پروتکل های اجماع سبز و کم مصرف (Green Blockchain) برای دستگاه های اینترنت اشیاء با محدودیت انرژی

امروزه در صنعت ۵، پایداری محیط زیستی و کارایی انرژی در کنار انسان محوری به ارکان اصلی تحول صنعتی تبدیل شده اند. در این میان یکپارچه سازی فناوری بلاک چین با اینترنت اشیاء (IoT) چالش های بنیادین امنیت و اعتماد را حل نموده است. با این حال، مکانیزم های اجماع سنتی، به ویژه (Proof of work (PoW، به دلیل ماهیت محاسباتی سنگین و مصرف انرژی گسترده، برای دستگاه های IoT با منابع محدود - ناکارآمد هستند. اگرچه پروتکل های سبک تری نظیر (Proof of Authority (PoA یا IOTA معرفی شده اند اما اغلب آنها یا به قیمت تمرکززدایی ضعیف و آسیب پذیری در برابر حملات داخل این کارایی را کسب کرده اند و یا در مقیاس پذیری با تاخیرهای قابل توجه مواجه گردیده اند. شکاف پژوهشی موجود فقدان یک پروتکل اجماع مقیاس پذیر است که بتواند توازنی بهینه میان مصرف انرژی، تاخیر شبکه و تضمین امنیت در محیط های توزیع شده و ناهمگون IoT برقرار سازد. این پژوهش با هدف رفع این کاستی ها، پروتکل اجماع نوینی تحت عنوان اعتبارسنجی بیزانسی تطبیقی مبتنی بر اعتبار سبز (Green-Trust Adaptive Byzantine Fault Tolerance - GTA-BFT) را پیشنهاد می دهد. نوآوری اصلی این روش، جایگزینی فرآیندهای محاسباتی سنگین استخراج با یک مکانیزم رای گیری چندگانه تطبیقی است که در آن، وزن رای گره ها بر اساس اعتبار تاریخی و میزان انرژی باقی مانده به روزرسانی می شود. این رویکرد ضمن حفظ ویژگی های تاب آوری بیزانسی، با حذف مراحل اضافی اجماع در تراکنش های معتبر بار پردازشی را به شدت کاهش می دهد. به منظور ارزیابی عملکرد پروتکل پیشنهادی در محیط شبیه سازی ۳-NS پیاده سازی شد و با اتصال به یک زنجیره بلاک خصوصی مبتنی بر Go-Ethereum، سناریوهای مختلف در شبکه های حسگر بی سیم با تاپولوژی مشابه شبکه های صنعتی اجرا گردید. سخت افزار مورد استفاده شامل گره های رزبری پای ۴ به عنوان نودهای لبه و ماژول های ESP۳۲ برای سنسورها بود. نتایج تجربی نشان داد که روش GTA-BFT نسبت به پروتکل کلاسیک PBFT مصرف انرژی را حدود ۴۲٪ کاهش داده و توان عملیاتی تراکنش را از ۳۵۰ تراکنش بر ثانیه به ۶۲۰ تراکنش بر ثانیه ارتقا داده است. علاوه بر این تاخیر اجماع در لایه لبه به زیر ۱۰۰ میلی ثانیه رسیده که این امر قابلیت استفاده از آن در کاربردهای حساس زمانی صنعت ۵.۰ را تایید می کند.

کلیدواژه ها:

بلاک چین سبز ، صنعت ۵.۰ ، اینترنت اشیاء ، پروتکل اجماع ، تطبیقی ، تحمل خطای بیزانس ، کارایی انرژی