1. ভূমিকা
বিটকয়েন ও ইথেরিয়াম দ্বারা প্রতীকী অনুমতিবিহীন ব্লকচেইনগুলো বিকেন্দ্রীভূত ব্যবস্থায় বিপ্লব এনেছে কিন্তু তা উল্লেখযোগ্য স্কেলেবিলিটি চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি। প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক (PoW) কনসেনসাসের শক্তি খরচ ব্যাপকভাবে বিতর্কিত হলেও, স্টোরেজ ওভারহেড-এর সমান গুরুত্বপূর্ণ বিষয়টি তুলনামূলকভাবে কম মনোযোগ পেয়েছে। এই গবেষণাপত্রটি একটি অগ্রগামী অভিজ্ঞতামূলক গবেষণা উপস্থাপন করে যা বিশ্লেষণ করে কিভাবে সম্পূর্ণ ব্লকচেইন নোডগুলি যাচাইকরণের জন্য লেজার তথ্য ব্যবহার করে। মূল সন্ধানটি হলো যে বুদ্ধিমান ক্লায়েন্ট-সাইড কৌশলের মাধ্যমে, স্টোরেজ ফুটপ্রিন্টকে আমূলভাবে কমানো যেতে পারে—বিটকয়েনের জন্য সম্ভাব্য প্রায় ১৫ গিগাবাইট—অন্তর্নিহিত ব্লকচেইন প্রোটোকলে কোনো পরিবর্তন ছাড়াই, যার ফলে সম্পূর্ণ নোড চালানোর প্রবেশাধিকারের বাধা কমে আসে।
2. সমস্যা বিবৃতি ও পটভূমি
2.1 অনুমতিবিহীন ব্লকচেইনের স্টোরেজ বোঝা
বিটকয়েনের মতো ব্লকচেইনগুলোর নিরাপত্তা ও অখণ্ডতা একটি সম্পূর্ণ, অপরিবর্তনীয় লেজারের উপর নির্ভরশীল। গ্রহণযোগ্যতা বৃদ্ধির সাথে সাথে লেজারের আকারও বৃদ্ধি পায়। গবেষণার সময়, বিটকয়েনের লেজারের আকার ৩৭০ গিগাবাইট অতিক্রম করে। এই বিশাল স্টোরেজ প্রয়োজনীয়তা সম্পূর্ণ নোড চালাতে ইচ্ছুক ব্যবহারকারীদের জন্য একটি প্রাথমিক নিরুৎসাহিতকারী কারণ, কেন্দ্রীকরণের ঝুঁকি তৈরি করে কারণ কম সংখ্যক সত্তা সম্পূর্ণ ইতিহাস রক্ষণাবেক্ষণের খরচ বহন করতে পারে।
প্রধান স্টোরেজ পরিসংখ্যান
বিটকয়েন লেজার আকার: >৩৭০ গিগাবাইট
লক্ষ্য হ্রাস (প্রস্তাবিত): ~১৫ গিগাবাইট
হ্রাসের সম্ভাবনা: ~৯৬%
2.2 বিদ্যমান প্রশমন কৌশল ও তাদের সীমাবদ্ধতা
পূর্ববর্তী সমাধানগুলিতে প্রায়শই প্রোটোকল-স্তরের পরিবর্তন জড়িত থাকে, যেমন চেকপয়েন্টিং বা শার্ডিং, যার জন্য হার্ড ফোর্ক এবং সম্প্রদায়ের ঐকমত্য প্রয়োজন। বিটকয়েন কোর একটি ছাঁটাই অপশন অফার করে, কিন্তু এতে বুদ্ধিমান নির্দেশনার অভাব রয়েছে—ব্যবহারকারীদের অবশ্যই ইচ্ছামত একটি ধারণ সীমা (গিগাবাইট বা ব্লক উচ্চতায়) বেছে নিতে হবে, যা আনস্পেন্ট ট্রানজেকশন আউটপুট (ইউটিএক্সও) যাচাই করার জন্য এখনও প্রয়োজনীয় তথ্য মুছে ফেলার ঝুঁকি তৈরি করে।
3. পদ্ধতি ও অভিজ্ঞতামূলক বিশ্লেষণ
3.1 তথ্য সংগ্রহ ও পরিমাপ কাঠামো
গবেষণাটি একটি পুঙ্খানুপুঙ্খ অভিজ্ঞতামূলক পরিমাপ পদ্ধতি প্রয়োগ করে, বিটকয়েন ব্লকচেইন বিশ্লেষণ করে ব্লক ও লেনদেন যাচাইকরণের মতো স্ট্যান্ডার্ড নোড অপারেশনের সময় কোন তথ্য উপাদানগুলো (লেনদেন, ব্লক, হেডার) সঠিকভাবে অ্যাক্সেস করা হয় তা বুঝতে।
