SimBlock:En simulator til at teste forbedringer af blockchain-netværk i den virkelige verden

Kazuyuki Shudo, hans kolleger, og Cybersecurity Research Center ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) udviklede en offentlig blockchain-simulator kaldet "SimBlock" til brug i test af blockchain-ydeevne og sikkerhed. Softwaren kan køre på en enkelt pc. Den er nu offentlig tilgængelig som open source.

SimBlock giver en bruger mulighed for at simulere et blockchain-netværk bestående af et stort antal noder (servere), og modificere nodernes adfærd for at teste effekter på ydeevne og sikkerhed. Brugere kan simulere virkningen af ​​ændringer i en eksisterende blockchain, såsom Bitcoin, eller til en blockchain af deres eget design.

Blockchain blev først implementeret til cryptocurrency, tjener som grundlaget for Bitcoin-netværket, som begyndte at fungere i 2009. Men nu findes andre potentielle applikationer inden for områder som ressource- og rettighedsstyring, produkt (f.eks. fødevarer) sporbarhed, afstemning, og forretningsprocesautomatisering.

Disse dage, der afholdes en række konferencer om blockchain-teknologi, herunder IEEE ICBC, CryBlock, og IEEE Blockchain. Men på trods af aktiviteten i marken, det har været næsten umuligt at teste forbedringer på et blockchain-netværk i den virkelige verden. Et sådant eksperiment kræver opdatering af softwaren for alle noder, hvilket ikke er praktisk for et fungerende netværk på grund af risikoen for at forårsage forstyrrelser. Selv i tilfælde, hvor en blockchain har et problem, der skal rettes, at teste rettelsen kan være vanskelig, da det kunne knække noget andet.

En blockchain-simulator kaldet SimBlock

Shudo og kolleger udviklede SimBlock, som kan simulere adfærd på omkring 10, 000 noder på internettet ved hjælp af en enkelt typisk pc. Softwaren, som blev lavet til open source i juli 2018, giver ingeniører mulighed for at teste forbedringer på en eksisterende eller original blockchain, eller endda simulere ondsindede noder og måle succesrater for angreb, derefter anvende modforanstaltninger for at teste dens virkninger.

SimBlock kan i øjeblikket simulere parametrene for Bitcoin, Litecoin, og Dogecoin, spejling af blockchain-netværksstørrelse, blokgenereringsinterval, og kommunikationshastighed over internettet. Brugere kan se, hvad ændringer af node-adfærd gør ved et blockchain-netværk ved at ændre Java-kode i SimBlock. Det er også muligt at ændre parametre for blockchain og kommunikationshastighed.

SimBlock har også en visualizer, der viser kommunikation mellem noder og blokhøjde animeret på et verdenskort. En demonstration af visualizeren er tilgængelig på denne webside.

Demonstration af visualizer:Bitcoin-netværk (skaleret ned til 600 noder)

Forskerholdet gav en demonstration af SimBlock på IEEE ICBC 2019 afholdt i Seoul, tiltrækker meget opmærksomhed fra deltagerne (figur 2).

Anvendelseseksempler

Teammedlemmerne brugte også SimBlock i deres andre undersøgelser. Følgende er sådanne forskningsemner for at forbedre ydeevnen for blockchains.

• Valg af nabo (figur 3)
• Effektmåling af et relænetværk (figur 4)

Figur 3 viser effekten af ​​at anvende en teknik kaldet nærhedsnabovalg, hvor hver node forbindes med dens nære noder på netværket. Dette resulterer i reduceret tid for blokke at forplante sig over netværket. Reduktionen af ​​formeringstiden fører til forbedring af sikkerheden. Det fører også til forbedring af transaktionsprocessens ydeevne uden at ofre sikkerheden.

Figur 4 illustrerer fordelen ved noder, der anvender et relænetværk[c, 4]. Ved at bruge et relænetværk, en node kan dramatisk sænke sandsynligheden for, at en blok, den genererede, bliver en forældreløs blok[d]. Det betyder, at en node kan øge sin omsætning ved at bruge relænetværket, fordi en sådan forældreløs blok ikke giver minedriftsbelønning til den node, der genererede den forældreløse blok.

En node, der bruger et relænetværk, kan hurtigt modtage en nygenereret blok. Det ser ud til, at mining[e] succesrate for noden stiger på grund af den hurtige modtagelse. Imidlertid, ved hjælp af SimBlock, forskergruppen observerede ingen tydelig stigning. På den anden side, forskerholdet fandt en anden fordel ved relænetværk. En node kunne sænke sandsynligheden for, at en blok, den genererede, bliver en forældreløs blok. Et relænetværk sænker naturligvis forældreløse blokeringshastigheden for hele blockchain-netværket, og det er tidligere blevet påpeget. Forskerholdet fandt ud af, at noder drager stor fordel af et relænetværk, selvom forholdet mellem noder, der bruger relænetværket, er meget lavt (f. 1 %).

Forskerholdet vil fortsætte arbejdet med at forbedre ydeevnen af ​​blockchains ved hjælp af SimBlock. De begyndte også at arbejde på sikkerhedsundersøgelser ved at simulere angreb på en blockchain og modforanstaltninger. Løbende og planlagte forbedringer til SimBlock inkluderer understøttelse af andre blokkæder som Ethereum, yderligere opdatering af internetparametre såsom kommunikationshastighed, og understøttelse af nyere kommunikationsprotokoller såsom Compact Block Relay.

Holdet er overbevist om, at ingeniør- og forskningssamfund kan drage fordel af SimBlock og dets bidrag til blockchain-teknologi og vores samfund understøttet af teknologien.