বিতরণকৃত ঐক্যমত্য প্রোটোকলের জন্য একটি সহযোগিতামূলক প্রমাণ-অব-ওয়ার্ক স্কিম

সূচিপত্র

1. ভূমিকা

এই গবেষণাপত্রটি ঐতিহ্যবাহী প্রমাণ-অব-ওয়ার্ক (PoW) স্কিমের একটি পরিশোধন প্রস্তাব করে, যেখানে সাধারণত একটি ননস (nonce) খুঁজে বের করতে হয় যা প্রয়োজনীয় সংখ্যক অগ্রণী শূন্য সহ একটি ক্রিপ্টোগ্রাফিক হ্যাশ আউটপুট তৈরি করে। মূল উদ্ভাবনটি হল একটি সহযোগিতামূলক প্রমাণ-অব-ওয়ার্ক স্কিম যা একাধিক স্বায়ত্তশাসিত ব্যবহারকারীকে তাদের নিজস্ব লেনদেনের জন্য প্রমাণ তৈরি করতে সহযোগিতা করার সুযোগ দেয়। এই সহযোগিতার লক্ষ্য কেন্দ্রীভূত মাইনিং পুলের উপর নির্ভর না করে একটি বিতরণকৃত লেজারের মধ্যে লেনদেনের ক্রম সম্পর্কে ঐক্যমত্য প্রতিষ্ঠা করা।

প্রস্তাবিত স্কিমটি স্ট্যান্ডার্ড PoW-এর অন্তর্নিহিত সমস্যাগুলি, যেমন মাইনিং পুলে প্রণোদনার অসামঞ্জস্য এবং খনির মধ্যে প্রতিযোগিতামূলক, শক্তি-নিবিড় প্রতিযোগিতা, সমাধানের চেষ্টা করে। সরাসরি সহযোগিতা সক্ষম করে, এটি লেনদেন ফি (খনি শ্রমিকদের প্রদত্ত) কে লেনদেন কর (লেনদেনকারী ব্যবহারকারীদের নিজস্ব প্রদত্ত) দ্বারা প্রতিস্থাপনের পরিকল্পনা করে। এই পরিবর্তন প্রতিযোগিতামূলক খনির সাথে যুক্ত "শক্তি ব্যবহারের মুদ্রাস্ফীতিমূলক প্রভাব" প্রশমিত করতে এবং আরও মিতব্যয়ী, সহযোগিতামূলক কৌশল গড়ে তুলতে পারে।

উল্লিখিত সম্ভাব্য সুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে:

• লেনদেন খনির দ্বারা ব্যবহারকারীদের বৈষম্যের বিরুদ্ধে উন্নত প্রতিরক্ষা।
• খনি শ্রমিকদের মধ্যকার প্রতিযোগিতা হ্রাসের কারণে সিস্টেম থ্রুপুট বৃদ্ধি।
• ডিনায়াল-অব-সার্ভিস (DoS) আক্রমণের বিরুদ্ধে বৃহত্তর প্রতিরোধ, কারণ আক্রমণগুলি লেনদেন করের ব্যয় বহন করবে।

2. ঐক্যমত্য

গবেষণাপত্রটি পিয়ার-টু-পিয়ার (P2P) নেটওয়ার্কের প্রেক্ষাপটে সমস্যাটি উপস্থাপন করে যেখানে একটি বিতরণকৃত লেজার প্রয়োজন। কোনো কেন্দ্রীয় কর্তৃপক্ষ বা পূর্বনির্ধারিত নেতা নির্বাচন ছাড়াই সমস্ত পিয়ারকে লেজারের অবস্থা সম্পর্কে একমত হতে হবে।