3.2 ফুল নোড তথ্য ব্যবহারের ধরণ বিশ্লেষণ
বিশ্লেষণে প্রকাশ পেয়েছে যে একটি নির্দিষ্ট সময়ের পরে ঐতিহাসিক লেজারের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ বিরলভাবে অ্যাক্সেস করা হয়। যাচাইকরণ প্রাথমিকভাবে নির্ভর করে:
- বর্তমান ইউটিএক্সও সেটের উপর।
- প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক যাচাইকরণের জন্য সাম্প্রতিক ব্লক হেডারগুলির উপর।
- নতুন লেনদেন দ্বারা উল্লিখিত ঐতিহাসিক লেনদেনগুলির একটি উপসেটের উপর।
এই অন্তর্দৃষ্টি বুদ্ধিমান ছাঁটাইয়ের ভিত্তি তৈরি করে।
4. প্রস্তাবিত ক্লায়েন্ট-সাইড স্টোরেজ হ্রাস
4.1 স্থানীয় স্টোরেজ ছাঁটাই কৌশল
প্রস্তাবিত কৌশলটি একটি ক্লায়েন্ট-সাইড অপ্টিমাইজেশন। একটি সম্পূর্ণ নোড প্রাচীন ব্লকগুলির কাঁচা তথ্য নিরাপদে মুছে ফেলতে পারে যখন ক্রিপ্টোগ্রাফিক কমিটমেন্ট (যেমন ব্লক হেডার এবং মার্কেল রুট) এবং বর্তমান ইউটিএক্সও সেট ধরে রাখে। যদি একটি মুছে ফেলা লেনদেন পরে প্রয়োজন হয় (যেমন, একটি চেইন পুনর্গঠন যাচাই করার জন্য), নোডটি পিয়ার-টু-পিয়ার নেটওয়ার্ক থেকে এটি আনতে পারে।
4.2 অপ্টিমাইজড তথ্য ধারণ মডেল
একটি সরল বয়স-ভিত্তিক বা আকার-ভিত্তিক কাটঅফের পরিবর্তে, মডেলটি একটি অ্যাক্সেস-ফ্রিকোয়েন্সি এবং নির্ভরতা বিশ্লেষণ ব্যবহার করে। এটি ভবিষ্যতের যাচাইকরণের জন্য প্রয়োজন হওয়ার সম্ভাবনার ভিত্তিতে তথ্য ধরে রাখে, নোডের চেইন সম্পূর্ণরূপে যাচাই করার ক্ষমতা বজায় রেখে স্থানীয় স্টোরেজের প্রয়োজনীয়তা নাটকীয়ভাবে হ্রাস করে।
5. ফলাফল ও কর্মদক্ষতা মূল্যায়ন
5.1 স্টোরেজ ফুটপ্রিন্ট হ্রাস
অভিজ্ঞতামূলক মূল্যায়ন প্রদর্শন করে যে একটি সম্পূর্ণ বিটকয়েন নোড তার স্থানীয় স্টোরেজ ফুটপ্রিন্ট প্রায় ১৫ গিগাবাইট-এ কমাতে পারে, যা সম্পূর্ণ ৩৭০+ গিগাবাইট লেজার থেকে প্রায় ৯৬% হ্রাস। এতে সংকুচিত ইউটিএক্সও সেট এবং সাম্প্রতিক ব্লক হেডার অন্তর্ভুক্ত।
চিত্র: স্টোরেজ ফুটপ্রিন্ট তুলনা
বর্ণনা: "ফুল নোড স্টোরেজ (৩৭০ গিগাবাইট)" এবং "অপ্টিমাইজড নোড স্টোরেজ (১৫ গিগাবাইট)" তুলনা করে একটি বার চার্ট। অপ্টিমাইজড নোড বারটি উল্লেখযোগ্যভাবে ছোট, যা ৯৬% হ্রাসকে দৃশ্যত জোর দেয়। অপ্টিমাইজড স্টোরেজটি বিভক্ত করা হয়েছে ইউটিএক্সও সেট, সাম্প্রতিক হেডার এবং ঘন ঘন অ্যাক্সেস করা ঐতিহাসিক তথ্যের একটি ছোট ক্যাশের জন্য ব্যবহৃত অনুপাত দেখানোর জন্য।
5.2 গণনীয় ও নেটওয়ার্ক ওভারহেড
হ্রাসকৃত স্টোরেজের বিনিময় হলো ঐতিহাসিক তথ্য প্রয়োজন হলে নেটওয়ার্ক অনুরোধের সম্ভাব্য বৃদ্ধি। তবে, গবেষণায় দেখা গেছে যে স্বাভাবিক অপারেশনের অধীনে এই ওভারহেড নগণ্য, কারণ প্রয়োজনীয় আনয়নগুলি বিরল এবং তথ্যটি অন্যান্য নেটওয়ার্ক পিয়ার থেকে সহজলভ্য।
6. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক কাঠামো
অপ্টিমাইজেশনের মূলটি লেনদেন নির্ভরতা গ্রাফ বোঝার উপর নির্ভর করে। ধরুন $G = (V, E)$ একটি নির্দেশিত অ্যাসাইক্লিক গ্রাফ যেখানে শীর্ষবিন্দু $V$ লেনদেনগুলিকে প্রতিনিধিত্ব করে এবং একটি প্রান্ত $(u, v) \in E$ বিদ্যমান থাকে যদি লেনদেন $v$ লেনদেন $u$ দ্বারা তৈরি একটি আউটপুট ব্যয় করে। একটি লেনদেন $t_i$-এর "বয়স" এবং "সংযোগযোগ্যতা" মডেল করা যেতে পারে। একটি নতুন ব্লক যাচাই করার জন্য $t_i$ প্রয়োজন হওয়ার সম্ভাবনা $P_{access}(t_i)$ সময়ের সাথে সাথে এবং বর্তমান ইউটিএক্সও সেট থেকে এর দূরত্বের সাথে হ্রাস পায়।
ধারণের জন্য একটি সরল হিউরিস্টিক হতে পারে: লেনদেন তথ্য ধরে রাখুন যদি $age(t_i) < T_{age}$ অথবা যদি $t_i$ সাম্প্রতিক $N$ ব্লকের যেকোনো লেনদেনের পূর্বপুরুষ হয় ($k$ হপের মধ্যে)। যেখানে $T_{age}$, $k$, এবং $N$ হল অভিজ্ঞতামূলক অ্যাক্সেস ধরণ থেকে প্রাপ্ত প্যারামিটার।
7. বিশ্লেষণ কাঠামো: একটি কেস স্টাডি
পরিস্থিতি: একটি নতুন স্টার্টআপ অডিটিংয়ের উদ্দেশ্যে একটি বিটকয়েন ফুল নোড চালাতে চায় কিন্তু তাদের ক্লাউড স্টোরেজ বাজেট সীমিত।
কাঠামোর প্রয়োগ:
- তথ্য প্রোফাইলিং: নোড সফটওয়্যারটি প্রথমে একটি পর্যবেক্ষণ মোডে চলে, এক মাসের সময়কালে কোন ব্লক এবং লেনদেনগুলি অ্যাক্সেস করা হয় তার প্রোফাইল তৈরি করে।
- মডেল ক্যালিব্রেশন: প্রোফাইল করা তথ্য ব্যবহার করে, এটি ধারণ হিউরিস্টিকের জন্য প্যারামিটারগুলি ক্যালিব্রেট করে (যেমন, $T_{age}$ কে ৩ মাস, $k=5$, $N=1000$ সেট করে)।
- ছাঁটাই কার্যকর: নোডটি তারপর সমস্ত ব্লক তথ্য ছাঁটাই করে যা ধারণের মানদণ্ড পূরণ করে না, শুধুমাত্র ব্লক হেডার, ইউটিএক্সও সেট এবং যোগ্য লেনদেন তথ্য রাখে।
- অবিচ্ছিন্ন অপারেশন: স্বাভাবিক অপারেশনের সময়, যদি একটি ছাঁটাই করা লেনদেন অনুরোধ করা হয়, নোডটি এটি ব্যবহার করার আগে এটি দুটি র্যান্ডম পিয়ার থেকে আনয়ন করে এবং সংরক্ষিত মার্কেল রুটের বিরুদ্ধে যাচাই করে।
ফলাফল: স্টার্টআপটি < ২০ গিগাবাইট স্টোরেজ সহ একটি সম্পূর্ণ যাচাইকারী নোড বজায় রাখে, খরচের একটি ভগ্নাংশে তার নিরাপত্তা লক্ষ্য অর্জন করে।
8. ভবিষ্যত প্রয়োগ ও গবেষণার দিকনির্দেশ
- লাইট ক্লায়েন্ট নিরাপত্তা উন্নয়ন: এই কাজের কৌশলগুলি সরলীকৃত পেমেন্ট যাচাইকরণ (এসপিভি) ক্লায়েন্টগুলির নিরাপত্তা শক্তিশালী করতে পারে তাদের জন্য আরও প্রাসঙ্গিক তথ্যের উপসেট ক্যাশে এবং যাচাই করতে দিয়ে।
- ক্রস-ব্লকচেইন আর্কাইভাল: মানসম্মত, দক্ষ আর্কাইভাল প্রোটোকল বিকাশ করা যেখানে বিশেষায়িত "আর্কাইভ নোড" সম্পূর্ণ ইতিহাস সংরক্ষণ করে, এবং নিয়মিত নোডগুলি অপ্টিমাইজড উপসেট সংরক্ষণ করে, ক্রিপ্টোগ্রাফিক প্রমাণ সহ চাহিদা অনুযায়ী তথ্য আনয়ন করে।
