উন্নত প্রুফ অফ ওয়ার্ক প্রণোদনা ব্যবস্থা: ডিরেক্টেড অ্যাসাইক্লিক গ্রাফ (DAG) ভিত্তিক প্রোটোকল বিশ্লেষণ

১. ভূমিকা

ETH Zurich-এর এই গবেষণা কাজটি, Bitcoin-এর মূল প্রণোদনা যুক্তিতে সাতোশি নাকামোতো কর্তৃক উত্থাপিত একটি মৌলিক ত্রুটি সমাধানের লক্ষ্যে পরিচালিত হয়। গবেষণাপত্রটি নির্দেশ করে যে, যুক্তিসঙ্গত অর্থনৈতিক আচরণ সর্বদা প্রোটোকল মেনে চলার সমতুল্য নয়, স্বার্থপর খনন কৌশলই তার প্রমাণ। মূল সমস্যাটি হল যে, প্রচলিত, বৃক্ষাকার কাঠামোর Proof of Work ব্লকচেইনে, নেটওয়ার্কে সুবিধাজনক অবস্থান বা শক্তিশালী কম্পিউটিং শক্তি সম্পন্ন খননকারীরা প্রোটোকল থেকে বিচ্যুত হয়ে (যেমন, ব্লক আটকে রেখে) লাভবান হতে পারে, যা সিস্টেমের স্থিতিশীলতাকে বিপন্ন করে।

১.১. ব্লকচেইন গেম থিওরি

Bitcoin-এর মতো আদর্শ ব্লকচেইন একটি বৃক্ষাকার কাঠামো গঠন করে। ফর্ক প্রাকৃতিকভাবে বা দূষিত উদ্দেশ্যে ঘটতে পারে, যার ফলে চেইন পুনর্গঠন হয় এবং কিছু ব্লক অরফান হয়ে যায়, যার সৃষ্টিকর্তারা পুরস্কার থেকে বঞ্চিত হন। এই কাঠামোটি অবাঞ্ছিত প্রণোদনা তৈরি করে; উদাহরণস্বরূপ, নেটওয়ার্ক বিলম্বের মতো বিষয়গুলি খননকারীদের লাভজনকতাকে প্রভাবিত করে, যা অ-সহযোগিতামূলক আচরণকে উৎসাহিত করে।

1.2. আমাদের অবদান

লেখক একটি অভিনব ব্লকচেইন ডিজাইন প্রস্তাব করেছেন, যার ডেটা স্ট্রাকচার ব্লক দ্বারা গঠিতনির্দেশিত অ্যাসাইক্লিক গ্রাফগাছের মতো কাঠামোর পরিবর্তে। সংশ্লিষ্ট প্রণোদনা স্কিমটি সতর্কতার সাথে ডিজাইন করা হয়েছে, যাতেপ্রোটোকল মেনে চলা একটি কঠোর, শক্তিশালী ন্যাশ ভারসাম্য গঠন করে। যেকোনো বিচ্যুতি (যেমন অপ্রয়োজনীয় ফর্ক তৈরি করা) বিচ্যুতিকারীদের পুরস্কার কঠোরভাবে হ্রাস করে। এটি বিশুদ্ধ স্বার্থপর প্রেরণার মাধ্যমে প্রোটোকল মেনে চলা নিশ্চিত করে।

1.3. স্বজ্ঞাত সারসংক্ষেপ

এই প্রোটোকল নিশ্চিত করে যে খনিরা নতুন ব্লক তৈরি করার সময়, সমস্ত পরিচিত এবং উদ্ধৃতিহীন ব্লকগুলিকে উদ্ধৃত করার জন্য প্রেরণা পায়। এটি একটি ঘন DAG গঠন করবে, যেখানে কোনও ব্লক বাতিল হবে না। লেনদেনের ক্রমের ঐকমত্য এই DAG থেকে একটি "মেইনচেইন" নির্বাচন করে অর্জন করা হয়, যা অন্যান্য প্রোটোকলের অনুরূপ, তবে পুরস্কার ব্যবস্থাই সততা বজায় রাখার মূল চাবিকাঠি।

