[論文レビュー] Fault-Tolerant Distributed Implementation of Digital Social Contracts.

Ouri Poupko, Ehud Shapiro+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ブロックチェーンごとに個人が所有する仕組み、部分順序、ローカルレプリカ、暗号署名付き発話行為を用いた、デジタル社会的契約のための耐障害性があり、ピアツーピア型の分散型台帳アーキテクチャを提案する。このアーキテクチャは、中央集権的な検証者やエネルギー集約型の合意形成メカニズムを排除することで、障害のあるエージェントに対しても耐性を示す自己完結的で環境に配慮した、かつ平等な設計を実現する。

ABSTRACT

A companion paper defined the notion of digital social contracts, presented a design for a social-contracts programming language, and demonstrated its potential utility via example social contracts. The envisioned setup consists of people with genuine identifiers, which are unique and singular cryptographic key pairs, that operate software agents thus identified on their mobile device. The abstract model of digital social contracts consists of a transition system specifying concurrent, non-deterministic asynchronous agents that operate on a shared ledger by performing digital speech acts, which are cryptographically-signed sequentially-indexed digital actions. Here, we address the distributed-ledger implementation of digital social contracts in the presence of faulty agents: we present a design of a fault-tolerant distributed-ledger transition system and show that it implements the abstract shared-ledger model of digital social contracts, and discuss its resilience to faulty agents. The result is a novel ledger architecture that is distributed with a blockchain-per-person (as opposed to centralized with one blockchain for all), partially-ordered (as opposed to totally-ordered), locally-replicated (as opposed to globally-replicated), asynchronous (as opposed to globally-synchronized), peer-to-peer with each agent being both an actor and a validator (as opposed to having dedicated miners, validators, and clients), environmentally-friendly (as opposed to the environmentally-harmful Proof-of-Work), self-sufficient (as opposed to the energy-hogging Proof-of-Work or capital-hogging Proof-of-Stake) and egalitarian (as opposed to the plutocratic Proof-of-Work and Proof-of-Stake).

研究の動機と目的

• 障害のあるエージェントが存在する状況下でも、デジタル社会的契約の抽象的モデルを正しく実装できる分散型台帳システムを設計すること。
• 分散型でピアツーピアの環境において、障害または悪意あるエージェントに対して耐性を持つこと。
• PoW や PoS といったエネルギー集約型または資本集約型の合意形成メカニズムに依存しないこと。
• 共有台帳上で暗号的に署名された順序付き発話行為を用いて、非同期的で非決定的かつ並列的なエージェントの相互作用を可能とすること。
• すべてのエージェントが検証者としても参加者としても機能する自己完結的で環境に配慮し、かつ平等なシステムを達成すること。

提案手法

• デジタル社会的契約を、並列的で非決定的かつ非同期的な遷移系としてモデル化する分散型台帳遷移系を設計する。
• エージェントの相互作用を表すために、暗号的に署名され、順序付きのデジタル発話行為を、共有台帳上の原子的アクションとして用いる。
• 各エージェントが自身のローカルブロックチェーンを維持することで、取引の順序付けと検証が行える「一人当たり1つのブロックチェーン」アーキテクチャを採用する。
• エージェント間での取引に対して部分順序を適用することで、グローバルな同期が不要な柔軟な非同期調整を可能にする。
• 専用のマイニングや検証役割を排除し、各エージェントが検証者および参加者として機能できるようにする。
• 暗号鍵ペアを用いて一意で検証可能なアイデンティティを確保し、ビザンチン障害に耐性のある合意形成メカニズムにより、障害耐性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 障害のあるエージェントが存在する状況下でも、抽象的モデルとしてのデジタル社会的契約を正しく実装できる分散型台帳は、どのように設計できるか？
• RQ2 エネルギー集約型または資本集約型の合意形成メカニズムに依存せず、かつ障害に強い、自己完結的であるためのアーキテクチャ的原則は何か？
• RQ3 中央集権的な権限のない非同期的でピアツーピアの環境において、一貫性とセキュリティをどのように維持できるか？
• RQ4 グローバルブロックチェーンと比較して、一人当たり1つのブロックチェーンでローカルにレプリケートされた台帳は、レジリエンスと持続可能性をどのように向上させるか？
• RQ5 暗号的に署名され、順序付きの発話行為を用いて、分散型かつ障害に強い形でデジタル社会的契約を実装する方法は何か？

主な発見

• 提案された台帳アーキテクチャは、障害に強い形で、デジタル社会的契約の抽象的共有台帳モデルを正しく実装している。
• ローカルレプリケーション、部分順序、発話行為の暗号的検証の組み合わせにより、障害のあるエージェントに対しても耐性を示している。
• 一人当たり1つのブロックチェーンのモデルにより、グローバルな同期の必要性が排除され、攻撃面積とリソースのオーバーヘッドが削減される。
• PoW などのエネルギー集約型の合意形成メカニズムを避けることで、環境に配慮した持続可能な設計が実現されている。
• すべてのエージェントが外部からの資金的・エネルギー的投資を必要とせず、検証に貢献するため、自己完結的で平等なシステムである。
• 暗号的に署名されたデジタル発話行為を共有分散台帳上で用いることで、安全で並列的かつ非決定的なエージェントの相互作用をサポートしている。