Истифодаи блокчейн дар низомҳои Интернети ашё метавонад вобастагиро аз як нуқтаи марказии эътимод коҳиш диҳад; аммо механизмҳои классикии консенсус дар шабакаҳое, ки ҳазорҳо дастгоҳи камқувват доранд, метавонанд мушкилоти наверо ба монанди сарбории иртиботӣ, масрафи энергия, қалбакӣ сохтани ҷойгиршавӣ ва махфият ба вуҷуд оранд. Ин таҳқиқот барои ҳалли чунин мушкилот меъмории консенсуси блокчейнии огоҳ аз ҷойгиршавӣ бо номи Elastic Proof-of-Location Byzantine Fault Tolerance (EPoLBFT)-ро пешниҳод мекунад.

Ғояи асосии EPoLBFT ин аст, ки валидатор бидуни ошкор кардани координатҳои дақиқи худ ба дигар иштирокчиён бо истифода аз Исботи Ҷойгиршавӣ бар асоси дониши сифрӣ (zk-PoL) нишон медиҳад, ки барои қарор доштан дар минтақаи муайяни ҷуғрофӣ мувофиқ аст. Валидаторҳое, ки ҷойгиршавии онҳо тасдиқ шудааст ва холҳои эътимоди кофӣ доранд, ба кумитаҳои минтақавӣ ҷудо мешаванд. Ҳамин тавр, ба ҷойи он ки ҳамаи валидаторҳо дар PBFT-и классикӣ дар саросари шабака бо ҳам иртибот кунанд, қисми муҳими консенсус дар гурӯҳҳои хурдтари маҳаллӣ иҷро мешавад.

Дар таҳқиқот EPoLBFT бо PBFT, G-PBFT, DAG-BFT ва DCBFT дар симулятори BICA муқоиса шудааст. Дар таҷрибаҳои асосӣ андозаи шабака аз 200 то 1000 гиреҳ тағйир дода шуд, андозаи пешфарзи кумитаи минтақавӣ 21 муқаррар гардид ва ҳар таҷриба дар 30 иҷрои мустақили симулятсионӣ такрор шуд. Тибқи графикҳои таҳқиқот, бо афзоиши шабака EPoLBFT нисбат ба PBFT таъхири камтари консенсус, иқтидори бештари коркарди транзаксия ва афзоиши сусттари масрафи энергияро нишон медиҳад.

Аммо ин натиҷаҳо нишондиҳандаҳои саҳроӣ нестанд, ки дар шаҳри воқеӣ, корхона, беморхона ё шабакаи воқеии IoT чен шуда бошанд. Арзёбӣ ба симулятори BICA, мавҷудияти инфрасохтори боэътимоди ҷойгиршавӣ ва фарзияи шикастнопазир будани сохторҳои стандартии криптографӣ такя мекунад. Муаллифон низ прототипсозиро дар сахтафзори воқеии гетерогении IoT ва edge ба корҳои оянда гузоштаанд.

Аз назари Туркия: Равиши EPoLBFT метавонад барои сенарияҳое чун низомҳои биноҳои оқил, IoT-и саноатӣ, IoT-и тандурустӣ, мониторинги инфрасохтори муҳим ё иҷозатдиҳии дастгоҳ вобаста ба ҷойгиршавӣ, ки дар Туркия низ қобили татбиқанд, мавзӯи таҳқиқот бошад. Хусусан, ғояи исбот кардани он ки дастгоҳ бидуни ошкор кардани координати дақиқ дар минтақаи муайяни иҷозатдодашуда қарор дорад, аз нигоҳи махфият қобили таваҷҷуҳ аст. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот шабака, қонунгузорӣ, инфрасохтори 5G/IoT ё таҷрибаи саҳроии хоси Туркияро дар бар намегирад; бинобар ин иҷрои гузоришшуда ба низомҳои воқеии Туркия бевосита интиқол дода намешавад.

EPoLBFT кадом мушкилро ҳал кардан мехоҳад?

Мушкилоте, ки EPoLBFT ҳадаф мегирад, пайваст кардани консенсуси блокчейн на танҳо ба ҳувияти рақамӣ ва калидҳои криптографӣ, балки ба заминаи физикии дастгоҳ аст. PBFT-и классикӣ метавонад муайян кунад, ки валидатор ҳувияти рақамии дуруст дорад ё не; аммо худ аз худ намедонад, ки фармон ё валидатор аз ҷиҳати физикӣ дар кадом минтақа қарор дорад.

