সূচিপত্র
1. ভূমিকা
এই গবেষণাপত্রটি ঐতিহ্যগত প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক (PoW) স্কিমের একটি পরিশোধন প্রস্তাব করে, যা সাধারণত একটি ননস (nonce) খুঁজে বের করার সাথে জড়িত যার ফলে ক্রিপ্টোগ্রাফিক হ্যাশ আউটপুট নির্দিষ্ট সংখ্যক অগ্রণী শূন্য সহ পাওয়া যায়। মূল উদ্ভাবনটি হল একটি সহযোগিতামূলক প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক স্কিম যা একাধিক স্বায়ত্তশাসিত ব্যবহারকারীকে তাদের নিজস্ব লেনদেনের জন্য প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক তৈরি করতে সহযোগিতা করার অনুমতি দেয়। এই সহযোগিতার লক্ষ্য একটি বিতরণকৃত লেজার সিস্টেমের মধ্যে লেনদেনের ক্রম সম্পর্কে ঐক্যমত্য প্রতিষ্ঠা করা।
প্রাথমিক প্রেরণা হল প্রতিযোগিতামূলক, ফি-ভিত্তিক মাইনিং মডেল (যেখানে মাইনাররা ধাঁধা সমাধান করে ফি সংগ্রহ করার জন্য প্রতিযোগিতা করে) থেকে সরে এসে একটি সহযোগিতামূলক, কর-ভিত্তিক মডেলের (যেখানে ব্যবহারকারীরা সহযোগিতা করে এবং একটি কর প্রদান করে) দিকে যাওয়া। লেখকরা যুক্তি দেখান যে এই পরিবর্তন বেশ কয়েকটি সমস্যা প্রশমিত করতে পারে:
- শক্তি খরচ হ্রাস: কঠোর প্রতিযোগিতার স্থলে মিতব্যয়ী সহযোগিতা দ্বারা সামগ্রিক গণনামূলক প্রচেষ্টা (এবং সেইজন্য শক্তি ব্যবহার) উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেতে পারে।
- থ্রুপুট ও ন্যায্যতা বৃদ্ধি: মাইনারদের মধ্যে প্রতিযোগিতা হ্রাস দ্রুত লেনদেন প্রক্রিয়াকরণ এবং নির্দিষ্ট ব্যবহারকারী গোষ্ঠীর প্রতি বৈষম্যের সম্ভাবনা কমাতে পারে।
- সুরক্ষা বৃদ্ধি: অন্তর্নিহিত লেনদেন করের কারণে ডিনায়াল-অফ-সার্ভিস (DoS) আক্রমণ আক্রমণকারীর জন্য বেশি ব্যয়বহুল হয়ে ওঠে।
এই স্কিমটিকে সহযোগিতার জন্য একটি নেটিভ সমাধান হিসেবে উপস্থাপন করা হয়েছে, যা বিদ্যমান বাহ্যিক প্রক্রিয়া যেমন মাইনিং পুলের বিপরীতে, যেগুলো প্রণোদনা অসামঞ্জস্যের সমস্যায় ভুগতে পারে।
2. ঐক্যমত্য
এই অংশটি মৌলিক সমস্যাটি প্রতিষ্ঠা করে: একটি কেন্দ্রীয় কর্তৃপক্ষ ছাড়া পিয়ার-টু-পিয়ার নেটওয়ার্কে বিতরণকৃত ঐক্যমত্য অর্জন করা। পিয়াররা একটি গসিপিং প্রোটোকলের মাধ্যমে যোগাযোগ করে এবং লেনদেনের একটি ভাগ করা, সম্মতিপ্রাপ্ত লেজার বজায় রাখতে হবে।
মূল চ্যালেঞ্জ হল বার্তা প্রচার বিলম্ব। একটি আদর্শ, কম-ফ্রিকোয়েন্সি লেনদেন পরিবেশে, নেটওয়ার্ক ট্রাফিকে একটি স্থায়ী বিরতি—একটি "সম্পূর্ণ থামা"—পর্যবেক্ষণ করে ঐক্যমত্য অর্জন করা যেতে পারে, যা নির্দেশ করে যে সম্ভবত সব পিয়ার একই সেট বার্তা দেখেছে। তারপর এই বার্তাগুলো ক্যানোনিক্যালি ক্রমানুসারে সাজানো যেতে পারে (যেমন, হ্যাশ দ্বারা) এবং লেজারে যুক্ত করা যেতে পারে।
