Komponenty doktorského studia: Technologie Blockchain

Tento článek byl poprvé publikován na blogu Dr. Craiga Wrighta a se svolením autora jsme jej znovu publikovali.

S1 – Provozní definice

Při studiu škálovatelnosti v blockchainu je nezbytné stanovit jasné provozní definice, aby bylo zajištěno konzistentní a přesné měření relevantních faktorů. Přesto Walch (2017) tvrdí, že problémy způsobené tekutým a sporným jazykem obklopujícím technologii blockchain mohou vést k problémům. Konkrétněji se tvrdí, že terminologie používaná v blockchainovém ekosystému je často nepřesná, překrývající se a nekonzistentní. Kromě toho se různé termíny používají zaměnitelně, což přispívá ke zmatku.

Tato studie bude argumentovat, že tato jazyková bariéra ztěžuje regulačním orgánům přesné pochopení a posouzení technologie, což může vést k chybným rozhodnutím a nejednotné regulaci napříč jurisdikcemi. Vývojáři a další lidé v blockchainovém průmyslu se navíc neustále zapojují do činností, které nadhodnocují výhody a zároveň podceňují riziko. Jak Walch (2020) zdůrazňuje v pozdějším článku, nejasný slovník kolem technologie blockchain může zastáncům této technologie usnadnit zveličování jejích schopností a výhod a zároveň bagatelizovat potenciální rizika a nevýhody. Tato situace je umocněna interdisciplinární povahou technologie blockchain, kvůli které mohou regulační orgány váhat se zpochybněním tvrzení průmyslu kvůli jejich nedostatku odborných znalostí.

Zavádějící výrazy, jako je „úplný uzel“, by mohly přispět k nedorozuměním a mylným představám o fungování a schopnostech uzlů v rámci blockchainové sítě. Proto bude nezbytné tyto pojmy a definice v rámci příspěvku definovat. Abychom těmto pojmům porozuměli, je nutné předložit některé provozní definice, které je třeba zvážit:

1. Transakční propustnost: Jedná se o počet transakcí, které blockchainová síť zpracuje v daném časovém rámci. Pro přesné měření škálovatelnosti sítě je nezbytné definovat konkrétní jednotku času (např. transakce za sekundu, transakce za minutu).
2. Čas potvrzení: Představuje čas, za který je transakce potvrzena a přidána do blockchainu. Tato definice by měla zahrnovat, zda se týká času potřebného k tomu, aby byla transakce zahrnuta do bloku, nebo času, kdy je na blok obsahující transakci přidán určitý počet bloků.
3. Velikost bloku: Definuje maximální povolenou velikost bloku v blockchainu. To lze měřit v bytech nebo jiných relevantních jednotkách. Velikost bloku hraje klíčovou roli při určování škálovatelnosti sítě, protože ovlivňuje počet transakcí, které lze zahrnout do každého bloku.
4. Latence sítě: Toto se týká časového zpoždění, ke kterému dochází při šíření informací přes blockchainovou síť. Latence sítě může ovlivnit celkový výkon a škálovatelnost sítě; proto by měla být definována a měřena konzistentně.
5. Počet uzlů: Představuje celkový počet aktivních uzlů účastnících se blockchainové sítě. Počet uzlů může významně ovlivnit škálovatelnost sítě a definování přesných kritérií pro určení aktivních uzlů je zásadní.
6. Mechanismus konsenzu: Vztahuje se ke specifickému algoritmu nebo protokolu používanému blockchainovou sítí k dosažení konsenzu mezi uzly. Mechanismus konsenzu může ovlivnit škálovatelnost a jeho provozní definice by měla obsahovat podrobnosti o konkrétním použitém algoritmu a všech souvisejících parametrech.
7. Computational Power: Definuje schopnosti zpracování jednotlivých uzlů v blockchainové síti. Výpočetní výkon může ovlivnit rychlost, jakou jsou transakce ověřovány a přidávány do blockchainu. Operační definice by proto měla zahrnovat konkrétní metriku používanou k měření výpočetního výkonu, jako je hash rate nebo rychlost zpracování.
8. Metrika škálovatelnosti: Zahrnuje konkrétní metriku nebo kritéria používaná k vyhodnocení škálovatelnosti blockchainové sítě. Může to být propustnost transakcí, doba potvrzení nebo jakýkoli jiný měřitelný faktor určující schopnost sítě zvládnout zvýšený objem transakcí.