Ин ҳолат махсусан дар барномаҳои IoT, ки ҷаҳони физикиро идора мекунанд, муҳим мегардад. Дар мисоли овардаи таҳқиқот мумкин аст талаб карда шавад, ки фармони кушодани қулфи дар на танҳо аз ҳувияти рақамии дуруст, балки аз дастгоҳи тасдиқшудае, ки аз ҷиҳати физикӣ дар ҷойи мувофиқ аст, биёяд.

EPoLBFT ҳангоми ворид кардани ин замина ба консенсус барои пешгирии ошкор шудани координати дақиқ истифодаи zk-PoL-ро ҳадаф мегирад. Низом махсусан барои блокчейнҳои иҷозатдор ё консорсиумии IoT тарҳрезӣ шудааст; истифодаи permissionless берун аз доираи асосии таҳқиқот аст.

Чор марҳилаи асосии консенсуси EPoLBFT кадомҳоянд?

Расми 1 дар саҳифаи 9-и таҳқиқот меъмории низомро дар чор марҳилаи асосии пайдарпай нишон медиҳад: тасдиқи ҷойгиршавӣ, ташкили кумита, консенсуси дохили кумита ва ниҳоисозии глобалӣ. Дар охири ин занҷир транзаксияҳои минтақавии тасдиқшуда ба блокчейни умумӣ пайваст мешаванд.

Verianla Live: Намоиши раванд дар браузер аз ҷадвали намоёни додаҳои боло сохта мешавад; ҷадвал ҳамчун манбаи илмии source-of-truth нигоҳ дошта мешавад.

Маълумоти ҷойгиршавӣ бидуни ошкор шудан чӣ гуна тасдиқ мешавад?

Раванди zk-PoL-и EPoLBFT механизми панҷқадамаи аттестатсияи ҷойгиршавиро истифода мебарад. Дар қадами аввал гиреҳи beacon бо location anchor-ҳои боэътимоди наздик амали challenge-response анҷом медиҳад. Anchor-ҳо аз вақти round-trip ё хусусиятҳои сигнал ҳадҳои масофаро ба даст оварда, арзёбӣ мекунанд, ки beacon шартҳои муайяни геометриро иҷро мекунад ё не.

Аммо координати дақиқ мустақиман ба низом фиристода намешавад. Ба ҷойи ин, anchor-ҳо шартеро месанҷанд, ки гиреҳ дар дохили минтақаи Z ҷойгир аст. Ҳар anchor аттестатсияи имзошударо ба шакли зерин месозад:

\[ \sigma_i = Sign_{sk_i}(B \parallel Z \parallel T \parallel d_i) \]

Дар ин ҷо \(B\) гиреҳи beacon, \(Z\) минтақа, \(T\) тамғаи вақт ва \(d_i\) ҳади масофаи ченшударо ифода мекунад.

Сипас beacon ҷойгиршавии воқеии худро бо арзиши тасодуфӣ дар дохили commitment-и криптографӣ ҷой медиҳад:

\[ C = Com(\ell,r) \]

Дар ин ҷо \(\ell\) ҷойгиршавии воқеӣ ва \(r\) тасодуфиятро ифода мекунад. Исботи минбаъдаи дониши сифрӣ ҳадаф дорад собит кунад, ки ин commitment ҷойгиршавии дурустро дар бар мегирад, ҷойгиршавӣ дар минтақаи иҷозатдодашуда аст ва аттестатсияҳои anchor эътибор доранд:

\[ \pi = ZK\text{-}Prove(\ell,r,\Sigma : C=Com(\ell,r)\land P(\ell)\land Verify(\Sigma)) \]

Пас аз муваффақ шудани тасдиқ, сертификати ҷойгиршавӣ сохта мешавад, ки мувофиқ будани гиреҳро барои минтақа ва epoch-и муайян исбот мекунад. Ҳамин тавр, ҳадафи низом ин аст, ки ба саволи «Гиреҳ куҷост?» на бо координати дақиқ, балки ба шакли криптографӣ санҷишшавандаи «Оё ин гиреҳ дар минтақаи иҷозатдодашуда аст?» ҷавоб диҳад.

Арзиши zk-PoL чӣ қадар аст?