2. প্রোটোকল পরিভাষা ও সংজ্ঞা

এই কাঠামোটি মূল ধারণাগুলি সংজ্ঞায়িত করে:ব্লকDAG-এর একটি শীর্ষবিন্দু, যাতে লেনদেন এবং পূর্ববর্তী ব্লকের রেফারেন্স (প্রান্ত) থাকে।টিপ ব্লকএটি এমন একটি ব্লক যা এখনও অন্য কোনো ব্লক দ্বারা রেফারেন্সড হয়নি।মেইনচেইনDAG থেকে নির্ধারক নিয়ম (যেমন, ক্রমবর্ধমান প্রুফ-অফ-ওয়ার্কের ভিত্তিতে) দ্বারা নির্বাচিত একটি নির্দিষ্ট পথ। ব্লক $B$ এরপুরস্কার ফাংশন$R(B)$ DAG কাঠামোতে এর অবস্থান এবং উদ্ধৃতির সম্পর্কের উপর ভিত্তি করে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

3. প্রোটোকল নকশা ও DAG ব্যাখ্যা

খনি শ্রমিকরা একটি নতুন ব্লক তৈরি করার সময়, তাদের স্থানীয় DAG দৃশ্যেসমস্তএর শেষ ব্লকগুলিকে অবশ্যই উদ্ধৃত করতে হবে। এই নিয়মটি প্রোটোকল দ্বারা বাধ্যতামূলক আদেশের মাধ্যমে প্রয়োগ করা হয় না, বরং পুরস্কার ডিজাইনের মাধ্যমে নিশ্চিত করা হয়: উদ্ধৃতি বাদ দেওয়া নতুন ব্লকের নিজস্ব সম্ভাব্য পুরস্কার হ্রাস করে। ফলে যে কাঠামোটি তৈরি হয় তা হল একটি ক্রমবর্ধমান DAG যেখানে ব্লকগুলির একাধিক প্যারেন্ট ব্লক থাকে।

3.1. মূল চেইন এবং সম্পূর্ণ ক্রম

লেনদেনের ক্রমে ঐকমত্য প্রতিষ্ঠার জন্য (যেমন, ডাবল স্পেন্ডিং প্রতিরোধ), DAG থেকে একটি একক শৃঙ্খলা বের করতে হবে। গবেষণাপত্রটি DAG-এ প্রয়োগ করা GHOST নিয়ম বা সর্বাধিক ভারী শৃঙ্খলা নিয়মের মতো প্রতিষ্ঠিত পদ্ধতিগুলি ব্যবহারের পরামর্শ দেয়। মূল শৃঙ্খলায় নেই এমন সমস্ত ব্লক অন্তর্ভুক্ত থাকে এবং পুরস্কার পায়, তবে তাদের লেনদেনের ক্রম মূল শৃঙ্খলার সময়রেখার সাপেক্ষে নির্ধারিত হবে, যেমনটি Sompolinsky এবং Zohar এর "Secure High-Rate Transaction Processing in Bitcoin" ইত্যাদি কাজে আলোচিত হয়েছে।

4. পুরস্কার স্কিম নির্মাণ

এটি প্রস্তাবনার মূল। ব্লক $B_i$ এর পুরস্কার একটি নির্দিষ্ট মুদ্রা তৈরির পুরস্কার নয়। এটি একটি ফাংশন হিসাবে গণনা করা হয় যা DAG-এর স্থিতিশীলতা এবং সংযোগকারীতার প্রতি এর অবদানকে প্রতিফলিত করে। একটি সম্ভাব্য সূত্র (মূল থেকে অনুপ্রাণিত) হতে পারে: $R(B_i) = \alpha \cdot \text{বেস রিওয়ার্ড} + \beta \cdot \sum_{B_j \in \text{রেফারেন্স}(B_i)} f(\text{গভীরতা}(B_j))$, যেখানে $\text{রেফারেন্স}(B_i)$ হল $B_i$ দ্বারা উদ্ধৃত ব্লকগুলি, এবং $f$ হল একটি ক্ষয় ফাংশন। এটি পুরানো, কম উদ্ধৃত ব্লকগুলিকে উদ্ধৃত করা লাভজনক করে তোলে।