Uzly

V informatice je uzel základním pojmem v různých datových strukturách a síťových systémech (Trifa & Khemakhem, 2014). Konkrétní definice uzlu se může lišit v závislosti na kontextu, ale obecně se uzel týká jednotlivého prvku nebo objektu v rámci větší struktury nebo sítě. Mezi definicí termínu, jako je uzel, jak se používá v rozšířeném jazyce, a konkrétním oborem, jako je blockchain, existují významné překryvy. Zde je několik standardních definic uzlů v různých doménách informatiky:

1. Datové struktury: V datových strukturách, jako jsou propojené seznamy, stromy nebo grafy, představuje uzel individuální prvek nebo jednotku dat v rámci struktury. Každý uzel obvykle obsahuje hodnotu nebo datové užitečné zatížení a jeden nebo více odkazů nebo ukazatelů na jiné uzly ve struktuře. Uzly jsou vzájemně propojeny, aby vytvořily základní strukturu, což umožňuje efektivní ukládání dat a manipulaci s nimi.
2. Sítě: V sítích označuje uzel jakékoli zařízení nebo entitu, která může odesílat, přijímat nebo předávat data přes síť. To může zahrnovat počítače, servery, směrovače, přepínače nebo jakékoli jiné síťové zařízení. Každý uzel v síti má jedinečnou adresu nebo identifikátor a hraje roli při přenosu a směrování datových paketů v rámci sítě.
3. Teorie grafů: V teorii grafů představuje uzel (nazývaný také vrchol) samostatný objekt nebo entitu v grafu. Graf se skládá ze sady uzlů a hran, které spojují dvojice uzlů. Uzly mohou představovat různé entity, jako jsou jednotlivci, města nebo webové stránky, zatímco hrany označují vztahy nebo spojení mezi uzly.
4. Distribuované systémy: V distribuovaných systémech uzel označuje výpočetní zařízení nebo server, který se účastní distribuované sítě nebo systému. Každý uzel má obvykle své schopnosti zpracování, úložiště a komunikační schopnosti. Uzly vzájemně spolupracují a komunikují při provádění úkolů, sdílení dat a poskytování služeb decentralizovaným způsobem.

Je důležité si uvědomit, že přesná definice a charakteristiky uzlu se mohou lišit v závislosti na konkrétní aplikaci nebo systému, o kterém se diskutuje. Nicméně koncept uzlu slouží jako základní stavební kámen v informatice, umožňuje reprezentaci dat, organizaci a manipulaci a usnadňuje komunikaci a koordinaci v rámci sítí a distribuovaných systémů.

Část 5 bitcoinového whitepaperu nazvaná „Síť“ poskytuje pohled na provozní definice uzlů v bitcoinové síti. Zde jsou kritické popisy, které je třeba vzít v úvahu při studiu uzlů v blockchainové síti, zejména s odkazem na koncepty popsané v bitcoinovém whitepaperu (Wright, 2008):

