КіСА | Зміст

Том 62 >>> № 2 БЕРЕЗЕНЬ — КВІТЕНЬ 2026

-->

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

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 АТАКИ
ПОДВІЙНОЇ ВИТРАТИ.
ІІ. PoW У МЕЙНЧЕЙНІ ТА PoS У САЙДЧЕЙНІ

Анотація. У роботі розглянуто питання безпечного функціонування дворівневого блокчейну зі складним змішаним протоколом консенсусу — Proof-of-Work в основному блокчейні (мейнчейні) та Proof-of-Stake в другорядному блокчейні (сайдчейні). Принцип побудови такого блокчейну базується на протоколі Proof-of-Proof, коли стійкий блокчейн (мейнчейн) використовується для забезпечення стійкості сайдчейну шляхом посилання блоків мейнчейну на блоки сайдчейну з використанням спеціальних транзакцій. Така структура дозволяє швидше випускати блоки у сайдчейні і відповідно швидше обробляти транзакції без зниження стійкості та без збільшення об’єму блоку. У свою чергу, такий дворівневий блокчейн становить найбільший інтерес для створення каскадної системи державних реєстрів, яка буде гарантовано захищена від підміни та підробки документів. Основним результатом роботи є отримання явних аналітичних виразів для оцінювання ймовірності атаки подвійної витрати на сайдчейни у такому дворівневому блокчейні, за умови наявності зловмисника як у сайдчейні, так і у мейнчейні. За отриманими формулами можна визначити необхідну кількість блоків підтвердження у сайдчейні, що гарантують стійкість до вказаної атаки з імовірністю, не меншою за задану.

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

повний текст

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Kovalchuk L.V., Kuchynska N.V., Kondratenko M.S. Determining the number of confirmation blocks in a two-level blockchain with Proof-of-Proof consensus protocol for different consensus types in mainchain / sidechain to prevent double spend attack. I. PoS in mainchain PoW in sidechain. Cybern. Syst. Anal. 2024. Vol. 61, N 4. P. 646–655. https://doi.org/10.1007/s10559-024-00703-5.
2. Zhang H., Wu J., Liu Y., Yu J. VaryBlock: A novel approach for object detection in remote sensed images. Sensors. 2019. Vol. 19. P. 5284. https://doi.org/10.3390/s19235284.
3. Lashkari B., Musilek P. A comprehensive review of blockchain consensus mechanisms. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 43620–43652. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 350031088_A_Comprehensives_Review_of _Blockchain_Consensus_Mechanisms.
4. Arbitrum chains overview. Arbitrum.io. URL: https://docs.arbitrum.io/build-decentralized-apps/public-chains (date of access: 18.06.2025).
5. Optimizm overview. Mintingm.com. URL: https://mintingm.com/research/optimism-layer-2-blockchain/.
6. Polygon technology. URL: https://polygon.technology/.
7. Gai F., Niu J., Jalalzai M., Tabatabaee S., Feng C. A secure sidechain for decentralized trading in internet of things. IEEE Internet of Things Journal. 2024. Vol. 11, N 3. P. 4029–4046.1. https://doi.org/10.1109/JIOT.2023.3300051.
8. Deng Z., Li T., Tang C., He D., Zheng Z. PSSC: Practical and secure sidechain construction for heterogeneous blockchains orienting IoT. IEEE Internet of Things Journal. 1 Feb.1, 2024. Vol. 11, N 3. P. 4600–4613. https://doi.org/10.1109/JIOT.2023.3302291.
9. Yin L., Xu J., Liang K.. Zhang Z. Sidechains with optimally succinct proof. IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing. July–Aug. 2024. Vol. 21, N 4. P. 3375–3389. https://doi.org/10.1109/TDSC.2023.3328430.
10. Dibya D.K., Mohan M. Sidechain: A scalable blockchain. International Conference on Applied Artificial Intelligence and Computing (ICAAIC). Salem, India, 2022. P. 1337–1342. https://doi.org/10.1109/ICAAIC53929.2022.9793041.
11. Nakamoto S. A peer-to-peer electronic cash system, 2008. URL: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf.
12. Kovalchuk L., Kostanda V., Marukhnenko O., Pozhylenkov O. Achieving security in Proof-of-Proof protocol with non-zero synchronization time. Mathematics. 2022. Vol. 10, N 14. https://doi.org/10.3390/math10142422.
13. 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.
14. Kondratenko M. Determining the number of confirmation blocks in the blockchain that hosts the second-level registry in the case that both blockchains use the PoS-consensus protocol. Collection of materials of the XLІ Scientific and technical conference of young scientists and specialists of G.E. Pukhov Institute for Modelling in Energy Engineering of National Academy of Sciences of Ukraine/PIMEE of NAS of Ukraine, 2023. P. 188–190. URL: https:// ipme.kiev.ua/wp-content/uploads/2023/05/Матеріали-конференції-2023.pdf.
15. Kiayias A., Russell A., David B., Oliynykov R. Ouroboros: A provably secure Proof-of-Stake blockchain protocol. Lecture Notes in Comp. Sci. 2017. Vol. 10401. https://doi.org/10.1007/978-3-319-63688-7_12.
16. Kovalchuk L., Rodinko M., Oliynykov R., Kaidalov D., Nastenko A. Probability of double spend attack for network with non-zero time delay. 2022. Vol. 100, Iss. Supplementum. P. 597–615. https://doi.org/10.5486/pmd.2022.suppl.4.
17. 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. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2020.01.079.
18. Grunspan C., Perez-Marco R. Double spend races. International journal of theoretical and applied finance. 2018. Vol. 21, N 8. 1850053. https://doi.org/10.48550/arXiv.1702.02867.