4.1. প্রণোদনা ব্যবস্থার বিস্তারিত বিবরণ

এই স্কিমটি দুটি মূল বৈশিষ্ট্য পূরণের লক্ষ্যে তৈরি: 1) রেফারেন্স ইনসেনটিভ:যেকোনো নতুন ব্লকের জন্য, একটি পরিচিত টিপ ব্লকে রেফারেন্স যোগ করা কখনই এর প্রত্যাশিত পুরস্কার হ্রাস করে না, এবং সাধারণত এটি বৃদ্ধি করে।2) ফোর্ক পেনাল্টি:যদি খননকারীরা সর্বশেষ ব্লক উদ্ধৃত না করে সমান্তরাল শৃঙ্খলা (ফর্ক) তৈরি করার চেষ্টা করে, পুরস্কার ব্যবস্থাটি নিশ্চিত করে যে ফর্কে ব্লকগুলির ক্রমবর্ধমান পুরস্কার প্রধান DAG-এ সৎভাবে নির্মাণ করলে তারা যে পুরস্কার পেত তার চেয়ে কঠোরভাবে কম। এটি ফর্ককে অর্থনৈতিকভাবে অযৌক্তিক করে তোলে।

5. মূল অন্তর্দৃষ্টি ও বিশ্লেষণ দৃষ্টিকোণ

6. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক কাঠামো

প্রণোদনা সামঞ্জস্যতা গেম থিওরি ব্যবহার করে প্রমাণিত। $\alpha$ কম্পিউটিং শক্তি সহ একটি খনিজ শ্রমিক $m$ বিবেচনা করুন। $\mathbf{s}$ কে সমস্ত খনিজ শ্রমিকের কৌশল সমন্বয় হিসাবে ধরা যাক। $U_m(\mathbf{s})$ কে খনিজ শ্রমিক $m$ এর উপযোগিতা (প্রত্যাশিত পুরস্কার) হিসাবে ধরা যাক। প্রোটোকল কৌশল $\mathbf{s}^*$ (সর্বদা সমস্ত শেষ প্রান্ত উদ্ধৃত করে) একটি ন্যাশ ভারসাম্য হবে, যদি প্রতিটি খনিজ শ্রমিক $m$ এবং প্রতিটি বিকল্প কৌশল $\mathbf{s}'_m$ এর জন্য নিম্নলিখিত শর্ত পূরণ হয়:

$$U_m(\mathbf{s}^*_m, \mathbf{s}^*_{-m}) \geq U_m(\mathbf{s}'_m, \mathbf{s}^*_{-m})$$

论文构建了一个奖励函数$R$，使得对于任何涉及扣留引用或创建不必要分叉的偏离$\mathbf{s}'_m$，该不等式是严格的（$ > $）。该函数可能包含：

• সময়-ভিত্তিক ক্ষয়:একটি ব্লকের পুরস্কার ব্লকের বয়স বাড়ার সাথে সাথে হ্রাস পায়, যা সময়মত অন্তর্ভুক্তিকে উৎসাহিত করে।
• সংযোগকারিতা পুরস্কার:একটি ব্লক যে পুরস্কার পায় তা সরাসরি বা পরোক্ষভাবে যতগুলি পূর্ববর্তী ব্লক নিশ্চিত করতে সাহায্য করে তার সমানুপাতিক।

ব্লক $B$ এর পুরস্কারের একটি সরলীকৃত মডেল নিম্নরূপ হতে পারে:

$$R(B) = \frac{C}{\sqrt{k(B) + 1}} + \sum_{P \in \text{parent blocks}(B)} \gamma^{\text{distance}(P)} \cdot R_{\text{base}}(P)$$