Дар симулятсияи таҳқиқот ҷузъи zk-PoL бо Groth16 zk-SNARK ва каҷи BN254 моделсозӣ шудааст. Тибқи Ҷадвали 3-и манбаъ, андозаи исбот 0,2 KB, вақти тавлиди исбот 12,5 ms, вақти тасдиқ 5,8 ms ва ҳаҷми хотираи истифодашуда дар модел 1 KB мебошад.

Verianla Live: Ду вақт аз як ҷадвали параметрҳои таҷрибавӣ ва бо як воҳид муқоиса шудаанд.

Таҳқиқот эътироф мекунад, ки тавлиди исбот барои гиреҳҳои хеле маҳдуди IoT метавонад гарон бошад. Аз ин рӯ EPoLBFT имкон медиҳад тавлиди вазнини исбот ба edge/fog gateway вогузор шавад. Исботи ҷойгиршавӣ ҳамчунин барои ҳар транзаксия аз нав сохта намешавад; он метавонад дар давоми epoch-и муайян дубора истифода шавад ва ҳангоми анҷоми epoch, гузаштан аз ҳади ҳаракат ё ошкор шудани хавфи амниятӣ тасдиқи дубора оғоз шавад.

Истилоҳи «Elastic» чӣ маъно дорад?

«Elastic» дар EPoLBFT танҳо маънои иваз шудани роҳбари кумитаро надорад. Низом ҳадаф дорад се параметрро мувофиқи шароити тағйирёбандаи шабака мутобиқ кунад: андозаи кумита, давомнокии epoch ва гранулярияти минтақаи ҷуғрофӣ.

Агар сатҳи мобилӣ \(\mu\) ё хавфи тахминии Byzantine \(\beta\) аз ҳадҳои болоии муайяншуда гузарад, андозаи кумита дар epoch-и баъдӣ метавонад зиёд шавад:

\[ k_{e+1}= \begin{cases} \min(k_e+\Delta_k,k_{max}), & \mu>\mu_{th}\;veya\;\beta>\beta_{th}\\ \max(k_e-\Delta_k,k_{min}), & \mu<\mu_{low}\;ve\;\beta<\beta_{low}\\ k_e, & diğer \end{cases} \]

Ба ҳамин монанд, дар ҳолати мобилии баланд ё хавф давомнокии epoch кӯтоҳ карда мешавад; дар шароити ором он дароз мешавад. Манбаъ ҳадҳои пешфарзро \(\mu_{th}=0,3\), \(\beta_{th}=0,25\), \(\mu_{low}=0,1\) ва \(\beta_{low}=0,1\) медиҳад.

Ҳангоми зиёд шудани зичии гиреҳҳо як минтақаи ҷуғрофӣ метавонад ба минтақаҳои хурдтари консенсус тақсим шавад. Баръакс, агар дар минтақа валидаторҳои кофӣ барои иҷрои шарти амнияти BFT боқӣ намонанд, минтақаҳо метавонанд якҷо шаванд.

Кумитаҳо ба гиреҳҳои Byzantine чӣ гуна тоб меоранд?

Ҳар кумитаи минтақавӣ ҳади классикии Byzantine Fault Tolerance-ро нигоҳ медорад. Агар андозаи кумита \(n\) ва таҳаммул \(t\) бошад:

\[ n \geq 3t+1 \]

бояд иҷро шавад. Дар симулятсияҳои асосӣ андозаи пешфарзи кумита 21 интихоб шудааст ва шумораи валидаторҳои Byzantine, ки мутаносибан ба таври бехатар таҳаммул карда мешаванд:

\[ f_c=\left\lfloor\frac{k-1}{3}\right\rfloor=6 \]

гирифта шудааст.

Таҳқиқот махсус таъкид мекунад, ки EPoLBFT ҳади назариявии тақрибан як-сеюми Byzantine-и классикиро баланд намебардорад. Бартарии амниятӣ на аз зиёд кардани ҳади назариявӣ, балки аз маҳдуд кардани таъсири зараровар дар кумитаҳои ҷуғрофӣ ва зарурати таъсир расондани ҳамлагар ба якчанд қабати консенсус барои тағйир додани натиҷаи глобалӣ сарчашма мегирад.

Чаро консенсуси маҳаллӣ метавонад аз PBFT иртиботи камтар талаб кунад?

