[論文レビュー] Bitcoin and Decentralized Trust Protocols

Ricardo Pérez-Marco|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2016

Cryptography and Data Security参考文献 5被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、公開の暗号化ブロックチェーンとプルーフ・オブ・ワーク合意形成を用いて二重払い問題を解決する分散型で信頼不要の電子通貨プロトコルとしてのビットコインを提示する。中央集権的な仲介者に依存せず、数学的検証によって分散型信頼の新しいパラダイムを確立する。

ABSTRACT

Bitcoin is the first decentralized peer-to-peer (P2P) electronic currency. It was created in November 2008 by Satoshi Nakamoto. Nakamoto released the first implementation of the protocol in an open source client software and the genesis of bitcoins began on January 9th 2009. The Bitcoin protocol is based on clever ideas which solve a form of the Byzantine Generals Problem and sets the foundation for Decentralized Trust Protocols. Still in its infancy, the currency and the protocol have the potential to disrupt the international financial system and other sectors where business is based on trusted third parties. The security of the bitcoin protocol relies on strong cryptography and one way hashing algorithms.

研究の動機と目的

• 分散型デジタル通貨における二重払い問題の解決策としてビットコインを分析すること。
• 暗号化ハッシュ関数と公開台帳を活用することで、中央機関に依存せずに信頼を実現する仕組みを説明すること。
• 物理的または制度的裏付けではなく、数学的希少性に基づく「電子ゴールド」としてのビットコインの位置づけを提示すること。
• 分散型信頼プロトコルが金融制度、金融政策、未銀行口座層に与える影響を検討すること。
• ビザンチン将軍問題をコアモデルとして用いることで、分散型信頼プロトコルの理論的・実践的基盤を確立すること。

提案手法

• 分散型で敵対的な環境における合意形成の形式的モデルとして、ビザンチン将軍問題を用いる。
• 改ざんが容易に判明するように、SHA-256 などの暗号化ハッシュ関数を用いてブロックを連結し、取引の不変性を保証する。
• 計算作業を要するプルーフ・オブ・ワークを導入することで、ブロックの追加に計算的労力を要求し、悪意ある行動を抑制する。
• すべての参加者が検証可能な、公開で追加可能な台帳（ブロックチェーン）に依存する。
• ブロック報酬と手数料による分散型インcentiveメカニズムを導入し、ネットワーク参加を維持する。
• コペルニクス＝グレシャムの法則を適用して、マネーの動態を分析し、四半期ごとの報酬半減イベントを通じてビットコインのデフレーション設計を正当化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できる第三者が存在しない分散型デジタル通貨は、どのように二重払いを防ぐことができるか？
• RQ2 信頼不要で敵対的なピアツーピアネットワークにおいて、どのようなメカニズムが合意形成を可能にするか？
• RQ3 ビットコインの設計は、法定通貨と比較して、希少性とインフレ抵抗性をどのように確保しているか？
• RQ4 分散型信頼プロトコルは、どのように従来の金融制度や中央集権的通貨機関を変革する可能性があるか？
• RQ5 数学的に保護された分散型通貨が長期的に及ぼす経済的・社会的影響は何か？

主な発見

• ビットコインは、分散型ノードネットワークが管理する公開で暗号化されたブロックチェーンを通じて、二重払い問題を効果的に解決している。
• プロトコルのセキュリティは計算作業（プルーフ・オブ・ワーク）に依存しており、攻撃者が過去の取引を改ざんすることは現実的に不可能である。
• ブロックチェーンは改ざん不能で公開検証可能な設計となっており、中央監視がなくても透明性と信頼性を確保する。
• 四半期ごとの報酬半減イベントにより、ブロック報酬が毎年50％ずつ減少し、デフレーション傾向の通貨供給が実現される。2016年時点で予想されるインフレ率は4％に達する。
• 2015年末時点で約1,500万ビットコインが流通しており、時価総額は約60億ユーロに達し、世界的な採用が進んだ場合、1コインあたり10万ユーロ以上という投機的潜在価値を持つ可能性がある。
• スマートフォンベースのウォレットを介してmPesaなどのモバイル決済システムと統合することで、ビットコインは未銀行口座層への金融包摂を可能にする。