SimBlock：用于测试真实区块链网络改进的模拟器

Kazuyuki Shudo 和他的同事以及东京工业大学网络安全研究中心开发了一款名为“SimBlock”的区块链模拟器，用于测试区块链的性能和安全性。 该软件可以在 PC 上运行。 它现在是开源的。

SimBlock 允许用户模拟由大量节点（服务器）组成的区块链网络，修改节点的行为以测试对性能和安全性的影响。 用户可以模拟变化对现有区块链（如比特币）或自己设计的区块链的影响。

区块链最初用于加密货币，作为比特币网络的基础，比特币网络于 2009 年开始运营。但现在在资源和权限管理、产品（例如食品）可追溯性、投票和业务流程自动化等领域发现了其他潜在应用.

这些天，许多会议都在举行关于区块链技术的会议，包括 IEEE ICBC、CryBlock 和 IEEE Blockchain。 然而，尽管这个领域有很多活动，但几乎不可能在真实的区块链网络上测试改进。 这样的实验需要更新所有节点的软件，这对于工作网络来说是不切实际的，因为存在导致中断的风险。 即使在区块链存在需要修复的问题的情况下，测试修复也可能很困难，因为它可能会破坏其他东西。

名为 SimBlock 的区块链模拟器

Shudo 和他的同事开发了 SimBlock比特币模拟比赛，它可以使用典型的 PC 模拟互联网上大约 10,000 个节点的行为。 该软件于 2018 年 7 月开源，允许工程师测试现有或原始区块链的改进，甚至可以模拟恶意节点并在应用反制措施测试其效果之前测量攻击成功率。

在 IEEE ICBC 上展示 SimBlock 2019 图片来源：Kazuyuki Shudo

SimBlock目前可以模拟比特币、莱特币和狗狗币的参数，反映区块链网络规模、区块生成间隔和互联网上的通信速度。 通过修改 SimBlock 中的 Java 代码，用户可以看到节点行为的变化将如何影响区块链网络。 也可以修改参数区块链和通信速度。

SimBlock 还有一个可视化工具，可以在世界地图上显示节点和区块高度之间的动态通信。 该网页提供了可视化工具的演示。

演示可视化工具：比特币网络（缩小到 600 个节点）

研究团队在首尔举行的 IEEE ICBC 2019 会议上展示了 SimBlock，引起了众多与会者的关注（图 2）。

应用

团队成员还在他们的其他研究中使用了 SimBlock。 以下是提高区块链性能的研究课题。

邻居选择（图 3）

中继网络的效果测量（图4）

图 3 中继网络的相邻邻居选择和图 4 效果测量。 图3为2019年IEEE区块链计划，图4为2019年AINTEC计划。

图 3 显示了应用称为邻居-邻居选择的技术的效果，其中每个节点都连接到网络上的邻居。 这减少了块在网络中传播的时间。 传播时间的减少导致安全性的增加。 它还可以在不牺牲安全性的情况下提高事务处理性能。

图 4 说明了节点利用中继网络的好处 [c, 4]。 通过使用中继网络，节点可以显着降低其生成的块成为孤块的概率[d]。 这意味着节点可以通过利用中继网络来增加他们的收益，因为这些孤立块不会向生成孤立块的节点提供挖矿奖励。

利用中继网络的节点可以快速接收新生成的块。 看来由于接收速度快，节点的挖矿[e]成功率增加了。 然而，该团队在使用 SimBlock 后并未观察到任何显着增加。 另一方面，研究团队发现了中继网络的另一个好处。 一个节点可以降低它生成的块成为孤块的可能性。 中继网络自然降低了整个区块链网络的孤块率，这一点前面已经指出。 研究团队发现，即使使用中继网络的节点比例很低（比如1%）比特币模拟比赛，节点也能从中继网络中获益良多。

研究团队将继续使用 SimBlock 来提高区块链的性能。 他们还开始了安全研究，模拟了区块链上的攻击和反制措施。 SimBlock 正在进行和计划的改进包括支持其他区块链（如以太坊）、进一步更新互联网参数（如通信速度）以及支持更新的通信协议（如紧凑块中继）。

该团队坚信，工程和研究社区可以从 SimBlock 及其对区块链技术和我们社会的贡献中受益。