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

1. ভূমিকা

এই গবেষণাপত্রটি স্ট্যান্ডার্ড প্রমাণ-অব-ওয়ার্ক (PoW) স্কিমের একটি পরিশোধন প্রস্তাব করে, যেখানে লক্ষ্য হল একটি নন্স খুঁজে বের করা যাতে একটি ব্লক হেডারের ক্রিপ্টোগ্রাফিক হ্যাশ একটি নির্দিষ্ট কঠিনতা লক্ষ্য পূরণ করে (যেমন, শূন্য দিয়ে শুরু হয়)। মূল উদ্ভাবন হল এই স্কিমটিকে স্বভাবতই সহযোগিতামূলক করে ডিজাইন করা, যা একাধিক স্বায়ত্তশাসিত ব্যবহারকারীকে তাদের সম্মিলিত লেনদেনের জন্য PoW সমাধান করতে তাদের গণনামূলক প্রচেষ্টা একত্রিত করতে দেয়।

প্রাথমিক প্রেরণা হল ঐতিহ্যগত মাইনিংয়ের (যেমন, বিটকয়েন) প্রতিযোগিতামূলক, ফি-চালিত মডেল থেকে সরে এসে একটি সহযোগিতামূলক, কর-চালিত মডেলের দিকে যাওয়া। এই পরিবর্তনের লক্ষ্য মাইনিং অস্ত্র প্রতিযোগিতা থেকে অপচয়মূলক শক্তি ব্যয় হ্রাস করা এবং মাইনার বৈষম্য ও মাইনিং পুলের কেন্দ্রীভবন প্রভাবের মতো সমস্যাগুলি প্রশমিত করা।

প্রস্তাবিত সুবিধাসমূহ:

• লেনদেন ফি-এর (মাইনারদের প্রদত্ত) স্থলে লেনদেন কর (ব্যবহারকারী/মাইনারদের প্রদত্ত) প্রবর্তন।
• প্রতিযোগিতামূলক হ্যাশিং নিরুৎসাহিত করে সামগ্রিক শক্তি খরচ হ্রাস।
• মাইনারদের দ্বারা লেনদেন সেন্সরশিপের বিরুদ্ধে প্রতিরক্ষা বৃদ্ধি।
• প্রতিযোগিতা হ্রাসের কারণে সিস্টেম থ্রুপুট বৃদ্ধির সম্ভাবনা।
• ডিনায়াল-অব-সার্ভিস (DoS) আক্রমণ বিরুদ্ধে প্রতিরোধ বৃদ্ধি, কারণ স্প্যামিং ব্যয়বহুল হয়ে ওঠে।

2. ঐক্যমত্য

3. সহযোগিতামূলক প্রমাণ-অব-ওয়ার্ক

4. মূল অন্তর্দৃষ্টি ও যৌক্তিক প্রবাহ

মূল অন্তর্দৃষ্টি: নাকামোটো ঐক্যমত্যের মৌলিক অদক্ষতা PoW নিজেই নয়, বরং এর চারপাশে গড়ে ওঠা জিরো-সাম, প্রতিযোগিতামূলক কাঠামো। কুইজপারের গবেষণাপত্রটি সঠিকভাবে চিহ্নিত করে যে প্রকৃত খরচ—শক্তি অপচয়, পুলের মাধ্যমে কেন্দ্রীভবন, ফি বাজারের অস্থিরতা—উদ্ভূত হয় অন্যদের চেয়ে বেশি গণনা করার কাঠামোগত প্রণোদনা থেকে, ঐক্যমত্য অর্জন থেকে নয়। মাইনারকে ফি থেকে ব্যবহারকারীর কর মডেলে প্রস্তাবিত পরিবর্তনটি একটি আমূল কিন্তু যৌক্তিক বিপরীতমুখীতা। এটি PoW-কে মাইনারদের জন্য একটি "লটারি টিকিট" থেকে খাতায় অন্তর্ভুক্তি চাওয়া ব্যবহারকারীদের জন্য একটি "সমন্বয় খরচ" হিসেবে পুনর্ব্যাখ্যা করে, অর্থনৈতিক প্রণোদনাগুলিকে নেটওয়ার্কের স্বাস্থ্যের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ করে।

