Düşük Boyut Parity-Check (LDPC) kodları uzun zamandır modern dijital iletişimin temel taşı olmuştur, yakın zamanda verimli veri doğrulama algoritmaları ile bloklama hatası düzeltmesini sağlar. Bu araştırma alanının arkasındaki teknik mantık, pratik faydalar ve kısıtlamalar ve gelecekteki yörüngesine meydan okumakta olan bu araştırma alanı.

LDPC Kodlarının Temelleri

LDPC kodları, bir sparse parity-check matrix tarafından tanımlanan lineer blok kodlarıdır - 1963 doktora tezinde Robert Gallager tarafından icat edilen bir matrix, 1990'ların bağımsız olarak yeniden keşfedilmesi ve Shannon limitine yaklaşması için en önemli olan bu sparsity.Bugün, HTTPS-S2, 802.11n (Wiki) tarafından icat edilen standart bir bileşendir.

LDPC kodlarının birincil avantajı, yüksek kodlu uygulamalar için uygun kodlar –Solomon veya convolutional kodları, standart karmaşık karmaşıklık ile çok düşük riskli oranları elde etme yeteneğidir.Decoding paralel olarak kullanılabilir ve verileri depolayarak veya bloklama işlemine uygun olarak düzeltilebilir.

Blockchains'te Veri Bütünleme

Geleneksel Mechanisms

Blockchain sistemleri öncelikle kriptografik hashing aracılığıyla güvenli veri bütünlüğü sağlar. Her blok, önceki bloktan bir tane içeriyor, bir taklit zinciri oluşturuyor. Merkle ağaçları, yaprak düğümlerinin nerede ve olmayan düğümlerin çocukların iyi bir şekilde onaylanmasına izin veriyor, ancak bir veri kümesinin yalnızca O(log n) hafızasını kanıtları için etkili bir şekilde onaylamasına izin veriyor.

Dahası, blockchain'ler her düğüme ilişkin verileri işlemek için ölçeklendirmek (örneğin, Filecoin veya Arweave gibi merkezi olmayan depolama ağlarında veya veri erişilebilirliği konusunda bilgi sahibi olmak, Ethereum'un Danksharding gibi önerileri aşıyor), tüm verileri onaylama maliyeti, LDPC kodları dahil olmak üzere, bu boşluğu örneklemeye ve Merklesure köklerine doğrulayarak doldurabilir, ancak bu yaklaşım, tam kurtarmayı garanti edemez.

LDPC Kodlarının Blockchain Data Integrity'deki Rolü

Aydınlanma ve Hata Düzeltme

LDPC kodlarını bir blok zincir sistemine entegre etmek, işlemde veya ayrı bir veri kullanılabilirliği katmanında genişletilebilir.[Döneticileri değiştir], herhangi bir veri kümesine göre otomatik olarak otomatik olarak kullanılabilir.[değiştir | kaynağı değiştir]

Bu yetenek özellikle veri erişilebilirliği örneklemesine dayanan protokollerin değerlidir (DAS) DAS'de, bir ışık müşterisi bir bloktan küçük sayıda chunks örneklerini rastgele örnekler.Bir LDPC kodu kullanarak, müşteri blok tamamen mevcut olduğu yüksek olasılıkla doğrulayabilir, çünkü eğer bir reklamcı çok fazla sayıda chunks varsa, ışık müşteri muhtemelen kodlamaz.

Diğer Kodlarla Karşılaştırma

Reed-Solomon kodları, blok boyutlarında dönemleme kodlaması için geleneksel seçim (örneğin, Bitcoin'in orijinal BIP152 veya Ethereum'un erken veri kullanılabilirliği önerilerinde), O(n log n) kodlama / kodlama gerektirir ve hızsız (örneğin, LDPC kodları) için etkili değildir.

Ancak, LDPC kodlarının dezavantajları vardır. Tüm blok boyutları için evrensel olarak en iyi şekilde en iyi kesinti performansı genellikle hata katlarını önlemek için büyük blok uzunluğu gerektirir (1000-10000 bitleri), bu da geç kalmış bir parite kontrol matrisi tasarımı iyi bir bloklama matrisi için iyi değildir ve sonlu alanlardan yoksundur (örneğin, Tanner grafiğinde kısa döngüler kaçınır).