- লেয়ার-২ এর সাথে একীকরণ: সেইসব নোডের জন্য স্টোরেজ অপ্টিমাইজ করা যারা লেয়ার-২ নেটওয়ার্কেও অংশগ্রহণ করে (যেমন, লাইটনিং নেটওয়ার্ক), যেখানে নির্দিষ্ট ঐতিহাসিক তথ্য আরও ঘন ঘন প্রাসঙ্গিক।
- প্রেডিক্টিভ প্রুনিংয়ের জন্য মেশিন লার্নিং: কোন ঐতিহাসিক তথ্যের প্রয়োজন হবে তা আরও ভালভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করতে এমএল মডেল নিয়োগ করা, স্টোরেজ/কর্মদক্ষতা বিনিময়কে আরও অপ্টিমাইজ করা।
9. তথ্যসূত্র
- Sforzin, A., et al. "On the Storage Overhead of Proof-of-Work Blockchains." (সোর্স পিডিএফ)।
- Nakamoto, S. "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System." ২০০৮।
- Bitcoin Core Documentation. "Pruning." https://bitcoin.org/en/bitcoin-core/features/pruning।
- Buterin, V. "Ethereum Whitepaper." ২০১৪।
- Gervais, A., et al. "On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains." ACM CCS ২০১৬।
- International Energy Agency (IEA). "Data Centres and Data Transmission Networks." ২০২২। (গণনীয় ওভারহেডের প্রসঙ্গে)।
বিশ্লেষকের দৃষ্টিভঙ্গি: একটি চার-ধাপ বিশ্লেষণ
মূল অন্তর্দৃষ্টি: এই গবেষণাপত্রটি একটি গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু প্রায়শই উপেক্ষিত, অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে: একটি বিটকয়েন ফুল নোডের কার্যকরী স্টোরেজ প্রয়োজনীয়তা ৩৭০ গিগাবাইট নয়, বরং ১৫ গিগাবাইট পর্যন্ত কম হতে পারে। বিশাল লেজারটি মূলত একটি কোল্ড আর্কাইভ, সক্রিয় ওয়ার্কিং মেমরি নয়। এটি স্কেলেবিলিটি বিতর্ককে "আমরা চেইনকে কিভাবে ছোট করব?" থেকে "আমরা কিভাবে বুদ্ধিমানের সাথে এটি অ্যাক্সেস পরিচালনা করব?"-এ পুনর্নির্মাণ করে। এটি কম্পিউটার আর্কিটেকচারে উপলব্ধির অনুরূপ যে র্যামের সমস্ত তথ্য সমানভাবে গরম নয়; ক্যাশে কাজ করে। লেখকরা সঠিকভাবে চিহ্নিত করেছেন যে ব্লকচেইনের নিরাপত্তা প্রাথমিকভাবে ইউটিএক্সও সেট এবং হেডার চেইন-এর অখণ্ডতার উপর নির্ভরশীল, প্রতিটি প্রাচীন লেনদেনের কাঁচা বাইটের উপর নয়। এটি ইথেরিয়াম গবেষণা ফোরামে আলোচিত স্টেটলেস ক্লায়েন্ট এবং মার্কেল প্রমাণের উপর ভিত্তি করে কাজের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, কিন্তু এটিকে আজকের বিটকয়েনে ব্যবহারিকভাবে প্রয়োগ করে।
