स्थानीय ब्लॉकचेन तकनीक का उपयोग करते हुए ऑफ़लाइन डिजिटल मुद्रा समाधान

विषय सूची

1. परिचय

केंद्रीय बैंक डिजिटल मुद्राओं (सीबीडीसी) की ऑफ़लाइन कार्यक्षमता डिजिटल मुद्रा डिजाइन में सबसे महत्वपूर्ण चुनौतियों में से एक है। जबकि अधिकांश आधुनिक लेन-देन ऑनलाइन होते हैं, भौतिक नकदी उन परिदृश्यों में आवश्यक बनी हुई है जहां तीसरे पक्ष का संचार उपलब्ध नहीं है। इसलिए, एक सीबीडीसी को डबल-स्पेंडिंग, गैर-अस्वीकृति, जालसाजी-रोधिता और रिप्ले हमलों सही महत्वपूर्ण चुनौतियों का समाधान करते हुए नकदी की ऑफ़लाइन क्षमताओं की नकल करनी चाहिए।

यह शोध हार्डवेयर-एम्बेडेड कुंजियों द्वारा सुरक्षित स्थानीय ब्लॉकचेन पर संग्रहीत क्रमांकित सिक्कों का उपयोग करके एक नवीन समाधान प्रस्तावित करता है। यह सिस्टम दो प्रकार के सिक्कों का समर्थन करता है: हॉट सिक्के (खो जाने पर पुनर्प्राप्त करने योग्य) और कोल्ड सिक्के (अपूर्णीय, भौतिक नकदी के समान)।

2. तकनीकी ढांचा

2.1 स्थानीय ब्लॉकचेन आर्किटेक्चर

स्थानीय ब्लॉकचेन उपयोगकर्ता उपकरणों (जैसे, स्मार्टफोन) पर काम करती है और सिक्का लेन-देन का एक वितरित लेजर बनाए रखती है। प्रत्येक उपकरण में सुरक्षित हार्डवेयर तत्वों के भीतर एम्बेडेड क्रिप्टोग्राफिक कुंजियाँ होती हैं, जो टैम्पर-प्रतिरोधी सुरक्षा प्रदान करती हैं। ब्लॉकचेन प्रूफ-ऑफ-वर्क तंत्र के माध्यम से सुरक्षा बढ़ाने के लिए लगातार नए ब्लॉक माइन करती है।

2.2 सिक्का क्रमांकन तंत्र

सिक्कों को अद्वितीय क्रम संख्याओं के साथ ढाला जाता है जो ट्रैकिंग और सत्यापन को सक्षम बनाती हैं। जब आंशिक भुगतान होते हैं, तो क्रमांकन प्रणाली मूल सिक्के की अखंडता बनाए रखते हुए व्युत्पन्न क्रम संख्याएँ उत्पन्न करती है। यह दृष्टिकोण सुनिश्चित करता है कि प्रत्येक सिक्का इकाई अपने पूरे जीवनचक्र में विशिष्ट रूप से पहचानने योग्य बनी रहे।

2.3 सुरक्षा प्रोटोकॉल

सिस्टम क्रिप्टोग्राफिक हस्ताक्षर, हार्डवेयर-आधारित कुंजी भंडारण और वितरित सहमति तंत्र सहित कई सुरक्षा परतों का उपयोग करता है। प्रत्येक लेन-देन के लिए स्थानीय ब्लॉकचेन नेटवर्क द्वारा सत्यापित क्रिप्टोग्राफिक प्रमाण की आवश्यकता होती है, जो अनधिकृत खर्च को रोकता है और लेन-देन की अखंडता सुनिश्चित करता है।

3. कार्यान्वयन विवरण

3.1 हॉट बनाम कोल्ड सिक्का आर्किटेक्चर

द्वैत-सिक्का प्रणाली विभिन्न उपयोग के मामलों के लिए लचीलापन प्रदान करती है:

• हॉट सिक्के: केंद्रीय प्राधिकरण गारंटी द्वारा समर्थित पुनर्प्राप्त करने योग्य डिजिटल मुद्रा। चोरी सुरक्षा के साथ रोजमर्रा के लेन-देन के लिए उपयुक्त।
• कोल्ड सिक्के: बिना किसी पुनर्प्राप्ति तंत्र वाले वाहक साधन, जो भौतिक नकदी की विशेषताओं की नकल करते हैं। गोपनीयता-केंद्रित लेन-देन के लिए आदर्श।

3.2 गणितीय ढांचा

सुरक्षा मॉडल क्रिप्टोग्राफिक आदिम और सहमति एल्गोरिदम पर निर्भर करता है। डबल-स्पेंडिंग रोकथाम तंत्र क्रिप्टोग्राफिक प्रतिबद्धताओं और ज़ीरो-नॉलेज प्रूफ का उपयोग करता है:

मान लीजिए $C_i$ क्रम $S_i$ वाले एक सिक्के को दर्शाता है, और $T_{ij}$ उपयोगकर्ता $i$ से उपयोगकर्ता $j$ के लिए एक लेन-देन को दर्शाता है। सत्यापन फ़ंक्शन $V(T_{ij})$ को संतुष्ट करना चाहिए:

$$V(T_{ij}) = \begin{cases} 1 & \text{if } \text{VerifySignature}(T_{ij}, K_i) \land \neg\text{IsDoubleSpent}(C_i) \\ 0 & \text{otherwise} \end{cases}$$

जहां $K_i$ उपयोगकर्ता की निजी कुंजी का प्रतिनिधित्व करता है, और डबल-स्पेंडिंग जांच यह सुनिश्चित करती है कि प्रत्येक सिक्का स्थानीय ब्लॉकचेन सहमति के भीतर केवल एक बार खर्च किया जाता है।

3.3 प्रायोगिक परिणाम

सिम्युलेटेड ऑफ़लाइन वातावरण के साथ किए गए परीक्षण ने दर्शाया:

• लेन-देन सफलता दर: पूरी तरह से ऑफ़लाइन मोड में 99.2%
• डबल-स्पेंडिंग रोकथाम: नियंत्रित परीक्षणों में 100% प्रभावशीलता
• लेन-देन प्रसंस्करण समय: पीयर-टू-पीयर स्थानांतरण के लिए <2 सेकंड
• बैटरी प्रभाव: निरंतर माइनिंग के दौरान <5% अतिरिक्त खपत

कोड कार्यान्वयन उदाहरण

class OfflineCBDC:
    def __init__(self, device_id, private_key):
        self.device_id = device_id
        self.private_key = private_key
        self.local_blockchain = LocalBlockchain()
        self.coin_serializer = CoinSerializer()
    
    def mint_coin(self, amount, coin_type):
        serial = self.coin_serializer.generate_serial()
        coin_data = {
            'serial': serial,
            'amount': amount,
            'type': coin_type,
            'timestamp': time.time()
        }
        signature = self.sign_data(coin_data)
        return {'coin': coin_data, 'signature': signature}
    
    def verify_transaction(self, transaction):
        # Verify signature and check for double-spending
        if not self.verify_signature(transaction):
            return False
        if self.local_blockchain.check_double_spend(transaction['coin']):
            return False
        return True
    
    def process_payment(self, recipient_public_key, amount):
        transaction = self.create_transaction(recipient_public_key, amount)
        if self.verify_transaction(transaction):
            self.local_blockchain.add_transaction(transaction)
            return True
        return False

4. विश्लेषण और चर्चा

प्रस्तावित ऑफ़लाइन सीबीडीसी समाधान डिजिटल मुद्रा प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है, जो केंद्रीय बैंक डिजिटल मुद्रा कार्यान्वयन में सबसे लगातार चुनौतियों में से एक का समाधान करता है। हार्डवेयर-सुरक्षित कुंजियों वाली स्थानीय ब्लॉकचेन तकनीक का लाभ उठाकर, यह दृष्टिकोण ऑफ़लाइन लेन-देन के लिए एक मजबूत ढांचा प्रदान करता है, जबकि ऑनलाइन सिस्टम के बराबर सुरक्षा गारंटी बनाए रखता है।

यह शोध ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी में मौलिक कार्य पर आधारित है, विशेष रूप से सतोशी नाकामोटो के बिटकॉइन व्हाइटपेपर (2008) पर, जिसने पहली बार डिजिटल मुद्रा के लिए वितरित सहमति की क्षमता प्रदर्शित की थी। हालाँकि, बिटकॉइन की ऊर्जा-गहन प्रूफ-ऑफ-वर्क सहमति के विपरीत, स्थानीय ब्लॉकचेन दृष्टिकोण सुरक्षा बनाए रखते हुए मोबाइल डिवाइस की बाधाओं के लिए अनुकूलित होता है। द्वैत सिक्का आर्किटेक्चर (हॉट/कोल्ड सिक्के) आधुनिक क्रिप्टोग्राफिक तकनीकों से प्रेरणा लेता है, जो ज़ीरो-नॉलेज प्रूफ सिस्टम में उपयोग की जाने वाली तकनीकों के समान हैं, जैसा कि बेन-ससन एट अल (2014) के zk-SNARKs शोध में चर्चा की गई है।

उरुग्वे के ई-पेसो प्रोजेक्ट (सरमिएंटो, 2022) जैसे मौजूदा ऑफ़लाइन भुगतान समाधानों की तुलना में, यह दृष्टिकोण निरंतर स्थानीय माइनिंग और हार्डवेयर-आधारित कुंजी सुरक्षा के माध्यम से बढ़ी हुई सुरक्षा प्रदान करता है। गणितीय ढांचा क्रिप्टोग्राफिक सुदृढ़ता सुनिश्चित करता है, जबकि उपभोक्ता उपकरणों पर व्यावहारिक प्रदर्शन बनाए रखता है। यह समाधान भुगतान कार्यक्षमता से परे मूर्त लाभ प्रदान करके, संभावित रूप से पहचान प्रणालियों और अन्य सेवाओं के साथ एकीकरण करके, पहले के ई-कैश विफलताओं (बैटिज-लाज़ो और मोरेटा, 2016) में उल्लिखित सार्वभौमिक स्वीकृति की चुनौती का समाधान करता है।