Дар PBFT-и классикӣ валидаторҳо дар саросари шабака паём мубодила мекунанд, дар EPoLBFT бошад паёмҳои PRE-PREPARE, PREPARE ва COMMIT танҳо дар дохили кумитаи минтақавӣ мубодила мешаванд. Таҳқиқот вақте ки \(N\) валидатор ба \(M\) кумита тақсим шудаанд, хароҷоти иртиботи маҳаллиро тақрибан чунин ифода мекунад:

\[ O\left(\frac{N^2}{M}\right) \]

Бо илова кардани хароҷоти кумитаи ниҳоисозии глобалӣ, ҷамъ:

\[ C_{total}=O\left(\frac{N^2}{M}\right)+O(G^2) \]

дода мешавад. Дар ин ҷо \(G\) андозаи Global Finalisation Committee аст.

Дар манбаъ ҳамин ифода пайдарпай ҳамчун Муодилаи (4) ва Муодилаи (5) оварда шудааст. Аз ин рӯ онҳоро ҳамчун ду модели ҷудогонаи иртиботӣ тафсир кардан лозим нест; онҳо як муодилаи такроршуда дар манбаъ мебошанд.

Чаро ниҳоисозии глобалӣ зарур аст?

Консенсуси минтақавӣ метавонад трафики шабакаро кам кунад, аммо танҳо бо худ кафолат намедиҳад, ки тамоми блокчейн бо як тартиб пеш меравад. Аз ин рӯ ҳар кумитаи минтақавӣ ба ҷойи фиристодани тамоми блоки ниҳоишуда ба тамоми шабака, тааҳҳуди фишурдае чун сарлавҳаи блок ва Merkle root месозад.

Global Finalisation Committee (GFC), ки аз намояндагони минтақаҳои гуногун ташкил шудааст, дар болои ин тааҳҳудҳо консенсуси дуюми PBFT-ро иҷро мекунад. Ҳамин тавр, натиҷаҳои минтақавӣ ба тартиби сабти глобалӣ табдил меёбанд.

Таъхири умумии EPoLBFT дар манбаъ чунин ифода шудааст:

\[ T_{EPoLBFT}=T_{att}+T_{form}+T_{intra}+T_{final} \]

Дар ин ҷо мутаносибан вақти аттестатсияи ҷойгиршавӣ, ташкили кумита, консенсуси дохили кумита ва ниҳоисозии глобалӣ ҳастанд.

Агар кумита аз кор монад, чӣ мешавад?

EPoLBFT бо истифода аз timeout ва пайдарпайиҳои нокомии view-change назорат мекунад, ки кумита quorum ташкил карда метавонад ё не. Вақте шумораи муайяни ивазшавии роҳбар ноком мешавад, кумита метавонад ба ҳолати High-Fault State гузарад ва Dynamic Node Admission Process (DNAP) оғоз шавад.

DNAP аз тасдиқи дуҷонибаи ҳувият бо гиреҳҳои пешакӣ иҷозатдодашудаи standby, санҷиши Proof-of-Location-и гиреҳи нав, арзёбии холи эътимод, ҳамоҳангсозии ҳолати блокчейн аз чанд манбаъ ва илова кардани валидаторҳои нав то расидан ба шумораи зарурии BFT иборат аст.

Вақте кумитаи нав:

\[ n' \geq 3f+1 \]

шартро дубора иҷро мекунад, аз ҳолати хатои баланд баромада ба консенсуси муқаррарӣ бармегардад.

Холи эътимод чӣ гуна нав мешавад?

Рафтори гузаштагони гиреҳҳои standby ва validator бо арзиши reputation пайгирӣ мешавад:

\[ Rep_i=w_1Uptime_i+w_2Honesty_i-w_3Penalty_i \]

ва вазнҳо:

\[ w_1+w_2+w_3=1 \]

шартро иҷро мекунанд. Барои он ки рафтори гузашта комилан фаромӯш нашавад, арзиши reputation дар охири ҳар epoch бо Exponentially Weighted Moving Average нав карда мешавад:

\[ Rep_i^{(e+1)}=\alpha Rep_i^{(e)}+(1-\alpha)\widehat{Rep}_i^{(e)} \]

Ҳангоми вайронкуниҳои ҷиддии протокол, ба монанди овози зиддиятнок, имзои нодуруст, аттестатсияи нокоми ҷойгиршавӣ ё timeout-и такрорӣ, ҷазои иловагӣ татбиқ шуда метавонад. Гиреҳи дорои reputation пасттар аз ҳади ҳадди ақали қабул муваққатан аз интихоби кумита хориҷ мешавад.

Расми 2 ва Расми 3 дар бораи иҷроиш чӣ нишон медиҳанд?

