Heutzutage, mit der rasanten Entwicklung des Internets der Dinge, laden zahlreiche intelligente Terminals wie Sensoren, autonome Fahrzeuge und Industrieanlagen kontinuierlich Daten in das Netzwerk hoch. Wie eine schnelle Verarbeitung erreicht und gleichzeitig sichergestellt werden kann, dass die Daten nicht manipuliert werden können, ist zu einem zentralen Problem für die Ingenieursgemeinschaft geworden. Blockchain gilt aufgrund seiner Sicherheitsmerkmale dezentraler Ledger als wichtige Lösung. In realen IoT-Szenarien ist es jedoch oft schwierig, mit der Reaktionsgeschwindigkeit des Blockchain-Systems den Anforderungen „fast in Echtzeit“ gerecht zu werden.
Ein Informatik-Forschungsteam der Universität Chiba in Japan wies darauf hin, dass der grundlegende Engpass, der die Geschwindigkeit einschränkt, nicht das Blockchain-Protokoll selbst ist, sondern die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsmethode zwischen Knoten und die Ineffizienz der Datenübertragung, die durch ein falsches Design der Netzwerktopologie verursacht wird. Sie fanden heraus, dass nur wenige frühere Studien systematisch die Auswirkungen von Overlay-Topologie und Knotenauswahlstrategien auf Verzögerungen in der IoT-Blockchain untersucht haben, was das Netzwerk bei der Erweiterung anfällig für Überlastung und Warteschlangen macht.
Um die wahre Ursache der Verzögerung herauszufinden, baute das Forschungsteam durch Simulation verschiedene Blockchain-Client-Verbindungsstrukturen auf und führte eine vergleichende Analyse der Leistung unter verschiedenen Netzwerktopologien durch. Die Ergebnisse zeigen, dass in einer dezentralen IoT-Umgebung dieselbe Transaktion oder derselben Block wiederholt über mehrere Verbindungen weitergeleitet wird und die Anzahl der Datenkopien schnell zunimmt, was einer der Schlüsselfaktoren für Netzwerküberlastungen ist. Wenn sich Kommunikationspfade erheblich überlappen, werden Transaktionen und Blöcke zwischen Knoten in die Warteschlange gestellt, die auf die Weiterleitung warten, und die Gesamtbestätigungszeit verlängert sich erheblich.
Als Reaktion auf dieses Problem schlug das Team einen dezentralen, leichtgewichtigen neuen Algorithmus „Dual Perigee“ vor, um die Verbindungsbeziehung von Blockchain-Knoten im IoT-Netzwerk zu optimieren. Anstatt sich auf zufällige Verbindungen zu verlassen, bewerten Geräte, die Dual Perigee verwenden, bestehende Verbindungen basierend darauf, wie schnell benachbarte Knoten Transaktionen weiterleiten und Blöcke abschließen können. Wenn eine Verbindung über einen längeren Zeitraum schlecht funktioniert, trennt das Gerät aktiv die Verbindung und findet effizientere Nachbarn, sodass sich das gesamte Netzwerk spontan zu einer Topologie entwickeln kann, die für Hochgeschwindigkeitsübertragungen geeigneter ist, ohne dass eine zentrale Steuerung erforderlich ist.
Das Forschungsteam testete Dual Perigee in einem IoT-Blockchain-Simulationsnetzwerk mit 50 Knoten. Die Ergebnisse zeigen, dass der Algorithmus die blockbezogene Latenz im Vergleich zur in der Ethereum-Blockchain verwendeten Standardmethode um 48,54 % reduziert und gleichzeitig eine Leistungsverbesserung von mehr als 23 % im Vergleich zu zuvor vorgeschlagenen fortschrittlichen Technologien wie Perigee erzielt. Es ist erwähnenswert, dass diese Verbesserungen fast ohne Erhöhung der Rechenlast der IoT-Terminals erreicht werden, da Dual Perigee nur auf passiven Messungen basiert, die zufällig generiert werden, wenn der Knoten Daten empfängt, und die Verarbeitungslast des Algorithmus selbst minimal ist.
Kien Nguyen, außerordentlicher Professor an der Graduate School of Advanced Studies/Graduate School of Informatics der Chiba University, sagte, dass diese Forschung versucht, eine Brücke zwischen dem theoretischen Design und dem tatsächlichen Einsatz der IoT-Blockchain zu schlagen. Durch die Klärung der grundlegenden Ursachen hoher Latenz wird eine dezentrale Lösung vorgeschlagen, die sowohl einfach als auch umsetzbar ist. Das Papier wurde gemeinsam von Koki Koshikawa, Yue Su, Hiroo Sekiya und anderen von der Chiba-Universität verfasst und am 17. Dezember 2025 in „IEEE Transactions on Network and Service Management“ veröffentlicht.
Forscher glauben, dass dieser latenzbewusste dezentrale Knotenauswahlmechanismus den Grundstein für eine neue Generation von Blockchain-Plattformen legt, die in Zukunft geschäftskritische IoT-Dienste in Echtzeit unterstützen. Mit der erheblichen Reduzierung der Blockchain-Datenbestätigungs- und -verteilungszeit wird erwartet, dass das System die Anforderungen extrem zeitkritischer Anwendungen erfüllt. Ruan Jian wies darauf hin, dass Dual Perigee eine sicherere, reaktionsfähigere und vertrauenswürdigere digitale Infrastruktur unterstützen kann.
Da das Ausmaß des Internets der Dinge immer weiter zunimmt und die Systemkomplexität zunimmt, werden zuverlässige und dezentrale Kommunikationsmechanismen immer wichtiger. Das Forschungsteam geht davon aus, dass Dual Perigee voraussichtlich in einer Reihe neuer IoT-Dienste eingesetzt wird, die einen schnellen und zuverlässigen Datenaustausch erfordern, darunter Smart Cities, Smart Homes, Industrieüberwachung, medizinische und Gesundheitssysteme sowie Lieferkettenverfolgung. Diese Forschung erhielt Projektmittel von der Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) und der Japan Science and Technology Agency (JST), was die Bedeutung widerspiegelt, die relevante Institutionen der Integrationstechnologie des Internets der Dinge und der Blockchain beimessen.
Zusammengestellt von /ScitechDaily