1. Archivní uzly: Archivní uzly jsou počítače nebo zařízení, které udržují kompletní kopii celého blockchainu. Tyto uzly neověřují a neověřují transakce a bloky. I když byly nepravdivě označovány jako „úplný uzel“, jedinou činností, do které se zapojují, je ukládání a šíření omezené podmnožiny transakční historie. V bitcoinové síti jsou archivní uzly podporovány jako udržující integritu blockchainu a účastnící se mechanismu konsenzu. Jediné uzly, které ověřují a ověřují transakce, jsou však ty, které jsou definovány v části 5 Bílé knihy, nazývané také těžební uzly.
2. Těžební uzly: Těžební uzly jsou jediným systémem, který lze správně nazvat úplným uzlem, protože se zapojují do procesu těžby, kde soutěží o vyřešení výpočetně náročných hádanek o přidání nových bloků do blockchainu. Těžební uzly ověřují transakce a vytvářejí nové bloky obsahující ověřené transakce. Přispívají výpočetním výkonem do sítě a jsou zodpovědné za zabezpečení a rozšíření blockchainu.
3. Lehké uzly (SPV): Uzly zjednodušeného ověřování plateb (SPV), známé také jako lehké uzly, neukládají celý blockchain, ale spoléhají na úplné uzly pro ověření transakcí. Tyto uzly udržují omezenou sadu dat, typicky ukládají pouze hlavičky bloků a používají důkazy Merkle k ověření zahrnutí transakcí do konkrétních bloků. SPV uzly poskytují lehčí možnost pro uživatele, kteří nevyžadují celou historii transakcí.
4. Síťová konektivita: Tato provozní definice se týká schopnosti uzlu připojit se a komunikovat s ostatními uzly v síti. Uzly musí vytvořit a udržovat síťová připojení pro výměnu informací, šíření transakcí a bloků a účastnit se procesu konsenzu. Síťovou konektivitu lze měřit počtem spojů, které uzel má, nebo kvalitou jeho připojení.
5. Konsensuální participace: Tato definice zahrnuje aktivní zapojení uzlů do konsenzuálního mechanismu blockchainové sítě. V bitcoinové síti se uzly účastní procesu konsenzu tím, že dodržují algoritmus proof-of-work, přispívají výpočetním výkonem k těžbě nových bloků a ověřují transakce. Úroveň účasti lze posoudit na základě výpočetních zdrojů věnovaných těžbě nebo četnosti ověřování a šíření transakcí.
6. Diverzita uzlů: Týká se rozmanitosti typů uzlů a jejich distribuce v rámci sítě. Tato operační definice zohledňuje přítomnost úplných uzlů, těžebních uzlů, uzlů SPV a dalších specializovaných uzlů. Diverzita uzlů může ovlivnit decentralizaci a odolnost sítě, protože různé typy uzlů přispívají jedinečnými funkcemi a pomáhají udržovat distribuovaný ekosystém.

Zvážením těchto provozních definic uzlů mohou výzkumníci přesně popsat a analyzovat charakteristiky, role a interakce uzlů v rámci blockchainové sítě, zejména pokud jde o koncepty nastíněné v bitcoinovém whitepaperu. Tyto definice navíc pomáhají porozumět architektuře uzlů, dynamice sítě a celkovému fungování blockchainového systému.

Decentralizace

Baran (1964) pojednává o konceptu distribuovaných komunikačních sítí. V této práci autor pokládá základy myšlenky decentralizovaných sítí tím, že navrhuje distribuovanou síťovou architekturu, která odolá výpadkům a výpadkům. Baran představuje koncept sítě sestávající z uzlů spojených do struktury podobné síti. Tato distribuovaná nebo decentralizovaná síťová architektura si klade za cíl poskytovat robustní a odolnou komunikaci tím, že umožňuje směrování zpráv více cestami místo spoléhání se na centrální autoritu nebo jediný bod selhání.

Koncept, který poprvé představil Baran (1964), jako způsob definování decentralizace zavádí principy decentralizované sítě tím, že obhajuje redundanci, odolnost proti chybám a absenci centrálního řídicího uzlu. Tato práce významně ovlivnila vývoj decentralizovaných systémů a tvoří základ pro další výzkum a pokrok v oboru. Avšak s široce rozšířeným alternativním používáním termínu „decentralizace“ (Walch, 2017) az toho vyplývajícími různými interpretacemi, které pak závisí na kontextu a konkrétních aplikacích v rámci informatiky, je nutné tento termín přesně definovat při analýze technologie blockchain.

Proto, zatímco Baranův článek (1964) je základním kamenem v oblasti distribuovaných sítí, komplexní definice decentralizace vyžaduje prozkoumání širšího spektra literatury a výzkumu, pokud je aplikována na bitcoiny. Zavedením jasných provozních vysvětlení těchto faktorů mohou výzkumníci zajistit konzistenci a srovnatelnost při studiu škálovatelnosti v blockchainové síti. Kromě toho tyto definice pomohou při navrhování experimentů, shromažďování dat a přesné analýze výsledků.