যেখানে $k(B)$ হল $B$未引用的同时发布的区块数量（衡量分叉创建），$\gamma < 1$是衰减因子，$R_{基础}(P)$是父区块$P$的基础奖励。

7. পরীক্ষামূলক ফলাফল এবং কর্মক্ষমতা

প্রদত্ত PDF উদ্ধৃতিতে স্পষ্ট পরীক্ষামূলক ফলাফল না থাকলেও, গবেষণাপত্রের দাবি গাছের মতো ব্লকচেইনের তুলনায় উল্লেখযোগ্য কর্মক্ষমতা উন্নতির ইঙ্গিত দেয়:

চিত্রের বর্ণনা (ধারণাগত): সিমুলেশন গ্রাফটি সময়ের সাথে দুটি লাইন প্রদর্শন করবে: 1) প্রস্তাবিত DAG প্রোটোকলেসৎ খনির শ্রমিকদের ক্রমবর্ধমান পুরস্কার, এবং 2) আটকে রাখা আক্রমণ চেষ্টাকারী বিচ্যুত খনির শ্রমিকদের ক্রমবর্ধমান পুরস্কার। সৎ খননকারীদের রেখাটি বিচ্যুতদের রেখার চেয়ে ক্রমাগত উচ্চতর থাকবে, যা কঠোর ন্যাশ ভারসাম্যকে স্বজ্ঞাতভাবে প্রদর্শন করে। দ্বিতীয় চার্টটি তুলনা করবেঐতিহ্যগত ব্লকচেইন(সমতল বা ধীরে ধীরে বৃদ্ধি) বনামDAG-ভিত্তিক চেইন(আরও খাড়া, আরও দক্ষ বৃদ্ধি প্রদর্শন করে)লেনদেন থ্রুপুট (TPS)。

8. বিশ্লেষণ কাঠামো: একটি গেম থিওরি কেস স্টাডি

দৃশ্যকল্প: দুটি যুক্তিসঙ্গত খননকারী, Alice (30% হ্যাশ পাওয়ার) এবং Bob (20% হ্যাশ পাওয়ার), প্রচলিত PoW চেইন এবং প্রস্তাবিত DAG চেইনে তাদের আচরণের তুলনা।

প্রচলিত চেইন (ট্রি-স্ট্রাকচার): Alice发现一个区块。她可以立即广播（诚实），或者扣留它并开始挖掘一条秘密链（自私）。如果她扣留并在网络找到一个区块之前找到第二个区块，她可以同时发布两个区块，导致重组，使Bob可能找到的区块成为孤块，从而将其在该时期的奖励份额从30%可能提高到100%。Eyal和Sirer的模型表明，这对于$\alpha > 25\%$的矿工可能是有利可图的。

প্রস্তাবিত DAG চেইন: Alice একটি ব্লক $A_1$ আবিষ্কার করে। পুরস্কার ফাংশন $R(A_1)$ তখনই সর্বাধিক হয় যখন এটি সমস্ত পরিচিত টিপ ব্লককে (যদি Bob একটি ব্লক খুঁজে পায় তবে তার সর্বশেষ ব্লক সহ) উদ্ধৃত করে। যদি সে $A_1$ গোপন রেখে $A_2$ এর উপর গোপনে খনন করে, তবে Bob-এর প্রকাশ্য ব্লকের সাথে সংযোগ না করায় সে রেফারেন্স পুরস্কার হারাবে। যখন সে শেষ পর্যন্ত তার চেইন প্রকাশ করে, গণনা দেখায় যে:

$$R(A_1) + R(A_2)_{\text{秘密}} < R(A_1)_{\text{诚实}} + R(A_2)_{\text{诚实}}$$

এমনকি যদি সে একটি ছোট ফর্ক তৈরি করে, প্রোটোকলের পুরস্কার ব্যবস্থা নিশ্চিত করে যে তার ক্রমবর্ধমান পুরস্কার কম হবে। যৌক্তিক পছন্দ হল অবিলম্বে $A_1$ প্রকাশ করা এবং সমস্ত রেফারেন্স অন্তর্ভুক্ত করা। Bob একই গণনার সম্মুখীন হয়। সুতরাং, উভয় পক্ষের জন্য একমাত্র স্থিতিশীল কৌশল হল প্রোটোকল মেনে চলা।

