Development of a Linear Scale Consensus Method of the Blockchain System

Abstract

The research highlights the development of a new and reliable blockchain system consensus method focused on applying a linearly scalable consensus mechanism. The new system is based on an analysis of available consensus mechanisms, sharding, and distributed randomness generation. The proposed approach allows the development of a blockchain with the following advantages: full scalability, security, energy efficiency, and fast consensus. Compared to known methods, the proposed shard option performs network connection and transaction verification and shows the current state of the blockchain. The decision threshold is low enough to allow small validators to participate in the network and receive appropriate rewards. The sharding process runs safely by applying a distributed randomness generation process that is unpredictable unbiased. In order to prevent adaptive Byzantine malicious validators, a continuous network reboot process is provided. The developed approach is resistant to fluctuations in the number of validators. It does not set a lower limit against the number of validators in every fragment, as in other solutions such as Zilliqa. Instead, an adaptive Proof-of-Stake-based model was adopted so that attackers can never occupy more than one-third of the shares that vote in a single shard that makes it reliable. The methods for creating the proposed blockchain improve available mechanisms for the blockchain functioning and have practical value for application in various digital economy sectors. Дослідження підкреслює розробку нового та надійного методу консенсусу системи блокчейн, зосередженого на застосуванні механізму консенсусу з лінійним масштабуванням. Нова система заснована на аналізі доступних механізмів консенсусу, шардингу та генерації розподіленої випадковості. Запропонований підхід дозволяє розробити блокчейн з такими перевагами: повна масштабованість, безпека, енергоефективність і швидкий консенсус. Порівняно з відомими методами, запропонована опція шарда виконує мережеве підключення та перевірку транзакцій і показує поточний стан блокчейну. Поріг прийняття рішення досить низький, щоб дозволити малим валідаторам брати участь у мережі та отримувати відповідні винагороди. Процес шардингу виконується безпечно завдяки застосуванню процесу розподіленої випадкової генерації, який є непередбачуваним і неупередженим. Щоб запобігти адаптивним візантійським шкідливим валідаторам, забезпечується постійний процес перезавантаження мережі. Розроблений підхід стійкий до коливань кількості валідаторів. Він не встановлює нижню межу щодо кількості валідаторів у кожному фрагменті, як в інших рішеннях, таких як Zilliqa. Замість цього була прийнята адаптивна модель на основі Proof-of-Stake, щоб зловмисники ніколи не могли зайняти більше однієї третини акцій, які голосують в одному шарді, що робить його надійним. Методи створення запропонованого блокчейну вдосконалюють наявні механізми функціонування блокчейну та мають практичне значення для застосування в різних секторах цифрової економіки.