S1 – Předpoklady, omezení a vymezení

V této části diskutujeme o předpokladech a omezeních spojených s rozsáhlým doktorským projektem zaměřeným na měření centrality, propojení, konektivity a odolnosti bitcoinové sítě. Uznáváním těchto faktorů zajišťujeme transparentnost a poskytujeme komplexní pochopení rozsahu a potenciálního dopadu zjištění výzkumu.

Předpoklady

1. Stabilita bitcoinového protokolu:

Předpokládáme, že základní bitcoinový protokol a síťová architektura zůstávají během výzkumného období relativně stabilní. Jakékoli významné změny nebo aktualizace protokolu však mohou ovlivnit strukturu a metriky sítě a potenciálně ovlivnit platnost zjištění.

Předpokládá se, že pro analýzu je k dispozici dostatek dat a informací o bitcoinové síti. Projekt se opírá o dostupné zdroje dat, které poskytují relevantní síťová data, informace o uzlech a podrobnosti o připojení. Dostupnost a kvalita těchto dat se však může lišit, což může mít dopad na přesnost a spolehlivost výzkumu.

• Přesné znázornění topologie sítě:

Předpokládáme, že zvolené metody a nástroje pro měření centrality, propojení, konektivity a odolnosti sítě dokážou přesně reprezentovat její topologii. Analýza předpokládá, že shromážděná data efektivně zachycují strukturu sítě a propojení.

• Platnost metrik a metodik:

Projekt předpokládá, že vybrané metriky a metodiky pro měření centrality, propojení, konektivity a odolnosti jsou vhodné a platné pro hodnocení bitcoinové sítě. Kromě toho by zvolené metriky měly odpovídat zavedeným teoretickým rámcům a měly by prokázat relevanci pro cíle výzkumu.

Omezení

1. Dostupnost a úplnost dat:

Jedním z omezení je potenciální omezení dostupnosti dat. Komplexní data v reálném čase na bitcoinové síti nemusí být snadno dostupná. Výzkumníci se možná budou muset spoléhat na veřejně dostupné zdroje dat, které nemusí zachytit celou síť nebo poskytnout aktuální informace. Toto omezení by mohlo ovlivnit komplexnost a přesnost analýzy.

• Přesnost dat a zkreslení vzorkování:

Přesnost a úplnost získaných dat z různých zdrojů se může lišit. Nepřesná nebo neúplná data by mohla způsobit zkreslení a ovlivnit spolehlivost výsledků výzkumu. Kromě toho může výběr uzlů pro analýzu zavést vzorkování, což potenciálně omezuje zobecnitelnost výsledků na celou bitcoinovou síť.

Ne všechny síťové uzly mohou být pro výzkumníky viditelné nebo známé. Některé uzly se například mohou rozhodnout pracovat soukromě nebo zůstat skryté, což má dopad na přesnost měření a analýzy. Kromě toho by nedostatek úplné viditelnosti mohl omezit schopnost výzkumníka zachytit charakteristiky celé sítě.

Bitcoinová síť je dynamická, uzly se k síti připojují nebo ji opouštějí a síťová připojení se v průběhu času mění. Výzkum zachycuje konkrétní snímek sítě a zjištění nemusí plně reprezentovat chování sítě po delší dobu. Dlouhodobá dynamika sítě může vyžadovat další zkoumání pro komplexní pochopení.

Výzkum nemusí brát v úvahu ani brát v úvahu vnější faktory ovlivňující centralitu sítě, propojení, konektivitu a odolnost. Například změny předpisů, technologický pokrok nebo síťové útoky mohou ovlivnit chování a metriky sítě. Tyto vnější vlivy jsou nad rámec současného výzkumu.

Dostupnost finančních zdrojů může ovlivnit rozsah a rozsah výzkumu. Naopak omezení ve financování by mohla potenciálně omezit hloubku a šíři analýzy dat, což může ovlivnit rozsah závěrů vyvozených z výzkumných zjištění.

Vymezení

1. Zaměřte se na bitcoinovou síť:

Výzkum se zaměřuje na bitcoinovou síť a její centrálnost, propojení, konektivitu a odolnost. Jiné blockchainové sítě nebo kryptoměny jsou nad rámec této studie. Zjištění se proto nemusí přímo vztahovat na jiné sítě nebo ekosystémy.

