[論文レビュー] A Predictable Incentive Mechanism for TrueBit

Julia Koch, Christian Reitwießner|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、確率的強制エラーに代わり決定論的なソルバ選定と独立実行の証明を導入することで、TrueBitにおける予測可能なインcentiveメカニズムを提案する。複数のボーナス付きソルバが状態スナップショットのMerkle証明を提出するようにランダムに選ばれることで、検証可能で均等に分配された報酬を保証し、ジャックポットやトークン税の必要性を排除することで、予測可能性を向上させ、投機的インセンティブへの依存を低減する。

ABSTRACT

TrueBit is a protocol that uses interactive verification to allow a resource-constrained computation environment like a blockchain to perform much larger computations than usual in a trusted way. As long as a single honest participant is present to verify the computation, an invalid computation cannot get accepted. In TrueBit, the presence of such a verifier is incentivised by randomly injected forced errors. Additionally, in order to counter sybil attacks, the reward for finding an error drops off exponentially with the number of challengers. The main drawback of this mechanism is that it makes it very hard to predict whether participation will be profitable or not. To even out the rewards, we propose to randomly select multiple solvers from a pool and evenly share the fees among them, while still allowing outside challengers. Furthermore, a proof of independent execution will make it harder to establish computation pools which share computation results.

研究の動機と目的

• 元のTrueBitプロトコルが確率的強制エラーと指数関数的報酬減衰に依存するため、報酬の予測不能性を是正すること。
• ネイティブなTruebitトークン、税、ジャックポットメカニズムの必要性を排除し、決定論的でスケーラブルなインセンティブ構造に置き換えること。
• 秘密保護された状態スナップショットを用いたMerkleツリーによる独立実行の証明を要件とすることで、団結やプール形成に対する耐性を高めること。
• タスク提供者がソルバ数を選択することで各タスクごとにセキュリティレベルをカスタマイズでき、検証コストと信頼性の細分化された制御を可能にすること。
• 高分散・宝くじのような支払いではなく、安定的で予測可能な報酬を提供することで、誠実な検証の経済的インセンティブを強化すること。

提案手法

• 各計算タスクに対して、ボーナス付きで利用可能な参加者プールからk ≥ 2人のソルバをランダムに選出する。
• 各ソルバが状態スナップショットのMerkleツリーを生成・提出することを要件とし、各リーフにプライベートシークレットH(s,p)を組み込むことで一意性を保証する。
• ブロックチェーン上に保存するのは、ソリューションハッシュH(s,p,y)、ルートr、およびインデックス(1 + r % n)のリーフへのランダムMerkle証明pr(r)のみである。
• 外部のチャレンジャーがソルバの作業を検証でき、チャレンジャー数が増えるに従い報酬が指数関数的に減少することで、Sybil攻撃を防止する。
• ソルバが合意しない場合に検証ゲームを可能とし、ブロックチェーンがMerkle証明と状態スナップショットを用いて紛争を解決する。
• タイムアウト後にすべてのソルバがそのプライベートランダムネスH(s,p)を提出するよう要件とし、独立実行の検証を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TrueBitの元のインセンティブメカニズムにおける報酬の予測不能性は、どのように是正され、参加者のインセンティブが向上されるか？
• RQ2 確率的強制エラーを置き換えるために、決定論的ソルバ選定と独立実行証明メカニズムを導入しても、セキュリティが損なわれないか？
• RQ3 状態スナップショットのMerkle証明を要件とすることで、ソルバ間の団結や結果共有はどの程度防止できるか？
• RQ4 提案されたメカニズムは、元のプロトコルと比較して、検証プール形成の経済的インセンティブにどのような影響を与えるか？
• RQ5 ソルバの計算コストの増加と、トークンベースのインセンティブおよび税メカニズムの排除との間のトレードオフは何か？

主な発見

• 提案されたプロトコルは、2人のソルバの場合に不正なソリューションが受け入れられる確率が最大2.8%に抑えられ、3人のソルバでは0.46%未満となり、元のプロトコルと同等またはそれ以上のセキュリティを達成する。
• プロトコルは強制エラー、ジャックポット、ネイティブトークンの必要性を排除し、経済モデルを単純化し、参加者にとっての予測可能性を向上させる。
• 秘密保護された状態スナップショットを用いたMerkleツリーによる独立実行の証明により、ソルバが結果を共有したり、団結プールを形成したりするのを防止する。
• タスク提供者はタスクごとにソルバ数を選択することで、セキュリティレベルを個別にカスタマイズでき、グローバルな税率に依存せずにコスト-セキュリティのトレードオフを実現できる。
• 高分散・宝くじのような報酬から安定的で予測可能な収入に置き換えることで、『保険プール』形成のインセンティブが低減される。
• 証明生成に伴うソルバごとの計算コストが増加するものの、同じ仮定のもとで、3人のソルバで十分なセキュリティが達成され、元のモデルにおける6人の検証者と同等またはそれ以上のセキュリティを実現する。