یک بررسی منظم از مقیاس پذیری blockchain: موضوعات ، راه حل ها ، تجزیه و تحلیل و تحقیقات آینده

Blockchain یک فناوری در حال ظهور الهام بخش است که مورد توجه محققان و شرکت های مختلف قرار می گیرد. این فناوری مزایای مختلفی از جمله امنیت داده ها ، استقلال ، تغییر ناپذیری ، شفافیت و حسابرسی را ارائه می دهد. از این رو ، blockchain علاوه بر ارزهای رمزنگاری ، برای برنامه های مختلف در حال پذیرش است. با وجود این مزایا ، مقیاس پذیری یک چالش بزرگ برای Blockchain است که مانع از تصویب اصلی آن می شود. در این مقاله یک بررسی سیستماتیک از مقیاس پذیری blockchain ارائه شده است. ما یک فرآیند سیستماتیک را برای بررسی روند تحقیق در مورد مقیاس پذیری blockchain و بررسی وضعیت آن از هنر دنبال می کنیم. ما راه حل ها و روش های مختلف پیشنهادی برای مقیاس پذیری blockchain را مرور می کنیم. ما همچنین تجزیه و تحلیل عملکرد سیستم های blockchain را مرور می کنیم. ما راه حل های مقیاس پذیری پیشنهادی را ارزیابی می کنیم ، مسیرهای تحقیق آینده را در مقیاس پذیری blockchain استنباط می کنیم و در نهایت در مورد تصویب blockchain بحث می کنیم. ما امیدواریم که این مقاله به عنوان راهنمایی برای یادگیری و تحقیق در مورد مقیاس پذیری blockchain باشد.

معرفی

blockchain یک فناوری لجر توزیع شده قدرتمند است که مزایای بسیاری از امنیت داده ها ، استقلال ، شفافیت ، قابلیت حریم خصوصی ، حفظ حریم خصوصی ، تغییر ناپذیری ، کارآیی ، سرعت و صرفه جویی در هزینه را فراهم می کند. این مقامات مرکزی را اخراج می کند و ایجاد سیستم های خودمختار ، ایمن و شفاف را با تأمین اعتماد در بین نهادهای غیر اعتماد به نفس تسهیل می کند. بسیاری از شرکت ها ، کنسرسیوم ها و کشورها در حال حاضر پس از محاکمات موفق ، بلاکچین را در سیستم های خود درج کرده اند (Makhdoom et al. ، 2019 ، Hewa et al. ، 2020). نظرسنجی توسط Deloitte (Pawczuk و همکاران ، 2019) نشان داد که blockchain در نهایت به اتخاذ جریان اصلی خواهد رسید زیرا تعداد زیادی از پروژه های آن اکنون در مرحله تولید است. تا سال های 2025 و 2030 ، ارزش تجاری blockchain توسط گارتنر (Furlonger and Valdes ، 2017) به ترتیب بیش از 176 میلیارد و 3. 1 تریلیون دلار پیش بینی شد. گزارش دیگری از سیسکو (سیسکو ، 2018) همچنین پیش بینی کرده است که 10 ٪ از تولید ناخالص داخلی جهانی تا سال 2027 در blockchain خواهد بود.

موفقیت بلاک چین اولین بار در بیت کوین که موفق ترین ارز دیجیتال است، مشاهده شد. بلاک چین زیربنای بیت کوین، اتریوم و حدود 1200 ارز دیجیتال دیگر است. چندین کاربرد دیگر بلاک چین علاوه بر ارزهای دیجیتال در قراردادهای هوشمند، بانکداری، بیمه، زنجیره تامین، مراقبت های بهداشتی، رجیستری، مدیریت هویت، بانکداری، بازاریابی سهام، اینترنت اشیا، انرژی، مالکیت معنوی و موارد دیگر وجود دارد (B et al., 2020, Chen et al. همکاران، 2020a، لیو و همکاران، 2020a).

با وجود تمام موفقیت و قدرت آن، مقیاس پذیری چالش اصلی است که مانع پذیرش کامل بلاک چین در برخی زمینه ها می شود (سینگ و همکاران، 2020). سیستم های بلاک چین در مقایسه با سیستم های غیربلاک چینی، عملکرد و عملکرد تاخیری پایینی دارند. به عنوان مثال، توان عملیاتی بلاک چین بیت کوین و اتریوم به ترتیب 3 تا 4 و 15 تراکنش در ثانیه (TPS) است. در مقایسه، ویزا و پی پال به ترتیب به 1667 و 193 TPS دست می یابند. علاوه بر داده های ذخیره سازی عظیم، عملکرد خواندن سرورهای بلاک چین نیز در مقایسه با سرورهای غیربلاک چینی مانند YouTube و Google پایین است.