Дар Расми 2-и саҳифаи 20-и таҳқиқот дида мешавад, ки вақте шабака аз 200 гиреҳ ба 1000 гиреҳ калон мешавад, таъхири PBFT якбора меафзояд, дар ҳоле ки EPoLBFT афзоиши ҳамвортар нишон медиҳад. Аз график тақрибан хонда мешавад, ки EPoLBFT дар 200 гиреҳ тақрибан 80 ms ва дар 1000 гиреҳ тақрибан 250 ms аст, дар ҳоле ки PBFT дар 1000 гиреҳ тақрибан ба 1800 ms мерасад. Инҳо арзишҳои тақрибии аз график хондашудаанд; манбаъ ин силсилаҳоро дар ҷадвали рақамии ҷудогона пешниҳод намекунад.

Расми 3-и ҳамон саҳифа нишон медиҳад, ки EPoLBFT дар симулятсия дар ҳамаи андозаҳои шабакаи санҷидашуда нисбат ба PBFT ва G-PBFT throughput-и баландтар дорад. Аз график тахминан дида мешавад, ки EPoLBFT аз тақрибан 380 TPS дар 200 гиреҳ то тақрибан 300 TPS дар 1000 гиреҳ коҳиш меёбад; PBFT бошад аз тақрибан 220 TPS то тақрибан 90 TPS поён меравад. Ин арзишҳо низ аз тасвир тақрибан хонда шудаанд.

Дар ин ду график як мушкили манбаъ вуҷуд дорад: методологияи таҷриба ва Ҷадвали 4 протоколҳои baseline-ро PBFT, G-PBFT, DAG-BFT, DCBFT ва EPoLBFT муайян мекунанд, аммо дар легендаи Расми 2 ва Расми 3 инчунин RBFT илова шудааст. Конфигуратсияи таҷрибавии ин силсилаи RBFT дар таҳқиқот ҷудогона шарҳ дода нашудааст.

Чаро масрафи энергия кам мешавад?

Натиҷаи энергетикии таҳқиқот аз ченкунии воқеии батарея ё ваттметр нест, балки аз модели энергетикии IoT бар асоси шумораи амалиёти криптографӣ ва паёмҳо ба даст омадааст. Модел хароҷоти ҳисобкунии hash, тасдиқи имзои рақамӣ, тасдиқи исботи дониши сифрӣ ва интиқоли паёмҳоро ба ҳисоб мегирад.

Дар Расми 4-и саҳифаи 21 нишон дода мешавад, ки дар диапазони 600–1000 гиреҳ масрафи энергияи PBFT ва G-PBFT тезтар меафзояд, дар ҳоле ки EPoLBFT бо сабаби сохтори кумитавӣ сусттар афзоиш мекунад. Бо вуҷуди ин, ин график умри батареяи дастгоҳҳои воқеии физикии IoT-ро мустақиман исбот намекунад.

Равиш ба муқобили ҳамлаи Sybil чист?

Муқовимати Sybil-и EPoLBFT ба пайваст кардани ҳувияти рақамӣ бо тасдиқи минтақаи физикӣ асос ёфтааст. Барои ворид шудани валидатори нав ба консенсус танҳо сохтани ҳувияти нав кофӣ нест; он инчунин бояд исботи дурусти минтақавии zk-PoL дошта бошад.

Тибқи далели муаллифон, ин ҳолат хароҷоти физикӣ ва ҷуғрофии сохтани шумораи зиёди ҳувиятҳои қалбакиро зиёд мекунад. Аммо ин муҳофизат ба фарзияи боэътимод ва дастрас будани location anchor-ҳо ва инфрасохтори исботи ҷойгиршавӣ вобаста аст.

Қалбакӣ сохтани ҷойгиршавӣ ва replay чӣ гуна баррасӣ мешаванд?

Исботҳои ҷойгиршавӣ ба минтақаи муайян, epoch, timestamp, nonce ва аттестатсияҳои witness пайваст мешаванд. Бо ин роҳ ҳадаф пешгирӣ кардани истифодаи бемаҳдуди такрории маълумоти дурусти ҷойгиршавии қаблан гирифташуда аст.

Аммо арзёбии амниятии таҳқиқот таҷҳизоти воқеии GPS spoofing, лабораторияи RF relay ё озмоиши физикии воридшавии IoT нест. Натиҷаҳо дар доираи модели пешниҳодшудаи таҳдид ва сенарияҳои ҳамлаи симулятсионӣ арзёбӣ шудаанд.