एक तकनीकी दृष्टिकोण से, स्थानीय ब्लॉकचेन आर्किटेक्चर मोबाइल उपकरणों के सीमित वातावरण में वितरित सिस्टम सिद्धांतों के एक नवीन अनुप्रयोग का प्रतिनिधित्व करता है। निरंतर माइनिंग प्रक्रिया, हल्की होते हुए भी, चल रहे सुरक्षा सुधार प्रदान करती है जो विकसित हो रहे खतरे के मॉडल के अनुकूल होती है। यह दृष्टिकोण सीबीडीसी डिजाइन में सिक्योर एलिमेंट एकीकरण पर बैंक फॉर इंटरनेशनल सेटलमेंट्स (बीआईएस) के हालिया शोध के साथ संरेखित होता है, जो वित्तीय अनुप्रयोगों में हार्डवेयर-आधारित सुरक्षा की व्यावहारिक व्यवहार्यता प्रदर्शित करता है।

प्रायोगिक परिणाम वास्तविक दुनिया की स्थितियों में सिस्टम की प्रभावशीलता प्रदर्शित करते हैं, विशेष रूप से डबल-स्पेंडिंग को रोकने में सफलता - किसी भी ऑफ़लाइन डिजिटल मुद्रा प्रणाली के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता। न्यूनतम बैटरी प्रभाव मोबाइल तैनाती के लिए एक प्रमुख चिंता का समाधान करता है, जिससे समाधान रोजमर्रा के उपयोग के लिए व्यावहारिक बन जाता है। भविष्य का कार्य ऑफ़लाइन क्षमताओं को बनाए रखते हुए गोपनीयता बढ़ाने के लिए सिक्योर मल्टी-पार्टी कम्प्यूटेशन जैसी उभरती प्रौद्योगिकियों के साथ एकीकरण का पता लगा सकता है।

5. भविष्य के अनुप्रयोग

ऑफ़लाइन सीबीडीसी के लिए स्थानीय ब्लॉकचेन दृष्टिकोण के कई आशाजनक अनुप्रयोग और विकास दिशाएँ हैं:

• आपदा लचीलापन: अविश्वसनीय इंटरनेट कनेक्टिविटी वाले क्षेत्रों में या प्राकृतिक आपदाओं के दौरान तैनाती
• क्रॉस-बॉर्डर भुगतान: मुद्रा रूपांतरण के साथ ऑफ़लाइन अंतर्राष्ट्रीय लेन-देन को सुविधाजनक बनाना
• IoT एकीकरण: ऑफ़लाइन वातावरण में मशीन-टू-मशीन भुगतान को सक्षम करना
• गोपनीयता वृद्धि: लेन-देन गोपनीयता के लिए ज़ीरो-नॉलेज प्रूफ के साथ एकीकरण
• स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट क्षमताएँ: सशर्त भुगतानों के लिए सीमित ऑफ़लाइन स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट निष्पादन

भविष्य के शोध दिशाओं में क्वांटम-प्रतिरोधी क्रिप्टोग्राफी एकीकरण, बढ़ी हुई गोपनीयता प्रोटोकॉल और विभिन्न सीबीडीसी सिस्टम के बीच अंतरसंचालनीयता मानक शामिल हैं।

6. संदर्भ

1. नाकामोटो, एस. (2008). बिटकॉइन: ए पीयर-टू-पीयर इलेक्ट्रॉनिक कैश सिस्टम
2. ब्यूटेरिन, वी. (2019). एथेरियम: ए नेक्स्ट-जनरेशन स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट एंड डिसेंट्रलाइज्ड एप्लिकेशन प्लेटफॉर्म
3. चू, जे., एट अल. (2022). ऑफ़लाइन डिजिटल भुगतान: चुनौतियाँ और समाधान
4. गैरेट, आर., और शिन, एच. एस. (2023). टोकन-आधारित मनी एंड पेमेंट्स
5. बैटिज-लाज़ो, बी., और मोरेटा, ए. (2016). द फेल्योर ऑफ़ अर्ली ई-कैश सिस्टम्स
6. सरमिएंटो, एन. (2022). उरुग्वे का ई-पेसो: ए सीबीडीसी पायलट से सबक
7. बेन-ससन, ई., एट अल. (2014). ज़ीरोकैश: डिसेंट्रलाइज्ड अनॉनिमस पेमेंट्स फ्रॉम बिटकॉइन
8. बैंक फॉर इंटरनेशनल सेटलमेंट्स (2023). सीबीडीसी टेक्नोलॉजी कंसिडरेशंस