মৌলিক চ্যালেঞ্জটি হল বার্তা প্রচার বিলম্ব। একটি আদর্শ, নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি লেনদেন পরিবেশে, নেটওয়ার্ক ট্রাফিকের একটি বিরতি—একটি "সম্পূর্ণ থামা"—পর্যবেক্ষণ করে ঐক্যমত্য অর্জন করা যেতে পারে, যা নির্দেশ করে যে সম্ভবত সমস্ত পিয়ার একই সেট বার্তা দেখেছে। তারপর এই বার্তাগুলিকে প্রামাণিকভাবে ক্রমবিন্যাস করা যেতে পারে (যেমন, হ্যাশ দ্বারা) এবং লেজারে যুক্ত করা যেতে পারে।

যাইহোক, বাস্তব-বিশ্বের লেনদেনের ফ্রিকোয়েন্সি এই সরল স্কিমের জন্য খুব বেশি। এখানেই প্রমাণ-অব-ওয়ার্ক গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে। গণনামূলক প্রচেষ্টা (একটি ক্রিপ্টোগ্রাফিক ধাঁধা সমাধান) প্রয়োজন করে, PoW কৃত্রিমভাবে যে কোনো একক পিয়ার নতুন লেজার এন্ট্রি প্রস্তাব করতে পারে তার কার্যকর হার কমিয়ে দেয়। ধাঁধার কঠোরতা লেনদেন ফ্রিকোয়েন্সির একটি ঊর্ধ্বসীমা নির্ধারণের জন্য ক্যালিব্রেট করা যেতে পারে, যা কার্যত ঐক্যমত্য উদ্ভূত হওয়ার জন্য প্রয়োজনীয় "নীরব সময়কাল" তৈরি করে।

3. সহযোগিতামূলক প্রমাণ-অব-ওয়ার্ক

গবেষণাপত্রটি সহযোগিতামূলক স্কিমটিকে রূপায়িত করে কিন্তু প্রদত্ত উদ্ধৃতিটি কেটে দেওয়া হয়েছে। ভূমিকা অনুসারে, রূপায়নে সম্ভবত এমন একটি প্রক্রিয়া জড়িত যেখানে:

1. একটি লেনদেনে অবদান রাখা ব্যবহারকারীরা সংশ্লিষ্ট PoW ধাঁধা সমাধানের জন্য গণনামূলক শক্তিও অবদান রাখতে পারে।
2. সম্মিলিত প্রচেষ্টা একটি একক খনির কাজ প্রতিস্থাপন করে।
3. লেনদেন ক্রমের উপর ঐক্যমত্য এই সহযোগিতামূলক প্রচেষ্টা থেকে উদ্ভূত হয়, সম্ভবত সহযোগী ব্যবহারকারীদের সেটের সাথে যুক্ত।
4. "কর" হল একটি বাধ্যতামূলক অবদান (গণনামূলক প্রচেষ্টা বা একটি উদ্ভূত ব্যয়) যা লেনদেনকারী পক্ষগুলির দ্বারা প্রদান করা হয়, যা ঐক্যমত্যের ব্যয়কে অভ্যন্তরীণ করে।

এটি ঐতিহ্যবাহী মডেলের বিপরীত, যেখানে বাহ্যিক খনি শ্রমিকরা ফির জন্য PoW সমাধানের জন্য প্রতিযোগিতা করে, যা পুল এবং সম্ভাব্য কেন্দ্রীকরণের দিকে নিয়ে যায়।