تلاش ها و پیشنهادهای متعددی برای بهبود مقیاس پذیری بلاک چین وجود دارد. با این حال، حل مسائل مقیاس پذیری بلاک چین بدون به خطر انداختن امنیت، تمرکززدایی یا اعتماد بلاکچین دشوار است. همیشه بین امنیت، مقیاس پذیری، تمرکززدایی و اعتماد در بلاک چین یک معاوضه وجود دارد (چهارراهی بلاک چین همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است). موضوع چهارراهی بلاک چین با جزئیات بیشتر در بخش 2. 4 مورد بحث قرار گرفته است.

نظرسنجی ها و مقالات مرور در مورد مقیاس پذیری blockchain وجود دارد. با این حال ، مقالات مرتبط موجود بر روی یک یا چند جنبه خاص از مقیاس پذیری blockchain مانند Sharding تمرکز می کنند. فقط تعداد معدودی از آنها بیشتر از همه جنبه های راه حل های عملکرد نوشتن و عملکرد را پوشش نمی دهند. از دیگر جنبه های مقیاس پذیری به ویژه عملکرد خواندن ، مسائل مربوط به ذخیره سازی و تجزیه و تحلیل عملکرد درمان نشده است. سینگ و همکاران.(سینگ و همکاران ، 2020) یک بررسی خوب در مورد فن آوری های Sidechain است. یو و همکاران.(2020) همچنین بررسی خوبی از راه حل های Sharding blockchain ارائه داد. هافید و همکاران.(2020) در مورد راه حل های مقیاس پذیری blockchain همچنین با تمرکز بر روی Sharding بحث کرد. کیم و همکاران.(2018) یک بررسی مختصر در مورد برخی از راه حل های عملکرد نوشتن مقیاس پذیری بود. ژو و همکاران.(2020) همچنین یک نظرسنجی در مورد راه حل های عملکرد نوشتن blockchain است. اکلوند و بک (2019) برخی از عواملی را که تأثیر آن در مقیاس پذیری blockchain در رابطه با مکانیسم های اجماع و الگوهای شبکه تأثیر می گذارد ، برجسته کردند. بای (2019) نظرسنجی است که عملکردهای بیت کوین ، اتریوم و blockchains (IOTA و بایتبال) را مورد بحث و مقایسه قرار داده است. سایر نظرسنجی های مرتبط شامل (Xie et al. ، 2019 ، Mazlan et al. ، 2020 ، Mahony and Popovici ، 2019).

برخلاف نظرسنجی های موجود ، این مقاله مرور گسترده تری از کل مطالعات مقیاس پذیری blockchain را ارائه می دهد که شامل عملکرد نوشتن ، عملکرد خواندن ، راه حل های ذخیره سازی و تجزیه و تحلیل عملکرد است. ما همچنین یک فرایند بررسی سیستماتیک را دنبال می کنیم تا تحقیقات مختلف و روند تحقیق در مورد مقیاس پذیری blockchain را شناسایی کنیم. بانکهای اطلاعاتی مختلفی برای مقالات دانشگاهی و خاکستری جستجو شد. بر اساس یافته های ما ، ما مطالعات مقیاس پذیری blockchain را به سه ، یعنی راه حل های مقیاس پذیری ، تجزیه و تحلیل عملکرد و بررسی ها/نظرسنجی ها طبقه بندی می کنیم. ما بیشتر راه حل های مقیاس پذیری را در راه حل های نوشتن ، عملکرد خواندن و ذخیره سازی ذخیره سازی طبقه بندی می کنیم. علاوه بر این ، ما با توجه به مدل اکوسیستم blockchain که پیشنهاد می کنیم ، راه حل های عملکرد نوشتن را به پنج گروه طبقه بندی می کنیم. ما مسیرهای تحقیق آینده را در مورد مقیاس پذیری blockchain استنباط می کنیم و در نهایت در مورد اتخاذ فناوری blockchain بحث می کنیم. مشارکتهای ما به شرح زیر خلاصه می شود:

• • ما یک مرور کلی از blockchain و مسائل مقیاس پذیری آن ارائه می دهیم که به موجب آن یک مدل مفهومی پنج لایه برای اکوسیستم blockchain پیشنهاد می کنیم.
• • ما یک فرایند بررسی سیستماتیک را برای بررسی روند تحقیق و وضعیت هنر در مقیاس پذیری blockchain انجام می دهیم.
• • ما راه حل های مختلف مقیاس پذیری blockchain پیشنهادی و تجزیه و تحلیل عملکرد را طبقه بندی می کنیم.
• • ما یک بررسی جامع از راه حل های مقیاس پذیری blockchain پیشنهادی و تجزیه و تحلیل عملکرد ارائه می دهیم.
• • ما مسیرها و فرصتهای تحقیق آینده را در مقیاس پذیری blockchain استنباط می کنیم.

سازماندهی بقیه مقاله به شرح زیر است: بخش 2 پس زمینه blockchain ، پیشنهاد مدل پنج لایه برای اکوسیستم blockchain و همچنین نمای کلی از مسائل مقیاس پذیری blockchain را شامل می شود. بخش 3 مستلزم روش فرآیند بررسی سیستماتیک است در حالی که بخش 4 در مورد یافته های بررسی سیستماتیک بحث می کند. بخش 5 مروری بر راه حل های مقیاس پذیری عملکرد نوشتن blockchain است. از طرف دیگر ، بررسی راه حل های عملکرد و ذخیره سازی خواندن blockchain در بخش 6 آورده شده است. بخش 7 تجزیه و تحلیل عملکرد blockchain را بررسی می کند در حالی که بخش 8 در مورد مسیرهای تحقیق آینده بحث می کند. بخش 9 در مورد تصویب blockchain بحث می کند و سرانجام ، نتیجه گیری در بخش 10 ارائه شده است.

قطعه قطعه

شرح blockchain

blockchain یک دفترچه امن توزیع شده از بلوک های به هم پیوسته داده های مرتب شده به ترتیب زمانی است و با استفاده از توافق های اجماع حفظ می شود. گره ها (رایانه ها) شبکه blockchain دارای همان کپی (تکراری) blockchain هستند. بلوک ها به گونه ای زنجیر می شوند که هر بلوک به هش بلوک قبلی خود اشاره می کند. به این ترتیب ، داده های blockchain در برابر دستکاری محافظت می شوند. هرگونه تغییر داده های blockchain تشخیص داده می شود زیرا تغییر در هر بلوک تغییر می کند

روش تحقیق بررسی سیستماتیک

ما یک فرایند بررسی سیستماتیک را برای شناسایی آثار مختلف تحقیقاتی از مقالات منتشر شده و منطقه خاکستری دنبال کردیم تا روند تحقیق و وضعیت هنر مقیاس پذیری blockchain را پیدا کنیم. شکل 4 مروری بر مراحل و روشهای دنبال شده در این مطالعه و همچنین تعداد نشریات موجود در هر مرحله ارائه می دهد. پس از تشریح سؤالات تحقیق و تعریف رشته جستجو (موضوع) ، ما مقالات نهایی مورد استفاده در بررسی را در دو مرحله انتخاب کردیم (اصلی/اولیه و

یافته های پژوهش

در این بخش ، ما در مورد یافته های مختلف از بررسی سیستماتیک خود بحث می کنیم. ما در این بخش به سؤالات تحقیق 1 ، 2 و 3 پاسخ می دهیم در حالی که 4 و 5 در بخش 5 ، 6 راه حل های مقیاس پذیری ذخیره سازی و خواندن و خواندن ، 7 تجزیه و تحلیل عملکرد blockchain پاسخ داده شده است.

راه حل های مقیاس پذیری عملکرد را بنویسید

در این بخش ، ما در مورد وضعیت هنر راه حل های مقیاس پذیری عملکرد نوشتن blockchain همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است ، بحث می کنیم.

