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  • SimBlock :un simulateur pour tester les améliorations apportées aux réseaux blockchain du monde réel

    Figure 1. Visualisation d'un réseau blockchain. Crédit :contributeurs OpenStreetMap

    Kazuyuki Shudo, ses collègues, et le Centre de recherche sur la cybersécurité de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a développé un simulateur de blockchain public appelé "SimBlock" à utiliser pour tester les performances et la sécurité de la blockchain. Le logiciel peut fonctionner sur un seul PC. Il est désormais accessible au public en open source.

    SimBlock permet à un utilisateur de simuler un réseau blockchain composé d'un grand nombre de nœuds (serveurs), et modifier le comportement des nœuds pour tester les effets sur les performances et la sécurité. Les utilisateurs peuvent simuler l'impact des modifications apportées à une blockchain existante, comme Bitcoin, ou à une blockchain de leur propre conception.

    La blockchain a d'abord été implémentée pour la crypto-monnaie, servant de base au réseau Bitcoin, qui a commencé à fonctionner en 2009. Mais maintenant, d'autres applications potentielles sont trouvées dans des domaines tels que la gestion des ressources et des droits, produit (par exemple, alimentaire) traçabilité, vote, et l'automatisation des processus métier.

    Ces jours, de nombreuses conférences sur la technologie blockchain sont organisées, y compris IEEE ICBC, CryBlock, et IEEE Blockchain. Pourtant, malgré l'activité sur le terrain, il a été presque impossible de tester des améliorations sur un réseau blockchain du monde réel. Une telle expérimentation nécessite une mise à jour du logiciel de tous les nœuds, ce qui n'est pas pratique pour un réseau de travail en raison du risque de provoquer des perturbations. Même dans les cas où une blockchain a un problème qui doit être résolu, tester le correctif peut être difficile, car cela pourrait casser autre chose.

    Un simulateur de blockchain appelé SimBlock

    Shudo et ses collègues ont développé SimBlock, qui peut simuler un comportement d'environ 10, 000 nœuds sur Internet à l'aide d'un seul PC type. Les logiciels, qui a été rendu open source en juillet 2018, permet aux ingénieurs de tester des améliorations sur une blockchain existante ou originale, voire simuler des nœuds malveillants et mesurer les taux de réussite des attaques, puis appliquer des contre-mesures pour tester ses effets.

    Démonstration de SimBlock à l'IEEE ICBC 2019 Crédit :Kazuyuki Shudo

    SimBlock peut actuellement simuler les paramètres de Bitcoin, Litecoin, et Dogecoin, miroir de la taille du réseau blockchain, intervalle de génération de bloc, et la vitesse de communication sur Internet. Les utilisateurs peuvent voir les modifications apportées au comportement des nœuds sur un réseau blockchain en modifiant le code Java dans SimBlock. Il est également possible de modifier les paramètres de la blockchain et la vitesse de communication.

    SimBlock dispose également d'un visualiseur qui montre la communication entre les nœuds et la hauteur des blocs animés sur une carte du monde. Une démonstration du visualiseur est disponible sur cette page Web.

    Démonstration du visualiseur :réseau Bitcoin (réduit à 600 nœuds)

    L'équipe de recherche a fait une démonstration de SimBlock à l'IEEE ICBC 2019 qui s'est tenue à Séoul, beaucoup d'attention de la part des participants (Figure 2).

    Exemples d'applications

    Les membres de l'équipe ont également utilisé SimBlock dans leurs autres études. Voici de tels sujets de recherche pour améliorer les performances des blockchains.

    • Sélection du voisin (Figure 3)
    • Mesure d'effet d'un réseau de relais (Figure 4)

    Figure 3 Sélection du voisin de proximité et Figure 4 Mesure de l'effet d'un réseau de relais. Crédit :Proc. IEEE Blockchain 2019 pour Fig 3 et Proc. AINTEC 2019 pour la figure 4.

    La figure 3 montre l'effet de l'application d'une technique appelée sélection de voisins de proximité, où chaque nœud se connecte à ses nœuds proches sur le réseau. Cela permet de réduire le temps de propagation des blocs sur le réseau. La réduction du temps de propagation conduit à une amélioration de la sécurité. Cela conduit également à l'amélioration des performances du processus de transaction sans sacrifier la sécurité.

    La figure 4 illustre l'avantage des nœuds utilisant un réseau relais[c, 4]. En utilisant un réseau relais, un nœud peut réduire considérablement la probabilité qu'un bloc qu'il a généré devienne un bloc orphelin[d]. Cela signifie qu'un nœud peut augmenter ses revenus en utilisant le réseau de relais, car un tel bloc orphelin ne donne pas de récompense minière au nœud qui a généré le bloc orphelin.

    Un nœud utilisant un réseau relais peut recevoir rapidement un bloc nouvellement généré. Il semble que le taux de réussite du minage[e] du nœud augmente en raison de la réception rapide. Cependant, en utilisant SimBlock, l'équipe de recherche n'a observé aucune augmentation évidente. D'autre part, l'équipe de recherche a trouvé un autre avantage des réseaux de relais. Un nœud pourrait réduire la probabilité qu'un bloc qu'il a généré devienne un bloc orphelin. Un réseau relais abaisse naturellement le taux de blocs orphelins de l'ensemble du réseau blockchain et cela a déjà été souligné. L'équipe de recherche a découvert que les nœuds bénéficient beaucoup d'un réseau de relais même si le ratio de nœuds utilisant le réseau de relais est très faible (par exemple, 1%).

    L'équipe de recherche continuera à travailler sur l'amélioration des performances des blockchains utilisant SimBlock. Ils ont également commencé à travailler sur des études de sécurité en simulant des attaques sur une blockchain et des contre-mesures. Les améliorations en cours et prévues pour SimBlock incluent la prise en charge d'autres blockchains telles que Ethereum, mise à jour ultérieure des paramètres Internet tels que la vitesse de communication, et la prise en charge de protocoles de communication plus récents tels que Compact Block Relay.

    L'équipe est fermement convaincue que les communautés d'ingénierie et de recherche peuvent bénéficier de SimBlock et de ses contributions à la technologie blockchain et à notre société soutenue par la technologie.


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