[論文レビュー] GEEC: Scalable, Efficient, and Consistent Consensus for Blockchains.

Xusheng Chen, Shixiong Zhao+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2018

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 3

ひとこと要約

GEEC は、Intel SGX ハードウェアを活用して、1.5 ネットワークラウンドトリップと1ブロックあたり2回のP2Pブロードキャストで、強力な一貫性、高い効率性、強力なプライバシーを実現する許可ブロックチェーンプロトコルである。これは、ハードウェアで強制される隔離によってセキュリティとプライバシーを確保する一方で、形式的かつ強力な一貫性を保証するコンSENSUSメカニズムを提供する。

ABSTRACT

Blockchain technology has the potential to deploy broad decentralized applications, greatly improving their security and reliability. Unfortunately, despite much effort, no existing public blockchain protocol can ensure strong consistency with a high efficiency, while reliability of permissioned blockchain relies on consortium members. We present GEEC, a inital blockchain protocol and its runtime system by leveraging the Intel Software Guard eXtentions (SGX) hardware. GEECachieves privacy and security for permissioned blockchains and leveraging Intel SGX. GEEC can append a block with only one and a half network round-trips and two P2P broadcasts. We carry a proof sketch to show that GEEC is strongly consistent.

研究の動機と目的

• 既存のパブリックブロックチェーンプロトコルにおける強力な一貫性と高い効率性の欠如に対処すること。
• コンsortiumの信頼に依存せず、許可ブロックチェーンにおける信頼性とセキュリティを強化すること。
• Intel SGX を活用して、コンセンサス実行におけるプライバシーとセキュリティを強制すること。
• ネットワークラウンドトリップと通信オーバーヘッドを最小限に抑えるコンセンサスプロトコルを設計すること。
• 提案されたプロトコルの強力な一貫性を形式的に証明すること。

提案手法

• Intel Software Guard Extensions (SGX) を使用して、ハードウェアで強制される信頼された実行環境内にコンセンサス実行を隔離・保護する。
• 1ブロックあたり1.5のネットワークラウンドトリップと2回のP2Pブロードキャストで十分なコンセンサスプロトコルを設計する。
• プロトコルの強力な一貫性を形式的に確立するために、証明のスケッチを採用する。
• SGX エンclave内でコンセンサスロジックを安全かつ効率的に実行できるランタイムシステムを統合する。
• SGX のリモートアテステーションに依存して、コンセンサスプロセスの整合性と正体性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、強力な一貫性を維持しながらも、高い効率性と低い通信オーバーヘッドを達成できるか？
• RQ2 Intel SGX を用いたハードウェアで強制される隔離を、許可ブロックチェーンにおけるプライバシーとセキュリティを確保するためにどのように活用できるか？
• RQ3 強力に一貫性を持つコンセンサスプロトコルに必要な最小限のネットワークラウンドトリップとブロードキャストコストは何か？
• RQ4 信頼された実行環境を用いて、形式的に一貫性が保証されたコンセンサスメカニズムを設計できるか？

主な発見

• GEEC は形式的証明スケッチにより強力な一貫性を達成し、すべてのノードがグローバルステートに関して合意に達することを保証する。
• プロトコルは1ブロックあたり1.5のネットワークラウンドトリップと2回のP2Pブロードキャストで十分であり、レイテンシを最小限に抑える。
• セキュリティとプライバシーは Intel SGX によって強制され、外部および内部の脅威からコンセンサスロジックを保護する。
• ランタイムシステムにより、SGX エンclave内でコンセンサスの効率的実行が可能となり、実用的なパフォーマンスを確保する。