Uygulamayı Değerlendirme

Encoding and Decoding Architecture

Örneğin, zincir veya konsensiyonel entegrasyon için, LDPC encoder ve decoder, uygulama ortamında (örneğin, Ethereum Virtual Machine'de bir prekompile olarak) veya geçerli bir ağla tarafından yapılan şifreler, ve her biri LDPC decoding'in hesaplaması için oldukça önemli olmalıdır.

Bellek tüketimi endişe vericidir: Parity-check matrixi sparse, büyük bir inanca sahip tam bir matrix olarak depolanır:0)) ve geçiş kayıtları gibi yapılandırılmış kodların uygulanmasına izin verebilir. Birkaç açık kaynak kütüphane (örneğin, LDPC HTP, OpenFEC, AI/ML)

Güvenlik Doğrulamaları

LDPC kodları, kod düzeltme yeteneklerinin düzeltilmesini sağlamaz. Bir blok zinciri ortamında, bu durum, LDPC tabanlı bir doğrulamanın, koda dayalı verileri ihlal eden bazı bir dizi hatayla birleştirilmelidir.If the error rate exceeds to the code's corrected data, data becomes unrecoverable.In a blockchain setting, this could lead to liveness failures or rollback Attack to liveness representation to be processed.

Başka bir güvenlik endişesi, bir geri dönüşçü sahte parite kontrol matrisleri veya sahte dekoding sonuçları talep edebilir. Buna karşı koymak için, kod parametreleri (matrix açıklaması, kod oranı, yapı için tohum) blok başlığıyla taahhüt edilmelidir ve tüm dürüst düğümler aynı matrisi kullanmalıdır: Her düğüm bağımsız olarak enkodingi doğrulayabilir.

Scalability and Throughput

LDPC kodları yüksek kodlarda öne çıkar çünkü kodlama oldukça paraleldir ve GPU'ları veya uygulama özel entegre devreleri (ASICs) için bloklar ikinci olarak işlem yüzlerce işlem yapılır, encoding / genişletilebilirlik süresi Celestia veya Avail gibi yüksek verileri hedeflemelidir.

Işık müşterileri için, rastgele bir alt sembollerin kodlanması, güvenlik garantileri olmadan yüksek olasılık elde edebilmeleri anlamına gelir.Bu nedenle tüm blokları indirmeyi gerektiren tam-node doğrulama ile bu kontrastlar. LDPC kodları böylece güvenlik garantilerini azaltmadan daha ölçeklenebilir bir ışık müşteri protokolü elde edebilir.

Pratik Uygulamalar ve Projeler

Veri Erişilebilir Katmanlar

Birkaç blok blok blokaj projesi zaten veri kullanılabilirliği için dönem hesaplama kodlamasını araştırıyor. Celestia, modüler bir blok blokajlara odaklanmış, başlangıçta 2D Reed-Solomon kullanıyor ancak önümüzdeki yükseltmeleri için doğrulanan LDPC kodlarının kullanılması, Ethereum'un Danksharding önerisi, Reed-Solomon ile aynı şekilde bir 2D dönemlik kodlama programı kullanıyor, ancak LDPC varyantları potansiyel verimlilik kazanımlar için incelenebilir.

Ayrıntılı araştırma makalesi:0))[Dönetici Araştırma ekibi ) Farklı kullanım kodları arasındaki ticaret devrelerini analiz etti. bulguları, LDPC kodlarının büyük blok boyutları için kesinti hızı açısından olumsuz yönde olduğunu ve ağların önemli bir kısmını kontrol ettiğinde daha iyi güvenlik marjlarını sunabileceğini belirtti.

Demerkezli Depolama Ağları

Filecoin ve Arweave, tasarruf için aynı seviyedeki maliyetleri korumak için (Reed-Solomon) verileri dayanıklılık sağlamak için ortadan kaldırma veya ekleme yapmak için bu ağların depolama genel oranını (daha az replikasyonu) azaltmasına izin verebilir.For Filecoin, depolama madenlerinin PoRs'i düşük güçle çalıştırmayı mümkün kılan yazılımlar için uygun şekilde test edebilir.

