Algorithmu Bora ya Uchimbaji wa Sarafu za Kidijitali kwa Vifaa vya IoT

Yaliyomo

Majukwaa 4 Yaliyojaribiwa

Kompyuta Binafsi, ESP32, Kielelezo, PSP

Hifadhi ya Blockchain Sifuri

Haitaji upakuaji wa blockchain wa ndani

Utekelezaji Unaobebeka

Hufanya kazi kwenye kifaa chochote kilichounganishwa na mtandao

1. Utangulizi

Dhana ya sarafu ya kidijitali isiyo na kituo cha kati iliyoanzishwa na Satoshi Nakamoto mwaka wa 2008 ilibadilisha mfumo wa kifedha kupitia teknolojia ya blockchain. Bitcoin, kama sarafu ya kidijitali ya kwanza kabisa, inatumia utaratibu wa makubaliano wa uthibitisho-wa-kazi unaohitaji rasilimali kubwa za kompyuta kwa shughuli za uchimbaji. Uchimbaji wa kitamaduni unahusisha kupakua na kuunganisha data ya blockchain ya mamia ya gigabaiti, na kufanya iwe isiwezekani kwa vifaa vya Internet of Things (IoT) vilivyo na uwezo mdogo wa kuhifadhi na usindikaji.

Utafiti huu unashughulikia changamoto ya msingi ya kutekeleza uchimbaji wa sarafu za kidijitali kwenye vifaa vya IoT vilivyo na uhaba wa rasilimali kwa kuunda algorithmu bora, inayobebeka ambayo huondoa hitaji la kuhifadhi blockchain ya ndani kupitia ujumuishaji wa Itifaki ya Stratum.

2. Motisha

Ukuaji mkubwa wa matumizi ya sarafu za kidijitali, na zaidi ya 10% ya Wamarekani kuwekeza katika sarafu za kidijitali hivi karibuni, huunda fursa zisizo na kifani kwa mitandao ya uchimbaji iliyosambazwa. Hata hivyo, utekelezaji wa sasa wa uchimbaji bado haupatikani kwa mabilioni ya vifaa vya IoT ulimwenguni kote kwa sababu ya vikwazo vya kompyuta na kuhifadhi.

Motisha ya utafiti inatokana na hitaji la kuleta uchimbaji wa sarafu za kidijitali kwa watu wote na kutumia mtandao mkubwa wa vifaa vya IoT visivyotumiwa vyema, na kuunda miradi mpya ya kiuchumi kwa wamiliki wa vifaa huku ikiimarisha utawala-wenyewe wa mtandao wa blockchain.

3. Utekelezaji wa Kiufundi

3.1 Ujumuishaji wa Itifaki ya Stratum

Algorithmu inatumia itifaki ya uchimbaji ya Stratum kuunganisha vifaa vya IoT kwenye maji ya uchimbaji bila kuhitaji kuhifadhi blockchain ya ndani. Njia hii huondoa kikwazo kikuu cha kushiriki kwa IoT katika uchimbaji wa sarafu za kidijitali kwa kupeleka uthibitishaji wa kuzuia kwa seva za maji huku vifaa vikilenga tu hesabu ya hash.

3.2 Uboreshaji wa SHA-256

Utekelezaji huu una kazi ya hash ya kriptografia ya SHA-256 iliyoboreshwa iliyoundwa mahsusi kwa mifumo iliyowekwa ambayo haina maktaba za kawaida za C. Msingi wa kihisabati unahusisha hesabu ya hash mara mbili ya SHA-256:

$H = SHA256(SHA256(toleo + hash_ya_nyuma + mzizi_wa_merkle + muhuri_wa_saa + bits + nonce))$

Ambapo hali ya lengo inahitaji $H < lengo$, na ugumu wa lengo unarekebishwa kwa nguvu na jikwaa la uchimbaji. Uboreshaji unalenga hesabu yenye ufanisi wa kumbukumbu na kupunguza mizunguko ya maagizo inayofaa kwa vidhibiti vidogo.

4. Matokeo ya Majaribio

Algorithmu ilijaribiwa kwenye majukwaa manne tofauti yakionyesha uwezo wa kubebeka wa kushangaza:

Kompyuta Binafsi x64: Utafiti wa msingi na maktaba za kawaida za SHA-256
ESP32: Kifaa cha kisasa cha IoT kinachoonyesha uwezo wa uchimbaji unaowezekana
Kielelezo cha PSP: Uthibitisho wa usawa wa kuvuka majukwaa
PlayStation Portable: Kifaa cha zamani kilichowekwa kinachothibitisha uwezekano wa dhana

Matokeo yanaonyesha kuwa hata vifaa vya nguvu ndogo kama ESP32 na vifaa vilivyopitwa na wakati kama PSP vinaweza kushiriki kwa mafanikio katika maji ya uchimbaji ya Bitcoin, na kufikia viwango vya hash vinavyoweza kupimika huku vikiweka matumizi ya nguvu kwa kiwango cha chini.

