[論文レビュー] Fair Auction and Trade Framework for Cloud VM Allocation based on Blockchain

Zhili Chen, Wei Ding+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、スマートコントラクトと暗号通貨メカニズムを用いて、オークションと取引の両方の公平性を保証するブロックチェーンベースのクラウド仮想マシン（VM）割り当てのための公平なオークションおよび取引フレームワークを提案している。タイムリーなコミットメント、検証可能な状態、ラダー払いの仕組みを活用することで、不正行為に対して財務的ペナルティを課し、補償を保証する。イーサリアム上で実施された実験により、実世界の条件下でも許容可能なパフォーマンスを示している。

ABSTRACT

Cloud auctions provide cost-effective strategies for cloud VM allocation. Most existing cloud auctions simply assume that the auctioneer is trustable, and thus the fairness of auctions can be easily achieved. However, in fact, such a trustable auctioneer may not exist, and the fairness is non-trivial to guarantee. In this work, for the first time, we propose a decentralized cloud VM auction and trade framework based on blockchain. We realize both auction fairness and trade fairness among participants (e.g., cloud provider and cloud users) in this system, which guarantees the interest of each party will not suffer any loss as long as it follows the protocol. Furthermore, we implement our system through the local blockchain and Ethereum official test blockchain, carry out experimental simulations, and demonstrate the feasibility of our system.

研究の動機と目的

• 信頼できないオークショーリアがユーザーと共謀したり結果を操作したりする可能性があるため、クラウドVMオークションにおける公平性の欠如に対処すること。
• 支払いを回避したり、提供者が支払い後もサービスを提供しないような不正なユーザーを防ぐことで、取引の公平性を保証すること。
• 悪意ある参加者が存在しても、プロトコルに従えばいかなる参加者も損失を被らないことを保証する分散型システムを設計すること。
• ブロックチェーン技術を用いて、中立的仲裁者を必要としない取引スキームと仲裁者を含む取引スキームの両方をサポートするシステムを実装および評価すること。

提案手法

• 参加者が保証金を伴ってブロックチェーンに入札をコミットする、財務的保証を伴うタイムリーなコミットメント方式を採用する。
• スマートコントラクトが入札の検証、勝者決定、不正参加者への財務的ペナルティの適用を通じてオークションの公平性を強制する。
• 取引状態を追跡・検証するためのステートメカニズムを採用し、支払いとVM割り当ての同期を保証する。
• 取引においてラダー払いを用い、VMインスタンスの正常な提供が確認された後のみ資金を段階的に解放することで、相互の信頼を確保する。
• スマートコントラクトがオークションフェーズから取引フェーズへ自動的に移行し、結果の公表後に預け金を支払いに変換する。
• 実装にはスマートコントラクトにSolidityを、クライアント側のインタラクションにJavaScriptおよびWeb3.jsを用い、Ganache（ローカル）およびRinkeby（イーサリアムテストネット）の両方でテストを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できるオークショーリアに依存せずに、分散型クラウドVM割り当てシステムでオークションの公平性をどのように保証できるか？
• RQ2 オークション結果が判明した後、クラウドユーザーおよび提供者がプロトコルから逸脱しないようにするためのメカニズムは何か？
• RQ3 中央の仲裁者を必要とせずに、取引の公平性をどのように達成できるか。また、誠実な参加者を財務的損失から守るにはどうすればよいか？
• RQ4 イーサリアムのようなパubbリックブロックチェーンにこのようなシステムをデプロイした際のパフォーマンスオーバーヘッドはどの程度か？

主な発見

• イーサリアムテストネット（Rinkeby）におけるオークションフェーズの平均所要時間は15,000 msであり、標準偏差は約300 msである。これは、安定的で予測可能なパフォーマンスを示している。
• Rinkebyにおけるコミットメントフェーズとオープンフェーズの平均所要時間は約15,000 msであり、ブロック時間と一致している。これは、これらのフェーズが1ブロック内に完了可能であることを意味する。
• ユーザー数がVMタイプの数よりもオークション時間に与える影響が大きく、オークション時間はユーザー数に比例して線形に増加する。
• ローカルのGanacheネットワークでは、コミットメントフェーズが36 ms、オープンフェーズが69 msであり、制御された環境下での低遅延を示している。
• システムは、仲裁者を含む取引スキームと仲裁者を不要とする取引スキームの両方を正常にサポートしており、後者は検証可能な状態遷移とスマートコントラクトの強制によって成り立つ。
• 実験結果により、フレームワークの実現可能性が確認され、シミュレートされたおよび実際のブロックチェーンネットワークの両方で、すべてのフェーズが許容可能な時間制限内に完了した。