راه حل های مقیاس پذیری ذخیره سازی

blockchain با یک مسئله مقیاس پذیری ذخیره سازی روبرو است که مشارکت را دشوار یا غیرممکن می کند ، به خصوص با گره هایی که حافظه کوچک دارند. گره ها ذخیره چنین داده های عظیمی را که مطابق قانون blockchain Satoshi قابل حذف نیستند ، دشوار می کند. برخی از پیشنهادات برای بهبود مسئله مقیاس پذیری ذخیره سازی blockchain ارائه شده است. ما راه حل های مقیاس پذیری ذخیره سازی پیشنهادی را در هرس داده ها ، ذخیره سازی خارج از زنجیره ، به اشتراک گذاری ذخیره سازی بین همسالان و روشهای پیشرفته پایگاه داده طبقه بندی می کنیم.

تجزیه و تحلیل عملکرد blockchain

تجزیه و تحلیل های مختلفی در مورد عملکرد blockchain انجام شده است. ما این تجزیه و تحلیل ها را به تجزیه و تحلیل مدل سازی ، تجزیه و تحلیل معیار و ارزیابی عملکرد طبقه بندی می کنیم. علاوه بر این ، تجزیه و تحلیل می تواند بر اساس پروتکل های اجماع ، سیستم عامل ها ، مقایسه blockchain با سایر پایگاه داده ها یا سایر روش های مقیاس گذاری باشد.

مسیرهای تحقیق آینده در مقیاس پذیری blockchain

در اینجا ، ما مسیرها و فرصت های تحقیق آینده را در مقیاس پذیری blockchain استنباط می کنیم.

• 1. راه حل های مقیاس پذیری هیبریدی: برای یک راه حل واحد برای حل کارآمد مسئله مقیاس پذیری blockchain و همچنین امنیت بهینه دشوار است. بیشتر راه حل های پیشنهادی یا مقیاس پذیری محدودی را افزایش می دهند یا نگرانی های امنیتی جدیدی را معرفی می کنند. با این حال ، دو یا چند راه حل مقیاس پذیری ممکن است برای یک راه حل مقیاس پذیری بهتر و ایمن ترکیب شود. از این رو راه حل های ترکیبی بیشتری را توصیه می کنیم

اتخاذ فناوری blockchain

فناوری blockchain برای بسیاری از برنامه ها از چندین شرکت و کشورها پذیرش و پذیرش گسترده تری می گیرد. بسیاری از آزمایشات blockchain نتایج مثبتی به همراه داشت. بررسی PWC از 600 پاسخ دهنده (چین ، 2018) نشان داد که 84 ٪ از پاسخ دهندگان درگیر فناوری blockchain بودند. شکل 17 جدول زمانی و پیشرفت اتخاذ blockchain را نشان می دهد. موارد استفاده از blockchain پس از تحقق مزایای blockchain از بیت کوین ، در سال 2014 مفهوم سازی شد. در سال 2015/2016 ، تولید شده

نتیجه

بلاک چین یک دفتر کل توزیع شده ایمن را فراهم می کند که به طرف هایی که اعتماد کمی دارند یا اصلاً اعتماد ندارند اجازه می دهد اطلاعات و داده ها را بدون مرجع مرکزی یا واسطه به اشتراک بگذارند. بلاک چین امنیت داده ها، استقلال، سرعت، حریم خصوصی، شفافیت و کارایی را فراهم می کند. با وجود مزایای آن، مقیاس پذیری یک چالش بزرگ برای بلاک چین است. مشکلات مقیاس پذیری به دلیل توان عملیاتی کمتر، تأخیر بالا، فضای ذخیره سازی بزرگ و عملکرد خواندن پایین است. در این مقاله، ما یک بررسی سیستماتیک برای یافتن آن انجام دادیم

اعلامیه منافع رقابتی

نویسندگان اعلام می کنند که هیچ منافع مالی رقیب یا روابط شخصی شناخته شده ای ندارند که به نظر می رسد بر کار گزارش شده در این مقاله تأثیر بگذارد.

عبدالرشید ابراهیم سانکا مدرک کارشناسی خود را دریافت کرد. برق از دانشگاه بایرو کانو، نیجریه در سال 2011. او کارشناسی ارشد گرفت. در میکروالکترونیک جاسازی شده و سیستم های بی سیم از دانشگاه کاونتری، انگلستان، در سال 2014. او از سال 2012 با دانشگاه Bayero، کانو به عنوان مدرس کار می کند. مدرک تحصیلی با گروه مهندسی برق، دانشگاه شهر هنگ کنگ. علایق تحقیقاتی او شامل فناوری بلاک چین، طراحی سیستم های دیجیتال، شبکه است