যাইহোক, বাস্তব-বিশ্বের লেনদেনের ফ্রিকোয়েন্সি এই সাধারণ স্কিমের জন্য খুব বেশি। এখানেই প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক একটি ফ্রিকোয়েন্সি সীমাবদ্ধকারী হিসেবে কাজ করে। প্রতিটি লেনদেনের (বা লেনদেনের ব্লকের) জন্য একটি গণনামূলকভাবে ব্যয়বহুল ধাঁধা সমাধানের প্রয়োজনীয়তা আরোপ করে, PoW কৃত্রিমভাবে সেই হার কমিয়ে দেয় যাতে নতুন ঐক্যমত্য ইভেন্ট প্রস্তাব করা যায়। ধাঁধার কঠোরতা ক্যালিব্রেট করা যেতে পারে যাতে নেটওয়ার্ক জুড়ে "বিরতি-ভিত্তিক" ঐক্যমত্য প্রক্রিয়াটি কার্যকরভাবে কাজ করার জন্য প্রয়োজনীয় কম ফ্রিকোয়েন্সি অর্জন করা যায়।
3. সহযোগিতামূলক প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক
গবেষণাপত্রটি প্রস্তাবিত সহযোগিতামূলক স্কিমটিকে প্রাতিষ্ঠানিক রূপ দেয়। যদিও সম্পূর্ণ গাণিতিক বিবরণ পরবর্তী অংশের জন্য প্রাকদর্শন করা হয়েছে, ধারণাগত পরিবর্তনটি স্পষ্ট। পৃথক মাইনাররা একটি ব্লক পুরস্কারের জন্য ধাঁধা সমাধানের দৌড়ে অংশ নেওয়ার পরিবর্তে, একটি লেনদেন সেট গঠনকারী ব্যবহারকারীরা সেই সেটের জন্য একটি একক প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক তৈরি করতে একসাথে কাজ করে।
প্রক্রিয়াটিকে নিশ্চিত করতে হবে যে:
- সহযোগিতা যাচাইযোগ্য এবং নিরাপদ।
- সম্মিলিত কাজ নেটওয়ার্কের কঠোরতা লক্ষ্য পূরণ করে।
- লেনদেন ক্রমের উপর ফলস্বরূপ ঐক্যমত্য বাধ্যতামূলক এবং বিকৃতি-প্রতিরোধী।
প্রস্তাবিত "লেনদেন কর" "লেনদেন ফি"-এর স্থলাভিষিক্ত করে। এই করটি সহযোগিতামূলক মাইনিং রাউন্ডে অংশগ্রহণকারী ব্যবহারকারীদের দ্বারা প্রদান করা হয়, যা ঐক্যমত্য গঠনের খরচ ব্যবহারকারী গোষ্ঠীর মধ্যে অভ্যন্তরীণ করে তোলে, বরং এটি একটি পৃথক মাইনার শ্রেণির কাছে আউটসোর্স করার পরিবর্তে।
4. মূল অন্তর্দৃষ্টি ও বিশ্লেষণ
মূল অন্তর্দৃষ্টি: কুইজপারের গবেষণাপত্রটি শুধু PoW-তে সামান্য পরিবর্তন নয়; এটি ব্লকচেইন প্রণোদনা কাঠামোর একটি মৌলিক পুনঃস্থাপত্য। আসল সাফল্য হল এই স্বীকৃতি যে ঐক্যমত্যে PoW-এর প্রাথমিক মূল্য শুধু "কাজ" নয় বরং একটি হার-সীমাবদ্ধকারী ডিভাইস হিসেবে কাজ। সহযোগিতামূলক মডেলটি এই হার-সীমাবদ্ধতাকে একটি প্রতিযোগিতামূলক, মাইনার-চালিত প্রক্রিয়ার পরিবর্তে একটি সহযোগিতামূলক, ব্যবহারকারী-চালিত প্রক্রিয়া করে স্ক্রিপ্টটিকে উল্টে দেয়। এটি সরাসরি বিটকয়েনের শক্তি সংকটের মূল কারণ আক্রমণ করে—হ্যাশিং নিজেই নয়, বরং সেই অর্থনৈতিক প্রতিযোগিতা যা ক্রমাগত আরও হ্যাশিং দাবি করে।
যুক্তিগত প্রবাহ: যুক্তিটি মার্জিত যুক্তি দিয়ে এগোয়: ১) ঐক্যমত্যের জন্য কম ইভেন্ট ফ্রিকোয়েন্সি প্রয়োজন, ২) PoW খরচের মাধ্যমে কম ফ্রিকোয়েন্সি প্রয়োগ করে, ৩) অতএব, খরচ বহনকারী সত্তা ঐক্যমত্যের ছন্দ নিয়ন্ত্রণ করে। ঐতিহ্যগত PoW মাইনারদের লাভের জন্য এই ছন্দ নিয়ন্ত্রণ করতে দেয়। কুইজপারের স্কিম ব্যবহারকারীদের তাদের নিজস্ব লেনদেনের জন্য সরাসরি খরচ (কর) বহন করতে বাধ্য করে তাদের কাছে নিয়ন্ত্রণ ফিরিয়ে দেয়। প্রযুক্তিগত সীমাবদ্ধতা (প্রচার বিলম্ব) থেকে অর্থনৈতিক সমাধানের (সহযোগিতামূলক খরচ বহন) দিকে প্রবাহটি আকর্ষণীয়।