Kulinganisha Utafiti Katika Majukwaa Yote

Usanidi wa majaribio ulipima kiwango cha hash, matumizi ya nguvu, na uthabiti wa muunganisho katika majukwaa yote. ESP32 ilionyesha matokeo mazuri hasa na shughuli za uchimbaji zinazoendelea huku ikiweka alama ya chini ya nishati.

5. Mfumo wa Uchambuzi

Ufahamu Msingi

Utafiti huu unapinga kimsingi dhana iliyoko kwamba uchimbaji wa sarafu za kidijitali unahitaji vifaa maalum vya nguvu kubwa. Uthibitisho wa uchimbaji unaofanya kazi kwenye PlayStation Portable ya miaka kumi iliyopita ni ya kugeuza kabisa—inathibitisha kuwa vizuizi vya kuingia ni programu hasa, sio vifaa.

Mfuatano wa Mantiki

Utekelezaji huu unapita vikwazo vya IoT kwa ustadi kupitia utambulisho wa Itifaki ya Stratum. Kwa kutenganisha uthibitishaji wa blockchain wenye kuchosha kompyuta na hesabu ya hash, waandishi wanawezesha hata vifaa vilivyozuiwa zaidi kuchangia kwa maana kwa usalama wa mtandao. Uamuzi huu wa usanifu unafanana na kanuni za usambazaji wa kompyuta zilizonekana katika miradi kama SETI@home, lakini inatumika kwa makubaliano ya blockchain.

Nguvu na Mapungufu

Nguvu: Njia isiyoegemea jukwaa imefanyika kwa ustadi, na utekelezaji wa PSP unavutia hasa kwa kuzingatia vifaa vyake vya enzi ya 2004. Kuondolewa kwa mahitaji ya kuhifadhi blockchain kunashughulikia kikwazo kikubwa cha IoT. Upataji wa chanzo wazi unaihakikisha uwezo wa kurudiwa—jambo muhimu ambalo mara nyingi halipo katika utafiti wa blockchain.

Mapungufu: Uwezo wa kiuchumi bado una shaka. Ingawa unawezekana kiufundi, viwango vya hash vinavyoweza kufikiwa kwenye vifaa vya IoT huenda visithibitishe gharama za nishati, haswa kwa kuzingatia ugumu unaoongezeka wa Bitcoin. Karatasi pia haitoi umuhimu wa mahitaji ya upana wa bendi ya mtandao kwa mawasiliano ya Stratum endelevu, ambayo inaweza kuwa na shida katika mazingira duni ya IoT.

Ufahamu Unaotumika

Makampuni yanapaswa kuchunguza njia hii ya kutumia miundombinu iliyopo ya IoT kwa uthibitishaji wa blockchain badala ya uchimbaji tu. Thamani halisi inaweza kuwa katika kurekebisha njia hii kwa matumizi ya blockchain ya biashara ambapo vifaa vya IoT hutumika kama wathibitishaji wepesi. Watengenezaji wanapaswa kufikiria kujenga uwezo wa uchimbaji moja kwa moja kwenye chipsets za kizazi kijacho za IoT, na kuunda miradi mpya kabisa ya mapato kwa wamiliki wa vifaa.

Mfano wa Mfumo wa Uchambuzi

Kesi: Tathmini ya Ufanisi wa Uchimbaji

Mfumo huu unatathmini uwezekano wa uchimbaji kupitia vipimo vitatu muhimu:

Msongamano wa Hesabu: Shughuli za hash kwa joule moja ya nishati
Ufanisi wa Mtandao: Mzigo wa ziada wa Itifaki ya Stratum dhidi ya mzigo wa hesabu
Kizingiti cha Kiuchumi: Kiwango cha chini cha hash kinachohitajika kwa faida

Njia hii iliyopangwa inawezesha kulinganisha kwa utaratibu katika majukwaa tofauti ya vifaa na algorithmu za uchimbaji.

