Blok zincirde yapay zeka destekli yeni bir onay mekanizmasının geliştirilmesi: optimizasyon tabanlı onay mekanizması (poO)
Development of a new artificial intelligence-supported approval mechanism in block chain: optimization-based approval mechanism (poO)
Yazar: FATİH KÜRŞAD GÜNDÜZ
Danışman: DOÇ. DR. SERDAR BİROĞUL ; DOÇ. DR. UTKU KÖSE
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Blockchain = Blockchain ; Blok zinciri sistemi = Blockchain system ; Genetik algoritma tekniği = Genetic algorithm technique ; Genetik algoritmalar = Genetic algorithms ; Çoklu gezgin satıcı problemi = Multi-traveling salesman problem

Özet:
Blokzincir sistemleri son dönemin ortaya çıkan popüler teknolojilerdendir. Merkezi olmayan bir sistem olarak blokzincir teknolojisi birçok çözüm sunmuş ancak bu çözümlere bağlı birçok soruna yol açmıştır. En önemli sorunlarından biri de yeni bir konsensüs bloğu oluşturmak için özet(hash) hesaplamalarını çok yoğun yaparken süreye bağlı olarak verimliliğini düşürmesidir. Bu çalışmada, blok oluşturmak için yapılan hesaplamaları optimizasyon algoritmalarına yönlendiren Proof of Work'ten (PoW) kaçınmak için yeni bir model önerilmektedir. Önerilen kanıt mekanizmasına Optimizasyon Kanıtı (Proof of Optimum,PoO) adı verilmektedir. Optimizasyon algoritmalarını çözmek için tasarlanan sisteme problem olarak Gezgin Satıcı Problemi (GSP) girilmiştir. Düğümlerden GSP'yi belirli iterasyonlarla ve popülasyonlarda çözmeleri istenir. Sonuç olarak düğümlerden elde edilen uygunluk, yoğunluk ve zaman değerleriyle bloklar oluşturmaları istenir. PoO ve PoW konsensüs mekanizması sistemde deneysel bir karşılaştırmaya tabi tutulmuştur. Test sonuçları, PoO konsensüs modelinin blok oluşturma süresinin en az şehirli veri seti çözümüne göre 2 sn ile en fazla şehirli veri seti çözümüne göre 60 sn arasında değiştiğini göstermektedir. Bu çalışmada değerlendirilen GSP'deki şehir sayısı değiştirilerek problemlerin zorluk düzeyleri ayarlanabilmektedir. Bu sayede ağda blok oluşturma sorunu her an daha zor veya daha kolay hale getirilebilir. Deneysel analizler sonucunda blokzincirde madenciler arasında blok oluşturma yüzdesi olan merkeziyetsizliğin daha istikrarlı bir değere ulaştığı ve adalet endeksinin ortalama 0,90'ın üzerine çıktığı görülmüştür. Elde edilen değerler PoW ile karşılaştırıldığında blok süresinin daha kararlı olduğu ve blokzincirinin adem-i merkeziyetçiliğinin daha yüksek olduğu gözlemlendi. Bu sayede blokzincir sistemindeki yüksek donanımlı düğümlerin ağa hakim olması engellenmiştir. Böylece düşük donanımlı düğümlerin blok zincirinde blok oluşturma hakkına sahip olması sağlanmıştır.

Abstract:
Blockchain systems are among the popular technologies that have emerged recently. As a decentralized system, blockchain technology has offered many solutions and caused many problems related to these solutions. One of the most important problems is that it performs very intensive hash calculations to create a new consensus block, reducing its efficiency depending on the time. In this study, a new model is proposed to avoid Proof of Work (PoW), which redirects the calculations made to create blocks to optimization algorithms. The proof mechanism proposed in this study is called Proof of Optimization (PoO). The Traveling Salesman Problem (TSP) was introduced into the system designed to solve optimization algorithms. Nodes are asked to solve the TSP at specific iterations and populations. As a result, nodes are asked to create blocks with the obtained fitness, density and time values. PoO and PoW consensus algorithms have been subjected to an experimental comparison in the system. Test results show that the block creation time of the PoO consensus model varies between 2 s for the least urban dataset solution and 60 s for the most urban dataset solution. The difficulty levels of the problems can be adjusted by changing the number of cities in the TSP evaluated in this study. In this way, the problem of creating blocks on the network can be made more difficult or easier at any time. As a result of experimental analysis, it was observed that the decentralization, which is the percentage of block creation among miners in the blockchain, reached a more stable value and the fairness index increased above 0.90 on average. When the obtained values were compared to PoW, it was observed that the block time was more stable and the decentralization of the blockchain was higher. In this way, highly equipped nodes in the blockchain system are prevented from dominating the network. Thus, low-equipped nodes have the right to create blocks in the blockchain.