شماره ركورد
34621
پديد آورنده
علي رهنماعلمداري
عنوان
ارتقاي كارآمدي زنجيره بلوكي با تركيب توابع درهم ساز مبتني بر مسائل سخت NP در مكانيزم اجماع اثبات كار
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر- نرمافزار
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/11/14
استاد راهنما
مرضيه ملكيمجد
استاد مشاور
- - -
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
چكيده
زنجيرههاي بلوكي مبتني بر الگوريتم اجماع اثبات كار، عليرغم نقش كليدي در تأمين امنيت شبكههاي غيرمتمركز، همواره به دليل مصرف انرژي بسيار بالا و ماهيت غيركاربردي محاسبات، مورد انتقاد بودهاند. در اين مكانيزم، توان محاسباتي عظيم شبكه صرفاً براي حل معماهاي رمزنگاري به كار گرفته ميشود كه هيچ ارزش افزودهاي خارج از محيط شبكه توليد نميكند. اين پژوهش با هدف پاسخگويي به اين چالش بنيادين، به دنبال ارائه يك معماري اجماع نوين است كه ضمن حفظ امنيت و ويژگيهاي عدم تمركز، انرژي و توان محاسباتي شبكه را به سمت حل مسائل واقعي و ارزشمند هدايت كند. چالش اصلي، طراحي مكانيزمي است كه بتواند كار مفيد را بهصورت امن، عادلانه و قابلتأييد در فرايند اجماع ادغام نمايد. براي اين منظور، يك مدل اجماع تركيبي دومرحلهاي پيشنهاد شده است كه اثبات كار سبك را با حل مسائل NP-Hard تركيب ميكند. در مرحله اول، يك اثبات كار با سختي پايين بهعنوان يك دروازه امنيتي عمل كرده و از حملات هرزنامه جلوگيري ميكند. استخراجكنندهاي كه موفق به عبور از اين مرحله شود، با استفاده از يك تابع تصادفي قابلتأييد، بهصورت عادلانه و غيرقابلپيشبيني، يك مسئله NP-Hard را از يك مخزن مسائل مشترك سوالها انتخاب كرده و حل مينمايد. اين رويكرد دوگانه، ضمن حفظ رقابت، انتخاب مسئله را از دستكاري استخراجكنندهها مصون ميدارد. براي ارزيابي عملكرد، امنيت و كارايي طرح پيشنهادي، يك شبيهساز شبكه پيادهسازي گرديد. نتايج حاصل از شبيهسازي نشان داد كه معماري پيشنهادي قادر است بخش قابلتوجهي (به طور متوسط بيش از 55٪) از توان محاسباتي شبكه را به حل مسائل مفيد اختصاص دهد كه اين امر منجر به كاهش چشمگير اتلاف انرژي ميشود. تحليلهاي امنيتي، مقاومت بالاي سامانه را در برابر حملات كليدي مانند حمله گزينشي و پيشمحاسبه به دليل وابستگي قطعي مراحل، اثبات كردند. همچنين، ارزيابيها بيانگر توزيع عادلانه پاداش ميان استخراجكنندهها و همگرايي پايدار زنجيره در شرايط مختلف شبكه بود. اين پژوهش با موفقيت يك چارچوب عملي و قابلپيادهسازي براي اثبات كار مفيد ارائه ميدهد كه توازني هوشمندانه ميان امنيت، كارايي و توليد ارزش برقرار ميكند. طرح پيشنهادي نشان ميدهد كه ميتوان از مرزهاي اثبات كار سنتي فراتر رفت و به سمت نسل جديدي از الگوريتمهاي اجماع حركت كرد كه در آن، شبكههاي زنجيرهبلوكي نهتنها بهعنوان يك ابزار امنيتي، بلكه بهمثابه يك بستر محاسباتي قدرتمند براي حل مسائل پيچيده علمي و صنعتي عمل ميكنند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/08
عنوان به انگليسي
Enhancing blockchain efficiency by incorporating hash functions with NP-hard problems into the proof-of-work consensus mechanism
تاريخ بهره برداري
2/20/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
علي رهنماعلمداري
چكيده به لاتين
Blockchains based on the proof-of-work consensus algorithm, despite their key role in securing decentralized networks, have always been criticized for their extremely high energy consumption and impractical nature of computation. In this mechanism, the networkʹs enormous computational power is used solely to solve cryptographic puzzles that do not generate any added value outside the network environment. Aiming to address this fundamental challenge, this research seeks to provide a novel consensus architecture that, while maintaining security and decentralization features, directs the networkʹs energy and computational power towards solving real and valuable problems. The main challenge is to design a mechanism that can safely, fairly, and verifiably integrate useful work into the consensus process. To this end, a two-stage hybrid consensus model is proposed that combines lightweight proof-of-work with solving NP-Hard problems. In the first stage, a low-difficulty proof-of-work acts as a security gateway and prevents spam attacks. A miner that successfully passes this stage selects and solves an NP-Hard problem from a pool of common questions using a verifiable random function in a fair and unpredictable manner. This dual approach, while maintaining competition, protects the problem selection from manipulation by miners. To evaluate the performance, security, and efficiency of the proposed scheme, a network simulator was implemented. The simulation results showed that the proposed architecture is able to allocate a significant portion (on average, more than 55%) of the networkʹs computational power to solving useful problems, which leads to a significant reduction in energy waste. Security analyses proved the high resistance of the system to key attacks such as selection attack and precomputing due to the deterministic dependency of the steps. Also, the evaluations indicated a fair distribution of rewards among miners and stable chain convergence under different network conditions. This research successfully presents a practical and implementable framework for proof-of-work that strikes a smart balance between security, efficiency, and value generation. The proposed scheme demonstrates that it is possible to go beyond the boundaries of traditional proof-of-work and move towards a new generation of consensus algorithms, in which blockchain networks act not only as a security tool but also as a powerful computational platform for solving complex scientific and industrial problems.
كليدواژه هاي فارسي
زنجيرهبلوكي , اثباتكار , اثباتكار مفيد , الگوريتم اجماع , مسائل Np-hard , دشواري محاسبات , كاهش اتلاف انرژي
كليدواژه هاي لاتين
blockchain , Proof of Work (PoW) , Proof of Useful Work (PoUW) , consensus algorithm , NP-hard problems , Computational Difficulty , Energy Waste Reduction
Author
Ali RahnamaAlamdari
SuperVisor
Marzieh MalekiMajd