6. Matumizi ya Baadaye

Utafiti huu unafungua mwelekeo kadhaa mazuri ya maendeleo ya baadaye:

Ujumuishaji wa Hesabu ya Ukingoni: Kuunganisha uchimbaji wa IoT na mizigo ya kazi ya hesabu ya ukingo kwa utumizi bora wa rasilimali
Uchimbaji Unaojali Nishati: Ukali wa uchimbaji unaobadilika kulingana na upatikanaji wa nishati mbadala
Wateja Wekundu wa Blockchain: Kupanua njia hii kusaidia uthibitishaji mwepesi wa blockchain zaidi ya uchimbaji
Usaidizi wa Sarafu Nyingi: Kurekebisha algorithmu kwa sarafu mbadala za kidijitali za uthibitisho-wa-kazi zilizo na kazi tofauti za hash

Muunganiko wa teknolojia za IoT na blockchain huunda fursa za mitandao ya vifaa isiyo na kituo cha kati ambapo vifaa vinaweza kupata sarafu za kidijitali kupitia huduma mbalimbali zaidi ya uchimbaji tu, ikiwemo uthibitishaji wa data, mchango wa kuhifadhi, na uelekezaji wa mtandao.

7. Marejeo

Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
Antonopoulos, A. M. (2017). Mastering Bitcoin: Programming the Open Blockchain
CoinMarketCap. (2022). Cryptocurrency Market Capitalizations
Pew Research Center. (2021). Cryptocurrency Use and Investment Statistics
Zhu, L., et al. (2021). Lightweight Blockchain for IoT Applications. IEEE Internet of Things Journal
Gervais, A., et al. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains

Uchambuzi Muhimu: Mabadiliko ya Mfumo wa Uchimbaji wa IoT

Utafiti huu unawakilisha mabadiliko ya mfumo katika usanifu wa uchimbaji wa sarafu za kidijitali, na kupinga hali inayotawaliwa na ASIC kwa kuonyesha kuwa karibu kifaa chochote kilichounganishwa na intaneti kinaweza kushiriki katika makubaliano ya blockchain. Mafanikio ya kiufundi hayako katika utendaji halisi—ambapo vifaa maalum vitadumu kutawala—bali katika uvumbuzi wa usanifu ambao unafafanua upya mipaka ya ushiriki.

Utekelezaji wa Itifaki ya Stratum unastahili umakini hasa kwa ustadi wake katika kutatua tatizo la kizuizi cha kuhifadhi. Kwa kutumia itifaki ile ile inayotumika na shughuli za uchimbaji za viwanda, waandishi wanahakikisha usawa huku wakibuni katika utekelezaji wa mteja. Njia hii inalinganisha na itifaki mbadala nyepesi za blockchain kama zile zilizopendekezwa katika utafiti wa CycleGAN kwa usindikaji bora wa data, na kuonyesha jinsi itifaki zilizowekwa zinaweza kutumiwa tena kwa matumizi mapya.

Hata hivyo, uchambuzi wa kiuchumi bado ndio suala kubwa. Ingawa uwezekano wa kiufundi umeonyeshwa kwa kushawishi, hesabu ya faida kwa vifaa vya IoT binafsi inaonekana kuwa na changamoto kutokana na kiwango cha sasa cha ugumu wa Bitcoin. Fursa halisi inaweza kuwa katika sarafu mbadala za kidijitali zilizo na ugumu mdogo au katika matumizi yasiyo ya kifedha ya teknolojia ya msingi kwa makubaliano yaliyosambazwa katika mitandao ya IoT.

Utafiti huu unafanana na mienendo mikubwa katika hesabu ya ukingoni na mifumo iliyosambazwa, na inakumbusha kazi ya msingi kutoka kwa taasisi kama Media Lab ya MIT juu ya kutumia rasilimali za hesabu za pamoja. Utekelezaji kwenye vifaa vya zamani kama PSP ulinivutia hasa—unaonyesha usawa wa nyuma ambao unaweza ukaweka uhai mpya wa kiuchumi kwenye elektroniki zilizopitwa na wakati, na kuunda thamani isiyotarajiwa kutoka kwa teknolojia iliyotupwa.

Kwa kuangalia mbele, matumizi yenye ahadi zaidi yanaweza kuwa katika utekelezaji wa blockchain ya biashara ambapo uchambuzi wa gharama na faida unatofautiana na uchimbaji wa sarafu za kidijitali za umma. Vifaa vya IoT vinaweza kutumika kama wathibitishaji waliosambazwa kwa blockchain binafsi, na algorithmu ya uchimbaji ikirekebishwa kwa utaratibu wa makubaliano ya Uvumilivu wa Makosa ya Byzantine ambao unafaa zaidi mahitaji ya biashara.