Махфияти ҷойгиршавӣ воқеан то чӣ андоза қавӣ аст?

Ҳадафи тарроҳии EPoLBFT ин аст, ки бидуни додани координати дақиқи валидатор ба иштирокчиёни консенсус танҳо исбот кунад, ки он дар минтақаи муайян қарор дорад. Барои ин ҷойгиршавии воқеӣ дар commitment пинҳон карда мешавад ва узвият дар минтақа бо исботи дониши сифрӣ тасдиқ мешавад.

Таҳқиқот иддао мекунад, ки ин равиш ошкор шудани координатҳои дақиқ ва таърихи ҳаракатро пешгирӣ мекунад. Бо вуҷуди ин, ихроҷи metadata дар ҷаҳони воқеӣ, коррелятсияи трафики шабака, махфияти anchor ё пайгирии дарозмуддати корбарон дар ҷойгиркуниҳои алоҳидаи физикӣ санҷида нашудаанд. Аз ин рӯ истилоҳи “privacy preservation”-и манбаъ бояд дар доираи протоколи тарҳрезишуда ва симулятсия арзёбӣ шавад.

Таҳқиқот чиро дастгирӣ мекунад ва чиро дастгирӣ намекунад?

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад:

• Тарҳи EPoLBFT пешниҳод шудааст, ки zk-PoL, интихоби validator-и минтақавӣ, reputation ва механизмҳои PBFT-ро дар як меъмории консенсус муттаҳид мекунад.
• Дар симулятсияи BICA шабакаҳои 200–1000 гиреҳ арзёбӣ шудаанд.
• Сохтори кумитавӣ дар натиҷаҳои симулятсионӣ нисбат ба PBFT-и классикӣ тамоюли беҳтари миқёспазириро нишон додааст.
• Натиҷаҳои симулятсионии latency ва throughput-и EPoLBFT нисбат ба PBFT ва G-PBFT мусоидтаранд.
• Барои исботи ҷойгиршавӣ моделсозии Groth16 zk-SNARK ва арзишҳои ошкори overhead пешниҳод шудаанд.
• Таҳдидҳои Byzantine, Sybil, location-spoofing ва DoS дар дохили тарҳи протокол арзёбӣ шудаанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё ҳанӯз тасдиқ накардааст:

• Нишон дода нашудааст, ки EPoLBFT дар шаҳри воқеӣ, корхона, беморхона ё инфрасохтори муҳим кор мекунад.
• Масрафи энергияи end-to-end ё умри батарея дар сахтафзори воқеии IoT чен нашудааст.
• Озмоиши воридшавии location spoofing бо таҷҳизоти воқеии RF/GPS анҷом дода нашудааст.
• Ғасби trusted location anchor-ҳо аз ҷониби ҳамлагар дар таҷрибаи ҳамаҷонибаи ҷаҳони воқеӣ омӯхта нашудааст.
• EPoLBFT аз ҳади назариявии тақрибан як-сеюми Byzantine-и BFT-и классикӣ зиёд намешавад.
• Иҷроиши симулятсионӣ кафолат намедиҳад, ки дар шабакаи истеҳсолӣ ҳамон latency ё throughput ба даст меояд.
• Истилоҳи “Invulnerability” дар сарлавҳа набояд ҳамчун исботи мутлақи ҳамланопазирӣ ё шикастнопазирӣ тафсир шавад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Танзими симулятсия

Таҳқиқот 30 иҷро ва ҳади аҳамиятнокии p < 0,05-ро муайян мекунад. Аммо дар матни асосии натиҷаҳо барои ҷуфтҳои протокол t-статистикаҳои ҷудогона, арзишҳои пурраи p ё андозаҳои таъсир гузориш нашудаанд. Аз ин рӯ дар ин ҷо танҳо усули умумии омории манбаъ интиқол дода мешавад.

Фарзияҳои сахтафзор

Параметрҳои таҷрибавии zk-PoL

Ҷанбаҳои ченшудаи иҷроиш

Таҳқиқот панҷ самти асосии арзёбиро истифода мебарад: таъхири консенсус, throughput, сарбории иртиботӣ, масрафи тахминии энергия ва муқовимат ба ҳамла. Натиҷаҳои latency ва throughput дар Расми 2 ва Расми 3; натиҷаҳои энергия дар Расми 4; муқоисаҳои амниятӣ дар Расми 5 оварда шудаанд.