শক্তি ও ত্রুটি: এর শক্তি হল এর প্রণোদনার মার্জিত সমন্বয়। ঐক্যমত্য খরচ সরাসরি লেনদেন উৎপাদনকারীদের সাথে যুক্ত করে, এটি মাইনার-এক্সট্রাক্টেবল ভ্যালু (MEV) এবং পুল কেন্দ্রীকরণের সমস্যা দূর করে যা Ethereum-এর Merge-পূর্ববর্তী সিস্টেমগুলোর মতো প্লেগ করে। যাইহোক, স্পষ্ট ত্রুটি হল "বুটস্ট্র্যাপিং সমস্যা"—আপনি কীভাবে একটি ট্রাস্টলেস পরিবেশে সহযোগিতা শুরু করবেন? গবেষণাপত্রটি এই গুরুত্বপূর্ণ সমন্বয় সমস্যাটিকে হালকাভাবে উড়িয়ে দেয়। ব্লকচেইনের গেম-থিওরেটিক বিশ্লেষণে (যেমন, arXiv-এর ঐক্যমত্য গতিবিদ্যার উপর কাজ) দেখা গেছে, পূর্ব-বিদ্যমান সামাজিক বা অ্যালগরিদমিক কাঠামো ছাড়া যুক্তিসঙ্গত, বেনামী অভিনেতাদের মধ্যে স্বতঃস্ফূর্ত, স্থিতিশীল সহযোগিতা অর্জন কুখ্যাতভাবে কঠিন। স্কিমটি ব্যবহারকারীর হ্যাশিং শক্তির একটি সমজাতীয়তা ধরে নিয়েছে বলে মনে হয় যা বিদ্যমান নেই, সম্ভাব্যভাবে কেন্দ্রীকরণের নতুন রূপের দিকে নিয়ে যেতে পারে যেখানে উচ্চ শক্তিসম্পন্ন ব্যবহারকারীরা সহযোগিতামূলক গোষ্ঠীগুলিকে প্রাধান্য দেয়।
কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: প্রোটোকল ডিজাইনারদের জন্য, মূল টেকঅ্যাওয়ে হল হাইব্রিড মডেল অন্বেষণ করা। প্রতিযোগিতামূলক PoW সম্পূর্ণভাবে বাতিল করবেন না; এটিকে একটি ফলব্যাক স্তর বা চেকপয়েন্টিংয়ের জন্য ব্যবহার করুন, যখন উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, কম-মূল্যের লেনদেন ব্যাচের জন্য সহযোগিতামূলক PoW-এর অনুমতি দিন। বুটস্ট্র্যাপিং সমস্যা সমাধানের জন্য সহযোগিতামূলক কাজের পাশাপাশি একটি স্টেকিং প্রক্রিয়া বাস্তবায়ন করুন—ব্যবহারকারীদের অবশ্যই একটি সহযোগিতামূলক রাউন্ডে যোগদানের জন্য টোকেন স্টেক করতে হবে, খারাপ অভিনেতাদের শাস্তি দেওয়া হবে। এটি প্রুফ-অফ-স্টেক (PoS)-এর নিরাপত্তাকে PoW-এর হার-সীমাবদ্ধতার সাথে একত্রিত করে। তদুপরি, "লেনদেন কর" ধারণাটি স্প্যাম নিরুৎসাহিত করার জন্য একটি সর্বোত্তম হার খুঁজে বের করতে বাস্তব-বিশ্বের পেমেন্ট সিস্টেম ডেটার বিরুদ্ধে কঠোরভাবে মডেল করা উচিত, ব্যবহারযোগ্যতায় বাধা না দিয়ে।
5. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক প্রাতিষ্ঠানিকীকরণ
সহযোগিতামূলক প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক স্কিমটি নিম্নরূপে প্রাতিষ্ঠানিক রূপ দেওয়া যেতে পারে:
ধরা যাক $T = \{tx_1, tx_2, ..., tx_n\}$ হল ব্যবহারকারীদের একটি গোষ্ঠী $U = \{u_1, u_2, ..., u_m\}$ দ্বারা প্রস্তাবিত লেনদেনের একটি সেট।
