КіСА | Зміст

Том 60 >>> № 4 ЛИПЕНЬ — СЕРПЕНЬ 2024

-->

УДК 621.391:519.2:519.7

Л.В. КОВАЛЬЧУК
Навчально-науковий фізико-технічний інститут Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна; Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, Україна,
lusi.kovalchuk@gmail.com

Н.В. КУЧИНСЬКА
Навчально-науковий фізико-технічний інститут Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна; Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, Україна,
n.kuchinska@gmail.com

М.С. КОНДРАТЕНКО
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, Україна,
nikolay.ns95@gmail.com

ВИЗНАЧЕННЯ КІЛЬКОСТІ БЛОКІВ ПІДТВЕРДЖЕННЯ
У ДВОРІВНЕВОМУ БЛОКЧЕЙНІ З ПРОТОКОЛОМ
КОНСЕНСУСУ PROOF-of-PROOF ЗА РІЗНИХ ТИПІВ
КОНСЕНСУСУ У МЕЙНЧЕЙНІ/САЙДЧЕЙНІ
ДЛЯ ЗАПОБІГАННЯ АТАЦІ ПОДВІЙНОЇ ВИТРАТИ.
І. PoS У МЕЙНЧЕЙНІ ТА PoW У САЙДЧЕЙНІ

Анотація. Розглянуто питання безпечного функціонування дворівневого блокчейну зі складним змішаним протоколом консенсусу Proof-of-Stake в основному блокчейні (мейнчейні) та протоколом Proof-of-Work у другорядному блокчейні (сайдчейні). Дворівневий блокчейн побудовано за принципом протоколу Proof-of-Proof, коли стійкість сайдчейну забезпечена стійкістю мейнчейну через посилання блоків мейнчейну на блоки сайдчейну з використанням спеціальних транзакцій. Ця структура дає змогу швидше створювати блоки у сайдчейні і відповідно швидше обробляти транзакції, не знижуючи стійкості та не збільшуючи обсягу блоку. Такий дворівневий блокчейн є найбільш зручним для створення каскадної системи державних реєстрів, гарантовано захищаючи від підміни та підробки документів. Основний результат роботи — отримання явних аналітичних виразів для оцінки ймовірності атаки подвійної витрати, направленої на сайдчейн у дворівневому блокчейні за умови наявності зловмисника як у сайдчейні, так і у мейнчейні.

Ключові слова: блокчейн, мейнчейн, сайдчейн, криптовалюти, майнінг, протокол консенсусу Proof-of-Proof, атака подвійної витрати.

повний текст

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Nakamoto S. Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system. 2008. URL: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf .

Quigley J.L., Gilbert J. What is Proof-of-Work (PoW)? All you need to know. URL: https://blockworks.co/news/what-is-proof-of-work .

Chirag. A guide to understand blockchain consensus algorithms. 2021. URL: https://appinventiv.com/ blog/blockchain-consensus-algorithms-guide/ .

Akunne P. A guide to blockchain consensus protocols. 2021. URL: https://blog.logrocket.com/ guide-blockchain-consensus-protocols/.

Fwol J., Malanii O., Ciattaglia L. Consensus mechanisms in blockchain: A deep dive into the different types. 2023. URL: https://hacken.io/discover/consensus-mechanisms/.

Xiao Y., Zhang N., Lou W. Hou Y.T. A survey of distributed consensus protocols for blockchain networks. IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2020. Vol. 22, N 2. P. 1432–1465. doi.org/10.1109/COMST.2020.2969706.

Sankar L.S., Sindhu M., Sethumadhavan M. Survey of consensus protocols on blockchain applications. 2017 4th International Conference on Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS). Coimbatore, India, 2017. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/ICACCS.2017.8014672.

Guru A., Mohanta B.K., Mohapatra H., Al-Turjman F., Altrjman C., Yadav A. A survey on consensus protocols and attacks on blockchain technology. Appl. Sci. 2023. Vol. 13, N 4. 2604. doi.org/10.3390/app13042604.

