[論文レビュー] Deterministic Proof Of Work.

Zhuan Cheng, Gang Wu+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2018

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、マップリダクスPoWと実用的Byzantine Fault Tolerance（PBFT）を組み合わせることで、即時取引確認、高いスケーラビリティ、強力な整合性を実現しながらも分散性を損なわないハイブリッドコンセンサスプロトコル「決定的PoW（DPoW）」を提案する。このプロトコルは、決定的マイニングとByzantine Fault Toleranceにより、フォークの防止と二重支出攻撃に対する耐性を実現する。

ABSTRACT

The Decentralized-Consistent-Scale (DCS) Triangle defines three dimensions that illustrate the tradeoffs of the blockchain consensus mechanism. In this paper, we propose a new hybrid consensus protocol, called Deterministic Proof of Work (DPoW), which can reach high levels of scalability and consistency without significant reduction to decentralization. Our protocol introduces a Map-reduce PoW mining algorithm to perform alongside Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) verification, which together allow for transactions to be confirmed immediately, largely improving scalability. In addition, the protocol is designed such that forking cannot occur, ensuring strong consistency and security against a multitude of attacks. The Map-reduce PoW mining process ensures that no single entity can control the network, guaranteeing decentralization. We analyzed the security of our protocol by evaluating the possibility of double spending attacks, and furthermore, conducted experiments which demonstrate our claims.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンシステムにおけるDCSトライアングルで定義されたスケーラビリティ－コンセンサス－分散性のトレードオフを解決すること。
• ネットワークの分散性を損なわず、高いスケーラビリティと強力な整合性を達成するコンセンサスメカニズムを設計すること。
• フォークの防止と、ブロックチェーンネットワークにおける二重支出攻撃に対するセキュリティ強化を実現すること。
• ハイブリッドマイニングおよび検証アーキテクチャを通じて、即時取引確認を可能にすること。

提案手法

• 複数のノードに分散されたマイニング作業を可能にするマップリダクスPoWマイニングアルゴリズムを導入し、並列処理とスケーラビリティを向上させる。
• マップリダクスPoWとPBFTを統合して取引検証を実施し、最終的かつ整合性のある結果を保証する。
• 決定的マイニングを用いることでフォークを防止し、一貫性のあるブロックチェーン状態を維持する。
• ネットワークを支配できる単一のエンティティが存在しないようにプロトコルを設計し、分散性を維持する。
• マイニング後にPBFTを用いて取引を検証することで、フォールトトレランスとByzantine障害に対するセキュリティを確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッドコンセンサスプロトコルは、分散性を維持しながら高いスケーラビリティと強力な整合性を達成できるか？
• RQ2 決定的マイニングとPBFTを用いることで、ブロックチェーンシステムにおけるフォークをどのように排除できるか？
• RQ3 提案されたプロトコル設計下で、二重支出攻撃に対する耐性はどの程度か？
• RQ4 マップリダクスPoWマイニングは、セキュリティを損なわず、より迅速な取引確認を可能にするか？

主な発見

• DPoWプロトコルは、マップリダクスPoWとPBFT検証の統合により、即時取引確認を実現する。
• マイニングプロセスの決定的性質によりフォークが防止され、強力な整合性が保証される。
• マイニング作業を分散させることで、特定のエンティティがネットワークを支配できないようにし、分散性を維持する。
• セキュリティ分析により、提案されたプロトコル設計下で二重支出攻撃に対して耐性があることが確認された。