4. মূল অন্তর্দৃষ্টি ও বিশ্লেষকের দৃষ্টিভঙ্গি

মূল অন্তর্দৃষ্টি: কুইজপারের গবেষণাপত্রটি শুধুমাত্র হ্যাশিং অ্যালগরিদমে সামান্য পরিবর্তন নয়; এটি ব্লকচেইন ডিজাইনে একটি মৌলিক অর্থনৈতিক ও গেম-থিওরেটিক হস্তক্ষেপ। প্রকৃত উদ্ভাবন হল লাভ-অন্বেষী খনির থেকে ঐক্যমত্য প্রচেষ্টাকে বিচ্ছিন্ন করা এবং এটিকে সরাসরি লেনদেনের উপযোগিতার সাথে যুক্ত করা। খনিকে ফি থেকে ব্যবহারকারীর কর-এ স্থানান্তর প্রণোদনা কাঠামোকে মাথার উপর উল্টে দেয়, যার লক্ষ্য নেটওয়ার্কের স্বাস্থ্যকে খনি শ্রমিকদের প্রতিযোগিতার পরিবর্তে ব্যবহারকারী সহযোগিতার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ করা। এটি স্ট্যানফোর্ড ক্রিপ্টো ইকোনমিক্স ল্যাবের মতো প্রতিষ্ঠানের মেকানিজম ডিজাইন গবেষণায় দেখা নীতিগুলির প্রতিধ্বনি করে, যা কাঙ্ক্ষিত সিস্টেম ফলাফল অর্জনের জন্য কীভাবে প্রণোদনা কাঠামোগত করা যায় তা অন্বেষণ করে।

যুক্তিগত প্রবাহ: যুক্তিটি যৌক্তিকভাবে সঠিক কিন্তু একটি সমালোচনামূলক, অপ্রমাণিত অনুমানের উপর নির্ভর করে: যে ব্যবহারকারীরা নতুন সমন্বয় ওভারহেড বা আক্রমণের ভেক্টর প্রবর্তন না করে দক্ষতা এবং সততার সাথে সহযোগিতা করবে। গবেষণাপত্রটি বিটকয়েনের PoW-তে শক্তি অপচয় এবং কেন্দ্রীকরণ চাপ (পুলের মাধ্যমে) সঠিকভাবে চিহ্নিত করে, যেমন অসংখ্য গবেষণায় নথিভুক্ত করা হয়েছে (যেমন, কেমব্রিজ বিটকয়েন বিদ্যুৎ খরচ সূচক)। তারপর এটি প্রতিষেধক হিসাবে সহযোগিতাকে স্থাপন করে। যাইহোক, যৌক্তিক লাফ হল এই অনুমান যে একটি ট্রাস্টলেস পরিবেশে সহযোগিতা পরিচালনা করা প্রতিযোগিতার চেয়ে সহজ। P2P সিস্টেমের ইতিহাস দেখায় যে সহযোগিতার প্রায়ই ফ্রি-রাইডিং রোধ করতে জটিল প্রোটোকল (যেমন BitTorrent-এর টিট-ফর-ট্যাট) প্রয়োজন—একটি সমস্যা যা এই স্কিমটিকে সমাধান করতে হবে।

শক্তি ও ত্রুটি: শক্তি: দৃষ্টিভঙ্গি আকর্ষণীয়। শক্তি মুদ্রাস্ফীতি এবং খনি-চালিত বৈষম্য হ্রাস করা মহৎ লক্ষ্য। "লেনদেন কর" এর ধারণা যা বহিরাগত ব্যয়কে অভ্যন্তরীণ করে তা অর্থনৈতিকভাবে মার্জিত, গণনামূলক বর্জ্যের জন্য প্রয়োগকৃত কার্বন ট্যাক্স ধারণার অনুরূপ। ত্রুটি: গবেষণাপত্রটি "কীভাবে" এই বিষয়ে লক্ষণীয়ভাবে হালকা। রূপায়নটি সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে, কিন্তু এমনকি প্রাথমিক অনুমানটিতেও একটি কংক্রিট প্রক্রিয়ার অভাব রয়েছে যা সাইবিল আক্রমণ রোধ করতে পারে যেখানে একজন ব্যবহারকারী তাদের ন্যায্য অংশের কাজ এড়াতে অনেকগুলি নকল পরিচয় তৈরি করে। "সহযোগিতামূলক কাজ" কীভাবে যাচাই এবং আরোপিত হয়? এটি ছাড়া, সিস্টেমটি কম ঝুঁকিপূর্ণ নয়, বরং আরও ঝুঁকিপূর্ণ হতে পারে। তদুপরি, একটি পরিচিত, যুদ্ধ-পরীক্ষিত প্রতিযোগিতামূলক মডেলকে একটি নতুন সহযোগিতামূলক মডেল দিয়ে প্রতিস্থাপন করা উল্লেখযোগ্য ঝুঁকি এবং গ্রহণের বাধা প্রবর্তন করে, একটি চ্যালেঞ্জ যা প্রুফ-অব-স্টেকের মতো অন্যান্য ঐক্যমত্য উদ্ভাবনের প্রাথমিক সমালোচনার সময়কালেও সম্মুখীন হয়েছিল।

কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: গবেষকদের জন্য, এই গবেষণাপত্রটি ফলো-আপ কাজের জন্য একটি স্বর্ণখনি। অবিলম্বে পরবর্তী পদক্ষেপ হল একটি নির্দিষ্ট সহযোগিতামূলক PoW গেম ডিজাইন এবং সিমুলেট করা, এর ন্যাশ ভারসাম্য বিশ্লেষণ করা। এটি অনিবার্যভাবে সহযোগিতার দিকে নিয়ে যায়, নাকি এটিকে গেম করা যেতে পারে? অনুশীলনকারীদের জন্য, মূল টেকঅ্যাওয়ে হল নীতি, তাৎক্ষণিক বাস্তবায়ন নয়। আপনার সিস্টেম ডিজাইনে "সহযোগিতামূলক ব্যয় অভ্যন্তরীকরণ" কীভাবে প্রয়োগ করা যায় তা বিবেচনা করুন। একটি হাইব্রিড মডেল কি কাজ করতে পারে, যেখানে একটি বেস লেনদেন কর একটি বিতরণকৃত বৈধতা সেটের তহবিল দেয়, এই গবেষণাপত্রের ধারণাগুলিকে ডেলিগেটেড প্রুফ-অব-স্টেকের সাথে মিশ্রিত করে? মূল ধারণা—লেনদেন ইস্যুকারীকে ঐক্যমত্য ব্যয়ের জন্য দায়ী করা—লেয়ার-২ সমাধান বা নতুন লেজার ডিজাইনে অন্বেষণ করা উচিত যেখানে হুমকির মডেল বিটকয়েনের সম্পূর্ণ অনুমতিবিহীন সেটিং থেকে আলাদা।

5. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক রূপায়ন

যদিও সম্পূর্ণ রূপায়নটি ছেঁটে দেওয়া হয়েছে, প্রস্তাবিত স্কিমটি স্ট্যান্ডার্ড ক্রিপ্টোগ্রাফিক হ্যাশ-ভিত্তিক PoW-এর উপর নির্মিত। ঐতিহ্যবাহী PoW-এর জন্য একটি ননস $n$ খুঁজে বের করতে হয় যাতে একটি ব্লক ডেটা $B$, হ্যাশ ফাংশন $H$, এবং কঠোরতা লক্ষ্য $T$ এর জন্য:

$H(B, n) < T$

একটি সহযোগিতামূলক সেটিংয়ে, এটি সম্ভবত রূপান্তরিত হয়। ধরুন একটি লেনদেন সেট $ au$ ব্যবহারকারীদের একটি গ্রুপ $U = \{u_1, u_2, ..., u_k\}$ দ্বারা প্রস্তাবিত। প্রতিটি ব্যবহারকারী $u_i$ একটি আংশিক কাজ সমাধান $w_i$ অবদান রাখে। সহযোগিতামূলক PoW-এর জন্য প্রয়োজন হতে পারে:

$H(\tau, \text{Aggregate}(w_1, w_2, ..., w_k)) < T$

যেখানে $\text{Aggregate}$ হল পৃথক অবদানগুলিকে একত্রিত করার একটি ফাংশন। কর প্রক্রিয়াটি বোঝায় যে প্রতিটি $u_i$ কে $ au$-এ তাদের অংশ বা ভূমিকার সমানুপাতিক সম্পদ ব্যয় করতে হবে, নিশ্চিত করে যে সম্মিলিত কাজ কঠোরতা $T$ পূরণ করে। যাচাইকরণের জন্য নিশ্চিত করতে হবে যে প্রতিটি $w_i$ বৈধ এবং স্বতন্ত্রভাবে অবদান রাখা হয়েছে, যা পুনরাবৃত্তি বা জালিয়াতি আক্রমণ রোধ করে।

