[論文レビュー] AQUAREUM: Non-Equivocating Censorship-Evident Centralized Ledger with EVM-Based Verifiable Execution using Trusted Computing and Blockchain

Ivan Homoliak, Larangeira, Mario+2 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 38被引用数 4

ひとこと要約

Aquareum は、信頼実行環境（TEE）とパブリックブロックチェーンを組み合わせることで、中央集権的レジストリに検証可能性、非矛盾性、検閲証明を追加する画期的なフレームワークである。TEE で検証された証明をブロックチェーン（例：Ethereum）に発行することで、取引の整合性を保証し、検閲を検出可能にする。コンmodityハードウェア上でも450 TPSを超える性能を達成し、EVM を介して任意のスマートコントラクトをサポートする。

ABSTRACT

Distributed ledger systems (i.e., blockchains) have received a lot of attention. They promise to enable mutually untrusted participants to execute transactions while providing the immutability of the data and censorship resistance. Although decentralized ledgers are a disruptive innovation, as of today, they suffer from scalability, privacy, or governance issues. Therefore, they are inapplicable for many important use cases, where interestingly, centralized ledger systems might gain adoption. Unfortunately, centralized ledgers have also drawbacks, e.g., a lack of efficient verifiability or a higher risk of censorship and equivocation. In this paper, we present AQUAREUM, a novel framework for centralized ledgers removing their main limitations. By a unique combination of a trusted execution environment (TEE) with a public blockchain, AQUAREUM provides publicly verifiable non-equivocating censorship-evident private and high-performance ledgers. AQUAREUM is integrated with a Turing-complete virtual machine (e.g., EVM), allowing arbitrary transaction processing logic, such as transfers or client-specified smart contracts. AQUAREUM is fully implemented and can process over 400 transactions per second on a commodity PC. Furthermore, we modeled AQUAREUM using the Universal Composability framework and proved its security.

研究の動機と目的

• 中央集権的レジストリシステムにおける検証可能性、非矛盾性、検閲耐性の欠如を是正すること。
• 中央集権的レジストリにおける公開検証可能で改ざん検知可能かつ検閲検出可能な取引処理を実現すること。
• 信頼実行環境（TEE）とパブリックブロックチェーンを統合し、完全分散化を伴わずに強固なセキュリティ保証を提供すること。
• Ethereum仮想マシン（EVM）との統合により、任意の取引論理、特にスマートコントラクトをサポートすること。
• 既存技術と実世界の展開を想定して、アプローチの実用性と効率性を実証すること。

提案手法

• TEE エンclave が各レジストリ更新の正当性と一貫性を検証し、暗号的証明を生成する。
• TEE が生成した証明がパブリックブロックチェーン（例：Ethereum）に発行され、公開検証が可能になり、非矛盾性が保証される。
• クライアントがブロックチェーンに照会を送信することで検閲を検出する。このとき、運用者は TEE を介して応答し、処理解決の公開証明を生成する必要がある。
• スマートコントラクトを用いて照会処理と証明発行を管理し、運用者の不正行動を自動的に検出可能にする。
• EVM に統合することでチューリング完全な論理をサポートし、トークンやクライアント定義のスマートコントラクトのデプロイを可能にする。
• すべてのコンponent は既存技術に基づいて実装されており、コンmodityハードウェア上での展開が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全分散化を伴わずに、中央集権的レジストリが公開検証可能で非矛盾性を満たすことは可能か？
• RQ2 中央集権的レジストリにおける検閲をどのようにして検出可能かつ公開的に明確にできるか？
• RQ3 信頼実行環境（TEE）をパブリックブロックチェーンと効果的に統合することで、中央集権的システムに強固なセキュリティ保証を提供できるか？
• RQ4 TEE とブロックチェーンを統合したレジストリ検証および検閲検出における性能オーバーヘッドはどの程度か？
• RQ5 得られるシステムが、効率性と強固なセキュリティ特性を維持しながら、任意のスマートコントラクト論理をサポートできるか？

主な発見

• Aquareum はコンmodity PC 上でも450件超の取引/秒を達成し、暗号的検証のオーバーヘッドがあるにもかかわらず実用的な性能を示している。
• TEE が生成した証明をパブリックブロックチェーンに発行することで、非矛盾性の強い保証が得られ、矛盾するレジストリスナップショットが存在できない。
• クライアントが起動する照会メカニズムにより、運用者が応答する必要が生じ、公開検証可能な証明を生成することで、検閲が検出可能になる。
• EVM 統合により、任意の取引論理をサポートし、トークンやクライアント定義のスマートコントラクトのデプロイが可能である。
• システムは現在の技術を用いて完全に実装・展開可能であり、信頼されたセットアップや新規暗号的仮定を必要としない。
• このアプローチは、非矛盾性と検閲のリスクを効果的に低減しつつ、プライバシーとパフォーマンスを維持しており、中央集権的レジストリと完全分散型レジストリの両者に対する実用的な代替案を提供する。