[論文レビュー] Delayed Blockchain Protocols

Drew Stone|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、証明書の不正利用によるペナルティを模倣するための遅延報酬メカニズムを、プルーフ・オブ・ワークブロックチェーンに提案する。このメカニズムは、不正なマイナーを遅延報酬によって罰するための詐欺証明を用いる。将来的な報酬を長期的な誠実な参加に結びつけることで、正直なマイナーの報酬を変更せずに、二重支出攻撃を抑止する部分ゲーム完全なナッシュ均衡を創出する。

ABSTRACT

Given the parallels between game theory and consensus, it makes sense to intelligently design blockchain or DAG protocols with an incentive-compatible-first mentality. To that end, we propose a new blockchain or DAG protocol enhancement based on delayed rewards. We devise a new method for imposing slashing conditions on miner behavior, using their delayed rewards as stake in a Proof of Work system. Using fraud proofs, we can slash malicious miner behavior and reward long-lived, honest behavior.

研究の動機と目的

• ゲーム理論を用いてインcentive構造を再考することで、既存のブロックチェーンプロトコルのセキュリティおよびスケーラビリティの制限を克服すること。
• プルーフ・オブ・ステークへの移行を必要とせずに、プルーフ・オブ・ワークシステムにおける長期的で誠実なマイニング行動を強制するメカニズムを設計すること。
• ステークベースのペナルティを模倣する遅延報酬を用いたスラッシュ条件を創出することで、結束や悪意ある行動を抑止すること。
• 二重支出に対して、報酬を再投資し、罰後に追加のプルーフ・オブ・ワークを完了させる必要があることにより、コストを増加させる枠組みを形式化すること。
• プロトコル設計者がパラメータ（k, d, γ）を調整することで、攻撃コストと正直な報酬のバランスを保ち、長期的なシステム安定性を確保できること。

提案手法

• 報酬をkラウンド遅延させ、γで指数関数的に減衰させる(k,d,γ)-遅延プロトコルを導入し、短期間のマイナーを罰する。
• 報酬の遅延メカニズムを用い、マイナーがペナルティを受けた後、d回の追加のプルーフ・オブ・ワークを完了するまで報酬を得られないようにする。
• 詐欺証明を用いて二重支出の試みを検出し、正当化し、将来的な報酬のスラッシュを引き起こす。
• 割引された効用を用いた部分ゲーム完全ナッシュ均衡分析により、特定のパラメータ条件下で正直な行動が優位になることを示す。
• 将来的な報酬がe^{-γ*k}として減衰する報酬減衰関数を定義し、γを調整することで一時的または結束したマイナーを罰する。
• タイムロックトランザクションと、マイナーのアイデンティティを追跡するためのグローバルな公開鍵リスト（pks^(t)）を含むようにマイニングプロトコルを拡張し、遅延報酬ルールを強制する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プルーフ・オブ・ワークブロックチェーンにおける遅延報酬メカニズムは、結束や二重支出を抑止するk-レジリエントな部分ゲーム完全ナッシュ均衡を実現できるか？
• RQ2 遅延報酬と詐欺証明を統合することで、基盤となるコンSENSUSメカニズムを変更せずに、ステークベースのスラッシュを模倣できるか？
• RQ3 二重支出を非効率にするために必要なパラメータ設定（k, d, γ）は何か？ また、正直で長期的なマイナーのインセンティブを維持しつつ、攻撃を非効率にするには？
• RQ4 γによる将来的な報酬の指数関数的減衰は、攻撃の利益性と均衡の安定性にどのように影響するか？
• RQ5 既存のブロックチェーンプリミティブ（タイムロックトランザクションや公開鍵トラッキング）を用いて、(k,d,γ)-遅延プロトコルを実装できるか？

主な発見

• (k,d,γ)-遅延プロトコルでは、再参加の期待コスト（d回のプルーフ・オブ・ワーク）と報酬の減衰（γ）が攻撃の利益を上回る場合、二重支出が非効率になる。
• 二重支出攻撃が利益をもたらす条件はε = O(k * δ^k * e^{-γ*k})であり、dやγを増加させることで攻撃の利益性が低下する。
• 正直なマイナーは、スタートアップのプルーフ・オブ・ワークを一度だけ完了すればよいが、悪意あるマイナーはブラックリスト入り後に繰り返しコストを負担するため、このプロトコルにより利益を得る。
• 割引された効用が正直な行動のものより高い場合に部分ゲーム完全均衡が達成され、δ、α、β、kを含む不等式で形式化される。
• γによる報酬減衰は、パラメータ化可能であり、長期的で信頼性の高いマイナーを優遇し、短期的または結束したマイナーを罰することができる。
• タイムロックトランザクションやグローバルな公開鍵トラッキング（pks^(t)）といった既存のブロックチェーンプリミティブを用いて、後方互換性のある展開が可能である。