6. বিশ্লেষণ কাঠামো ও ধারণাগত উদাহরণ

দৃশ্যকল্প: অ্যালিস, বব এবং চার্লি চায় তাদের লেনদেন ($tx_a$, $tx_b$, $tx_c$) পরবর্তী ব্লকে অন্তর্ভুক্ত হোক।

ঐতিহ্যবাহী PoW (প্রতিযোগিতামূলক): খনি শ্রমিক M1, M2, M3 এই লেনদেনগুলি এবং ফি সম্বলিত একটি ব্লকের জন্য $H(block, n) < T$ সমাধানের জন্য প্রতিযোগিতা করে। বিজয়ী (যেমন, M2) ফি পায়। অ্যালিস, বব এবং চার্লি নিষ্ক্রিয়।

সহযোগিতামূলক PoW (প্রস্তাবিত):

1. অ্যালিস, বব এবং চার্লি তাদের লেনদেনের জন্য একটি অস্থায়ী গ্রুপ গঠন করে।
2. প্রোটোকল তাদের একটি যৌথ ধাঁধা নির্ধারণ করে: $(w_a, w_b, w_c)$ ইনপুট খুঁজে বের করুন যাতে $H(tx_a, tx_b, tx_c, w_a, w_b, w_c) < T$ হয়।
3. তারা প্রত্যেকে স্থানীয়ভাবে আংশিক সমাধান গণনা করে। অ্যালিস $w_a$ খুঁজে পায়, বব $w_b$ খুঁজে পায়, চার্লি $w_c$ খুঁজে পায়।
4. তারা তাদের ফলাফল একত্রিত করে। সম্মিলিত কাজ কঠোরতা পূরণ করে।
5. তারা যৌথ প্রমাণ $(w_a, w_b, w_c)$ সহ লেনদেনগুলি সম্প্রচার করে।
6. নেটওয়ার্ক হ্যাশ এবং প্রতিটি $w_i$ তার সংশ্লিষ্ট লেনদেন মালিকের সাথে যুক্ত কিনা তা যাচাই করে।
7. ফি প্রদানের পরিবর্তে, তারা প্রত্যেকে তাদের গণনামূলক প্রচেষ্টা $w_i$ আকারে একটি "কর" প্রদান করেছে। তাদের লেনদেনগুলি সংযুক্ত করা হয়।

এই কাঠামোর মূল চ্যালেঞ্জ: চার্লিকে অলসতা করা এবং পূর্ববর্তী যুগ থেকে একটি সমাধান (পুনরাবৃত্তি আক্রমণ) ব্যবহার করা বা ববের কাজ কপি করা থেকে রোধ করা। প্রোটোকলটির $w_i$ কে $u_i$ এর পরিচয় এবং নির্দিষ্ট লেনদেন ব্যাচের সাথে যুক্ত করার একটি উপায় প্রয়োজন, সম্ভবত ডিজিটাল স্বাক্ষর ব্যবহার করে: $w_i = \text{Sign}_{u_i}(H(tx_i) \, || \, \text{epoch})$। এটি জটিলতা যোগ করে।

7. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা

তাৎক্ষণিক প্রয়োগ: এই স্কিমটি কনসোর্টিয়াম ব্লকচেইন বা বিশেষায়িত বিতরণকৃত অ্যাপ্লিকেশন (dApps) এ সবচেয়ে কার্যকর যেখানে অংশগ্রহণকারীদের পূর্ব-বিদ্যমান, আধা-বিশ্বাসের সম্পর্ক রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, একটি সরবরাহ শৃঙ্খলা কনসোর্টিয়াম যেখানে সমস্ত সদস্য পরিচিত এবং তাদের পারস্পরিক লেনদেনের জন্য লেজার রক্ষণাবেক্ষণের বোঝা ভাগ করতে সম্মত।

