[論文レビュー] Evolution of Ethereum: A Temporal Graph Perspective

Qianlan Bai, Chao Zhang+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 11被引用数 16

ひとこと要約

本論文は、2015年から2019年の間のイーサリアム取引の進化を分析するための時系列グラフ分析フレームワークを提案する。外部取引および内部取引から構築されたユーザー同士（UUG）、コントラクト同士（CCG）、ユーザーとコントラクト間（UCG）のグラフを用いる。分析の結果、イーサリアムの取引パターンはエーサー価格と強く相関しており、持続的なバースト性を示し、創世ブロックから極めて高い富の不平等性を示しており、富裕層は常に富裕のままであることが明らかになった。

ABSTRACT

Ethereum is one of the most popular blockchain systems that supports more than half a million transactions every day and fosters miscellaneous decentralized applications with its Turing-complete smart contract machine. Whereas it remains mysterious what the transaction pattern of Ethereum is and how it evolves over time. In this paper, we study the evolutionary behavior of Ethereum transactions from a temporal graph point of view. We first develop a data analytics platform to collect external transactions associated with users as well as internal transactions initiated by smart contracts. Three types of temporal graphs, user-to-user, contract-to-contract and user-contract graphs, are constructed according to trading relationship and are segmented with an appropriate time window. We observe a strong correlation between the size of user-to-user transaction graph and the average Ether price in a time window, while no evidence of such linkage is shown at the average degree, average edge weights and average triplet closure duration. The macroscopic and microscopic burstiness of Ethereum transactions is validated. We analyze the Gini indexes of the transaction graphs and the user wealth in which Ethereum is found to be very unfair since the very beginning, in a sense, "the rich is already very rich".

研究の動機と目的

• 時系列におけるイーサリアム取引行動の進化的ダイナミクスを理解すること。
• エーサー価格などの外部要因が取引パターンやネットワーク構造に与える影響を調査すること。
• 時系列グラフモデルを用いて、イーサリアム取引ネットワークの公平性および構造的進化を分析すること。
• 外部アカウント（EOA）とスマートコントラクトが取引フローおよびコントラクトライフサイクルイベントにおいて果たす役割を検討すること。

提案手法

• アーカイブノードから外部取引を抽出するためのデータ分析プラットフォームを構築し、修正済みのクライアントプログラムを用いて内部取引を抽出した。
• 外部取引データから、ユーザー同士（UUG）、コントラクト同士（CCG）、ユーザーとコントラクト間（UCG）の3つの時系列グラフを構築した。
• スライディングウィンドウおよびインクリメンタルウィンドウを用いてタイムラインを時間窓に分割し、時系列分析を可能にした。
• 取引間隔の分布を用いて、取引到着パターンにおけるマクロスコピックおよびマイクロスコピックなバースト性を定量化した。
• 度数、取引量、残高分布のジニ係数を計算し、不平等度を評価した。
• 時間窓ごとにコントラクトライフサイクルイベント（作成、呼び出し、サヨウ）を分析し、スマートコントラクトの進化を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イーサリアムのユーザー同士取引グラフ（UUG）のサイズと構造は、時間経過とともにどのように変化するのか。その変化を引き起こす要因は何か。
• RQ2 イーサリアムの取引行動は、エーサー価格の変動とどの程度相関しているか。
• RQ3 マクロスコピックおよびマイクロスコピックなバースト性パターンは、イーサリアムの取引フローにどのように現れるか。
• RQ4 イーサリアムにおける富の不平等はどのように進化するのか。また、創世ブロックから「裕福な者はさらに裕福になる」現象は観察できるか。
• RQ5 スマートコントラクトの作成、呼び出し、終了（サヨウ）行動における時間的トレンドは何か。

主な発見

• ユーザー同士取引グラフ（UUG）のサイズは、時間窓内の平均エーサー価格と強く相関しており、価格に起因するネットワーク活動を示している。
• 価格との強い相関にもかかわらず、UUGにおける平均次数、平均エッジ重み、平均トライアングル閉じる時間にはエーサー価格との有意な相関は認められなかった。
• イーサリアムの取引はマクロスコピックおよびマイクロスコピックな両方のバースト性を示しており、大多数のノードが短時間の活発なバーストに集中している。
• UUGにおける富の分配のジニ係数は創世ブロックから極めて高く、イーサリアムの創設当初から極端な不平等が存在していたことを示している。
• 連続する時間窓間でのユーザー残高のピアソン積率相関係数は0.85を超えており、「裕福な者は常に裕福である」傾向が時間経過とともに明確に示された。
• スマートコントラクトの活動は取引パターンと類似した三段階の進化を示し、EOAがコントラクトの主な呼び出し元であり、大多数のコントラクトサヨウは他のコントラクトではなくEOAに資金を移している。