[論文レビュー] Enhancing Accountability and Trust in Distributed Ledgers

Maurice Herlihy, Mark Moir|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2016

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 14被引用数 19

ひとこと要約

本稿は、非決定的選択を最小限に抑え、操作の事後検出を可能にする設計原則およびメカニズムを提案することで、許可型分散台帳における責任性と公平性を向上させることを目的としている。Tendermintベースのシステムにおいて、決定論的順序付けルール、監査可能なログ、および責任性のトリガーを導入することで、公平性違反がより検出可能かつ強制可能になるようにする。

ABSTRACT

Permisionless decentralized ledgers ("blockchains") such as the one underlying the cryptocurrency Bitcoin allow anonymous participants to maintain the ledger, while avoiding control or "censorship" by any single entity. In contrast, permissioned decentralized ledgers exploit real-world trust and accountability, allowing only explicitly authorized parties to maintain the ledger. Permissioned ledgers support more flexible governance and a wider choice of consensus mechanisms. Both kinds of decentralized ledgers may be susceptible to manipulation by participants who favor some transactions over others. The real-world accountability underlying permissioned ledgers provides an opportunity to impose fairness constraints that can be enforced by penalizing violators after-the- fact. To date, however, this opportunity has not been fully exploited, unnecessarily leaving participants latitude to manipulate outcomes undetectably. This paper draws attention to this issue, and proposes design principles to make such manipulation more difficult, as well as specific mechanisms to make it easier to detect when violations occur.

研究の動機と目的

• 分散台帳における実行可能な公平性保証の欠如、特に現実世界での責任が確保可能な許可型システムにおいて、その問題を解決すること。
• 参加者が検出されないまま取引順序や含め方を操作する機会を減らすこと。
• 監査官が長期間にわたる統計的異常を検出できるようにする、軽量でパス外のメカニズムを設計すること。
• 誠実な参加者のパフォーマンスに影響を与えることなく、責任性を台帳の設計に統合すること。
• オープンソースのTendermint台聞システムへの修正を通じて、適用可能性を示すこと。

提案手法

• 非決定的選択を可能な限り決定論的ルールに置き換えることで、操作の攻撃ベクトルを減らすこと。
• 避けられない非決定的選択を暗号的に認証され、監査可能な形でログに記録し、事後分析を可能にする。
• 暗号的署名とハッシュチェーンを用いて、ログが改ざんされないことを保証し、監査に必要な整合性を維持する。
• 責任性メカニズムをキーパathから分離することで、通常の動作にパフォーマンスコストを負担させない。
• OWAC（順序付き事前コミット）のようなメカニズムを導入し、検証者間で一貫した取引順序を保証する。
• 個々のイベントが通常の非決定性と区別できない場合でも、ログの統計的分析を通じて違反を検出可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リアルタイムの強制が不可能な場合、許可型台聞における公平性違反は、どのように事後に検出可能か？
• RQ2 操作のための悪用が可能な非決定的選択の数を最小限に抑える設計原則は何か？
• RQ3 誠実な参加者のパフォーマンスを低下させることなく、どのように責任性を強制できるか？
• RQ4 リアルタイム介入を必要とせずに、監査官が体系的な操作パターンを検出できるメカニズムは何か？
• RQ5 Tendermintのような既存の台聞システムは、どのように拡張され、検証可能な公平性と責任性をサポートできるか？

主な発見

• 提案された設計原則により、非決定的選択の数が顕著に減少し、操作の攻撃表面が縮小される。
• 監査可能な暗号的認証付きログにより、繰り返しの公平性違反を示唆する疑わしい長期的傾向の検出が可能になる。
• OWACプロトコルおよび関連メカニズムにより、検証者がブロック内での取引順序を制御できなくなる。これは、ピア間通信順序の操作でさえも防ぐ。
• 責任性メカニズムはキーパスから分離されているため、通常の動作のパフォーマンスに影響を与えず、依然として事後検出が可能である。
• 本アプローチにより、罰金や追放といった現実世界の罰則の適用が、不正行為の証明可能な証拠を提供することで可能になる。
• 本フレームワークは一般化可能であり、Tendermint台聞システムへの適応が成功裏に実施され、実用的妥当性が示された。