Zhang S., Lee, J.-H., Analysis of the main consensus protocols of blockchain. ICT Express. 2020. Vol. 6, Iss. 2. P. 93–97. https://doi.org/10.1016/j.icte.2019.08.001.

Proof-of-Proof and veriblock blockchain protocol consensus algorithm and economic incentivization specifications. VeriBlock, Inc. URL: https://mirror1.veriblock.org/Proof-of-Proof_and_VeriBlock_Blockchain_Protocol_Consensus_Algorithm_and_Economic_Incentivization_ v1.0.pdf .

Saleh F., Blockchain without waste: Proof-of-Stake. The Review of Financial Studies. 2021. Vol. 34, Iss. 3. P. 1156–1190, https://doi.org/10.1093/rfs/hhaa075

Sanchez M., Fisher J. Proof-of-Proof: A decentralized, trustless, transparent, and scalable means of inheriting Proof-of-Work security. VeriBlock, Inc. https://raw.githubusercontent.com/cedricwalter/ blockchain-consensus/master/whitepaper/PoP-Whitepaper.pdf .

Кондратенко М.С. Використання технології блокчейну при побудові ієрархічної структури на множині державних реєстрів для захисту від підробки інформації. Електрон. моделювання. 2023. Т. 45, № 3. C. 43–56. https://doi.org/10.15407/emodel.45.03.043.

Kovalchuk L., Kostanda V., Marukhnenko O., Pozhylenkov O. Achieving security in Proof-of-Proof protocol with non-zero synchronization time. Mathematics. 2022. Vol. 10, Iss. 14. 2422. https://doi.org/10.3390/math10142422

Кондратенко М.С. Визначення кількості блоків підтвердження у блокчейні, в якому розміщено реєстр другого рівня у випадку, коли в обох блокчейнах використовується протокол консенсусу POS. Зб. матеріалів XLІ Науково-технічної конференції молодих вчених та спеціалістів Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України (м. Київ, 17 травня 2023), Київ: ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова НАН України, 2023. С. 188–190. URL: https://ipme.kiev.ua/wp-content/uploads/2023/05/Матеріали-конференції-2023.pdf .

Buser M., Dowsley R., Esgin M.F. et al. Post-quantum verifiable random function from symmetric primitives in PoS blockchain. In: Atluri V., Di Pietro R., Jensen C.D., Meng W. (Eds.). Computer Security — ESORICS 2022. ESORICS 2022. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 13554. Cham: Springer, 2022. P. 25–45. doi.org/10.1007/978-3-031-17140-6_2.

Kiayias A., Russell A., David B., Oliynykov R. Ouroboros: A provably secure Proof-of-Stake blockchain protocol. In: Katz J., Shacham H. (Eds.) Advances in Cryptology — CRYPTO 2017. CRYPTO 2017. Lecture Notes in Computer Science. Vol 10401. Cham: Springer, 2017. P. 357–388. doi.org/10.1007/978-3-319-63688-7_12.

Grunspan C., PБrez-Marco R., Double spend races. arXiv:1702.02867v3 [cs.CR], 6 May 2020. doi.org/10.48550/arXiv.1702.02867

Kovalchuk L., Kaidalov D., Nastenko A., Rodinko M., Shevtsov O., Oliynykov R. Decreasing security threshold against double spend attack in networks with slow synchronization. Computer Communications. 2020. Vol. 154. P. 75–81. doi.org/10.1016/j.comcom.2020.01.079.

Kovalchuk L., Rodinko M., Oliynykov R., Kaidalov D., Nastenko A. Probability of double spend attack for network with non-zero time delay. Publ. Math. Debrecen. 2022. Suppl. 100. P. 597–615. doi.org/10.5486/pmd.2022.suppl.4.

Karpinski M., Kovalchuk L., Kochan R., Oliynykov R., Rodinko M., Wieclaw L. Blockchain technologies: Probability of double-spend attack on a Proof-of-Stake consensus. Sensors. 2021. Vol 21, Iss. 19. 6408. doi.org/10.3390/s21196408.