যৌক্তিক প্রবাহ: যুক্তিটি অত্যন্ত সুনির্দিষ্টভাবে এগোয়: (১) বার্তা/সিঙ্ক্রোনাইজেশন সমস্যা হিসেবে ঐক্যমত্য প্রতিষ্ঠা। (২) একটি বাধ্যতামূলক বিলম্ব প্রক্রিয়া হিসেবে PoW দেখানো। (৩) PoW-এর বহিঃপ্রভাবের উৎস হিসেবে প্রতিযোগিতা চিহ্নিত করা। (৪) একটি ক্রিপ্টোগ্রাফিক আদিম (সহযোগিতামূলক PoW) প্রস্তাব করা যা ব্যক্তিগত সমাধানগুলিকে সম্মিলিতভাবে উপযোগী করে কাঠামোগতভাবে সহযোগিতা প্রয়োগ করে। যুক্তিটি শক্তিশালী—আপনি যদি প্রতিযোগিতা করতে না পারেন, আপনাকে অবশ্যই সহযোগিতা করতে হবে। গবেষণাপত্রের উজ্জ্বলতা হল এটি প্রস্তাব করে যে আমরা প্রোটোকলটি এমনভাবে ডিজাইন করি যাতে প্রতিযোগিতা গাণিতিকভাবে নিরর্থক হয়ে ওঠে।

5. শক্তি ও দুর্বলতা

শক্তিসমূহ:

• সুন্দর প্রণোদনা পুনর্বিন্যাস: কর মডেলটি শক্তি অত্যধিক খরচের মূল কারণের উপর সরাসরি আক্রমণ করে। এটি ইথেরিয়ামের EIP-1559 ফি বার্নের মতো পরবর্তী সংশোধনের চেয়ে আরও নীতিগত পদ্ধতি।
• পুল প্রতিরোধ: প্রোটোকলে সহযোগিতা অন্তর্ভুক্ত করে, এটি বহিরাগত মাইনিং পুলের প্রয়োজনীয়তা এবং কেন্দ্রীভবনের ঝুঁকিগুলি সম্ভাব্যভাবে অপ্রয়োজনীয় করে তোলে। এটি বিটকয়েন মাইনিংয়ে কেন্দ্রীভবনের চাপ সম্পর্কে Gervais et al. (2016)-এর মতো গবেষকরা উল্লেখিত একটি গুরুত্বপূর্ণ ত্রুটির সমাধান করে।
• উন্নত সেন্সরশিপ প্রতিরোধ: যদি মাইনাররা (বা সহযোগীরা) লেনদেন অন্তর্ভুক্ত করতে অর্থ প্রদান করে, তাহলে কোনো নির্দিষ্ট লেনদেন বাদ দিতে তাদের অর্থনৈতিক প্রণোদনা কম থাকে, যা নেটওয়ার্ক নিরপেক্ষতা শক্তিশালী করে।

দুর্বলতা ও সমালোচনামূলক ফাঁক:

• "ফ্রি রাইডার" সমস্যা: গবেষণাপত্রটি উল্লেখযোগ্য গেম-থিওরেটিক চ্যালেঞ্জটি উপেক্ষা করে। অন্যরা সহযোগিতামূলক ধাঁধা সমাধান করার জন্য অপেক্ষা করে এবং তারপর তাদের লেনদেন যোগ করা থেকে একজন ব্যবহারকারীকে কী বিরত রাখে? করটিকে ক্রিপ্টোগ্রাফিকভাবে প্রয়োগ করতে হবে, যার জন্য সম্ভবত গণনার ZK-প্রমাণের মতো জটিল প্রক্রিয়ার প্রয়োজন, যা গবেষণাপত্রে বিস্তারিতভাবে বলা হয়নি।
• জটিলতা ও যাচাইযোগ্যতা: আংশিক প্রমাণগুলিকে একত্রিত করা অবশ্যই যাচাইযোগ্যভাবে সস্তা কিন্তু ক্রিপ্টোগ্রাফিকভাবে শক্তিশালী হতে হবে। এমন একটি ফাংশন ডিজাইন করা তুচ্ছ নয় এবং নতুন দুর্বলতা বা গণনামূলক ওভারহেড প্রবর্তন করতে পারে যা শক্তি সঞ্চয়কে নাকচ করে দেয়।
• বুটস্ট্র্যাপিং ও গ্রহণযোগ্যতা: অনেক নতুন ঐক্যমত্য মডেলের মতো, এটি একটি বিশাল সমন্বয় চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। বিদ্যমান ASIC বিনিয়োগ সহ মাইনারদের পরিবর্তন করার কোনো প্রণোদনা নেই। স্কিমটির সম্ভবত একটি পরিষ্কার স্লেট ব্লকচেইনের প্রয়োজন, অন্যান্য "বিটকয়েন বিকল্প"-এর মতো একই গ্রহণযোগ্যতার বাধার সম্মুখীন।
• অস্পষ্ট আনুষ্ঠানিকীকরণ: যদিও প্রতিশ্রুতিশীল, গবেষণাপত্রটি উচ্চ-স্তরেরই রয়ে গেছে। একটি সত্যিকারের মূল্যায়নের জন্য নির্দিষ্ট ক্রিপ্টোগ্রাফিক নির্মাণের প্রয়োজন, যা অনুপস্থিত। এটি ছাড়া, প্রস্তাবটি একটি প্রস্তুত সমাধানের চেয়ে বেশি একটি গবেষণা দিকনির্দেশনা।

