[論文レビュー] A Blockchain Database Application Platform

Muhammad Muzammal, Qiang Qu+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2018

Big Data and Business Intelligence参考文献 23被引用数 12

ひとこと要約

ChainSQLは、ブロックチェーンの改ざん防止性および分散性と、分散データベースの高速なクエリ処理および構造化データモデルを組み合わせた画期的なブロックチェーン・データベースハイブリッドプラットフォームを提案する。取引ログをリップルベースのブロックチェーンに保存し、読み取り処理のために同期されたマルチアクティブデータベースを維持することで、ChainSQLは、10秒未満のディザスタリカバリを実現し、セキュアで一貫性があり、低遅延なデータアクセスを可能にし、金融およびエンタープライズワークロードにおける実用的妥当性を示している。

ABSTRACT

A blockchain is a decentralised linked data structure that is characterised by its inherent resistance to data modification, but it is deficient in search queries, primarily due to its inferior data formatting. A distributed database is also a decentralised data structure which features quick query processing and well-designed data formatting but suffers from data reliability. In this demonstration, we showcase a blockchain database application platform developed by integrating the blockchain with the database, i.e. we demonstrate a system that has the decentralised, distributed and audibility features of the blockchain and quick query processing and well-designed data structure of the distributed databases. The system features a tamper-resistant, consistent and cost-effective multi-active database and an effective and reliable data-level disaster recovery backup. The system is demonstrated in practice as a multi-active database along with the data-level disaster recovery backup feature.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンのクエリパフォーマンスにおける制限と、従来のデータベースのデータ整合性および一貫性における課題を解決すること。
• ブロックチェーンの改ざん不能性と監査可能性を、分散データベースの高速性と構造化と統合すること。
• 地理的に分散されたノード間で高い可用性とデータ一貫性を保証するマルチアクティブデータベースアーキテクチャを実現すること。
• データレベルのディザスタリカバリシステムを実装し、ほぼ即時のフェイルオーバーと一貫性のある状態の復元を達成すること。
• 既存のエンタープライズアプリケーションおよび標準SQLデータベースとシームレスに統合できる実用的なミドルウェアソリューションを提供すること。

提案手法

• ChainSQLは、4秒以内の迅速な取引確定と、ユニークノードリスト（UNL）を用いたコンSENSUSによるセキュアで高速な取引確定を実現するリップルベースのブロックチェーンネットワークを用いる。
• 各ブロックチェーンノードに同期されたマルチアクティブデータベースを維持し、標準SQLインタフェースを用いた高速な読み取り処理を可能にする。
• アプリケーションロジックと下位のデータレイヤーを分離するミドルウェアアーキテクチャを採用し、直接的なブロックチェーンへの書き込みとデータベースからの読み取りの両方をサポートする。
• ディザスタリカバリのために、生産環境での取引ログ（例：binlog、レドログ）をキャプチャし、ブロックチェーンコンセンサスを介してバックアップノードにレプリケートする。
• ディザスタリカバリミドルウェアは、障害発生後10秒以内にバックアップノードを生産環境ステータスに昇格させ、リCOVERYポイントオブジェクティブを達成する。
• データ転送中のセキュリティのために対称および非対称暗号化をサポートし、MySQL、Oracle、DB2などの標準データベースとの統合を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンの改ざん不能性と監査可能性を、従来のデータベースのパフォーマンスと構造とどのように統合できるか？
• RQ2 ハイブリッドブロックチェーン・データベースシステムは、地理的に分散されたノード間でデータ一貫性を維持しつつ、10秒未満のディザスタリカバリを達成できるか？
• RQ3 ブロックチェーンをデータログの真実のソースとして用いて、マルチアクティブデータベースアーキテクチャをどのように実装できるか？
• RQ4 高速なSQLクエリ処理をサポートしつつ、ブロックチェーンベースの取引ログを維持する際のパフォーマンスオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ5 既存のエンタープライズアプリケーションをアプリケーションレベルの変更なしに、ブロックチェーン・データベースミドルウェアと統合するにはどうすればよいか？

主な発見

• ChainSQLは、取引ログをリップルベースのブロックチェーンに保存することで、データの一貫性と改ざん防止性を実現し、すべてのノードが同一のデータ状態を維持することを保証する。
• 同期されたマルチアクティブデータベースレイヤーのおかげで、低遅延な読み取り処理が可能となり、高速なクエリ処理を実現する。
• ノード障害発生後10秒以内にディザスタリカバリが達成され、バックアップノードが自動的に同期され、運用に切り替え可能となる。
• 標準SQLデータベース（例：MySQL、Oracle、IBM DB2）とのシームレスな統合が、標準化されたAPIインタフェースを通じて実現される。
• ミドルウェアアーキテクチャにより、エンタープライズアプリケーションは馴染みのあるデータベースプロトコルを用いてシステムとやり取りできる一方で、ブロックチェーンレベルのデータ整合性と監査可能性の利点も享受できる。
• 本プラットフォームは、データ整合性と高可用性が求められる銀行およびサプライチェーンアプリケーションにおいて、実用的妥当性を示している。