[論文レビュー] Bitcoin Cooperative Proof-of-Stake

Stephen L. Reed|arXiv (Cornell University)|May 22, 2014

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、改ざん顕在性のあるログと信頼されたバックボーンノードのネットワークを用いて、1秒未満の取引処理を可能にする、Bitcoinのハードフォーク再構成を提案する。このシステムは、Bitcoinのコアな不変性を維持しながら、低い取引コスト、迅速な承認、ステーキング参加者への配当支払いを可能にするスケーラブルで企業向けのインfraストラクチャを提供する。

ABSTRACT

A hard-fork reconfiguration of the peer to peer Bitcoin network is described that substitutes tamper-evident logs and proof-of-stake consensus for proof-of-work consensus. The block creation rewards and transaction fees are reallocated to establish and staff a secure financial data network capable of handling the world's transactions with subsecond response time. The new system pays dividends to stake-offering bitcoin holders. In contrast to Satoshi Nakamoto's mesh network consisting of competing peers, this system uses an enterprise class network that is efficient, robust, and scalable, consisting of cooperating peers. The network backbone nodes host trustless nomadic agents. Thousands of distributed full nodes are paid to replicate a singleton blockchain built upon every 10 minutes by a nomadic mint agent whose actions are verified by its peers. This arrangement enables immediate acknowledgment to an issuing node that its transaction has been accepted. Less effort means that subsidized transaction costs will be lower. Network reconfiguration enables the processing of numerous microtransactions. Stake-weighted distributed consensus is achieved when necessary with less than one-half arbitrarily faulty nodes. Important invariants of the Satoshi Social Contract between core developers and users are maintained: The reward schedule, the blockchain format, the fixed number of bitcoins, and the decentralized, trustless protocol are untouched. The system remains a global distributed database, with additions to the database by consent of the majority, based on a set of transparent rules they follow.

研究の動機と目的

• 分散性と信頼性の欠如を維持したまま、スケーラビリティ、速度、コスト効率を向上させるためにBitcoinのコンSENSUSメカニズムを再設計すること。
• エネルギー消費を低減しネットワーク効率を向上させるために、プルーフ・オブ・ワークを協調的プルーフ・オブ・ステークモデルに置き換えること。
• バックボーンノードとネオンタルエージェントのネットワークを用いて、即時の取引承認とマイクロトランザクションのサポートを可能にすること。
• 固定供給の2100万BTCとブロックチェーン形式といった、元のBitcoinプロトコルの重要な不変性を維持すること。
• 低遅延確認を可能にする、グローバルな取引量を処理できる、セキュアでスケーラブルな金融データネットワークを構築すること。

提案手法

• ピアツーピアのプルーフ・オブ・ワークネットワークを、信頼できるノードが参加する協調的で企業向けのバックボーンノードネットワークに置き換える。
• 10分ごとに新しいブロックを生成するネオンタル・ミントエージェントを導入し、そのブロックはピアによって検証され、シングルトンブロックチェーンを維持する。
• 改ざん顕在性のあるログを用いて、分散型フルノード間でのブロックチェーン状態の監査可能性と整合性を保証する。
• ブロック報酬と取引手数料を、自身のビットコインをステーキングする参加者に再分配することで、配当ベースのインcentiveモデルを構築する。
• ステーキング重み付きコンセンサスを採用し、半数未満のノードが任意の障害を示してもコンセンサスが達成可能である。
• 元のBitcoinプロトコルのルール、特に固定発行スケジュールと分散型の信頼性のないアーキテクチャを維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散性を損なわずに、1秒未満の取引承認を達成するには、Bitcoinのコンセンサスメカニズムをどのように再構成すればよいか？
• RQ2 プルーフ・オブ・ワークを協調的でプルーフ・オブ・ステークモデルに置き換えるにあたり、コアプロトコルの不変性を維持するにはどのようなアーキテクチャ的変更が必要か？
• RQ3 信頼されたノードのバックボーンとネオンタルエージェントを用いて、信頼性の欠如を損なわずに、スケーラブルで低遅延の金融ネットワークを構築できるか？
• RQ4 ステーキングベースの報酬モデルにより、取引手数料を補助しコストを削減することは可能か？
• RQ5 敵対的状況下において、協調的プルーフ・オブ・ステークシステムで達成可能な故障耐性の水準はどの程度か？

主な発見

• 提言されたシステムは、協調的バックボーンノードネットワークとネオンタルエージェントを介して、取引の即時の承認を可能にする。
• 計算負荷の低減とネットワーク運用の補助により、取引コストが著しく低下すると予想される。
• システムは元のBitcoinブロックチェーン形式、2100万BTCの固定供給、発行スケジュールを維持しており、コアプロトコルの不変性が保たれている。
• ステーキング重み付きコンセンサスにより、ノードの半数未満が障害を示しても、ネットワークの可用性と一貫性が保証される。
• バックボーンネットワークはグローバルな取引処理をサブセカンドの応答時間でサポートし、高頻度のマイクロトランザクション処理を可能にする。
• フルノードは配当支払いによってインcentiveを受け、ブロックチェーンの長期的整合性と参加を確保する。