[論文レビュー] Efficient Logging for Blockchain Applications

Christopher Klinkmüller, Ingo Weber+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2020

Software System Performance and Reliability参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、Ethereumスマートコントラクトにおけるコスト効率の高いログ記録を可能にし、ブロックチェーンデータをCSV、XES、テキストなどの標準フォーマットに効率的に抽出できる、設定可能なオープンソース・システム「Ethereum Logging Framework（ELF）」を紹介する。ELFは宣言的マニフェストを用いて静的およびリアルタイムのログ分析を可能にし、ソースコードにアクセスせずにログコードの生成と構造化されたデータの抽出が可能である。これは、ネットワーク監視、予測市場、ゲーム分析を含む3つの実世界の事例を通じて実証された。

ABSTRACT

Second generation blockchain platforms, like Ethereum, can store arbitrary data and execute user-defined smart contracts. Due to the shared nature of blockchains, understanding the usage of blockchain-based applications and the underlying network is crucial. Although log analysis is a well-established means, data extraction from blockchain platforms can be highly inconvenient and slow, not least due to the absence of logging libraries. To close the gap, we here introduce the Ethereum Logging Framework (ELF) which is highly configurable and available as open source. ELF supports users (i) in generating cost-efficient logging code readily embeddable into smart contracts and (ii) in extracting log analysis data into common formats regardless of whether the code generation has been used during development. We provide an overview of and rationale for the framework's features, outline implementation details, and demonstrate ELF's versatility based on three case studies from the public Ethereum blockchain.

研究の動機と目的

• Ethereum用に専用のログライブラリが不足していることにより、分散型アプリケーション（dApps）の効果的な監視と分析が妨げられている問題に対処すること。
• 開発者がスマートコントラクトに直接埋め込めるコスト効率の高いログコードを生成できるようにすることにより、ガスのオーバーヘッドを低減すること。
• 開発段階でログが使用されていなくても、ログの記録の有無にかかわらず、標準フォーマットに変換・抽出できる柔軟で宣言的なフレームワークを提供すること。
• バッチ処理とストリーミング処理の両方をサポートし、パブリックおよびプライベートのEthereumブロックチェーンにおけるリアルタイム監視と履歴分析を可能にすること。
• ネットワーク統計、予測市場、dAppライフサイクル追跡を含む実世界の事例を通じて、フレームワークの汎用性を実証すること。

提案手法

• フレームワークは宣言的マニフェストファイルを用い、抽出するEthereumデータ、変換方法、エクスポートするフォーマットを指定することで、低レベルの実装詳細を抽象化する。
• マニフェストはANTLR4とカスタムルールを用いて構文的および意味的検証が行われ、処理前に正しさが保証される。
• エクストラクタコンponentはWeb3j経由でEthereumのJSON-RPC APIにアクセスし、ノードからデータを取得し、変換を適用した後、CSV、テキスト、XESなどのターゲットフォーマットにエクスポートする。
• ジェネレータコンponentはマニフェストから最適化されたログコードを導出する。これにより、開発者は効率的なログをスマートコントラクトに直接埋め込むことができる。
• フレームワークは2つのモードをサポートする：バッチ（履歴データの一回限りのエクスポート）とストリーミング（ブロックごとの継続的エクスポート。PoWチェーンではリオーガナイズによる上書きが発生する可能性あり）。
• 実装はJava 13で行われ、XESエクスポートにはOpenXESが、CSV/テキストには標準ライブラリが使用され、互換性とパフォーマンスを確保している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 開発者はどのようにして、Ethereum上でアプリケーション監視と分析を支援する低コストのログ記録をスマートコントラクトに効率的に実装できるか？
• RQ2 スマートコントラクトのソースコードにアクセスせずに、Ethereumの生のブロックチェーンデータから構造的で分析可能なデータを抽出するためのメカニズムは何か？
• RQ3 一般的なフレームワークは、金融システム、ゲーム、予測市場を含むさまざまな種類のdAppsに対して、多様なログ記録および分析ワークロードをどのようにサポートできるか？
• RQ4 カスタム実装と比較して、宣言的で設定駆動のアプローチによるブロックチェーンログ抽出のパフォーマンスおよびスケーラビリティ特性はどのようなものか？
• RQ5 このようなフレームワークは、バッチ処理およびストリーミングモードを通じて、ブロックチェーン活動のリアルタイム監視と履歴分析をどの程度可能にするか？

主な発見

• ELFは宣言的マニフェストを用いることで、スマートコントラクト向けにコスト効率の高いログコードの生成を可能にし、ガスのオーバーヘッドを低減し、デプロイの容易性を向上させる。
• フレームワークは、ソースコードにアクセスせずに、Ethereumノードから複数の標準フォーマット（CSV、テキスト、XES）への選択的かつ設定可能なデータ抽出をサポートする。
• ELFのストリーミングモードにより、ニアリアルタイムのログ分析が可能であるが、PoWチェーンではブロック再組織化のため、上書きが発生する可能性がある。
• フレームワークは3つの実世界の事例に成功裏に適用された：Ethereumネットワーク統計の監視（14行のマニフェスト）、Augur予測市場におけるコントラクトレジスタ更新の追跡（234行のマニフェスト）、CryptoKittiesのライフサイクル分析（60行のマニフェスト）。
• CryptoKittiesの事例では、特定のブロック範囲内で生まれたネコに絞ってフィルタリングすることで、BloXESなどの従来ツールでは不可能だったノイズのないXESログ抽出が可能になった。
• フレームワークの設計により技術的独立性が確保されており、標準化されたEthereum JSON-RPC APIに依存するため、任意の準拠ノードクライアントおよびブロックチェーンネットワークと互換性がある。