Proof-of-Indicators: розробка та валідація адаптивного механізму консенсусу для блокчейн-мереж Інтернету речей

Автор(и)

  • Леонід Валерійович Чепель Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна https://orcid.org/0009-0008-4209-8102
  • Юрій Володимирович Бойко Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна https://orcid.org/0000-0003-1417-7424

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.356851

Ключові слова:

proof-of-authority, децентралізовані мережі, вбудовані системи, вибір вузлів, оптимізація розміру блоку

Анотація

Об’єктом дослідження є механізм консенсусу в блокчейн-мережах Інтернету речей (ІоТ). Розширення ІоТ вимагає децентралізації, роблячи блокчейн перспективним рішенням. Протокол консенсусу Proof of Authority (PoA) найкраще підходить для гетерогенних систем ІоТ, однак він має обмеження щодо виникнення форків, дублювання даних та процесу вибору підписантів.

Отримані результати включають створення протоколу консенсусу Proof of Indicators (PoI), який динамічно оптимізує продуктивність мережі шляхом зменшення розміру блока та пріоритизації продуктивніших вузлів для задач консенсусу серед пристроїв з різною продуктивністю та мережевими умовами. PoI побудований на реалізації PoA Clique проєкту Go-Ethereum. Проведено порівняльний аналіз продуктивності обох систем в симульованій IoT-мережі.

Тестування показує, що PoI зменшує загальний мережевий трафік на 20,5% та скорочує кількість форків до 80%. PoI демонструє вищу пропускну здатність для транзакцій та менший час поширення блоків порівняно з Clique. Ці покращення потребують незначного збільшення споживання ресурсів: в середньому на 6,5% використання процесору та на 5,4% пам’яті.

Особливістю цієї роботи є використання механізму динамічного вибору вузлів та використання легких блоків на рівні консенсусу блокчейну для вирішення раніше виявлених обмежень.

Система PoI є придатним рішенням для безпечного спеціалізованого застосування блокчейну в IoT, де блокчейн-вузол може бути розміщений на пристроях з обмеженими обчислювальними можливостями, таких як Raspberry Pi, що створює повністю децентралізовану інфраструктуру, незалежну від хмарних сервісів.

Біографії авторів

Леонід Валерійович Чепель, Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Аспірант

Кафедра комп’ютерної інженерії

Юрій Володимирович Бойко, Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра комп’ютерної інженерії

Посилання

  1. Minerva, R., Biru, A., Rotondi, D. (2015). Towards a definition of the Internet of Things (IoT). IEEE Internet Initiative.
  2. Kuchuk, H., Malokhvii, E. (2024). Integration of IoT with cloud, fog, and edge computing: a review. Advanced Information Systems, 8 (2), 65–78. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2024.2.08
  3. Hossain, M., Kayas, G., Hasan, R., Skjellum, A., Noor, S., Islam, S. M. R. (2024). A Holistic Analysis of Internet of Things (IoT) Security: Principles, Practices, and New Perspectives. Future Internet, 16 (2), 40. https://doi.org/10.3390/fi16020040
  4. Cao, K., Liu, Y., Meng, G., Sun, Q. (2020). An Overview on Edge Computing Research. IEEE Access, 8, 85714–85728. https://doi.org/10.1109/access.2020.2991734
  5. Miller, R., Whelan, H., Chrubasik, M., Whittaker, D., Duncan, P., Gregório, J. (2024). A Framework for Current and New Data Quality Dimensions: An Overview. Data, 9 (12), 151. https://doi.org/10.3390/data9120151
  6. Ullah, I., Havinga, P. J. M. (2023). Governance of a Blockchain-Enabled IoT Ecosystem: A Variable Geometry Approach. Sensors, 23 (22), 9031. https://doi.org/10.3390/s23229031
  7. Susnjara, S., Smalley, I. What is blockchain? IBM. Available at: https://www.ibm.com/topics/blockchain
  8. Upadhyay, V., Vaish, A., Kokila, J. (2024). The need for Lightweight Consensus algorithms in IoT environment: A review. Proceedings of the 2024 Sixteenth International Conference on Contemporary Computing. ACM, 366–376. https://doi.org/10.1145/3675888.3676072
  9. Lin, S.-Y., Zhang, L., Li, J., Ji, L., Sun, Y. (2022). A survey of application research based on blockchain smart contract. Wireless Networks, 28 (2), 635–690. https://doi.org/10.1007/s11276-021-02874-x
  10. Ahmad, A., Alabduljabbar, A., Saad, M., Nyang, D., Kim, J., Mohaisen, D. (2021). Empirically comparing the performance of blockchain’s consensus algorithms. IET Blockchain, 1 (1), 56–64. https://doi.org/10.1049/blc2.12007
  11. Islam, Md. M., Merlec, M. M., In, H. P. (2022). A Comparative Analysis of Proof-of-Authority Consensus Algorithms: Aura vs Clique. 2022 IEEE International Conference on Services Computing (SCC). IEEE, 327–332. https://doi.org/10.1109/scc55611.2022.00054
  12. Szilágyi, P. (2017). EIP-225: Clique proof-of-authority consensus protocol. Ethereum Improvement Proposals. Available at: https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-225
  13. Kopanitsa. Web3 Arduino: An Arduino (or ESP32) library to use web3 on Ethereum platform. GitHub. Available at: https://github.com/kopanitsa/web3-arduino
  14. Almudayni, Z., Soh, B., Samra, H., Li, A. (2025). Energy Inefficiency in IoT Networks: Causes, Impact, and a Strategic Framework for Sustainable Optimisation. Electronics, 14 (1), 159. https://doi.org/10.3390/electronics14010159
  15. Verma, L. P., Kumar, G., Khalaf, O. I., Wong, W.-K., Hamad, A. A., Rawat, S. S. (2024). Adaptive congestion control in IoT networks: Leveraging one-way delay for enhanced performance. Heliyon, 10 (22), e40266. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e40266
  16. Gordieiev, O., Rainer, A., Kharchenko, V., Pishchukhina, O., Gordieieva, D. (2024). A Unified Approach to the Development of Technology-Based Software Quality Models on the Example of Blockchain Systems. IEEE Access, 12, 118875–118889. https://doi.org/10.1109/access.2024.3448271
  17. Hemminger, S. (2011). Tc-netem – Linux manual page. Linux Foundation. Available at: https://man7.org/linux/man-pages/man8/tc-netem.8.html
  18. Albrecht, H. (2023). Introduction. Edgeshark. Siemens. Available at: https://edgeshark.siemens.io
  19. Combs, G. Wireshark: Network protocol analyzer. Wireshark Foundation.
  20. Alasmar, M., Clegg, R., Zakhleniuk, N., Parisis, G. (2021). Internet Traffic Volumes are Not Gaussian – They are Log-Normal: An 18-Year Longitudinal Study With Implications for Modelling and Prediction. IEEE/ACM Transactions on Networking, 29 (3), 1266–1279. https://doi.org/10.1109/tnet.2021.3059542
Proof-of-Indicators: development and validation of an adaptive consensus mechanism for Internet of Things blockchain networks

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Чепель, Л. В., & Бойко, Ю. В. (2026). Proof-of-Indicators: розробка та валідація адаптивного механізму консенсусу для блокчейн-мереж Інтернету речей. Technology Audit and Production Reserves, 2(2(88), 15–24. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.356851

Номер

Том 2 № 2(88) (2026): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційні технології

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Leonid Chepel, Yuriy Boyko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.