ধরা যাক $H(\cdot)$ একটি ক্রিপ্টোগ্রাফিক হ্যাশ ফাংশন (যেমন, SHA-256)। ঐতিহ্যগত PoW-এর জন্য একটি ননস $N$ খুঁজে বের করা প্রয়োজন যাতে একটি ব্লক $B$-এর জন্য, $H(B || N) < D$ হয়, যেখানে $D$ হল কঠোরতা লক্ষ্য।
সহযোগিতামূলক মডেলে, "ব্লক" হল সম্মতিপ্রাপ্ত লেনদেন সেট $T$। ধাঁধাটি সম্মিলিতভাবে সমাধান করা হয়। প্রতিটি ব্যবহারকারী $u_i$ একটি আংশিক সমাধান (একটি "শেয়ার") $s_i$ অবদান রাখে। সম্মিলিত প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক $P$ হল সমস্ত শেয়ার এবং লেনদেন সেটের একটি ফাংশন:
$P = F(T, s_1, s_2, ..., s_m)$
একটি বৈধ সহযোগিতামূলক প্রুফের শর্ত হয়ে যায়:
$H(P) < D$
$F$ ফাংশনটি এমনভাবে তৈরি করতে হবে যাতে:
- $U$-এর সংখ্যাগরিষ্ঠের থেকে উল্লেখযোগ্য সম্মিলিত গণনামূলক প্রচেষ্টা প্রয়োজন $s_i$ ইনপুট খুঁজে বের করতে যা $H(P) < D$ ফলাফল দেয়।
- এটি যাচাই করার অনুমতি দেয় যে সমস্ত $u_i \in U$ $P$-তে অবদান রেখেছে।
- এটি যেকোনো একক ব্যবহারকারী বা ছোট উপসেটকে সমাধানকে প্রাধান্য দিতে বা অন্যদের অংশগ্রহণ জাল করতে বাধা দেয়।
$F$-এর জন্য একটি সম্ভাব্য নির্মাণে ইটারেটিভ মাল্টি-সিগনেচার-জাতীয় স্কিম বা যাচাইযোগ্য বিলম্ব ফাংশন (VDFs) হ্যাশ কমিটমেন্টের সাথে যুক্ত করা জড়িত থাকতে পারে, নিশ্চিত করে যে কাজটি অনুক্রমিক এবং বিভিন্ন পক্ষ দ্বারা অবদান রাখতে হবে।
6. বিশ্লেষণ কাঠামো ও উদাহরণ কেস
কাঠামো: ঐক্যমত্য প্রক্রিয়া পরিবর্তনের মূল্যায়ন
আমরা মূল মাত্রা তুলনা করে একটি কাঠামো ব্যবহার করে এই প্রস্তাবটি বিশ্লেষণ করতে পারি:
| মাত্রা | ঐতিহ্যগত PoW (যেমন, Bitcoin) | সহযোগিতামূলক PoW (কুইজপার) |
|---|---|---|
| প্রাথমিক অভিনেতা | মাইনার (বিশেষজ্ঞ) | ব্যবহারকারী (সাধারণ) |
| প্রণোদনা | ব্লক পুরস্কার + লেনদেন ফি | লেনদেন কর এড়ানো + সিস্টেম উপযোগিতা |
| ব্যয়কৃত সম্পদ | প্রতিযোগিতামূলক হ্যাশিং (উচ্চ শক্তি) | সহযোগিতামূলক, ন্যূনতম পর্যাপ্ত হ্যাশিং |
| সমন্বয় প্রক্রিয়া | বাহ্যিক (মাইনিং পুল) | প্রোটোকলের অভ্যন্তরীণ |
| ঐক্যমত্য ছন্দ নিয়ন্ত্রণ | মাইনার | সক্রিয় ব্যবহারকারী দল |
উদাহরণ কেস: মাইক্রোট্রানজেকশন ব্যাচ
কল্পনা করুন ১০০০ জন ব্যবহারকারী ছোট, ঘন ঘন পেমেন্ট করতে চায় (যেমন, একটি IoT ডেটা মার্কেটপ্লেসের মধ্যে)।
- ঐতিহ্যগত PoW: প্রতিটি লেনদেন একটি মাইনারকে একটি ব্লকে অন্তর্ভুক্ত করার জন্য অপেক্ষা করে, ফি অগ্রাধিকারের জন্য অন্যদের সাথে প্রতিযোগিতা করে। উচ্চ লেটেন্সি, উচ্চ কার্যকর খরচ।
- সহযোগিতামূলক PoW: এই ১০০০ জন ব্যবহারকারী একটি অস্থায়ী গোষ্ঠী গঠন করে। তারা তাদের সমস্ত লেনদেন ধারণকারী একটি ব্লকের জন্য একটি একক PoW-তে সম্মিলিতভাবে কাজ করে। কাজটি বিতরণ করা হয়, তাই ব্যক্তিগত খরচ কম। একবার PoW সমাধান হয়ে গেলে, ব্লকটি প্রচারিত হয়। প্রদত্ত "কর" তাদের মধ্যে বিভক্ত হয়, সম্ভবত পৃথক ফির চেয়ে কম। তাদের ব্যাচ ক্রমের উপর ঐক্যমত্য সরাসরি অর্জিত হয়।
