[論文レビュー] Cobalt: BFT Governance in Open Networks

Ethan MacBrough|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2018

Distributed systems and fault tolerance参考文献 13被引用数 14

ひとこと要約

コバルトは、参加者についてのグローバルな合意がなく、非均一な信頼関係がある状況下でも、任意の非同期状態と最大の故障に耐えながらも前向きな進捗を保証する、オープンで分散型ネットワーク向けの新規アトミックブロードキャストプロトコルである。UNLの重複率を>90%から>60%に低減することで、より安全で柔軟な分散化を実現するとともに、民主的で検閲に強いメカニズムにより、ライブネスと一貫性を保証する。

ABSTRACT

We present Cobalt, a novel atomic broadcast algorithm that works in networks with non-uniform trust and no global agreement on participants, and is probabilistically guaranteed to make forward progress even in the presence of maximal faults and arbitrary asynchrony. The exact properties that Cobalt satisfies makes it particularly applicable to designing an efficient decentralized "voting network" that allows a public, open-entry group of nodes to agree on changes to some shared set of rules in a fair and consistent manner while tolerating some trusted nodes and arbitrarily many untrusted nodes behaving maliciously. We also define a new set of properties which must be satisfied by any safe decentralized governance algorithm, and all of which Cobalt satisfies.

研究の動機と目的

• 参加者についてのグローバルな合意が不要な状況下でも、安全で分散型のガバナンスを実現するコンセンサスプロトコルの設計。
• 一貫性とライブネスを維持しつつ、ユニークノードリスト（UNL）間の重複率を>90%から>60%に低減すること。
• 任意の非同期状態と最大の故障耐性下でも前向きな進捗を保証し、従来のプロトコルで見られたネットワークの停止を回避すること。
• ガバナンスと取引検証を分離し、コバルトは取引のコンセンサスではなく、ルール変更（例：修正案）の提案のみに使用すること。
• オープンネットワークにおける分散型ガバナンスに適した、安全かつライブネスに関する新しい性質の定義と満たし方。

提案手法

• コバルトは、民主的で信頼性の高いブロードキャスト（DRBC）プリミティブに基づいた、変更を加えたアトミックブロードキャストプロトコル（DABC）を用い、すべての誠実なノードが同じ入力を最終的に合意することを保証する。
• 2段階のプロトコルを導入する：まず、ノードが入力の有効性を検証するためのチェックをブロードキャストする。次に、複数値Byzantine合意（MVBA）プロトコルを用いて入力について合意に至る。
• DRBC-Censorship-ResilienceおよびMVBA-Terminationによるライブネスの強制により、悪意あるネットワークスケジューリング下でも進捗が保証される。
• ローカル一貫性条件を導入：2つの誠実なノードが60%以上のUNL重複率を持つ場合、他のノードの重複率に関わらず、一貫性のない状態に到達することは不可能である。
• 必須サブセットすべてが修正案を承認するまで進行をブロックする「ウェイティングプロトコル」を用い、安全性を確保する。
• すべての必要な入力が受信され、合意が目前に迫っていることをノードが検出できるよう、フル・ナレッジ性質を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 参加者についてのグローバルな合意がなく、非均一な信頼関係があるオープンネットワークにおいて、コンセンサスプロトコルがライブネスと一貫性を達成できるか。
• RQ2 最大の故障下においても一貫性を保証し、ネットワークの停止を防ぐために必要な最小のUNL重複率の閾値は何か。
• RQ3 分散型ガバナンスシステムは、任意の非同期状態と悪意あるネットワーク行動下でも前向きな進捗を保証できるか。
• RQ4 民主的入力選択とByzantine合意を組み合わせることで、検閲に強く、スケーラブルなガバナンスメカニズムを構築できるか。
• RQ5 安全な分散型ガバナンスアルゴリズムに必要な性質は何か。それらは形式的に検証可能か。

主な発見

• コバルトは、一貫性のためのUNL重複率要件を>90%から>60%に低減し、分散化の柔軟性を著しく向上させた。
• 任意の非同期状態と最大の故障耐性下でも、確率1で前向きな進捗が保証され、従来のシステムで見られたネットワークの停止を回避する。
• DRBCの信頼性とMVBAの終了性の組み合わせにより、部分的に隔離されたノードが存在する状況下でも、線形化可能性と合意が保証される。
• フル・ナレッジ性質を満たしており、ノードが合意が目前に迫っていることを検出でき、不要な待機を回避できる。
• コバルトの民主的アトミックブロードキャストメカニズムにより、誠実なノードの十分なクォーラムが支持する入力のみが承認され、検閲が防止される。
• オープンネットワークモデル下で、すべての安全およびライブネス性質が正式に証明されており、論文の定理と補題により、安全かつライブであることが示されている。