Βελτιστοποίηση συστημάτων Blockchain με χρήση τεχνικών του ελέγχου ταυτοχρονισμού

Abstract

Πλατφόρμες όπως το Ethereum έχουν αναδειχθεί ως η γενιά των blockchain συστημάτων που επιτρέπουν τη δημιουργία πολύπλοκων κατανεμημένων εφαρμογών πέρα από τα κρυπτονομίσματα, υποστηρίζοντας ένα προγραμματιστικό πλαίσιο για την υλοποίηση και την κλήση έξυπνων συμβολαίων. Οι γνώσεις μας σχετικά με τις πιθανές εφαρμογές της τεχνολογίας blockchain διευρύνονται συνεχώς. Το blockchain δεν ακολουθεί όλες τις προδιαγραφές του παραδοσιακού μοντέλου συναλλαγών των βάσεων δεδομένων. Η βασική διαφορά είναι το υπό εξέταση μοντέλο αποτυχίας. Ενώ οι κατανεμημένες βάσεις δεδομένων λειτουργούν σύμφωνα με ένα απλό μοντέλο αποτυχίας, ο σχεδιασμός του blockchain εξετάζει ένα εχθρικό περιβάλλον όπου οι κόμβοι παρουσιάζουν βυζαντινή συμπεριφορά. Στο βυζαντινό μοντέλο αποτυχίας, το κόστος του ελέγχου ταυτοχρονισμού είναι πολύ υψηλότερο, κάτι που είναι ένας από τους κύριους λόγους που τα συστήματα blockchain δεν καλύπτουν πλήρως τις απαιτήσεις απόδοσης των κατανεμημένων εφαρμογών. Οι συναλλαγές επεξεργάζονται διαδοχικά, αποτυγχάνοντας να αξιοποιήσουν πλήρως τις σύγχρονες πολυπύρηνες αρχιτεκτονικές. Σε αυτή την εργασία, ορίζουμε το πρόβλημα της εφαρμογής ταυτοχρονισμού σε συστήματα blockchain και εξετάζουμε ορισμένες επαναστατικές λύσεις που προτείνονται στην ερευνητική βιβλιογραφία. Σχεδιάζεται, υλοποιείται και δοκιμάζεται πειραματικά μια εκτελεστική μηχανή ενός κόμβου δικτύου blockchain που χρησιμοποιεί ένα γράφημα εξάρτησης. Η σχεδίαση της μηχανής περιλαμβάνει επίσης ένα σύνολο τεχνικών βελτιστοποίησης, προκειμένου να επιτευχθεί υψηλός βαθμός ταυτοχρονισμού. Πιο συγκεκριμένα, αυτές οι τεχνικές περιλαμβάνουν μια δεξαμενή νημάτων, την στρατηγική του τεμαχισμού συναλλαγών και τη χρήση πολλαπλών διευθύνσεων. Για την πειραματική αξιολόγηση της απόδοσης του υλοποιημένου συστήματος, δημιουργήθηκαν τέσσερα έξυπνα συμβόλαια, αντλώντας έμπνευση από το Ethereum.