Studie je omezena na konkrétní časové období a analýza zachycuje stav bitcoinové sítě v tomto časovém rámci. Dynamika, metriky a charakteristiky sítě se proto mohou časem vyvíjet a výsledky výzkumu nemusí odrážet budoucí nebo historické chování sítě.

Výzkum se primárně zaměřuje na analýzu bitcoinové sítě na vrstvě protokolu. Přestože aplikační vrstva sítě a související služby a aplikace mohou ovlivnit chování sítě, nejsou v této studii výslovně zkoumány.

Výzkum využívá specifické metodologie a analytické techniky k měření centrality, propojení, konektivity a odolnosti bitcoinové sítě. Alternativní přístupy nebo metody mohou přinést různé výsledky, ale nejsou v rámci této studie zkoumány.

Výzkum vymezuje zkoumání vnějších faktorů ovlivňujících charakteristiky bitcoinové sítě. Ekonomické podmínky, právní a regulační změny nebo společenské postoje ke kryptoměnám nejsou přímo řešeny. Tyto faktory by mohly potenciálně ovlivnit chování a metriky sítě, ale jsou nad rámec této studie.

Zatímco cílem výzkumu je poskytnout náhled na charakteristiky bitcoinové sítě, zjištění nemusí být univerzálně použitelná pro všechny uzly nebo účastníky v síti. Kromě toho mohou variace v konfiguracích uzlů, geografické distribuci a operačních strategiích ovlivnit zobecnitelnost výsledků výzkumu na celou síť.

• Omezený rozsah odolnosti:

Zkoumání odolnosti sítě je omezeno na konkrétní metriky a indikátory související se schopností sítě odolávat narušení nebo útokům. Výsledkem je, že výzkum komplexně neposuzuje všechny potenciální hrozby nebo zranitelnosti, kterým může bitcoinová síť čelit.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Výše uvedená vymezení objasňují konkrétní hranice a rozsah doktorského výzkumného projektu. Navíc rozpoznání těchto vymezení umožňuje cílenější zkoumání a interpretaci nálezů v rámci definovaných parametrů. Ve scénáři výzkumu, kde je výzkumník také tvůrcem původního systému bitcoinů, je nezbytné uznat potenciál zkreslení kvůli osobním názorům výzkumníka a jeho zapojení do vývoje systému.

Důvěrné znalosti a perspektiva výzkumníka jakožto tvůrce mohou ovlivnit interpretace a závěry týkající se centrálnosti, propojení a odolnosti bitcoinové sítě. Otevřené a transparentní řešení této zaujatosti je zásadní pro zajištění objektivity a přesnosti výzkumu. Odhalením role a potenciálních předsudků umožňuje výzkumník čtenářům a recenzentům kriticky zhodnotit výsledky výzkumu v kontextu perspektivy jejich tvůrce. Tato transparentnost umožňuje podrobnější pochopení výzkumu a podporuje nezávislé ověřování a validaci výsledků jinými výzkumníky v oboru.

Tím, že uznáváme předpoklady a omezení doktorského projektu, zajišťujeme transparentnost a podporujeme komplexní pochopení rozsahu a potenciálního dopadu výzkumu. Kromě toho tyto úvahy poskytují základ pro interpretaci a kontextualizaci zjištění a pro vedení budoucích šetření v této oblasti.

S1 – Přechodový příkaz

Tato studie byla vyvinuta, aby kriticky prozkoumala centralitu bitcoinové sítě, propojení mezi síťovými uzly, konektivitu a odolnost pomocí kvantitativních a ověřitelných dat, která mohou být nezávisle recenzována a ověřena v souladu s principy vědecké metody. Je nezbytné si uvědomit, že bitcoinová síť jako veřejná síť může představovat zkreslení při definování konkrétních výsledků, jako je soukromí, anonymita a protichůdné cíle sledovatelnosti a nevysledovatelnosti v rámci kryptoměnového prostředí. Tyto definice jsou často předmětem filozofických diskusí a různých pohledů.