এই কেসটি নির্দিষ্ট উচ্চ-ভলিউম, কম-মূল্যের পরিস্থিতিতে থ্রুপুট বৃদ্ধির সম্ভাবনা তুলে ধরে।
7. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা
প্রয়োগের সম্ভাবনা:
- পারমিশনযুক্ত কনসোর্টিয়াম ব্লকচেইন: আদর্শ সেটিং যেখানে অংশগ্রহণকারীরা পরিচিত এবং একটি বিদ্যমান সম্পর্ক রয়েছে, বুটস্ট্র্যাপিং সমস্যা সমাধান করে। সরবরাহ শৃঙ্খলা বা আন্তঃব্যাংকিং লেজারের জন্য দরকারী।
- লেয়ার-২ স্কেলিং সমাধান: সহযোগিতামূলক স্কিমটি একটি স্টেট চ্যানেল বা সাইডচেইন অংশগ্রহণকারী সেটের মধ্যে ঐক্যমত্য অর্জনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, একটি প্রধান চেইনে পর্যায়ক্রমিক নিষ্পত্তির সাথে।
- বিকেন্দ্রীকৃত ডেটা ওরাকল: ওরাকল নোডগুলোর গোষ্ঠীগুলি একটি ডেটা পয়েন্টের মান সম্পর্কে ঐক্যমত্য অর্জনের জন্য সহযোগিতামূলক PoW ব্যবহার করতে পারে, এটি অন-চেইন জমা দেওয়ার আগে, মিথ্যা রিপোর্টিংয়ের জন্য একটি খরচ যোগ করে।
ভবিষ্যৎ গবেষণার দিকনির্দেশনা:
- প্রাতিষ্ঠানিক নিরাপত্তা প্রমাণ: স্কিমটির জন্য বাস্তবসম্মত নেটওয়ার্ক অবস্থার অধীনে সাইবিল আক্রমণ, ষড়যন্ত্র এবং অন্যান্য হুমকি মডেলের বিরুদ্ধে এর নিরাপত্তা প্রমাণ করার জন্য কঠোর ক্রিপ্টোগ্রাফিক বিশ্লেষণের প্রয়োজন।
- গোষ্ঠী গঠনের জন্য প্রক্রিয়া নকশা: সহযোগিতামূলক গোষ্ঠীগুলি কীভাবে গতিশীলভাবে গঠিত হয়? ম্যাচিং থিওরি বা স্টোকাস্টিক প্রক্রিয়া থেকে ধারণা ব্যবহার করে সম্ভাব্যভাবে অ্যালগরিদমিক গ্রুপ ম্যাচিংয়ে গবেষণা প্রয়োজন।
- অন্যান্য ঐক্যমত্য মডেলের সাথে একীকরণ: গ্রুপ নির্বাচন বা ফাইনালিটি স্তরের জন্য প্রুফ-অফ-স্টেক (PoS) বা প্রুফ-অফ-অথরিটি (PoA) এর সাথে হাইব্রিড অন্বেষণ করা।
- শক্তি প্রভাব পরিমাপকরণ: বিভিন্ন গ্রহণযোগ্যতা এবং লেনদেন লোড পরিস্থিতির অধীনে ঐতিহ্যগত PoW-এর তুলনায় সম্ভাব্য শক্তি সঞ্চয় পরিমাপ করার জন্য বিস্তারিত সিমুলেশন মডেল তৈরি করা।
8. তথ্যসূত্র
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Demers, A., et al. (1987). Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance. Proceedings of the Sixth Annual ACM Symposium on Principles of Distributed Computing.
- Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
- Back, A. (2002). Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure.
- Buterin, V., et al. (2014). A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform. Ethereum White Paper.
- King, S., & Nadal, S. (2012). PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency with Proof-of-Stake.
- Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV). (CycleGAN reference for adversarial/coordination structure analysis)