Hisse ı̇spatı tabanlı blokzincir sistemlerinin teknik bir analizi
A technical analysis of proof of stake based blockchain systems
Yazar: YUNUS ÇAĞRI YURDAKUL
Danışman: PROF. DR. ALİ AYDIN SELÇUK
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Emek ispatı (PoW) tabanlı sistemler, fazla enerji tüketiminden dolayı uzun süreli sistemler olmayacaklardır. Bu durumu düzeltmek için yeni bir fikir birliği protokolü sunuldu. Hisse ispatı (PoS) protokolü. Bu fikir birliği mekanizması, kullanıcıların özet gücü yerine zincirdeki hisse miktarını kullanmaktadır. Fakat bu protokolünde kendine has problemleri vardır. Bunlardan biri ortaya konan bir şey olamam problemidir. Kullanıcılar karşılarına çıkan her bloğu oylayabilirler ve bunu yaparken hiçbir şey kaybetmezler. Bu durum çifte harcama problemine neden olabilmektedir. Bu tezde, üç fikir birliği protokolü incelenecektir. Blok yapıları, onaylama metotları, kontrol noktası mekanizmaları ve cezalandırma sistemleri incelenip analiz edilecektir. Bu üç uygulamanın kullanıcıları, onaylayıcı olabilmek için zincirde hisse bulundurmak zorundadırlar. Bu hisselerinin miktarına bağlı olarak, blok işleme oranlarını arttırırlar. Bir PoS sistemi, bunu sağlayabilmek için şu bileşenlere sahip olmalıdır. Özetleme algoritması, blokları birbirine bağlaması için gereklidir. Eklenen blokların oluşturduğu zincirin bozulması durumunda ana zincir seçimini yapacak bir protokol önceden belirlenmiş olması gerekmektedir. Bu zincirdeki blok verilerinin tüm kullanıcılarda bulunması gerekmektedir ve bu veriler düzenli olarak güncellenmelidir. Blokları eklerken, hatalı blokların eklenmemesi için bir fikir birliği protokolü belirlenmelidir. Her blok birden fazla transfer bilgisini içerebilmelidir. Bu tutulan verilerin boyutunu azaltacaktır ve transferlerin onaylanmasını hızlandıracaktır. Bu blok işleme protokolü güncellenebilmelidir. Bu güncelleme, eski veri yapısını bozmamalıdır. Eski veriler yeni protokolde de kullanılabilmelidir. Hangi transfer, hangi kullanıcıya ait belirlenebilmelidir. Kullanıcılar protokol ihlallerinde cezalandırılmalıdırlar. Bu ceza sistemi, kullanıcıları daha dürüst olmaya zorlayacaktır. Belli bloklar, kontrol noktası olarak belirlenmelidir. Hata durumunda, sistemin yanlış işlemeye zorlanması durumunda uygulamanın bu noktaya geri dönüp, buradan işlemlerine devam etmesi sağlanmalıdır.

Abstract:
Proof-of-work (PoW) based blockchain systems are not long-term solutions because of their high energy consumption problem. To eliminate this issue, a new consensus protocol is introduced; proofof-stake (PoS). This consensus mechanism depends on the peers' stake on the blockchain. However, this solution comes with new problems, one of them is the nothing-at-stake problem. The problem is due to the fact that clients can vote for any block on every fork they encounter because they don't lose anything by doing that, which creates an opportunity for double-spending, which in turn may cause more vulnerability. In this study, three PoS-based cryptocurrency protocols are analysed; Peercoin, Nxt and Ethereum's Casper in terms of how they secure the integrity of blockchain. Block structures, validation methods, checkpoint mechanism and penalty methods of all these three systems are investigated and compared. As a result, a generic design space of PoS system for solving the problem. The clients of all three systems need to have a stake on the blockchain to become a validator and they bet on with their stakes to validate next transaction blocks. The system should have these components to provide such consensus. Hashing protocol, to connect blocks to each other. Main chain protocol to correct the chain.  The consensus mechanism should be updateable and the update should not ignore the old data. The system must have digital signature to determine the ownership of the transactions. The system must have a punishing and checkpoint protocol.