Figur 1. Visualisering av ett blockchain-nätverk. Kredit:OpenStreetMap-bidragsgivare
Kazuyuki Shudo, hans kollegor, och Cybersecurity Research Center vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) utvecklade en offentlig blockkedjesimulator kallad "SimBlock" för användning vid testning av blockkedjeprestanda och säkerhet. Programvaran kan köras på en enda dator. Den är nu allmänt tillgänglig som öppen källkod.
SimBlock tillåter en användare att simulera ett blockchain-nätverk som består av ett stort antal noder (servrar), och modifiera beteendet hos noderna för att testa effekter på prestanda och säkerhet. Användare kan simulera effekten av ändringar i en befintlig blockkedja, som Bitcoin, eller till en blockkedja av egen design.
Blockchain implementerades först för kryptovaluta, fungerar som grunden för Bitcoin-nätverket, som började fungera 2009. Men nu hittas andra potentiella tillämpningar inom områden som resurs- och rättighetshantering, produkt (t.ex. livsmedel) spårbarhet, röstning, och affärsprocessautomation.
Dessa dagar, ett antal konferenser om blockchain-teknik hålls, inklusive IEEE ICBC, CryBlock, och IEEE Blockchain. Men trots aktiviteten på fältet, det har varit nästan omöjligt att testa förbättringar på ett verkligt blockchain-nätverk. Ett sådant experiment kräver uppdatering av programvaran för alla noder, vilket inte är praktiskt för ett fungerande nätverk på grund av risken att orsaka störningar. Även i fall där en blockchain har ett problem som behöver åtgärdas, att testa fixen kan vara svårt, eftersom det kan bryta något annat.
En blockchain-simulator som heter SimBlock
Shudo och kollegor utvecklade SimBlock, som kan simulera ett beteende på cirka 10, 000 noder på Internet med en vanlig PC. Mjukvaran, som gjordes till öppen källkod i juli 2018, tillåter ingenjörer att testa förbättringar på en befintlig eller original blockchain, eller till och med simulera skadliga noder och mäta attackens framgångsfrekvens, tillämpa sedan motåtgärder för att testa dess effekter.
Demonstrerar SimBlock på IEEE ICBC 2019 Kredit:Kazuyuki Shudo
SimBlock kan för närvarande simulera parametrarna för Bitcoin, Litecoin, och Dogecoin, speglar blockchain-nätverksstorlek, blockgenereringsintervall, och kommunikationshastighet över internet. Användare kan se vad förändringar av nodens beteende gör med ett blockkedjenätverk genom att modifiera Java-koden i SimBlock. Det är också möjligt att ändra parametrar för blockchain och kommunikationshastighet.
SimBlock har även en visualizer som visar kommunikation mellan noder och blockhöjd animerad på en världskarta. En demonstration av visualizern finns tillgänglig på denna webbsida.
Demonstration av visualizer:Bitcoin-nätverk (nedskalad till 600 noder)
Forskargruppen gav en demonstration av SimBlock vid IEEE ICBC 2019 som hölls i Seoul, drar till sig mycket uppmärksamhet från deltagarna (Figur 2).
Applikationsexempel
Teammedlemmarna använde också SimBlock i sina andra studier. Följande är sådana forskningsämnen för att förbättra prestandan för blockkedjor.
Figur 3 Val av närhetsgrann och Figur 4 Effektmätning av ett relänätverk. Kredit:Proc. IEEE Blockchain 2019 för Fig 3 och Proc. AINTEC 2019 för Fig 4.
Figur 3 visar effekten av att tillämpa en teknik som kallas närhetsgrannval, där varje nod ansluter till sina nära noder i nätverket. Detta resulterar i minskad tid för block att spridas över nätverket. Minskningen av spridningstiden leder till förbättring av säkerheten. Det leder också till förbättring av transaktionsprocessens prestanda utan att offra säkerheten.
Figur 4 illustrerar fördelen med noder som använder ett relänätverk[c, 4]. Genom att använda ett relänätverk, en nod kan dramatiskt sänka sannolikheten för att ett block som den genererade blir ett föräldralöst block[d]. Det betyder att en nod kan öka sina intäkter genom att använda relänätverket eftersom ett sådant föräldralöst block inte ger mining belöning till noden som genererade det föräldralösa blocket.
En nod som använder ett relänätverk kan snabbt ta emot ett nygenererat block. Det verkar som att mining[e] framgångsfrekvensen för noden ökar på grund av det snabba kvittot. Dock, använder SimBlock, forskargruppen noterade ingen uppenbar ökning. Å andra sidan, forskargruppen fann en annan fördel med relänätverk. En nod skulle kunna minska sannolikheten för att ett block som den genererade blir ett föräldralöst block. Ett relänätverk sänker naturligtvis föräldralösa blockeringshastigheten för hela blockkedjenätverket och det har tidigare påpekats. Forskargruppen fann att noder drar mycket nytta av ett relänätverk även om förhållandet mellan noder som använder relänätverket är mycket lågt (t.ex. 1 %).
Forskargruppen kommer att fortsätta arbeta med prestandaförbättring av blockkedjor med SimBlock. De började också arbeta med säkerhetsstudier genom att simulera attacker mot en blockkedja och motåtgärder. Pågående och planerade förbättringar för SimBlock inkluderar stöd för andra blockkedjor som Ethereum, ytterligare uppdatering av Internetparametrar såsom kommunikationshastighet, och stöd för nyare kommunikationsprotokoll som Compact Block Relay.
Teamet tror starkt på att ingenjörs- och forskningsgemenskaper kan dra nytta av SimBlock och dess bidrag till blockkedjeteknologin och vårt samhälle som stöds av tekniken.
