और क्रॉस-चेन लेनदेन में परमाणविकता सुनिश्चित करने में मदद कर सकता है।

6.2 हाइब्रिड सहमति तंत्र

प्रूफ-ऑफ-स्टेक और अन्य सहमति एल्गोरिदम के साथ एकीकरण हाइब्रिड सिस्टम बना सकता है जो एडीईएसएस की टेम्पोरल सुरक्षा सुविधाओं का लाभ उठाते हैं जबकि वैकल्पिक सहमति तंत्र की ऊर्जा दक्षता से लाभान्वित होते हैं।

6.3 रीयल-टाइम भुगतान प्रणाली

क्रिप्टोकरेंसी भुगतान प्रोसेसर और एक्सचेंजों के लिए, एडीईएसएस उच्च सुरक्षा गारंटी के साथ तेज लेन-देन अंतिमता सक्षम कर सकता है, जिससे उच्च-मूल्य के लेन-देन के लिए पुष्टि समय कम हो सकता है।

6.4 स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट संवर्द्धन

भविष्य का कार्य एडीईएसएस अवधारणाओं को स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट प्लेटफॉर्म में एकीकृत कर सकता है, जिससे अनुबंधों को टेम्पोरल चेन विशेषताओं के आधार पर गतिशील रूप से सुरक्षा पैरामीटर समायोजित करने की अनुमति मिलती है।

7 संदर्भ

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6. एमआईटी डिजिटल करेंसी इनिशिएटिव (2020). 51% रीऑर्गनाइजेशन ट्रैकर
7. सिंगर, ए. (2019). एथेरियम क्लासिक 51% अटैक्स: ए पोस्ट-मॉर्टम
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