Паёми асосии илмии Расми 2 ин аст, ки бо васеъ шудани иртиботи глобалии PBFT таъхири PBFT босуръат меафзояд, дар ҳоле ки EPoLBFT бо сабаби кумитаҳои хурдтари валидаторӣ сусттар миқёспазир мешавад.

Расми 3 нишон медиҳад, ки EPoLBFT дар андозаҳои санҷидашудаи шабака нисбат ба PBFT ва G-PBFT throughput-и баландтар ба даст меорад. DAG-BFT дар шабакаҳои калон рақобатпазир мемонад, аммо муаллифон қайд мекунанд, ки меъмории тасдиқи асинхронии он вариатсияи бештар ба вуҷуд меорад.

Модели энергетикии Расми 4 дастгирӣ мекунад, ки махсусан дар диапазони 600–1000 гиреҳ EPoLBFT нисбат ба PBFT ва G-PBFT тамоюли афзоиши пасттар дорад. Аммо арзишҳои энергия аз таҳлилгари физикии қувва гирифта нашудаанд.

Арзёбии амниятӣ

Расми 5-и саҳифаи 22 чор ҷанбаи амниятро муқоиса мекунад: Byzantine fault tolerance, Sybil resistance, spoofing detection ва attack success probability дар андозаҳои гуногуни шабака.

Аз нигоҳи таҳаммули Byzantine, EPoLBFT мисли дигар механизмҳои BFT ҳади классикии \(f<n/3\)-ро нигоҳ медорад. Муаллифон махсус таъкид мекунанд, ки бартарии асосӣ баланд бардоштани ҳади назариявӣ нест, балки маҳдуд кардани фаъолияти ҳамлагар дар кумитаҳои минтақавӣ аст.

Натиҷаҳои Sybil ва location-spoofing бо сабаби zk-PoL ба фоидаи EPoLBFT ба назар мерасанд. Аммо ин натиҷаҳо баромади сенарияҳои симулятсионии амниятӣ мебошанд ва бо инфрасохтори воқеии физикии ҳамла тасдиқ нашудаанд.

Номувофиқиҳои техникӣ ва таҳририи дохили манбаъ

Мураккабии иртибот: Як ифодаи \(C_{total}=O(N^2/M)+O(G^2)\) пайдарпай ҳамчун Муодилаи (4) ва Муодилаи (5) такрор шудааст.

PREPARE quorum: Шарҳи консенсуси маҳаллӣ ибораи “2f паёми мувофиқи PREPARE, аз ҷумла паёми худ”-ро истифода мебарад, дар ҳоле ки Алгоритми 2 барои транзаксия шарти “2f + 1 PREPARE паём”-ро нишон медиҳад. Манбаъ ин фарқро шарҳ намедиҳад.

Силсилаи RBFT: Танзими симулятсия ва ҷадвали baseline панҷ протоколро муайян мекунанд, аммо Расми 2 ва Расми 3 инчунин силсилаи RBFT-ро нишон медиҳанд. Конфигуратсияи таҷрибавии RBFT дар Қисми 4.2 шарҳ дода нашудааст.

Қатъияти амният: Гарчанде дар сарлавҳаи таҳқиқот калимаи “Invulnerability” омадааст, методология исботи мутлақи шикастнопазириро пешниҳод намекунад. Натиҷаҳои амниятии муаллифон бо модели муайяни таҳдид, фарзияи инфрасохтори боэътимоди ҷойгиршавӣ ва сенарияҳои симулятсионӣ маҳдуданд.

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: EPoLBFT: A Blockchain Consensus Algorithm for Enhancing Privacy, Invulnerability and Trust in IoT System

Муаллифон: Yunus Kareem; Djamel Djenouri; Essam Ghadafi.

Тартиби муаллифон: Ҳамон тавре ки дар манбаи таҳқиқот омадааст, нигоҳ дошта шудааст.

Муаллифи якуми баробар/саҳми баробар: Дар манбаъ муаллифии якуми баробар зикр нашудааст.

Муаллифи масъул: Yunus Kareem.

Муассисаҳо: Department of Computer Science and Creative Technologies, University of the West of England, Bristol, Подшоҳии Муттаҳида; School of Computing, Newcastle University, Newcastle-Upon-Tyne, Подшоҳии Муттаҳида.

