Моделювання процесу формування блоків у блокчейні та його вплив на масштабованість

У статті досліджено процес формування блоків у блокчейн-мережах та вплив мережевої архітектури вузлів та алгоритмів консенсусу на їх масштабованість і продуктивність. Аналіз масштабованості блокчейн-систем є важливим через проблеми, що виникають при зростанні навантаження на мережу, зокрема збільшення кількості відгалужень блоків та часу підтвердження транзакцій. Дослідження зосереджене на вивченні впливу мережевих затримок та вибору алгоритму консенсусу на продуктивність і масштабованість блокчейн-мереж. Основну увагу присвячено математичним моделям, які описують формування блоків, а також аналізу факторів, що впливають на швидкість обробки транзакцій та пропускну здатність. Розглянуто основні алгоритми консенсусу, такі як Proof of Work (PoW) та Proof of Stake (PoS), і порівняно їх вплив на масштабованість у реалізаціях на основі Ethereum Virtual Machine (EVM) та Bitcoin.

Експериментальні дослідження з використанням Geth та хмарних сервісів Амазон виявили, що застосування алгоритму консенсусу Proof of Stake (PoS) підвищує продуктивність мережі шляхом зниження складності процесу формування блоків у блокчейн-мережах на 99% та прискорює досягнення консенсусу на 70% порівняно з Proof of Work (PoW). Також встановлено, що збільшення кількості вузлів з 5 до 50 знижує пропускну здатність мережі майже на 10%, а середній час підтвердження збільшується вдвічі.

Отримані результати спрямовані на розв’язання задачі масштабованості шляхом зменшення часу підтвердження транзакцій для впровадження децентралізованих технологій у сфері Інтернету речей (IoT), де критично важливо швидкість обробки та збереження великих обсягів даних.