[論文レビュー] Betrayal, Distrust, and Rationality: Smart Counter-Collusion Contracts for Verifiable Cloud Computing

Changyu Dong, Yilei Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2017

Cryptography and Data Security参考文献 27被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、検証可能なクラウドコンピューティングにおける2つのクラウドプロバイダー間の共謀を防ぐために、ゲーム理論を活用したスマートコントラクトベースのフレームワークを提案する。合理的なクラウドが財務的ペナルティとインセンティブによって誠実に行動するよう誘導することで、最小限のコストで結果の相互検証により正しさを保証し、高価な暗号プロトコルを回避する。

ABSTRACT

Cloud computing has become an irreversible trend. Together comes the pressing need for verifiability, to assure the client the correctness of computation outsourced to the cloud. Existing verifiable computation techniques all have a high overhead, thus if being deployed in the clouds, would render cloud computing more expensive than the on-premises counterpart. To achieve verifiability at a reasonable cost, we leverage game theory and propose a smart contract based solution. In a nutshell, a client lets two clouds compute the same task, and uses smart contracts to stimulate tension, betrayal and distrust between the clouds, so that rational clouds will not collude and cheat. In the absence of collusion, verification of correctness can be done easily by crosschecking the results from the two clouds. We provide a formal analysis of the games induced by the contracts, and prove that the contracts will be effective under certain reasonable assumptions. By resorting to game theory and smart contracts, we are able to avoid heavy cryptographic protocols. The client only needs to pay two clouds to compute in the clear, and a small transaction fee to use the smart contracts. We also conducted a feasibility study that involves implementing the contracts in Solidity and running them on the official Ethereum network.

研究の動機と目的

• クラウドコンピューティングにおける既存の検証計算技術の高コストを解決すること。
• 重い暗号プロトコルに依存せずに、費用効果の高い正しさの検証を可能にすること。
• 経済的インセンティブとディスインセンティブを通じて、2つのクラウドプロバイダー間の共謀を防ぐこと。
• オンプレミス計算と同等のコストで信頼性を維持できる実用的でスケーラブルなソリューションを設計すること。
• Ethereumブロックチェーンを用いてSolidityで実装することで、実現可能性を示すこと。

提案手法

• クライアントは同じ計算を2つの独立したクラウドプロバイダーにアウトソーシングする。
• スマートコントラクトを用いて、2つのクラウド間のゲーム理論的インcentive構造を構築する。
• クラウドが異なる結果を出力した場合、ペナルティが科され、共謀を抑制する。
• 誠実な行動は報酬され、共謀するクラウドは預け金を失うリスクを負う。
• 共謀が発生しない場合に限り、結果の相互検証により正しさを検証する。
• コントラクトはSolidityで実装され、実世界の検証のためEthereumメインネットにデプロイされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 検証可能なクラウドコンピューティングにおける2つの合理的なクラウドプロバイダー間の共謀を、ゲーム理論的手法が効果的に防げるか。
• RQ2 スマートコントラクトを用いて、クラウドプロバイダーにとって誠実な行動が支配戦略となるような経済的インセンティブを構築できるか。
• RQ3 暗号的オーバーヘッドを伴わず、オンプレミス計算と同等のコストで検証計算を実現できるか。
• RQ4 金融的および契約的メカニズムのみを用いて、信頼できない当事者間で信頼を確立できるか。
• RQ5 このようなシステムをEthereumのような実際のブロックチェーン環境にデプロイ可能か。

主な発見

• 提示されたスマートコントラクトメカニズムは、現実的な仮定のもとで共謀を効果的に抑制し、誠実な行動がナッシュ均衡となることを示した。
• 検証コストは、単一クラウド計算コストの約2倍にまで低減され、従来のレプリケーションベースのアプローチの3倍コストを回避した。
• 従来の検証計算プロトコルで見られる10^3から10^9倍の暗号的オーバーヘッドを回避した。
• コントラクトはEthereumメインネットに正常に実装・デプロイされ、実世界での実現可能性が実証された。
• 経済的インcentiveによって共謀が防止された場合、結果の相互検証により強い正しさ保証が達成された。
• このフレームワークは拡張可能であり、電子投票や分散型計算などの他の分野における共謀防止にも応用可能である。