[論文レビュー] Blockchain Inefficiency in the Bitcoin Peers Network

Giuseppe Pappalardo, Tiziana Di Matteo+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本研究は7日間のBitcoinネットワークダイナミクスを分析し、1時間後には43%の取引がブロックチェーンに記録されておらず、30日後には20%が記録されていないことを明らかにした。これは、システム全体の非効率性を示している。低額取引が遅延の主因である一方で、取引総額の93%が3時間以内に記録されていることから、ブロックサイズの制限ではなく、マイナーが取引の記録を優先するインセンティブが弱いために問題が生じていると考えられる。

ABSTRACT

We investigate Bitcoin network monitoring the dynamics of blocks and transactions. We unveil that 43\% of the transactions are still not included in the Blockchain after 1h from the first time they were seen in the network and 20\% of the transactions are still not included in the Blockchain after 30 days, revealing therefore great inefficiency in the Bitcoin system. However, we observe that most of these `forgotten' transactions have low values and in terms of transferred value the system is less inefficient with 93\% of the transactions value being included into the Blockchain within 3h. The fact that a sizeable fraction of transactions is not processed timely casts serious doubts on the usability of the Bitcoin Blockchain for reliable time-stamping purposes and calls for a debate about the right systems of incentives which a peer-to-peer unintermediated system should introduce to promote efficient transaction recording.

研究の動機と目的

• リアルタイムのネットワークダイナミクスをモニタリングすることで、Bitcoinブロックチェーンにおける取引記録の効率性を調査すること。
• 取引遅延がネットワーク混雑、ブロックサイズ制限、それともインcentive構造の欠陥に起因するかを特定すること。
• 取引価値と手数料がブロックチェーン内での含められ遅延に与える影響を評価すること。
• 観察された非効率性を踏まえて、Bitcoinが信頼できるタイムスタンピングシステムとして利用可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 著者らは2016年5月に7.5日間、Bitcoinピアツーピアネットワークのトラフィックをモニタリングし、取引の伝搬とブロックへの含め方を追跡した。
• 1,820,212件の取引について、ネットワークに最初に現れてから、有効なブロックチェーンブロックに最終的に含められるまでの時間を記録した。
• 時間単位（秒）およびブロック単位の取引含め遅延を分析し、経験的分布を指数関数的減衰モデルと比較した。
• 時間経過に伴う取引の累積割合および総取引価値の含められ具合を、取引価値と手数料別に分析した。
• 統計的分析により、特に低額取引と高額取引の間の遅延分布の違いを比較した。
• 手数料が含め速度に与える影響を評価し、観察された異常事項と対比した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1時間後および30日後には、Bitcoin取引の何パーセントがブロックチェーンに記録されていないか？
• RQ2 取引価値は、ブロックチェーンへの適切なタイミングでの含められやすさにどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 手数料と含め遅延の相関関係は何か？また、手数料はマイナーに対する効果的なインセンティブとして機能しているか？
• RQ4 観察された取引記録の非効率性は、ネットワーク混雑やブロックサイズ制限に起因するのか、それともインcentive設計の欠陥に起因するのか？
• RQ5 遅延または記録されていない取引の割合が著しく高い状況を踏まえると、Bitcoinは信頼できるタイムスタンピングに適していると言えるか？

主な発見

• ネットワークに最初に現れてから1時間経過しても、43%の取引がブロックチェーンに含められていない。
• 30日後までに20%の取引が依然として記録されておらず、取引記録における深刻な非効率性を示している。
• 個々の取引の遅延率が高水準である一方で、取引総額の93%が3時間以内にブロックチェーンに含められている。
• 遅延が生じやすい取引の大多数は低額であり、遅延分布の末尾は主に小額取引によって占められている。
• 手数料と含め速度との間に明確な相関は見られず、高額手数料の取引でさえ遅延するケースや、低額手数料の取引が速やかに処理されるケースもあった。
• 非効率性はネットワークの過負荷やブロックサイズ制限に起因するものではなく、平均ブロック使用量は0.8MBにとどまり、3%のブロックのみが0.99MBを超えていた。