[論文レビュー] Enabling Cross-chain Transactions: A Decentralized Cryptocurrency Exchange Protocol

Hangyu Tian, Kaiping Xue+4 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、Ethereumスマートコントラクトを用いて、中央集権的な交換所に依存せずに、異なる暗号資産間で信頼なしで安全に取引を可能にする分散型のクロスクリプトコイン交換プロトコルを提案する。不正な検証者から成るマルチパーティ委員会と、ユーザーごとの取引を統合することで、実行時間コストが低くかつ予測可能となり、ユーザー数にのみ比例してスケーリングする。Ethereumテストネット上での実装により、実現可能性が示された。

ABSTRACT

Inspired by Bitcoin, many different kinds of cryptocurrencies based on blockchain technology have turned up on the market. Due to the special structure of the blockchain, it has been deemed impossible to directly trade between traditional currencies and cryptocurrencies or between different types of cryptocurrencies. Generally, trading between different currencies is conducted through a centralized third-party platform. However, it has the problem of a single point of failure, which is vulnerable to attacks and thus affects the security of the transactions. In this paper, we propose a distributed cryptocurrency trading scheme to solve the problem of centralized exchanges, which can achieve trading between different types of cryptocurrencies. Our scheme is implemented with smart contracts on the Ethereum blockchain and deployed on the Ethereum test network. We not only implement transactions between individual users, but also allow transactions between multiple users. The experimental result proves that the cost of our scheme is acceptable.

研究の動機と目的

• 中央集権的な暗号資産取引所に内在する単一障害点とセキュリティリスクを解消すること。
• 信頼できる第三者に依存せずに、異なる暗号資産間で信頼なしの分散型取引を可能にすること。
• 個々のユーザーおよび複数ユーザーの取引を効率的にサポートするスマートコントラクトベースのシステムを設計すること。
• 現実世界の条件下でも、安全でプライベートかつスケーラブルな取引検証を保証すること。
• Ethereumテストネット上でのプロトコルのパフォーランスとコストを評価すること。

提案手法

• プロトコルは、異なる暗号資産間のクロスチェーン取引を管理するためにEthereumスマートコントラクトを用い、エーテルを異なる暗号資産間の流動性ブリッジとして使用する。
• 信頼できない検証者から成る委員会が取引を検証することで、特定の参加者に信頼を置かずに正しさを保証する。
• 同じユーザーからの複数の取引を1つのコントラクト呼び出しに統合することで、オーバーヘッドを低減し、スループットを向上させる。
• 2段階プロトコル（準備段階：取引データの収集、検証段階：委員会ベースの検証）を採用し、正しさとセキュリティを確保する。
• 実装とデプロイをEthereumテストネット上で実施し、現実世界のパフォーランスとガスコストを評価する。
• パフォーマンスはコントラクト実行時間とガスコストで測定され、ユーザー数と取引数の変動に応じたメトリクスが収集された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ethereumスマートコントラクト上で、中央集権的仲介者に依存しない分散型取引所プロトコルを構築可能か？
• RQ2 マルチパーティ型クロスクリプトコイン取引において、取引検証コストはユーザー数と取引数にどのようにスケーリングするか？
• RQ3 信頼できない検証者から成る委員会が、セキュリティやプライバシーを損なわずにクロスクリプトコイン取引を信頼性高く検証可能か？
• RQ4 現実の負荷条件下で、このようなプロトコルの実行時間とガスコストは実際にどの程度か？
• RQ5 取引の統合は、個別処理と比較して、著しくオーバーヘッドを低減できるか？

主な発見

• 取引の統合により、コントラクト実行時間はユーザー数にのみ比例し、ユーザーあたりの取引数には依存しない。
• 100人の委員会メンバーを含んでも検証フェーズの実行時間は1秒未満であり、ブロックチェーンの承認時間に比べて無視できるほど短い。
• 準備フェーズの実行時間は、1人の支払者に対する受取人数に比例して増加するが、独立したノード間での並列実行により効率的である。
• 1人の支払者と受取人間の取引数に関わらず、検証の時間コストは変化しない。これは、複数の取引が1つの操作に統合されるためである。
• スループットは高く、オーバーヘッドは低く抑えられ、パフォーマンスはユーザーあたりの取引量に依存しないため、スケーラビリティが確認された。
• Ethereumテストネット上での実装により、運用コストが妥当であり、実世界への展開に適していることが確認された。