[論文レビュー] An empirical analysis of smart contracts: platforms, applications, and design patterns

Massimo Bartoletti, Livio Pompianu|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用数 43

ひとこと要約

本稿は、ビットコインおよびイーサリアムにおけるスマートコントラクトの実証的分析を提示し、プラットフォームの違い、アプリケーション分野、一般的な設計パターンを検討する。834件のイーサリアムコントラクトを分析した結果、金融分野のアプリケーションが支配的であることが判明（フォークチェックパターン使用で69%、トークン/数学パターン使用で50%）、ウォレットにおける承認および時間制約の広範な使用が明らかになり、ゲームコントラクトにおけるオラクルの役割も強調された。これらは、分野特化型スマートコントラクト言語設計に役立つ知見を提供する。

ABSTRACT

Smart contracts are computer programs that can be consistently executed by a network of mutually distrusting nodes, without the arbitration of a trusted authority. Because of their resilience to tampering, smart contracts are appealing in many scenarios, especially in those which require transfers of money to respect certain agreed rules (like in financial services and in games). Over the last few years many platforms for smart contracts have been proposed, and some of them have been actually implemented and used. We study how the notion of smart contract is interpreted in some of these platforms. Focussing on the two most widespread ones, Bitcoin and Ethereum, we quantify the usage of smart contracts in relation to their application domain. We also analyse the most common programming patterns in Ethereum, where the source code of smart contracts is available.

研究の動機と目的

• スマートコントラクトが異なるブロックチェーンプラットフォーム、特にビットコインおよびイーサリアムでどのように実装され、使用されているかを理解すること。
• イーサリアムにおけるアプリケーション分野ごとにスマートコントラクトを分類し、その普及度を定量化すること。
• イーサリアムスマートコントラクトにおける一般的なプログラミング設計パターンを特定・分析すること。
• 設計パターンとアプリケーション分野の関連を明らかにし、分野特化型スマートコントラクト言語の設計を支援すること。
• セキュリティ分析およびツール開発の向上に役立つ実証的知見を提供すること。

提案手法

• パブリックリポジトリから取得した834件のイーサリアムスマートコントラクトのソースコードを収集・分析した。
• 機能およびユースケースに基づき、アプリケーション分野（例：金融、ゲーム、公証、ウォレット）に分類した。
• 静的コード解析を通じて、繰り返し現れる設計パターン（例：承認、時間制約、オラクル、フォークチェック）を特定・分類した。
• 各設計パターンが異なるアプリケーション分野でどれだけの頻度で使用されているかを測定した。
• スマートコントラクトの表現力と使用状況に注目し、ビットコインとイーサリアムのプラットフォームレベルの違いを比較した。
• 統計的分析を用いて、パターン使用状況とアプリケーションカテゴリ（例：金融、ゲーム）との相関関係を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イーサリアムにおけるスマートコントラクトの最も一般的なアプリケーション分野は何か？
• RQ2 イーサリアムスマートコントラクトで最も頻繁に使用される設計パターンは何か。また、それらはアプリケーション分野ごとにどのように異なるか？
• RQ3 スマートコントラクトの設計パターンは、特定の機能的要件（例：セキュリティ、タイミング、ランダム性）とどのように関連しているか？
• RQ4 金融スマートコントラクトは、トークン、数学、フォークチェックといった特定のパターンにどれほど依存しているか？
• RQ5 ウォレットおよびゲームコントラクトは、承認やオラクルといった設計パターンの使用において、どのように異なるか？

主な発見

• フォークチェックパターンを使用するコントラクトの69%が金融分野であり、資金移動の前に分岐論理を検証する必要があることから、金融用途が強いことが示唆される。
• トークンおよび数学パターンを使用するコントラクトの50%が金融分野であり、金融用途が支配的であることが裏付けられる。
• ゲームコントラクトの25%がオラクルパターンを使用しており、ゲームにおけるオラクル使用の74%がランダムナンバー生成に使われており、外部のランダムソースに依存していることが示唆される。
• ウォレットコントラクトの100%が承認および終了パターンを実装しており、94%が時間制約を使用しており、セキュリティおよびライフサイクル管理への重視が浮き彫りになる。
• ゲームコントラクトの47%がオラクルなしでランダムナンバーを生成しており、ローカルのランダム性技術が一般的に使われていることが示唆される。
• 金融コントラクトのうち、識別された設計パターンを1つも使用しないのは29%にとどまり、多くのコントラクトが複雑な論理を含まずに単純な操作を実行していることが示唆される。