ভবিষ্যৎ গবেষণার দিকনির্দেশনা:

1. আনুষ্ঠানিক গেম-থিওরেটিক বিশ্লেষণ: স্কিমটিকে একটি গেম হিসাবে মডেলিং করে স্থিতিশীল, সহযোগিতামূলক ভারসাম্য এবং সম্ভাব্য ত্রুটি কৌশল চিহ্নিত করা।
2. হাইব্রিড মডেল: সহযোগিতামূলক PoW কে অন্যান্য ঐক্যমত্য প্রক্রিয়ার সাথে একত্রিত করা (যেমন, চূড়ান্ততার জন্য প্রুফ-অব-স্টেক, ক্রম নির্ধারণের জন্য সহযোগিতামূলক PoW)।
3. লেয়ার-২ ইন্টিগ্রেশন: লেয়ার-২ রোলআপে সহযোগিতামূলক কর মডেল বাস্তবায়ন করা, যেখানে লেনদেন ব্যাচগুলি একটি প্রধান চেইনে চূড়ান্ত করা হয়। রোলআপের ব্যবহারকারীরা তাদের ব্যাচের বৈধতা সহযোগিতামূলকভাবে প্রমাণ করতে পারে।
4. যাচাইযোগ্য বিলম্ব ফাংশন (VDF) ইন্টিগ্রেশন: হ্যাশ ধাঁধাকে একটি VDF-ভিত্তিক কাজ দ্বারা প্রতিস্থাপন বা বৃদ্ধি করা। এটি নিশ্চিত করতে পারে যে "কাজ" সময়-ভিত্তিক এবং অ-সমান্তরালযোগ্য, সম্ভবত ন্যায্য অবদান পরিমাপ সরলীকরণ করে।
5. অবদান প্রমাণের মানকীকরণ: একটি যৌথ প্রমাণে ব্যক্তিগত অবদান প্রমাণ করার জন্য হালকা ওজনের ক্রিপ্টোগ্রাফিক প্রোটোকল বিকাশ করা, যা জিরো-নলেজ প্রুফ গবেষণার সংলগ্ন একটি সমস্যা।

দীর্ঘমেয়াদী দৃষ্টিভঙ্গি হল একটি ব্লকচেইন ইকোসিস্টেম যেখানে ঐক্যমত্যের পরিবেশগত এবং অর্থনৈতিক ব্যয় সরাসরি লেনদেন থেকে উপকৃত ব্যক্তিদের দ্বারা বহন করা হয়, যা টেকসইতা এবং ন্যায্যতা প্রচার করে—প্রথম প্রজন্মের "বিজয়ী সব নেয়" খনি প্যারাডাইমের বাইরে একটি উল্লেখযোগ্য পদক্ষেপ।

8. তথ্যসূত্র

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Demers, A., et al. (1987). Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance. Proceedings of the Sixth Annual ACM Symposium on Principles of Distributed Computing.
3. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
4. Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
5. Cambridge Centre for Alternative Finance. (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI). [https://ccaf.io/cbeci/index](https://ccaf.io/cbeci/index)
6. Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks (CycleGAN). IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV). [একটি পরিচিত সমস্যার (চিত্র অনুবাদ) জন্য একটি নতুন, গঠনগতভাবে ভিন্ন পদ্ধতি (চক্র সামঞ্জস্য) প্রবর্তনকারী একটি গবেষণাপত্রের উদাহরণ হিসাবে উদ্ধৃত, এই গবেষণাপত্রের PoW-এর নতুন পদ্ধতির অনুরূপ]।
7. Roughgarden, T. (2020). Transaction Fee Mechanism Design for the Ethereum Blockchain: An Economic Analysis of EIP-1559. Stanford University. [সফল ব্লকচেইন প্রণোদনা পরিবর্তনের জন্য প্রয়োজনীয় অর্থনৈতিক বিশ্লেষণের গভীরতা তুলে ধরে]।