এই কেস কোড ব্যবহার করেনি, তবে এটি দেখায় কিভাবে নতুন প্রণোদনা স্কিম কৌশলগত সিদ্ধান্ত ম্যাট্রিক্স পরিবর্তন করেছে।

9. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা

সরাসরি প্রয়োগ:

• পরবর্তী প্রজন্মের L1 পাবলিক ব্লকচেইন: নতুন প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক ব্লকচেইন এই নকশা দিয়ে শুরু থেকেই শুরু করতে পারে, যাতে মাইনিং পুলের জন্য আরও শক্তিশালী নিরাপত্তা নিশ্চিত করা যায়।
• হাইব্রিড কনসেনসাস: DAG ইনসেনটিভ মডেল প্রুফ-অফ-স্টেক বা ডেলিগেটেড প্রুফ-অফ-স্টেক সিস্টেমের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়া যেতে পারে, যাতে স্টেক গ্রাইন্ডিং বা অনুরূপ আক্রমণ দমন করা যায়।
• লেয়ার 2 এবং সাইডচেইন: এই নীতিটি দ্রুত চূড়ান্ততা সম্পন্ন সাইডচেইন বা Rollup সিকোয়েন্সার সুরক্ষায় প্রয়োগ করা যেতে পারে, যেখানে প্রণোদনার অসমঞ্জস্য উদ্বেগের বিষয়।

ভবিষ্যত গবেষণার দিক:

• ডাইনামিক ফি মার্কেট: DAG পুরস্কার মডেলে উদ্দীপনা সামঞ্জস্যপূর্ণতা নষ্ট না করে একটি শক্তিশালী লেনদেন ফি নিলাম (যেমন EIP-1559) সংহত করা।
• কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রতিরোধী প্রস্তুতি: কিভাবে বৃহত্তর পোস্ট-কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফি স্বাক্ষর DAG-এর স্কেলেবিলিটি এবং প্রণোদনা মডেলকে প্রভাবিত করে তা অন্বেষণ করুন।
• আনুষ্ঠানিক যাচাইকরণ: Coq প্রমাণ সহকারী বা TLA+ এর মতো মডেল চেকার ব্যবহার করে, বাস্তবায়িত প্রোটোকলের গেম থিওরি বৈশিষ্ট্যগুলির আনুষ্ঠানিক যাচাইকরণ করুন।
• ক্রস-চেইন প্রণোদনা: ব্লকচেইন আন্তঃক্রিয়াশীলতা (ক্রস-চেইন ব্রিজ) পরিচালনাকারী প্রোটোকলগুলিতে অনুরূপ উদ্দীপনা সারিবদ্ধকরণ নীতি প্রয়োগ করা, যাতে ক্রস-চেইন MEV-এর অপব্যবহার রোধ করা যায়।

10. তথ্যসূত্র

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. In Financial Cryptography.
3. Sompolinsky, Y., & Zohar, A. (2015). Secure High-Rate Transaction Processing in Bitcoin. In Financial Cryptography.
4. Nisan, N., Roughgarden, T., Tardos, É., & Vazirani, V. V. (2007). অ্যালগরিদমিক গেম থিওরি. Cambridge University Press.
5. Lewenberg, Y., Sompolinsky, Y., & Zohar, A. (2015). Inclusive Block Chain Protocols. In Financial Cryptography.
6. Buterin, V. (2014). Slasher: A Punitive Proof-of-Stake Algorithm. Ethereum Blog.
7. Daian, P., et al. (2019). Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges. IEEE Symposium on Security and Privacy.
8. Sliwinski, J., & Wattenhofer, R. (2022). Better Incentives for Proof-of-Work. arXiv:2206.10050.