Розробка платформи децентралізованого реєстру з покращеними характеристиками

Abstract

Технології розподілених реєстрів за п'ятнадцять років свого існування знайшли широке застосування у сфері фінансового обороту, криптовалютних додатках, системах захищеного документообігу. Найбільш популярними на сьогоднішній день є блокчейн системи Bitcoin та Etherium. Незважаючи на їх переваги (незмінність відпрацьованих транзакцій, децентралізованість, прозорість), вони мають серйозні недоліки–невисоку швидкість обробки транзакцій і обмежену масштабованість. У цьому плані їм складно конкурувати з централізованими фінансовими платформами, що мають швидкість обробки транзакцій на порядки вище. Мета цієї роботи–розробка платформи, на основі технології децентралізованого реєстру з покращеними характеристиками масштабованості та швидкості обробки транзакцій. В основу побудови системи покладено архітектуру, засновану на спрямованому ациклічному графі–BlockDAG, яка вигідно відрізняється від Blockchain асинхронністю функціонування. Упорядкування блоків у ній здійснюється шляхом топологічного лінійного сортування спрямованого графа. Крім того, швидкість обробки у BlockDAG зростає зі збільшенням числа користувачів. При побудові платформи запропоновано використовувати двошарову схему, яка складається з двох мереж–основної BlockDAG мережі та координаційної мережі, побудованої на основі Blockchain. В основній мережі відбувається створення блоків та розповсюдження їх по мережі. Координаційна мережа виконує функції атестації блоків та його фіналізації. Застосовано протокол консенсусу Proof of Stake. Проведено реалізацію запропонованої схеми у вигляді експериментальної платформи Waterfall, яка призначена для обслуговування транзакцій з різними токенами, включаючи NFT, обслуговування смарт-контрактів і розробки розподілених додатків. Тестування показало високу швидкість обробки транзакції у поєднанні з необхідною масштабованістю.

Over the fifteen years of its existence, distributed ledger technologies have found wide application in the field of financial turnover, cryptocurrency applications, and secure document management systems. The most popular today are the blockchain systems of Bitcoin and Etherium. Despite of their advantages – the immutability of processed transactions, decentralization, transparency – they have a serious drawback: low transaction processing speed and limited scalability. In this regard, it is difficult for them to compete with decentralized financial platforms that have transaction processing speeds orders of magnitude higher. The purpose of this work is to develop a decentralized ledger platform with improved scalability and transaction processing speed. The system was built on an architecture based on a directed acyclic graph – BlockDAG. BlockDAG architecture compares favorably with Blockchain in asynchronous operation. The ordering of blocks in it is carried out by topological linear sorting of the directed graph. In addition, the processing speed in BlockDAG increases with the increase in the number of users. The platform is built on a two-layer scheme and consists of two networks – the main BlockDAG network and the coordination network built on the basis of Blockchain. In the main network, blocks are created and distributed over the network. The coordination network performs the functions of block certification and their finalization. Proof of Stake consensus protocol applied. The system is implemented as an experimental Waterfall platform. The platform is designed to serve transactions with various tokens, including NFT, to serve smart contracts and develop distributed applications. System testing showed a high transaction processing speed combined with the required scalability.