Маҷалла: Future Internet.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / рақами мақола: 18 / 7 / 367.

DOI: 10.3390/fi18070367

Санаи дарёфт: 22 майи 2026.

Санаи бознигарӣ: 3 июли 2026.

Санаи қабул: 10 июли 2026.

Санаи нашр: 15 июли 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотӣ; меъмории консенсуси блокчейн, арзёбии таҳлилии амният ва таҳлили иҷроиши ба симулятсия асосёфта.

Ҳолати тақриз: Нашри илмии тақризшуда.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Пайванди расмии нашр:https://doi.org/10.3390/fi18070367

Маблағгузорӣ: University of the West of England, Bristol Studentship.

Дастрасии додаҳо: Муаллифон хабар медиҳанд, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар дохили мақола мавҷуданд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул фиристода шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон бархӯрди манфиатҳоро гузориш накардаанд.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия: Yunus Kareem, Djamel Djenouri ва Essam Ghadafi; усул: Yunus Kareem ва Djamel Djenouri; тасдиқ: Djamel Djenouri ва Essam Ghadafi; таҳлили формалӣ ва таҳқиқот: ҳар се муаллиф; куротсияи додаҳо ва тарҳи аввал: Yunus Kareem; бознигарӣ/таҳрир: ҳар се муаллиф; визуализатсия: Yunus Kareem ва Djamel Djenouri; машварат: Djamel Djenouri ва Essam Ghadafi; идоракунии лоиҳа ва ҷалби маблағгузорӣ: Djamel Djenouri.

Изҳороти истифодаи зеҳни сунъӣ: Дар бахши сипосгузории мақолаи манбаъ муаллифон зикр мекунанд, ки GPT 5.6 by OpenAI-ро барои беҳтарсозии забон, санҷиши грамматика ва дастгирии таҳрири академӣ истифода кардаанд. Ин изҳорот ҳамчун усули тавлиди натиҷаҳои методологии симулятсияи таҳқиқот пешниҳод нашудааст.

Ҳади доираи илмӣ: Иҷроиши EPoLBFT ба ҷойи шабакаи воқеии истеҳсолии IoT бо симулятори BICA арзёбӣ шудааст. Тасдиқи прототипи end-to-end бо дастгоҳҳои воқеии гетерогении IoT, платформаҳои edge, location anchor-ҳои физикӣ ва воситаҳои воқеии ҳамла анҷом дода нашудааст.

Ҳади модели эътимод: Низом модели таҳдидеро фарз мекунад, ки дар он сохторҳои стандартии криптографӣ шикастнопазиранд, zero-knowledge proof-ҳоро сохта баровардан мумкин нест ва аз location infrastructure/anchor-ҳои боэътимод истифода бурдан имконпазир аст. Ҳолатҳое, ки ин фарзияҳо вайрон мешаванд, берун аз таҷрибаҳои мавҷуда мебошанд.

Ҳади Byzantine: EPoLBFT ҳади назариявии классикии BFT-ро баланд намекунад. Дар кумитаи пешфарзи 21-гиреҳӣ он барои таҳаммули шаш валидатори Byzantine танзим шудааст. Иддаои муқовимати беҳтаршуда ба тақсимоти ҷуғрофӣ, филтркунии validator ва сохтори консенсуси бисёрқабата асос меёбад.

Ёддошти мутобиқати дохилии манбаъ: Формулаи мураккабии иртибот дар манбаъ ҳамчун Муодилаи (4) ва (5) такрор шудааст. PREPARE quorum дар матн ва Алгоритми 2 ба таври гуногун ифода мешавад. Илова бар ин, дар Расми 2 ва 3 силсилаи RBFT мавҷуд аст, ки дар методологияи baseline шарҳ дода нашудааст. Ин нуқтаҳо дар матни Verianla хомӯшона ислоҳ нашудаанд.

Ёддошти Verianla Live: Визуализатсияи раванд ба чор марҳилаи epoch дар Расми 1-и таҳқиқот асос ёфтааст. Муқоисаи вақти zk-PoL танҳо арзишҳои яквоҳидаи 12,5 ms тавлиди исбот ва 5,8 ms тасдиқи исбот аз Ҷадвали 3-ро истифода мебарад. Силсилаҳое, ки дар Расмҳои 2–5 танҳо ҳамчун график дода шудаанд, ба ҷадвали додаҳои Live ҳамчун арзишҳои дақиқ интиқол дода нашудаанд.