Tato studie navíc uznává potřebu řešit problémy škálovatelnosti v kontextu bitcoinu jako peněžního platebního systému. S tím, jak se síť rozrůstá a její přijetí se zvyšuje, je zásadní posoudit schopnost sítě zvládnout větší objemy transakcí při zachování jejích základních principů decentralizace, bezpečnosti a efektivity. Analýzou kvantitativních dat a využitím zavedených vědeckých metodologií si tento výzkum klade za cíl přispět k pochopení problémů škálování v bitcoinové síti a jejich důsledků pro její dlouhodobou životaschopnost jako spolehlivého platebního systému.

S2 – Populace a výběr vzorků

Při analýze škálování a distribuce uzlů aplikace založené na blockchainu se zahrnutá populace týká celé sítě uzlů účastnících se blockchainové sítě. V blockchainu jsou uzly jednotlivé počítače nebo zařízení, které udržují kopii distribuované účetní knihy a účastní se mechanismu konsenzu pro ověřování a ověřování transakcí.

Populace v tomto kontextu zahrnuje všechny uzly v rámci blockchainové sítě bez ohledu na jejich geografickou polohu, velikost nebo výpočetní výkon. Každý uzel přispívá k celkové bezpečnosti a decentralizaci sítě tím, že udržuje kopii blockchainu a účastní se procesu ověřování. Vzorkování na druhé straně zahrnuje výběr podmnožiny uzlů z populace pro analýzu. Vzorkování si klade za cíl získat přehled o vlastnostech, výkonu nebo chování celé sítě studiem reprezentativní podmnožiny (Campbell et al., 2020).

Při analýze škálování v aplikaci založené na blockchainu může být vzorkování užitečné při studiu výkonu sítě při různém transakčním zatížení. Výběrem podmnožiny uzlů a sledováním jejich chování během období velkého objemu transakcí mohou výzkumníci nebo vývojáři odvodit škálovatelnost celé sítě. Tento přístup umožňuje efektivnější analýzu, protože může být výpočetně nákladné analyzovat celou populaci uzlů.

Podobně při zkoumání distribuce uzlů může vzorkování pomoci porozumět geografickému rozložení, výpočetním schopnostem nebo vzorcům připojení uzlů v síti. Výzkumníci mohou extrapolovat informace o širší populaci výběrem vzorku uzlů a analýzou jejich atributů. Je důležité poznamenat, že metodika odběru vzorků by měla být pečlivě navržena, aby bylo zajištěno, že vzorek bude reprezentativní a zabrání zkreslení. Při výběru vzorku je třeba vzít v úvahu faktory, jako je typ uzlu (např. „plné uzly“, těžební uzly), geografická poloha, konektivita sítě a výpočetní výkon.

Stručně řečeno, populace zapojená do vzorkování aplikace založené na blockchainu při analýze škálování a distribuce uzlů se týká celé sítě uzlů, které se účastní sítě blockchain. Vzorkování umožňuje efektivnější analýzu výběrem podmnožiny uzlů pro získání přehledu o vlastnostech, výkonu a chování celé sítě.

Reference

Baran, P. (1964). V sítích distribuovaných komunikací. IEEE transakce při komunikaci, 12(1), 1–9. https://doi.org/10.1109/TCOM.1964.1088883

Campbell, S., Greenwood, M., Prior, S., Shearer, T., Walkem, K., Young, S., Bywaters, D., & Walker, K. (2020). Účelové vzorkování: Složité nebo jednoduché? Příklady výzkumných případů. Journal of Research in Nursing, 25(8), 652–661. https://doi.org/10.1177/1744987120927206

Trifa, Z., & Khemakhem, M. (2014). Sybil Uzly jako zmírňující strategie proti útoku Sybil. Postupy výpočetní techniky, 32, 1135–1140. https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.544

Walch, A. (2017). Blockchain's Treacherous Vocabulary: One More Challenge for Regulators, 9.

Walch, A. (2020). Dekonstrukce 'decentralizace': Prozkoumání základního nároku kryptosystémů. v Papers.ssrn.com. https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3326244

Wright, CS (2008). Bitcoin: Peer-to-Peer elektronický hotovostní systém. Elektronický deník SSRN. https://doi.org/10.2139/ssrn.3440802

Sledujte: Blockchain přináší na Filipíny sociální dopad

Jste v blockchainu noví? Podívejte se na sekci Blockchain pro začátečníky od CoinGeek, nejlepšího průvodce zdroji, kde se dozvíte více o technologii blockchain.