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On the Latency Performance in Private Blockchain Networks

计算机科学 数字加密货币 工作证明制度 延迟(音频) 数据库事务 笔记本电脑 块链 计算机安全 计算机网络 操作系统 数据库 电信
作者
Xuan Chen,Kien Nguyen,Hiroo Sekiya
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9 (19): 19246-19259 被引量:7
标识
DOI:10.1109/jiot.2022.3165666
摘要

Blockchain technologies have been emerging with the potential to disrupt many fields (e.g., cryptocurrencies replacing the traditional ones, enabling trustworthy voting, etc.). The Internet of Things (IoT) has been predictably strengthened when integrating to the private blockchain, such as Ethereum. In an IoT deployment with private Ethereum, a thorough understanding of the latency is a critical issue that has not been adequately understood in the literature. Motivated by that, this work aims to comprehend the latency performance in the IoT Ethereum with two popular consensus algorithms: Proof of Work (PoW) and Proof of Authority (PoA). Initially, we clarify different latency segments from transaction submission to execution, namely, the transaction lifecycle in a private blockchain. We then consider the three related latency metrics: 1) transaction-oriented latency; 2) mining time; and 3) block-oriented latency in the PoW case. With PoA, the mining time’s consideration is omitted since the mining process is not necessary. After that, we construct a realistic private Ethereum IoT network (i.e., using a laptop and seven Raspberry Pi 3b+ nodes) and a large-scale emulated one with 30 nodes. We write and deploy a smart contract to read and write data to the blockchain and measure the latencies in various scenarios. The measurement results reveal the values of transaction-oriented and block-oriented latency with PoW and PoA in both the actual and emulated networks. Moreover, we derive the expected value for the PoW’s mining time by fitting the probabilities to an exponential curve.
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