যুক্তিসঙ্গত প্রবাহ: যুক্তিটি পদ্ধতিগত এবং আকর্ষক। এটি সমস্যাটি পরিমাপ করে শুরু করে (৩৭০ গিগাবাইট), বিদ্যমান অস্থায়ী সমাধানগুলির সমালোচনা করে (অন্ধ ছাঁটাই), এবং তারপর অভিজ্ঞতামূলক প্রমাণের উপর তার যুক্তি গড়ে তোলে—স্বর্ণমান। নোডগুলি কোন তথ্য ব্যবহার করে তা প্রকৃতপক্ষে পরিমাপ করে, তারা অনুমান থেকে সত্যের দিকে এগিয়ে যায়। যৌক্তিক লাফটি মার্জিত: যদি আমরা জানি কোন তথ্য যাচাইকরণের জন্য প্রয়োজন ("ওয়ার্কিং সেট"), আমরা বাকিগুলি স্থানীয়ভাবে বাতিল করতে পারি, শুধুমাত্র বিরল উপলক্ষে এটি প্রয়োজন হলে আনয়ন করতে পারি। এটি একটি ক্লাসিক সময়-স্থান বিনিময়, বাস্তবতার জন্য অপ্টিমাইজড যে নেটওয়ার্ক ব্যান্ডউইথ প্রায়শই স্টোরেজের চেয়ে সস্তা এবং প্রচুর, বিশেষ করে ভোক্তা হার্ডওয়্যারে।
শক্তি ও ত্রুটি: শক্তি হলো এর ব্যবহারিকতা ও তাৎক্ষণিকতা। কোনো ফোর্ক নয়, কোনো কনসেনসাস পরিবর্তন নয়—শুধু স্মার্টার ক্লায়েন্ট সফটওয়্যার। এটি সরাসরি একটি সম্পূর্ণ নোড চালানোর বাধা কমায়, কেন্দ্রীকরণের বিরুদ্ধে লড়াই করে। যাইহোক, ত্রুটিটি বিনিময়ের সূক্ষ্ম মুদ্রণে রয়েছে। "নগণ্য" নেটওয়ার্ক ওভারহেড একটি সুস্থ, সৎ পিয়ার নেটওয়ার্ক ধরে নেয়। একটি নেটওয়ার্ক পার্টিশন বা একটি পরিশীলিত ইক্লিপস আক্রমণের সময়, একটি ছাঁটাই করা নোডের গভীর পুনর্গঠন যাচাই করার ক্ষমতা বাধাগ্রস্ত হতে পারে যদি এটি পুরানো ব্লক আনতে না পারে। এটি খুব পুরানো লেনদেন যাচাই করার জন্য লেটেন্সিও সামান্য বৃদ্ধি করে। তদুপরি, PoW-এর নিরাপত্তা বিশ্লেষণে Gervais et al.-এর মতো গবেষকদের দ্বারা উল্লিখিত হিসাবে, একটি নোডের ইতিহাসের তাত্ক্ষণিক অ্যাক্সেস হ্রাস করা, প্রান্তিক ক্ষেত্রে, চেইনের মোট কাজ স্বাধীনভাবে যাচাই করার তার ক্ষমতাকে প্রভাবিত করতে পারে। গবেষণাপত্রটি এই নিরাপত্তা-দক্ষতা বিনিময়গুলিতে আরও গভীরভাবে অনুসন্ধান করতে পারে।
কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: ব্লকচেইন ডেভেলপারদের জন্য, আদেশটি স্পষ্ট: এই তথ্য-চালিত, বুদ্ধিমান ছাঁটাইকে ডিফল্ট ক্লায়েন্ট সফটওয়্যারে একীভূত করুন। বিটকয়েন কোর-এ বর্তমান "prune=550" ফ্ল্যাগটি একটি কুঁদুল যন্ত্র; এটি এখানে প্রস্তাবিত অভিযোজিত মডেল দ্বারা প্রতিস্থাপিত হওয়া উচিত। উদ্যোগ এবং খনিকারদের জন্য, এটি একটি সরাসরি খরচ-সাশ্রয়ী ব্যবস্থা—ক্লাউড স্টোরেজ বিল ৯০% এর বেশি কমানো যেতে পারে। বৃহত্তর ইকোসিস্টেমের জন্য, এই গবেষণা "ব্লকচেইনগুলি স্বভাবতই ফোলা" যুক্তির একটি পাল্টা বর্ণনা প্রদান করে। এটি দেখায় যে ক্লায়েন্ট-সাইড উদ্ভাবনের মাধ্যমে উল্লেখযোগ্য স্কেলেবিলিটি উন্নতি সম্ভব, পবিত্র কনসেনসাস স্তর স্পর্শ না করেই। পরবর্তী ধাপ হল চাহিদা অনুযায়ী তথ্য আনয়ন প্রোটোকলটিকে দক্ষ এবং গোপনীয়তা-রক্ষাকারী করতে মানসম্মত করা, এই গবেষণাকে একটি স্থাপনযোগ্য মানদণ্ডে পরিণত করা।