6. বাস্তবায়নযোগ্য অন্তর্দৃষ্টি

গবেষক ও প্রোটোকল ডিজাইনারদের জন্য:

1. সম্মিলিত ক্রিপ্টোগ্রাফির উপর ফোকাস: অবিলম্বে পরবর্তী পদক্ষেপ হল একটি কংক্রিট হ্যাশ ফাংশন বা কমিটমেন্ট স্কিম নির্দিষ্ট করা যা নিরাপদ ও দক্ষ প্রমাণ সমন্বয় সক্ষম করে। অনুপ্রেরণার জন্য মার্কেল ট্রি বা যাচাইযোগ্য বিলম্ব ফাংশন (VDF) কম্পোজিশনের মতো ধারণাগুলির দিকে তাকান।
2. গেম থিওরি কঠোরভাবে মডেল করুন: নির্মাণের আগে, প্রণোদনা মডেলটি আনুষ্ঠানিক করুন। ন্যাশ ভারসাম্য পরীক্ষা করতে এজেন্ট-ভিত্তিক সিমুলেশন (যেমন Biais et al., 2019 বিটকয়েনে প্রয়োগ করা) ব্যবহার করুন। "কর" অবশ্যই অপরিহার্য হতে হবে এবং সহযোগিতার সুবিধাগুলি অবশ্যই কঠোরভাবে বিশ্বাসঘাতকতার কৌশলগুলিকে আধিপত্য দেবে।
3. প্রথমে নির্দিষ্ট প্রয়োগের লক্ষ্য: বিটকয়েন প্রতিস্থাপনের লক্ষ্য করবেন না। বরং, নিয়ন্ত্রিত, কনসোর্টিয়াম-স্টাইলের ব্লকচেইনে বা নির্দিষ্ট ব্যবহারের ক্ষেত্রে যেমন বিকেন্দ্রীভূত টাইমস্ট্যাম্পিং বা প্রমাণ-অব-অস্তিত্ব পরিষেবাগুলিতে এই স্কিমটি পাইলট করুন, যেখানে অংশগ্রহণকারীর পরিচয় ও সহযোগিতা নিশ্চিত করা সহজ।
4. বিকল্পের বিপরীতে তুলনা: শুধু বিটকয়েনের বিরুদ্ধে নয়, Avalanche বা Algorand's Pure PoS-এর মতো অন্যান্য পোস্ট-PoS ঐক্যমত্য প্রক্রিয়ার বিরুদ্ধেও একটি বাস্তবায়িত সহযোগিতামূলক PoW-এর সম্ভাব্য শক্তি পদচিহ্ন ও নিরাপত্তা গ্যারান্টি কঠোরভাবে তুলনা করুন। মানদণ্ডটি উচ্চ।

সারসংক্ষেপ: কুইজপারের গবেষণাপত্রটি একটি মূল্যবান চিন্তার উপাদান যা একটি পদ্ধতিগত সমস্যা সঠিকভাবে নির্ণয় করে। যাইহোক, এটি একটি নকশা উপস্থাপন করে, একটি নির্মাণযোগ্য ইঞ্জিন নয়। প্রকৃত কাজ—এবং ব্যর্থতার প্রকৃত ঝুঁকি—ক্রিপ্টোগ্রাফিক ও অর্থনৈতিক প্রকৌশলে নিহিত যা সহযোগিতাকে শুধু সম্ভব নয়, বাধ্যতামূলক ও সর্বোত্তম করে তোলে। এটি পরবর্তী প্রজন্মের ঐক্যমত্য গবেষণার সীমান্ত।

7. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক আনুষ্ঠানিকীকরণ

গবেষণাপত্রটি সহযোগিতামূলক PoW-কে একটি অনুসন্ধান সমস্যা হিসেবে আনুষ্ঠানিক করার পরামর্শ দেয় যেখানে সমাধানটি বিভিন্ন ব্যবহারকারীর একাধিক ইনপুটের একটি ফাংশন। একটি ধারণাগত আনুষ্ঠানিকীকরণ নিম্নরূপ রূপরেখা দেওয়া যেতে পারে:

ধরা যাক $T = \{tx_1, tx_2, ..., tx_n\}$ হল ব্যবহারকারী $U_1, U_2, ..., U_n$ থেকে লেনদেনের একটি সেট। প্রতিটি ব্যবহারকারী $U_i$ একটি আংশিক উইটনেস $w_i$ খুঁজে বের করার কাজ করে যাতে একটি ক্রিপ্টোগ্রাফিক হ্যাশ ফাংশন $H$ এবং একটি গ্লোবাল চ্যালেঞ্জ $C$ এর জন্য, তাদের লেনদেনের জন্য নিম্নলিখিতটি ধারণ করে:

$H(C, tx_i, w_i) < D_i$

যেখানে $D_i$ হল একটি ব্যক্তিগত কঠিনতা লক্ষ্য। মূল উদ্ভাবন হল একটি সমন্বয় ফাংশন $\Phi$ যা আংশিক সমাধানের সেট $\{w_1, ..., w_n\}$ গ্রহণ করে এবং পুরো সেট $T$ এর জন্য একটি বৈধ যৌগিক উইটনেস $W$ আউটপুট করে:

$W = \Phi(w_1, w_2, ..., w_n)$

এই যৌগিক উইটনেস অবশ্যই ক্রমবদ্ধ সেট $T$ এর জন্য গ্লোবাল PoW শর্ত পূরণ করবে:

$H(C, \text{Sort}(T), W) < D_{global}$

নিরাপত্তা এই বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে যে সরাসরি $W$ খুঁজে পাওয়া গণনাগতভাবে কঠিন, কিন্তু বৈধ আংশিক উইটনেস $\{w_i\}$ থেকে এটি তৈরি করা দক্ষ। এটি থ্রেশহোল্ড ক্রিপ্টোগ্রাফি বা বিতরণকৃত কী জেনারেশনের ধারণাগুলির প্রতিফলন ঘটায়।

8. বিশ্লেষণ কাঠামো ও ধারণাগত উদাহরণ

কাঠামো: সহযোগিতামূলক মাইনিং গেম

দুইজন ব্যবহারকারী, অ্যালিস ও বব, প্রত্যেকে একটি লেনদেন সহ একটি সরলীকৃত মডেল বিবেচনা করুন।

• ঐতিহ্যগত PoW (বিটকয়েন-সদৃশ): অ্যালিস ও বব (বা তাদের নির্বাচিত মাইনাররা) $H(block) < D$ সমাধান করার জন্য প্রতিযোগিতা করে। বিজয়ী উভয় লেনদেন অন্তর্ভুক্ত করে, ফি উপার্জন করে, এবং পরাজিতের কাজ নষ্ট হয়।
• সহযোগিতামূলক PoW (প্রস্তাবিত): প্রোটোকলটি একটি ধাঁধা সংজ্ঞায়িত করে যেখানে ব্লক হ্যাশ হিসাবে গণনা করা হয় $H(\, H(tx_A, w_A) \, \| \, H(tx_B, w_B) \, ) < D$। অ্যালিস $w_A$ খোঁজে যা তার হ্যাশ আউটপুটকে, বলুন, ৫টি অগ্রণী শূন্য করে। বব $w_B$ এর জন্য একই কাজ করে। তারা তারপর এই হ্যাশগুলি বিনিময় করে। এই দুটি হ্যাশের সম্মিলিত হ্যাশের অবশ্যই, বলুন, ৮টি অগ্রণী শূন্য থাকতে হবে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, $w_A$ এবং $w_B$ স্বাধীনভাবে খুঁজে পাওয়া পুরো ব্লকের জন্য একটি একক নন্স খোঁজার চেয়ে সহজ, এবং তাদের কাজ সংযোজ্য।

ফলাফল: উভয়ই কাজে অবদান রাখে। উভয় লেনদেন অন্তর্ভুক্ত হয়। "পুরস্কার" হল তাদের নিজস্ব লেনদেনের সফল অন্তর্ভুক্তি, অগ্রিম "কর" (গণনামূলক প্রচেষ্টা) এর মাধ্যমে প্রদত্ত। কোনো একক বিজয়ী নেই; সাফল্য ভাগাভাগি করা হয়।

9. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা

সম্ভাব্য প্রয়োগ:

