[論文レビュー] ALGORAND: The Efficient and Democratic Ledger.

Silvio Micali|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2016

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 82

ひとこと要約

Algorandは、計算量を最小限に抑えながら高いスループットと最終性を達成する、証明可能で検証可能なランダムネスに基づくリーダー選出メカニズムに、プルーフ・オブ・ワークを置き換える、許可なしで分散型のログプロトコルを提案する。これはフォークのない取引の最終性を保証し、決済やスマートコントラクトなどの効率的でスケーラブルなブロックチェーンアプリケーションを可能にする。

ABSTRACT

Algorand is a truly decentralized, new, and secure way to manage a shared ledger. Unlike prior approaches based on {\em proof of work}, it requires a negligible amount of computation, and generates a transaction history that does not fork with overwhelmingly high probability. This approach cryptographically selects ---in a way that is provably immune from manipulations, unpredictable until the last minute, but ultimately universally clear--- a set of verifiers in charge of constructing a block of valid transactions. This approach applies to any way of implementing a shared ledger via a tamper-proof sequence of blocks, including traditional blockchains. This paper also presents more efficient alternatives to blockchains, which may be of independent interest. Algorand significantly enhances all applications based on a public ledger: payments, smart contracts, stock settlement, etc. But, for concreteness, we shall describe it only as a money platform.

研究の動機と目的

• エネルギー集約的なプルーフ・オブ・ワークに依存せずに、強固なセキュリティと最終性を維持する分散型ログプロトコルを設計すること。
• 既存の許可なしブロックチェーンにおけるフォークと最終性の不確実性の問題を解決すること。
• 実世界のアプリケーション、たとえば決済やスマートコントラクトに適した、スケーラブルで効率的かつ民主的なコンセンサスメカニズムを実現すること。
• 計算能力に依存せずに、証明可能で予測不能な方法でブロック提案者を特定する仕組みを提供すること。

提案手法

• 予測不可能であるが、最終的に普遍的に検証可能な方法で、暗号的に検証者を選出する検証可能ランダム関数（VRF）を用いる。
• 選ばれた検証者が次のブロックについて合意に達する2段階の投票プロトコルを採用し、操作を防ぎ、最終性を保証する。
• 選出プロセスが操作に強く、攻撃者によって予測できないようにする暗号技術に依存する。
• 敵対的状況下でも、フォークがほとんど確実に発生しない最終性メカニズムを導入する。
• ネットワーク規模に応じて効率的にスケーリングされ、通信および計算のオーバーヘッドを最小限に抑えるプロトコルを設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散型ログは、プルーフ・オブ・ワークや長距離攻撃に依存せずに、どのように最終性を達成できるか？
• RQ2 検証可能ランダム関数を用いて、予測不能かつ操作に強い方法でブロック提案者を特定することは可能か？
• RQ3 許可なしブロックチェーンシステムでコンセンサスと最終性を達成するために必要な最小限の計算コストは何か？
• RQ4 どのようにすれば、攻撃的行動に対して安全でありながら、スケーラブルなブロックチェーンプロトコルを設計できるか？

主な発見

• プロトコルは、フォークのない確率的高確率で取引の最終性を達成し、強い一貫性を保証する。
• プルーフ・オブ・ワークと比較して計算量が無視できるほど少なく、エネルギー消費を顕著に削減する。
• 検証可能ランダム関数の使用により、ブロック提案者が予測不能かつ暗号的に安全な方法で選ばれる。
• 高いスループットと低遅延を維持するため、決済やスマートコントラクトのようなリアルタイムアプリケーションに適している。