Figura 1. Visualização de uma rede blockchain. Crédito:contribuidores do OpenStreetMap
Kazuyuki Shudo, Seus colegas, e o Centro de Pesquisa de Segurança Cibernética do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) desenvolveram um simulador de blockchain público chamado "SimBlock" para uso em testes de desempenho e segurança de blockchain. O software pode ser executado em um único PC. Agora está publicamente disponível como código aberto.
SimBlock permite que um usuário simule uma rede blockchain que consiste em um grande número de nós (servidores), e modificar o comportamento dos nós para testar os efeitos sobre o desempenho e a segurança. Os usuários podem simular o impacto das mudanças em um blockchain existente, como Bitcoin, ou a um blockchain de seu próprio projeto.
Blockchain foi implementado pela primeira vez para criptomoeda, servindo como base da rede Bitcoin, que começou a operar em 2009. Mas agora outras aplicações potenciais estão sendo encontradas em áreas como gestão de recursos e direitos, produto (por exemplo, comida) rastreabilidade, votação, e automação de processos de negócios.
Nos dias de hoje, uma série de conferências sobre tecnologia blockchain são realizadas, incluindo IEEE ICBC, CryBlock, e IEEE Blockchain. No entanto, apesar da atividade no campo, tem sido quase impossível testar melhorias em uma rede blockchain do mundo real. Tal experimento requer a atualização do software de todos os nós, o que não é prático para uma rede em funcionamento devido ao risco de causar interrupções. Mesmo nos casos em que um blockchain tem um problema que precisa ser corrigido, testar a correção pode ser difícil, pois poderia quebrar outra coisa.
Um simulador de blockchain chamado SimBlock
Shudo e seus colegas desenvolveram o SimBlock, que pode simular um comportamento de cerca de 10, 000 nós na Internet usando um único PC típico. O software, que se tornou open source em julho de 2018, permite que os engenheiros testem melhorias em um blockchain existente ou original, ou mesmo simular nós maliciosos e medir as taxas de sucesso de ataque, em seguida, aplique contramedidas para testar seus efeitos.
Demonstrando SimBlock no IEEE ICBC 2019 Crédito:Kazuyuki Shudo
O SimBlock pode atualmente simular os parâmetros do Bitcoin, Litecoin, e Dogecoin, espelhar o tamanho da rede do blockchain, intervalo de geração de bloco, e velocidade de comunicação pela Internet. Os usuários podem ver o que as mudanças no comportamento do nó fazem em uma rede blockchain, modificando o código Java no SimBlock. Também é possível modificar os parâmetros do blockchain e velocidade de comunicação.
O SimBlock também possui um visualizador que mostra a comunicação entre os nós e a altura do bloco animado em um mapa mundial. Uma demonstração do visualizador está disponível nesta página da web.
Demonstração do visualizador:rede Bitcoin (reduzida para 600 nós)
A equipe de pesquisa fez uma demonstração do SimBlock no IEEE ICBC 2019 realizado em Seul, atraindo muita atenção dos participantes (Figura 2).
Exemplos de aplicação
Os membros da equipe também usaram o SimBlock em seus outros estudos. A seguir estão os tópicos de pesquisa para melhorar o desempenho de blockchains.
Figura 3 Seleção de proximidade de proximidade e Figura 4 Medição de efeito de uma rede de retransmissão. Crédito:Proc. IEEE Blockchain 2019 para Fig 3 e Proc. AINTEC 2019 para a Fig 4.
A Figura 3 mostra o efeito da aplicação de uma técnica chamada seleção de vizinho de proximidade, onde cada nó se conecta com seus nós próximos na rede. Isso resulta em tempo reduzido para os blocos se propagarem pela rede. A redução do tempo de propagação leva à melhoria da segurança. Também leva à melhoria do desempenho do processo de transação sem sacrificar a segurança.
A Figura 4 ilustra o benefício dos nós que utilizam uma rede de retransmissão [c, 4]. Usando uma rede de retransmissão, um nó pode reduzir drasticamente a probabilidade de um bloco gerado por ele se tornar um bloco órfão [d]. Isso significa que um nó pode aumentar sua receita utilizando a rede de retransmissão porque esse bloco órfão não dá recompensa de mineração ao nó que gerou o bloco órfão.
Um nó que utiliza uma rede de relé pode receber um bloco recém-gerado rapidamente. Parece que a taxa de sucesso de mineração [e] do nó aumenta devido ao recebimento rápido. Contudo, usando SimBlock, a equipe de pesquisa não observou nenhum aumento óbvio. Por outro lado, a equipe de pesquisa descobriu outro benefício das redes de retransmissão. Um nó pode diminuir a probabilidade de um bloco gerado por ele se tornar um bloco órfão. Uma rede de retransmissão reduz naturalmente a taxa de bloqueio órfão de toda a rede de blockchain e isso foi apontado anteriormente. A equipe de pesquisa descobriu que os nós se beneficiam muito de uma rede de retransmissão, mesmo que a proporção de nós que utilizam a rede de retransmissão seja muito baixa (por exemplo, 1%).
A equipe de pesquisa continuará trabalhando na melhoria do desempenho de blockchains utilizando SimBlock. Eles também começaram a trabalhar em estudos de segurança simulando ataques a um blockchain e contra-medidas. Melhorias em andamento e planejadas para SimBlock incluem suporte para outros blockchains como Ethereum, atualização adicional dos parâmetros da Internet, como velocidade de comunicação, e suporte para protocolos de comunicação mais recentes, como Compact Block Relay.
A equipe acredita firmemente que as comunidades de engenharia e pesquisa podem se beneficiar do SimBlock e suas contribuições para a tecnologia blockchain e nossa sociedade apoiada pela tecnologia.
