[論文レビュー] A Blockchain-based Trust System for Decentralised Applications: When trustless needs trust

Nguyen B. Truong, Gyu Myoung Lee+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 29被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、分散型アプリケーション（DApps）における信頼性を向上させるために、ブロックチェーン上に構築された分散型信頼システムを提案する。参加者間でのレピュテーションに基づくフィードバックを可能にするもので、動的でフィードバック駆動のレピュテーションモデルを採用。スマートコントラクトを活用し、操作を抑制することで、信頼できない環境でも信頼できるサービス選択を実現。Ethereumテストネットでの評価により、性能上の制限は存在するが、実用性が示された。

ABSTRACT

Blockchain technology has been envisaged to commence an era of decentralised applications and services (DApps) without the need for a trusted intermediary. Such DApps open a marketplace in which services are delivered to end-users by contributors which are then incentivised by cryptocurrencies in an automated, peer-to-peer, and trustless fashion. However, blockchain, consolidated by smart contracts, only ensures on-chain data security, autonomy and integrity of the business logic execution defined in smart contracts. It cannot guarantee the quality of service of DApps, which entirely depends on the services' performance. Thus, there is a critical need for a trust system to reduce the risk of dealing with fraudulent counterparts in a blockchain network. These reasons motivate us to develop a fully decentralised trust framework deployed on top of a blockchain platform, operating along with DApps in the marketplace to demoralise deceptive entities while encouraging trustworthy ones. The trust system works as an underlying decentralised service providing a feedback mechanism for end-users and maintaining trust relationships among them in the ecosystem accordingly. We believe this research fortifies the DApps ecosystem by introducing an universal trust middleware for DApps as well as shedding light on the implementation of a decentralised trust system.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンがオンチェーンデータおよびスマートコントラクト実行において本質的にセキュアであるにもかかわらず、分散型アプリケーション（DApps）における信頼メカニズムの欠如に取り組む。
• 中間者を介さないピアツーピア相互作用に依存するDAppエコシステムにおいて、詐欺的または低品質なサービスプロバイダーのリスクを軽減する。
• 任意のDAppを同じブロックチェーンプラットフォーム上で統合可能な、普遍的で分散型の信頼ミドルウェアを設計する。
• 自己推奨、中傷、洗浄（whitewashing）といった一般的な攻撃に対して、経済的およびアルゴリズム的セーフティーメクニズムを備えた、レピュテーションモデルを設計する。
• Ethereumテストネットおよびシミュレーションを用いて、実世界の展開シナリオにおけるシステムのパフォーマンスおよびセキュリティを評価する。

提案手法

• 過去の相互作用に基づくフィードバックに重みを付けることで信頼スコアを計算する分散型レピュテーション（DER）モデルを提案する。重みはフィードバック提供者のレピュテーションに基づく。
• ユーザーがフィードバックを提出するには取引手数料を支払う必要があるフィードバックメカニズムを実装し、Sybil攻撃およびスパム攻撃を低減する。
• PageRankを模倣した再帰的レピュテーション計算（式6および式7）を用いる。ノードの信頼スコアは、そのピアの信頼性に依存する。
• Ethereum上にスマートコントラクトとして信頼システムをデプロイし、DAppsに統合して信頼意識のあるサービス選択を可能にする。
• 自己推奨、中傷などの攻撃シナリオを想定したシミュレーションを実施し、レジリエンスおよびフィードバック伝播の特性を評価する。
• Kovan、Rinkeby、Goerli、Ropstenの4つのEthereumテストネットでパフォーマンス評価を実施。読み取り／書き込み取引の遅延およびブロック確認時間を測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できる中間者に依存せずに、分散型アプリケーション（DApps）における信頼性を確保するための分散型信頼システムは、どのように設計できるか？
• RQ2 信頼できない環境において、自己推奨、中傷、洗浄といった一般的な攻撃に対して効果的に耐性を持つレピュテーションモデルは何か？
• RQ3 フィードバックの提出に伴う経済的コストは、レピュテーションシステムの信頼性およびセキュリティにどのように影響するか？
• RQ4 Ethereumのような既存のブロックチェーンプラットフォームに分散型信頼システムをデプロイする際のパフォーマンスボトルネックは何か？
• RQ5 提案されたシステムは、現実世界のDAppsにどの程度統合可能であり、サービス品質およびユーザーの安全性を向上させられるか？

主な発見

• 提案された分散型信頼システムは、フィードバック提供者のレピュテーションに基づく重み付けにより、自己推奨や中傷といったレピュテーションベースの攻撃を効果的に緩和した。
• フィードバック提出に伴う手数料により、スパムおよびSybil攻撃が顕著に低減された。低レピュテーションのエージェントは、他の者のレピュテーションにほとんど寄与しないためである。
• Ethereumテストネットでのパフォーマンス評価では、KovanおよびRinkebyがより低遅延かつ安定したパフォーマンスを示した（GoerliおよびRopstenの2～3倍の低遅延）。WRITE取引のブロック確認時間は1ブロックに近い。
• PoWを採用するRopstenは、メインネットと同様の性能を示し、最も現実的な性能を示した。しかし、遅延が高く、ブロック確認時間のばらつきも顕著（4500～17350 ms）。
• システムのパフォーマンスは、コンSENSUSおよびトランザクションスループットのブロックチェーンの制限に起因しており、シャーディングやオフチェーンソリューションのさらなる研究が求められる。
• PageRankを模倣したレピュテーションモデルの設計により、新規または悪意あるノードによるレピュテーションの容易なインflationが防がれ、長期的なシステムレジリエンスが向上した。