• সবুজ ব্লকচেইন উদ্যোগ: পরিবেশগত স্থায়িত্বকে অগ্রাধিকার দেওয়া প্রকল্পগুলির জন্য, সহযোগিতামূলক PoW ডিজাইন দ্বারা এর কার্বন পদচিহ্ন ব্যাপকভাবে হ্রাস করার সময় PoW-এর যুদ্ধ-পরীক্ষিত নিরাপত্তা ধরে রাখার একটি পথ অফার করে।
• বিকেন্দ্রীভূত স্বায়ত্তশাসিত সংস্থা (DAO): DAO সদস্যরা তাদের ইকোসিস্টেম পরিচালনার জন্য সহযোগিতামূলকভাবে ব্লক তৈরি করতে পারে, ভোটিং ক্ষমতাকে শেয়ার্ড লক্ষ্যের দিকে অবদানকৃত গণনামূলক কাজের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ করে, খাঁটি মূলধন স্টেক (PoS) নয়।
• কনসোর্টিয়াম ব্লকচেইন: এন্টারপ্রাইজ সেটিংসে যেখানে অংশগ্রহণকারীরা পরিচিত ও সংখ্যায় সীমিত (যেমন, সরবরাহ শৃঙ্খল অংশীদার), সহযোগিতামূলক PoW একটি ন্যায্য, অনুমতিপ্রাপ্ত ঐক্যমত্য প্রক্রিয়া প্রদান করতে পারে যেখানে প্রতিটি অংশগ্রহণকারীর প্রভাব নেটওয়ার্কের অপারেশনের জন্য তাদের অবদানকৃত কাজের সাথে যুক্ত।
• হাইব্রিড ঐক্যমত্য মডেল: সহযোগিতামূলক PoW একটি হাইব্রিড সিস্টেমে একটি সাইবিল-প্রতিরোধী, সম্পদ-ভিত্তিক স্তর হিসেবে কাজ করতে পারে, সম্ভবত পরবর্তী BFT-স্টাইলের ঐক্যমত্য রাউন্ডের জন্য কমিটি সদস্য নির্বাচনের জন্য ব্যবহৃত হতে পারে, Thunderella বা অন্যান্য স্লিপি ঐক্যমত্য মডেলে অন্বেষণ করা ধারণাগুলির মতো।

ভবিষ্যৎ গবেষণা দিকনির্দেশনা:

1. ক্রিপ্টোগ্রাফিক বাস্তবায়ন: সর্বাগ্রে চ্যালেঞ্জ হল $\Phi$ ফাংশনটি বাস্তবায়ন করা। হোমোমর্ফিক হ্যাশিং বা প্রমাণ-অব-সিকোয়েনশিয়াল ওয়ার্ক যা সমষ্টিগত করা যায় তার গবেষণা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
2. সহযোগিতার জন্য গতিশীল কঠিনতা: নেটওয়ার্ক কীভাবে সহযোগী সত্তার সংখ্যা ও হ্যাশিং শক্তির উপর ভিত্তি করে গতিশীলভাবে $D_{global}$ এবং ব্যক্তিগত $D_i$ লক্ষ্যগুলি সামঞ্জস্য করে? এর জন্য একটি নতুন কঠিনতা সামঞ্জস্য অ্যালগরিদমের প্রয়োজন।
3. আন্তঃক্রিয়াশীলতা ও সেতু: একটি সহযোগিতামূলক PoW চেইন কীভাবে বিদ্যমান PoW বা PoS চেইনের সাথে ক্রস-চেইন ব্রিজের মাধ্যমে নিরাপদে যোগাযোগ করতে পারে তা অন্বেষণ করা।
4. আনুষ্ঠানিক নিরাপত্তা প্রমাণ: অভিযোজিত প্রতিপক্ষের বিরুদ্ধে একটি শক্তিশালী মডেলের অধীনে (যেমন, ইউনিভার্সাল কম্পোজিবিলিটি কাঠামো) এমন একটি স্কিমের নিরাপত্তা প্রমাণ করা।

10. তথ্যসূত্র

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Demers, A., Greene, D., Hauser, C., Irish, W., Larson, J., Shenker, S., Sturgis, H., Swinehart, D., & Terry, D. (1987). Epidemic algorithms for replicated database maintenance. Proceedings of the sixth annual ACM Symposium on Principles of distributed computing.
3. Gervais, A., Karame, G. O., Wüst, K., Glykantzis, V., Ritzdorf, H., & Capkun, S. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains. Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security.
4. Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
5. Biais, B., Bisière, C., Bouvard, M., & Casamatta, C. (2019). The blockchain folk theorem. The Review of Financial Studies, 32(5), 1662-1715.
6. Bünz, B., Goldfeder, S., & Bonneau, J. (2018). Proofs-of-delay and randomness beacons in Ethereum. IEEE Security and Privacy on the blockchain (IEEE S&B).
7. Rocket, T., & Yin, M. (2020). Sleepy Consensus. IACR Cryptol. ePrint Arch..