Более интеллектуальный подход к выбору соединений для устройств способен обеспечить быстрые и безопасные блокчейн-сети, которые необходимы для работы в реальном времени в таких сферах, как умные города, здравоохранение и другие отрасли.

Развитие IoT и роль блокчейна

Интернет вещей (IoT) постепенно воплощает идею полностью взаимосвязанного мира. Сегодня миллиарды физических устройств — от миниатюрных датчиков до автономных транспортных средств и промышленных машин — собирают и обмениваются данными онлайн. Безопасность и целостность этой информации крайне важны, поэтому инженеры всё чаще обращаются к блокчейн-технологиям. Хотя блокчейн наиболее известен как основа криптовалют, его ключевая функция гораздо шире: это децентрализованный цифровой реестр, в котором данные хранятся и поддерживаются на множестве компьютеров, а не контролируются одной организацией.

Проблемы скорости в IoT-блокчейн-сетях

Несмотря на преимущества блокчейна в области безопасности, большинство существующих блокчейн-систем работают слишком медленно для многих реальных IoT-приложений. Умные устройства часто должны реагировать за доли секунды, однако современные блокчейн-сети не всегда способны обеспечить такую скорость. Исследования показали, что основная причина задержек кроется не в программном обеспечении блокчейна, а в том, как устройства взаимодействуют в одноранговых сетях. Ранее влияние топологии сети — структуры соединений между устройствами — на производительность IoT-блокчейн-систем часто недооценивалось.

Новое исследование и алгоритм Dual Perigee

Для решения этой проблемы исследовательская группа под руководством доцента Киена Нгуена из Института передовых академических исследований/Высшей школы информатики Университета Чиба (Япония) изучила способы повышения эффективности IoT-блокчейн-сетей. Их работа, опубликованная в IEEE Transactions on Network and Service Management 17 декабря 2025 года, анализирует, как различные топологии сетей влияют на скорость передачи данных, и предлагает новую методику для обеспечения бесперебойной работы.

Команда создала симуляции с блокчейн-клиентами, соединёнными по разным сетевым структурам. Анализ показал, что децентрализованные IoT-сети часто многократно передают одни и те же данные, что приводит к перегрузке каналов связи и увеличению задержек. Текущие методы обмена транзакциями и блоками могут вызывать лавинообразный рост дубликатов, что замедляет работу сети.

Чтобы устранить эти недостатки, исследователи разработали децентрализованный и легковесный алгоритм под названием Dual Perigee. Этот метод позволяет каждому устройству в сети принимать более обоснованные решения о том, с какими соседями устанавливать соединения. Вместо случайного выбора устройство с Dual Perigee оценивает своих пиров по скорости доставки транзакций и блоков, отключая медленные соединения и заменяя их более эффективными. Со временем сеть естественным образом перестраивается в более быструю конфигурацию без участия центрального управляющего органа.

Результаты и перспективы применения

В симулированной IoT-среде из 50 узлов алгоритм Dual Perigee сократил задержки, связанные с блоками, на 48,54% по сравнению со стандартным методом, используемым в Ethereum. Кроме того, он превзошёл по производительности даже продвинутые подходы, включая оригинальный алгоритм Perigee, более чем на 23%. Важно, что эти улучшения не увеличили нагрузку на IoT-устройства: алгоритм использует пассивные измерения уже получаемых данных и требует минимальной обработки.

Возможности этого подхода охватывают множество технологических секторов. Более быстрая проверка и обмен данными позволяют блокчейн-системам поддерживать приложения, где критически важна скорость реакции. Как отмечает д-р Нгуен, предложенный децентрализованный механизм выбора пиров с учётом задержек может стать основой для будущих блокчейн-платформ, поддерживающих IoT-сервисы в реальном времени и критически важных задачах, что в итоге позволит создать более безопасную, отзывчивую и надёжную цифровую инфраструктуру.

Будущее развития

По мере того как IoT-сети продолжают расти и усложняться, спрос на децентрализованные и надёжные методы связи будет только увеличиваться. Исследователи считают, что Dual Perigee может сыграть ключевую роль в новых технологиях. Этот подход применим к новым IoT-сервисам, требующим быстрой и надёжной передачи данных, таким как умные города, умные дома, промышленный мониторинг, системы здравоохранения и отслеживание цепочек поставок.

Исследование было поддержано Японским обществом содействия науке (JSPS, грант № 23H03377) и частично Японским агентством науки и технологий (JST) через создание университетских стипендий для развития научных и технологических инноваций (грант № JPMJFS2107).