Tedarik zinciri ve sağlık blokaj uygulamaları, veri yetersizliğinin kapalı zincirli blob depolama ile birleştirildiğinde, LDPC kodları bulut depolarında biraz çürüklüğe karşı koruyabilir. Dağılı parite sembolleri çoklu bulut sağlayıcılarında depolanabilir ve blok zincirleme sembollerinin herhangi bir meşru kombinasyonunun orijinal verileri yeniden inşa edebileceğini garanti eder - bazı sağlayıcıların verileri kaybeder veya uzlaşmaya girebilir.

Meydan Sorunları ve Açık Sorunlar

Umut verici niteliklere rağmen, birkaç zorluk LDPC kodları blok zincir sistemlerinde yaygın olarak kabul edilebilir.

  • [FONT:0)Komşu Tasarımı:[Döneticileri)[[değiştir | kaynağı değiştir] Bir makülatürücüler için düşük hata katlarını elde eden bir nüks matrisi tasarlayın.
  • [FONT=0)Consensus Overhead:[[Dönetici:[Dönetici:0) Kombinasyon düzeyindeki dönemleme kodlamasını teşvik etmek, blok propaganda protokolüni zorlayabilir. Validators, taahhüt etmeden önce yeterince kafa karıştırıcılar beklemeli - LDPC rekont süresini artıran bir süreçtir.
  • [FONT=0] Işık Müşterileri için güvenlik:[Dönetici:[Dönetici:0) Nett: 0,3|Döneticileri, tüm LDPC ailelerinin bu mülkü garanti etmesine izin vermesine izin verir; rastgele kodların eksik sembollerin tespit edilmesi gerekir.QT:2])[Döneticileri değiştir][Döneticileri değiştir][Döneticileri güvenli kodlar için güvenli kodlar sağlar.
  • Mevcut blok-tablok altyapısıyla entegrasyon. Birçok katman-1 blok yapısı ve Merkle kanıtlarının yerli doğrulaması, LDPC doğrulamasını eklemek, mevcut ışık müşteri protokolleri ile birlikte (örneğin, Ethereum için Helios) zor çatallar veya off-chain bileşenleri gerektirir.
  • Enerji Verimliliği: LDPC decoding iteratiftir ve ışık müşterileri olarak hareket eden mobil veya IoT cihazları üzerinde önemli bir güç tüketebilir. Bu tür cihazlar için, bu tür cihazların sayısı en aza indirmek gerekir. Adaptif erken sonlandırma stratejileri yardımcı olabilir, ancak karmaşıklıkları tanıtabilirler.

Future Yol Tarifi

Programlama teorisi ve blokaj kesişiminde araştırma devam ediyor. Bir umut verici yön, klasik LDPC'den daha yakından ilişkili olabilir. SC-LDPC kodları özellikle blokların geldiği bloklar için uygun olarak, sabit bir pencere ve sergilenen boşluklar düşük ücretli işlem için uygun hale getirebilir.

Bir başka alan, LDPC kodlarının sıfır-bilgi kanıtları ile kombinasyonudur (ZKPs). Örneğin, bir kanıtlayıcı, orijinal verileri açığa çıkarmadan yeterli geçerli kod kelime sembollerini sahip olduklarını gösterebilir, zk-kan devrelerini kullanarak (örneğin, LDP) pratik yapabilir.

Son olarak, büyük ölçeklenebilir veri bütünlüğü ile ölçeklenebilir blokların vizyonuna izin vermek için donanıma dayalı LDPC decodersın gelişimi – belki FPGA'ları kullanarak – terabay-boyut blokları için zaman ayırarak, büyük ölçeklenebilir blokların vizyonunu doğrulanabilir veri bütünlüğüne olanak sağlayabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Düşük Boyut Parity-Check kodları, mevcut blok mimarisinin karşılaştığı birçok temel şişeyi sunuyor.Özellikle blok tasarımı, konteptif uygulama sorunları ve ışık müşteri güvenliği için teorik olarak seslendirme yöntemi sunuyor - aktif araştırma konularıyla, DAS ve depolama alanı geliştirme algoritmalarının geliştirilmesini sağlarken, LDPC kodlarının önümüzdeki blok protokollerinde daha önemli bir rol oynadığını gösteriyor.