Figura 1. Visualización de una red blockchain. Crédito:colaboradores de OpenStreetMap
Kazuyuki Shudo, sus colegas, y el Centro de Investigación de Ciberseguridad del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) desarrollaron un simulador de cadena de bloques público llamado "SimBlock" para probar el rendimiento y la seguridad de la cadena de bloques. El software se puede ejecutar en una sola PC. Ahora está disponible públicamente como código abierto.
SimBlock permite a un usuario simular una red blockchain que consta de una gran cantidad de nodos (servidores), y modificar el comportamiento de los nodos para probar los efectos sobre el rendimiento y la seguridad. Los usuarios pueden simular el impacto de los cambios en una cadena de bloques existente, como Bitcoin, oa una cadena de bloques de su propio diseño.
Blockchain se implementó por primera vez para criptomonedas, sirviendo como base de la red Bitcoin, que comenzó a operar en 2009. Pero ahora se están encontrando otras aplicaciones potenciales en áreas como la gestión de recursos y derechos, producto (por ejemplo, alimentos) trazabilidad, votación, y automatización de procesos comerciales.
Estos días, se llevan a cabo una serie de conferencias sobre tecnología blockchain, incluido IEEE ICBC, CryBlock, y IEEE Blockchain. Sin embargo, a pesar de la actividad en el campo, Ha sido casi imposible probar mejoras en una red blockchain del mundo real. Tal experimento requiere actualizar el software de todos los nodos, lo cual no es práctico para una red en funcionamiento debido al riesgo de causar interrupciones. Incluso en los casos en que una cadena de bloques tenga un problema que deba solucionarse, probar la solución puede ser difícil, ya que podría romper algo más.
Un simulador de blockchain llamado SimBlock
Shudo y sus colegas desarrollaron SimBlock, que puede simular un comportamiento de aproximadamente 10, 000 nodos en Internet usando una sola PC típica. El software, que se convirtió en código abierto en julio de 2018, permite a los ingenieros probar mejoras en una cadena de bloques existente u original, o incluso simular nodos maliciosos y medir las tasas de éxito de los ataques, luego aplique contramedidas para probar sus efectos.
Demostrando SimBlock en IEEE ICBC 2019 Crédito:Kazuyuki Shudo
SimBlock actualmente puede simular los parámetros de Bitcoin, Litecoin, y Dogecoin, duplicando el tamaño de la red blockchain, intervalo de generación de bloques, y velocidad de comunicación a través de Internet. Los usuarios pueden ver qué cambios en el comportamiento de los nodos hacen en una red blockchain modificando el código Java en SimBlock. También es posible modificar parámetros de la cadena de bloques y la velocidad de comunicación.
SimBlock también tiene un visualizador que muestra la comunicación entre los nodos y la altura del bloque animada en un mapa mundial. Una demostración del visualizador está disponible en esta página web.
Demostración del visualizador:red Bitcoin (reducido a 600 nodos)
El equipo de investigación dio una demostración de SimBlock en IEEE ICBC 2019 celebrada en Seúl, atrayendo mucha atención de los participantes (Figura 2).
Ejemplos de aplicación
Los miembros del equipo también utilizaron SimBlock en sus otros estudios. Los siguientes son temas de investigación para mejorar el rendimiento de las cadenas de bloques.
Figura 3 Selección de vecino de proximidad y Figura 4 Medición del efecto de una red de relés. Crédito:Proc. IEEE Blockchain 2019 para Fig 3 y Proc. AINTEC 2019 para la Fig 4.
La Figura 3 muestra el efecto de aplicar una técnica llamada selección de vecino de proximidad, donde cada nodo se conecta con sus nodos cercanos en la red. Esto da como resultado un tiempo reducido para que los bloques se propaguen a través de la red. La reducción del tiempo de propagación conduce a una mejora de la seguridad. También conduce a la mejora del rendimiento del proceso de transacción sin sacrificar la seguridad.
La Figura 4 ilustra el beneficio de los nodos que utilizan una red de retransmisión [c, 4]. Al usar una red de retransmisiones, un nodo puede reducir drásticamente la probabilidad de que un bloque que generó se convierta en un bloque huérfano [d]. Significa que un nodo puede aumentar sus ingresos utilizando la red de retransmisión porque dicho bloque huérfano no otorga recompensa minera al nodo que generó el bloque huérfano.
Un nodo que utiliza una red de retransmisión puede recibir rápidamente un bloque recién generado. Parece que la tasa de éxito de minería [e] del nodo aumenta debido a la rápida recepción. Sin embargo, usando SimBlock, el equipo de investigación no observó ningún aumento evidente. Por otra parte, el equipo de investigación encontró otro beneficio de las redes de retransmisión. Un nodo podría reducir la probabilidad de que un bloque que generó se convierta en un bloque huérfano. Una red de retransmisión naturalmente reduce la tasa de bloqueos huérfanos de toda la red blockchain y se ha señalado anteriormente. El equipo de investigación descubrió que los nodos se benefician mucho de una red de retransmisión incluso si la proporción de nodos que utilizan la red de retransmisión es muy baja (por ejemplo, 1%).
El equipo de investigación continuará trabajando en la mejora del rendimiento de las cadenas de bloques que utilizan SimBlock. También comenzaron a trabajar en estudios de seguridad simulando ataques en una cadena de bloques y contramedidas. Las mejoras en curso y planificadas para SimBlock incluyen soporte para otras cadenas de bloques como Ethereum, una mayor actualización de los parámetros de Internet, como la velocidad de comunicación, y soporte para protocolos de comunicación más nuevos como Compact Block Relay.
El equipo cree firmemente que las comunidades de ingeniería e investigación pueden beneficiarse de SimBlock y sus contribuciones a la tecnología blockchain y nuestra sociedad respaldada por la tecnología.
